Бескалориферная конвективная камера периодического действия
Метод сушки древесины в среде топочных газов от сгорания древесных отходов разработан и широко применяется в нашей стране с середины прошлого века. Камеры сушки пиломатериалов непрерывного и периодического действия, в которых реализуется этот метод, получили название газовых. Наиболее полное описание этого метода сушки дано в работе его создателя - корифея отечественной науки в области сушки древесины И. В. Кречетова.
Во все издания Руководящих материалов и ГОСТов по этой теме включены разделы по режимам сушки для газовых камер. Несомненные достоинства и очевидные недостатки газовых камер описаны в специальной литературе. Были предложения использовать в качестве перспективного агента сушки продукты сгорания, которые образуются при сжигании природного газа. Однако автору не удалось найти достоверные сведения, касающиеся технологии, сроков и качественных результатов сушки по этому методу, особенно для пиломатериалов твердолиственных пород.
Привлекательность применения метода сушки древесины в среде топочных газов в силу его простоты, сокращения затрат на техническую реализацию и экономичности побудила автора в 1999 году разработать технологию конвективной сушки пиломатериалов в среде продуктов сгорания сжиженных углеводородных газов (СУГ) - пропана или природного газа, а также сконструировать и изготовить опытно-промышленный образец контейнерной камеры периодического действия для этой технологии. Результаты, полученные в ходе эксплуатации новой камеры, оказались очень обнадеживающими и позволили после внесения ряда конструктивных доработок и уточнения технологии перейти к серийному выпуску камер «Энергия». В дальнейшем на базе этих камер было создано оборудование для термомодификации древесины (ТМД) без перезагрузки после предварительной конвективной сушки - камера «Энергия ТМ».
Камера представляет собой морской 12-метровый контейнер, утепленный снаружи (стены, пол, потолок) 100-миллиметровым слоем минеральной ваты и обшитый оцинкованным профнастилом. Внутри и снаружи камеры имеются рельсовые пути с откидной секцией для открывания ворот. По этим путям передвигается тележка со штабелем. Камера и наружные пути установлены с небольшим уклоном внутрь для облегчения закатывания штабеля. Для выкатывания тележки используется ручная лебедка. Ворота контейнера также утеплены с внутренней стороны, обшиты нержавеющим металлом и по периметру тщательно уплотнены силиконовым профилем. Покрытие пола контейнера выполнено из нержавейки. Пространство камеры разделено на три части: отсек штабеля и примыкающий к нему отсек теплогенератора (у них общий контур для агента сушки, циркуляция которого обеспечивается двумя осевыми вентиляторами, установленными в металлическом экране между этими отсеками), а также комната управления, которая находится за герметичной перегородкой толщиной 100 мм. В этой комнате расположены шкафы с оборудованием и узлы ввода вращения с электродвигателями привода маршевых вентиляторов. Остекленный дверной проем комнаты управления оснащен приточной воздушной решеткой. Передача вращения в отсек теплогенератора осуществляется посредством удлиненных валов с опорами подшипников, размещенных внутри стальной трубы, проходящей через перегородку. Выходные концы валов уплотнены высокотемпературным материалом. Съемный узел ввода вращения выполнен в виде сборочной единицы и удобен в обслуживании и ремонте.
Непосредственно за воротами расположен отсек с рельсовыми путями для закатывания подштабельной тележки. Рельсовые пути уложены под углом к осевой линии таким образом, что при закатывании тележки между внутренней стенкой камеры и штабелем образуется своего рода раздаточный коллектор - клиновидное пространство, упирающееся основанием в панель с обечайками расположенных друг над другом осевых вентиляторов и сходящее на нет у ворот. Такая геометрия своеобразного воздушного коллектора обеспечивает равномерную раздачу агента сушки при его циркуляции через штабель. Поток, прошедший через штабель, возвращается назад, завершая круг циркуляции под тележкой. Над штабелем на стальном тросе подвешен железобетонный прижим весом до 4 т. Трос протянут через уплотнение в трубчатом проходе сквозь крышу камеры и посредством системы блоков подводится к ручной тали, закрепленной на металлоконструкции наружной стены камеры.
При закатывании и выкатывании штабеля прижим поднимается до упора, при сушке свободно опускается на штабель, обеспечивая сохранение геометрии ненагруженных верхних слоев пиломатериала, при выкаченной тележке прижим для страховки опускается на упорные конструкции внутренних стенок камеры. Для транспортировки камеры прижим опускается на тележку и фиксируется. В наших камерах также можно использовать вариант фиксации геометрии штабеля с использованием пружинных стяжек общим усилием 3-4 т.
Помещенный в камеру штабель упирается своим передним торцом в разделяющую отсеки легкую перегородку, в нижней части которой есть проем по высоте тележки - для прохода обратного потока агента сушки. На пути к входным раструбам обечаек вентиляторов поток охватывает корпус камеры сгорания и смешивается с продуктами горения. При необходимости снижения относительной влажности газовой среды в камере сушки, к циркулирующему потоку подмешивается добавочный воздух. Объем добавочного воздуха регулируется изменением числа оборотов вентилятора притока или шибером. Маршевые вентиляторы возвращают поток в раздаточный коллектор. В начальной части коллектора расположены датчики температуры и относительной влажности подаваемой на вход в штабель газовой среды. Избыток агента сушки, образовавшийся в результате поступления топочных газов, добавочного воздуха и испарившейся из древесины влаги (в виде водяного пара), отводится из камеры через вытяжную трубу за счет естественной тяги или принудительно - вентилятором.
