+7 (495) 545-21-53

Библиотека

Название: Сравнительная оценка энергозатрат на сушку пиломатериала
Информация сайта "Пресс-вакуумные сушильные камеры для сушки пиломатериалов и термомодификации древесины" (http://www.wood-ufa.ru/kamery/ocenka.html

Сравнительная оценка энергозатрат на сушку пиломатериала в сушильном 
оборудовании различного типа и способа сушки


За основу взят материал и исследования приведенные в статье, Голицын В.П., Голицына Н.В. «Сравнительная оценка энергозатрат на сушку пиломатериала в сушильном оборудовании различного типа и способа сушки». – Л.: Лесной эксперт. 2004 № 16.18-25 c., а также данные полученные в ходе практических экспериментов на опытном оборудовании.

В настоящее время в мире нет единого точного метода и критерия оценки энергозатрат на сушку древесины. Удельные энергозатраты на сушку 1м3 древесины, без учета энергозатрат на размораживание и предварительный нагрев, зависят от следующих факторов:

1. породы древесины (хвойные, лиственные);

2. региона произрастания данной породы древесины;

3. начальной и конечной влажности;

4. степени подготовки древесины к сушке (обрезная, необрезная);

5. сортамента древесины (толщина, ширина).

Только учет всех данных факторов позволяет объективно оценить энергозатраты на сушку 1м3 древесины в различных видах сушильного оборудования. Поэтому нельзя сравнивать удельные энергозатраты на сушку 1м3 древесины по рекламным проспектам и литературным данным, так как эти цифры могут отличаться от реальных энергозатрат с учетом вышеназванных факторов в 2-3 раза. Особенно это относится к импортному оборудованию, в котором часто энергозатраты и время сушки представлены от транспортной влажности (18%) до 8%.

Единственным наиболее достоверным и приемлемым критерием сравнительной оценки эффективности работы различных сушильных установок являются удельные энергозатраты на удаление 1кг жидкости из древесины, хотя и в этом случае надо сравнивать только одинаковые породы одного региона произрастания, одного сортамента и единой подготовки древесины на сушку в рамках одной породы древесины, например, «сосна сибирская», нельзя сравнивать березу растущую на холме с березой растущей на болоте. Основным фактором, определяющим удельные энергозатраты на сушку 1м3, является начальная и конечная влажность. Для более точных расчетов надо учитывать, что и удельные энергозатраты на удаление 1кг Н2О из древесины, зависят от многих факторов; строения древесины, теплового контакта, давления, и т.д., они мало зависят от начальной влажности поэтому дают более объективную оценку.

Если процесс сушки связан с испарением воды, т.е. с фазовым переходом жидкости в пар, то только теоретически на испарение «свободной» влаги потребуется не менее 0,66 кВтч/кг, на диффузию «связанной» влаги 0,55 кВтч/кг и 0,77 кВтч/кг на ее испарение. Это относится ко всем камерным процессам при атмосферном давлении и в вакууме, независимо от способа нагрева древесины и улавливания паров воды. На практике в опытной камере через иллюминатор видно как вода в жидкой фазе выходит из древесины, в виде капель, частично превращаясь в пар, но большая часть воды (70-80%) так и остается в жидкой фазе и выводится через систему слива. Любые технологические приемы и изменения в конструкции этих сушилок направлены на уменьшение потерь энергии и позволяют приблизиться к теоретическим затратам тепла. Кроме тепловых затрат надо учитывать и электромеханические (вентиляторы, насосы, компрессоры).

Зарубежные камерные сушильные установки поставляются без источника нагрева теплоносителя (котла), поэтому ответственность за величину энергозатрат несет переработчик древесины, а они, в свою очередь, определяются стоимостью топлива, КПД котла , электричества.

