Размещено на http://www.allbest.ru/

СОКРАЩЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ СУШКЕ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

Мазаник Н. В.,

Бабич Д. П.

В современных условиях постоянного роста цен на энергоносители вопросы энергосбережения приобретают ключевой значение с точки зрения обеспечения конкурентоспособности продукции деревообработки. Особенно заметный эффект мероприятия, направленные на снижение расхода энергии, имеют в таком энергоемком процессе как сушка пиломатериалов. В настоящее время известно достаточно много способов уменьшения потребления тепловой энергии. К ним относятся:

- перевод сушильных камер, работающих на пару, на использование в качестве теплоносителя горячей воды;

- сокращение потерь тепловой энергии за счет улучшения теплоизоляции сушильных камер;

- повышение точности контроля и регулирования параметров сушильного агента;

- использование теплоты отработанного сушильного агента;

- использование солнечной энергии;

- применение конденсационных установок;

- внедрение осциллирующих и прерывистых режимов сушки.

В то же время гораздо более редкими являются исследовательские работы, направленные на оптимизацию потребления электрической энергии при сушке. Большинство их них концентрируются вокруг проблем сокращения аэродинамических потерь за счет оптимизации сечений циркуляционных каналов и совершенствования конструкций вентиляторов. Однако наиболее интересным и перспективным направлением исследований представляется разработка режимов сушки с регулируемой скоростью перемещения сушильного агента в штабеле пиломатериалов.

Такое регулирование может быть реализовано путем включения в систему привода вентиляторов конвертеров, изменяющих частоту их вращения.

Высокая эффективность применения конвертеров частоты вращения в сушильных камерах обусловлена законами пропорциональности расхода, давления, мощности и частоты, проиллюстрированными на рисунке 1.

Рис. 1. Зависимость расхода, давления, и энергопотребления вентилятора от частоты его вращения: 1 - расход; 2 - давление; 3 - энергопотребление

Так, очевидно, что расход воздуха может регулироваться путем изменения числа оборотов вентилятора. Однако в то время как при соотношении расход-частота вращения имеет место линейная зависимость, давление-частота вращения - квадратичная, то потребляемая вентилятором мощность при изменении частоты вращения изменяется пропорционально кубу этого изменения:

, (1)

, (2)

, (3)

где n₁ - номинальная скорость вращения вентиляторов; n₂ - пониженная скорость вращения вентиляторов; Q₁ - номинальный расход воздуха; Q₂ - пониженный расход воздуха; Н₁ - номинальное давление; Н₂ - пониженное давление; Р₁ - номинальная мощность; Р₂ - пониженная мощность.

Таким образом, при уменьшении частоты вращения вентилятора относительно номинального значения на 20 % его производительность также уменьшается на 20% (т. е. до 80% от номинальной), в то же время, потребление электроэнергии снижается уже на 50 %.

Как известно, в настоящее время регламентируемыми параметрами режимов сушки являются температура, психрометрическая разность и относительная влажность сушильного агента. Стандартные режимы сушки, приведенные в РТМ, разработаны для сушильных камер, обеспечивающих определённую скорость циркуляции воздуха. Для хвойных и мягких лиственных пород эта скорость составляет 1, 0ч2, 5 м/с, для твёрдых лиственных пород - 0, 8ч2, 0 м/с. При фактической скорости ниже или выше стандартного диапазона скорость сушки регулируют, изменяя психрометрическую разность агента. В то же время у некоторых зарубежных производителей сушильных камер наблюдается тенденция к увеличению средней скорости потока агента в штабеле до 3-3, 5 м/с. Поставщики оборудования заявляют о повышенной производительности таких камер. Для выяснения того, насколько обоснованным является такое утверждение, мы проанализировали влияние скорости циркуляции воздуха на скорость сушки сосновых пиломатериалов (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость скорости сушки от скорости циркуляции воздуха в штабеле при различных значениях влажности пиломатериалов

Из графиков, представленных на рис. 2, можно видеть, что чем выше влажность древесины, тем сильнее влияет скорость циркуляции на интенсивность десорбции. Это может быть объяснено тем фактом, что в начале процесса сушки влажность наружных слоев древесины высока, кроме того капиллярный подсос влаги из ближних слоев древесины полностью компенсирует потерю влаги за счет испарения. Таким образом, скорость испарения определяется в основном скоростью удаления молекул воды с поверхности циркулирующим потоком воздуха. По мере просыхания поверхностных слоев путь, который должна проходить влага для достижения поверхности увеличивается, скорость сушки начинает зависеть в основном от процесса влагопроводности и становится малочувствительной к изменениям скорости циркуляции. Так, например, при влажности древесины ниже 30% изменения скорости воздушного потока в диапазоне 1, 5-8 м/с практически не влияют на интенсивности испарения [1]. Таким образом, может быть сделан вывод о целесообразности уменьшения скорости циркуляции воздуха в камере по мере просыхания высушиваемого материала.