Камера сгорания выполнена сварной, из стали толщиной 4 мм. Внутри нее установлен блок горелок, состоящий из нескольких атмосферных газовых горелок из нержавеющей стали, которые закреплены на передней съемной панели. Сопла горелок можно переставлять в зависимости от того, какой газ используется: сжиженный или природный. Одна из горелок работает постоянно, остальные включаются и отключаются электромагнитными клапанами по команде системы управления. Блок горелок снабжен электродами поджига и контроля наличия пламени.
В процессе сушки пиломатериал подвергается усушке, в результате чего по мере снижения влажности древесины высота штабеля уменьшается и прижим опускается. По величине изменения габаритов штабеля можно судить о текущей влажности высушиваемого материала. Для измерений используется линейка, а при желании можно автоматизировать архивирование - потенциометрический (или любой другой) датчик перемещений. Такой способ измерения текущей, средней по штабелю, влажности древесины имеет большое преимущество в части достоверности перед измерениями влажности древесины в одной или нескольких точках, обычно выполняемых с помощью игольчатых датчиков электрических влагомеров.
При проведении серии пробных сушек необрезного и обрезного пиломатериала хвойных (сосна, пихта) и твердолиственных пород (дуба, ясеня, бука, клена и др.) толщиной от 30 до 60 мм были получены экспериментальные данные, на основании которых разработаны режимы сушки и определена продолжительность процесса для этих пород и сортиментов. Качество пиломатериала, высушенного по разработанным нашими специалистами режимам, полностью соответствует требованиям ГОСТа для столярно-мебельного производства. Режимные сроки сушки не превышают продолжительности процессов, рассчитанных для этих сортиментов в соответствие с исходными сроками и коэффициентами, приведенными в Руководящих технических материалах по технологии камерной сушки пиломатериалов* по режимам низкотемпературного процесса в паровоздушных камерах периодического действия. Например, для пород категории бук, клен, берест, ясень, ильм толщиной 50 мм фактическая продолжительность сушки по нашим режимам от влажности древесины 60% до 8% составляет 14 суток при расчетной продолжительности 15 суток.
Необходимо отметить научную новизну полученных экспериментальных данных. В частности, при сушке в диапазоне значений от начальной влажности древесины до средней по сечению сортимента влажности древесины примерно 30% в камере естественным образом (за счет поступления водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания, а также на поверхности пиломатериала) поддерживается 100%-ная относительная влажность агента сушки вне зависимости от его температуры (57°С для пиломатериала толщиной 50 мм, 61°С - толщиной 32 мм), однако процесс идет интенсивно (суточное снижение влажности древесины 5%), о чем свидетельствует непрерывно нарастающая усадка штабеля.
Считается, что обязательным условием интенсивного продвижения влаги от центра к наружной пласти сортимента является снижение влажности древесины на поверхности wпов ниже предела гигроскопичности: wпов ‹ wпг. Предел гигроскопичности по определению достигается при значении относительной влажности агента сушки φ = 100% - wпг= w (φ = 100%). Для того чтобы выполнялось условие wпов ‹ wпг необходимо, чтобы имело место значение φ ‹ 100%. Например, при сушке доски твердых лиственных пород (ясеня, бука, клена и др.) толщиной 50 мм по нормативному режиму 6-Б на начальном этапе (при w ‹ 30%) рекомендуется поддерживать φ = 85%.
Затем, по мере снижения влажности древесины, начинается падение относительной влажности газовой среды от 100% с темпом около 10% в сутки. При установившейся относительной влажности агента сушки в камере 35% древесина по факту высыхает до влажности 8-10%, при 25% - до 6-8%. Такая корреляция позволяет отказаться от измерений усадки штабеля и вести управление процессом по относительной влажности агента сушки в камере.
Метод определения текущей влажности пиломатериала и управление процессом сушки по результатам измерения установившейся относительной влажности агента сушки в камере применяется в наших сушильных установках наряду с методом измерения усушки штабеля. Тот факт, что влажность агента сушки чуть ниже 100% в течение примерно всей первой половины периода сушки, означает, что продлевается процесс т. н. пропарки и тем самым, вероятно, обеспечивается высокое качество сухого материала.
Необходимо отметить, что со времени получения (в середине 50-х годов прошлого века) решений уравнений продолжительности сушки для низкотемпературного процесса при начальной влажности древесины, меньшей предела гигроскопичности, до настоящего момента не существует таких решений для случая, когда начальная влажность древесины больше предела гигроскопичности.
Расход на сушку 1 м3 твердолиственной древесины (бука, клена, ясеня) при толщине сортимента 50 мм: 40 кВт•ч электроэнергии, 40 л пропана или 50 м3 природного газа (примерно 1,0 тыс. руб. на 1,0 м3 пиломатериала в случае использования СУГ). Экономичность процесса сушки по нашей технологии обусловлена как отсутствием (15-20%) тепловых потерь с уходящими газами для закрытой камеры сгорания и дополнительно (10-15%) тепловых потерь в теплообменнике для водяных систем обогрева, так и небольшой продолжительностью самого процесса.
Сергей БОНДАРЬ