В таблице 1 приведены удельные энергозатраты на удаление 1 кг жидкости в различных типах сушильного оборудования при сушке хвойных пород до транспортной влажности 18%. Приведенные данные относятся к зарубежным сушильным камерам и не очень отличаются от тех, что получены на аналогичном отечественном оборудовании. Они сравниваются с данными, полученными на наших пресс-вакуумных сушильных камерах, в которых процесс сушки происходит со значительным снижением доли фазового перехода (испарения) при удалении влаги, поэтому они сопоставимы по электромеханическим затратам, а энергопотребление на сушку ниже теоретических затрат тепла на испарение одного килограмма воды.

В сушильных камерах различных типов и марок, работающих при атмосферном давлении, удельный расход тепловой энергии на сушку колеблется от 4480 кДж/кг до 7500 кДж/кг. Затраты электромеханической энергии значительно ниже: от 450 до 900 кДж/кг (0,125 ÷ 0,25 кВтч/кг). Вакуумные сушилки зарубежных фирм и отечественных производителей мало отличаются друг от друга. Большой диапазон расхода удельной тепловой энергии в сушилке с рекуперацией тепла фирмы «Maspell» показывает взаимосвязь удельного расхода тепла от различной начальной и конечной влажности, т.е. в зависимости от доли «свободной» и «связанной» влаги» в древесине. В данной таблице не приведены энергозатраты на сушку в аэродинамических сушилках, так как они сопоставимы с сушкой в поле токов высокой частоты.

Более детально влияние начальной влажности на удельное энергопотребление при сушке сосновых пиломатериалов нами показано на примере работы наших пресс-вакуумных сушильных камер, таблица 2. Из таблицы видно, что в зависимости от начальной влажности удельные энергозатраты на сушку 1 м3 сосны могут изменяться от 64 до 293 кВтч/м3, т.е. почти в 4 раза, и не могут однозначно характеризовать эффективность работы сушильных камер. Величина начальной влажности влияет и на общий удельный расход тепла при удалении 1 кг влаги из пиломатериала. С уменьшением начальной влажности пиломатериала, т.е. увеличением доли «связанной» влаги, удельное энергопотребление возрастает с 0,46 кВтч/кг(при 100% влажности) до 0,75 кВтч/кг (при 30% влажности). Увеличение толщины пиломатериала также приводит к увеличению удельного энергопотребления на сушку при примерно одинаковой начальной влажности с 0,68 кВтч/кг (40 мм) до 1,64 кВтч/кг (100 мм) и 2,17 кВтч/кг(150 мм). Если удельное энергопотребление на удаление 1 кг жидкости из пиломатериала отнести к единой толщине, например 10 мм, то величина такого удельного энергопотребления почти не зависит от толщины пиломатериала и составляет от 0,144 до 0,170 кВтч. Это показывает, что при сушке толстых сортаментов (брус, бревна) энергозатраты определяются в основном не удалением влаги с поверхности пиломатериала, а ее диффузией к поверхности по капиллярам. Увеличение плотности древесины, при всех одинаковых других условиях, приводит к значительному увеличению времени сушки и удельного энергопотребления. Это хорошо просматривается при сушке дуба кавказского (ρδ =645 кг/м3). Удельное энергопотребление возрастает до 1,49 кВтч/кг, до 144 часов, таблица 3.

В связи с тем, что в литературе практически отсутствуют данные, которые можно использовать для сравнительной оценки энергопотребления при сушке лиственных пород в различных типах сушилок, мы остановимся более подробно на удельном энергопотреблении при сушке хвойных пород. При этом удельное энергопотребление кВтч/кг испаренной влаги переведем в более приемлемую для основной массы деревообработчиков единицу измерения- кВтч/м3 «свежеспиленной древесины», т.е. примем одинаковую начальную и конечную влажность пиломатериала для сушки во всех рассматриваемых ниже типах сушилок. Среднестатистическая годовая влажность пиломатериала (сосны), поступающей на сушку - 88 % (данные за 2004 год по нашему предприятию), конечная влажность 8 %. Пo литературным данным, все конвективные камерные сушилки отечественного и зарубежного производства не зависимо от производительности имеют энергопотребление от 1,44 до 1,83 кВтч/кг Н2О или при данной начальной влажности от 597,6 до 759,4 кВтч/м3 . Более экономичные конденсационные камерные сушилки, в которых идет рекуперация тепла, расходуют около 1,40 кВтч/кг или 580 кВтч/м3. Хотелось бы меньше, но на охлаждение и конденсацию паров воды в холодильнике надо затратить энергии столько же, сколько на нагрев и испарение. Это законы термодинамики. Поэтому, в общем, особого выигрыша в энергопотреблении сушильной камерой они дать не могут.