Мы произвели сравнительный анализ расхода электроэнергии на сушку пиломатериалов сосны толщиной 40 мм стандартным режимом и режимом, в котором производится поэтапное снижение частоты вращения вентиляторов по мере уменьшения влажности древесины. Расчет производился для камеры с 5 осевыми реверсивными вентиляторами с приводами от двигателей мощностью 3 кВт каждый. Суммарная установленная мощность таким образом составляла 15 кВт. Скорость сушильного агента в штабеле пиломатериалов при 100% номинальной мощности вентиляторов равнялась 2, 5 м/с (табл. 1).

Таблица 1 Сравнительный анализ энергозатрат на сушку с и без регулирования частоты вращения вентиляторов

Из таблицы можно видеть, что суммарные затраты электроэнергии на сушку пиломатериалов без использования конвертера частоты вращения вентиляторов составили 1215 кВт·ч, при применении регулирования частоты - 755, 42 кВт·ч. Таким образом экономия энергии составляет 37, 8 %. Приведенный расчет убедительно доказывает целесообразность перевода сушильных камер на использование режимов сушки с регулируемой скоростью циркуляции агента. Тем не менее, возможность регуляции частоты вращения вентиляторов не менее важна даже при отсутствии специализированных режимов. Как известно, верхний предел скорости циркуляции в камере ограничивается требованиями обеспечения заданного качества сушки и зависит от породы и толщины пиломатериалов. Исследования, проведенные Центром лесной продукции Брукса и Политехническим институтом Виргинии [2] показали, что на первой ступени сушки оптимальной является скорость 1, 8-2 м/с. Данные результаты подтверждаются опытом других крупных производителей камер. Например, Muhlbock/Vanicek указывает на то, что максимально допустимой является величина 2-2, 5 м/с и ее превышение приводит не только к ухудшению качества сушки, но даже к сокращению ее скорости, поскольку на поверхности древесины при излишне большой скорости циркуляции образуется своеобразная «корка», препятствующая испарению [3]. При этом чем выше базисная плотность высушиваемой древесины, тем ниже должна быть скорость сушки и, соответственно, скорость циркуляции.

Однако известно, что при проектировании сушильных камер производители оборудования закладывают такие вентиляторы, которые по своим характеристикам способны обеспечить сушку самого быстросохнущего пиломатериала. За него обычно принимают сосновые доски толщиной 19-25 мм. При формировании штабеля из пиломатериалов большей толщины скорость циркуляции агента сушки в нем будет существенно выше оптимальной.

Чтобы продемонстрировать это мы определили скорость циркуляции агента сушки в штабеле пиломатериалов при различном объеме циркулирующего воздуха (V=180 тыс. м³/ч, V=190 тыс. м³/ч, V=200 тыс. м³/ч и V=210 тыс. м³/ч). Расчет производился для камеры с поперечно-вертикальной циркуляцией воздуха. Длина сушильного пространства камеры составляла 13 м, высота пакетных штабелей, уложенных без шпаций - 3, 225 м, толщина межрядовых прокладок 25 мм, межпакетных прокладок - 75 мм. Результаты расчетов приведены в табл. 2.

Таблица 2 Зависимость скорости циркуляции сушильного агента в штабеле от толщины пиломатериалов

Можно видеть, что при любом рассмотренном объеме циркуляции скорость движения воздуха для части толщин материалов выходит за пределы оптимального диапазона 2-2, 5 м/с (рис. 3). Таким образом, при сушке толстых досок возникает явный переизбыток мощности, который выливается в бесполезные затраты электрической энергии.

Рис. 3. Зависимость скорости циркуляции сушильного агента в штабеле от толщины пиломатериалов: 1 - объем циркулирующего агента сушки V=180 тыс. м³/ч; 2 - V=190 тыс. м³/ч; 3 - V=200 тыс. м³/ч; 4 - V=210 тыс. м³/ч

В табл. 3 приведены результаты расчета, показывающего, на сколько может быть уменьшена производительность вентиляторов при условии поддержания в штабеле скорости циркуляции, равной 2, 5 м/с.

Таблица 3 Результаты расчета требуемой производительности вентиляторов для обеспечения скорости циркуляции агента в штабеле равной 2, 5 м/с

Подводя итог вышесказанному, отметим, что регулирование скорости циркуляции агента сушки посредством использования конверторов частоты вращения вентиляторов должно производиться в зависимости от трех факторов: породы пиломатериалов, их размерных характеристик и текущей влажности древесины. Использование конвертеров позволяет существенно сократить расход электроэнергии на сушку пиломатериалов.

вентилятор электроэнергия сушильный камера

Литература

1. Steiner Y. Optimizing the air velocity in an industrial wood drying process: Master thesis // Department of ecology and natural rescource management. - Norwegian university of life sciences, 2008. - 114 c.

2. Wengert E. M. Principles and practices of drying lumber // Brooks forest products center of Virginia, Virginia polytechnic institute. - Lignomat, USA Ltd., 2006.

3. Muhlbock/Vanicek: классика сушки древесины [Электронный ресурс] // Оборудование и инструмент для профессионалов: электрон. версия газ. 2008. URL: http://www. informdom.com/equipment/ wood/article/538/ (дата обращения: 14.02.2014).

Размещено на Allbest.ru