Механизм сушки в вакууме в сушилках различной конструкции и с разными источниками нагрева пиломатериала аналогичен процессу сушки в конвективных камерных сушилках, но он происходит при пониженной температуре и давлении. С увеличением глубины вакуума коэффициент диффузии возрастает при 40° C от 0,38 10-5 см/с при 760 мм.рт.ст до 1,78-10-5 см/с при 62 мм.рт.ст. Это приводит к уменьшению времени сушки в 2-3 раза. С точки зрения удельных энергозатрат процесс носит обратный характер: с увеличением глубины вакуума теплота парообразования (энергозатраты) возрастает на 5,9 % от 2260 кДж/кг при 760 мм.рт.ст. (100° С) до 2391 кДж/кг при 73 мм.рт.ст. (45° С). Именно это дало значительное сокращение времени сушки и потерь тепла в результате уменьшает удельные энергозатраты при сушке в вакуумной камере по сравнению с конвективными. В случае использования в качестве теплоносителя паровоздушной смеси и рекуперации тепла, энергопотребление составляет в среднем 1,39 кВтч/кгН2О или 576 кВтч/м3. С уменьшением влажности пиломатериала уменьшается давление пара жидкости, следовательно, количество теплоносителя. Это приводит к снижению эффективности нагрева в вакууме. Поэтому чаще всего нагрев пиломатериала проводят при атмосферном давлении, а сушку в вакууме.

Другой путь уменьшения времени нагрева пиломатериала в вакууме и повышения эффективности – использование колебательного движения молекул воды, находящихся в электромагнитном поле различной частоты. Независимо от конструкции сушилки в качестве источника энергии используются высокочастотные генераторы, коэффициент полезного действия которых составляет не более 0,5-0,6. Это приводит к увеличению энергопотребления в два раза до 2,00-3,00 кВтч/кгН2О или до 830 - 1245 кВтч/м3.

Не лучшие результаты дает использование электромагнитного поля промышленной частоты, так называемого индукционного нагрева. Надо понимать, что эти сушилки в своем принципе не могут быть экономичнее даже простых конвективных камерных сушилок из-за низкого КПД генератора энергии. Приведенные в рекламах данные по расходу энергии на сушку 1 м3 пиломатериала 200 кВтч неверна, или надо указывать, что начальная влажность пиломатериала составила 24 %, а не 88 %, которые берутся для сравнения с энергозатратами в других сушильных камерах. Кроме этого надо учитывать, что эффективность индукционного нагрева определяется плотностью полярного компонента, в основном воды и с уменьшением влажности пиломатериала она сильно падает.

Какой можно сделать вывод из вышеизложенного?

Во-первых, сравнительную оценку энергопотребления сушильных камер можно проводить только с указанием породы, начальной и конечной влажности и толщины пиломатериала.

Во-вторых, удельное энергопотребление на сушку пиломатериала, где используется процесс испарения влаги, может только приближаться к теоретическому значению, но никогда не будет меньше

Показатели удельного энергопотребления лесосушильных камер 
периодического действия при сушке еловых пиломатериалов 
Таблица 1

Показатели удельного энергопотребления лесосушильных камер 
периодического действия при сушке еловых пиломатериалов
Таблица 1
Тип и марка сушильной камеры Удельный расход энергии
Тепловая Электро-мех.,
кВтч/кг

Общий расход

кВтч/кг

кДж/кг кВтч/кг
1

Паровоздушные:
- малой производительности, HD, KWB, SR68, SHT, Zicnica
- средней производительности 
- большой производительности HD78K, KWD фирм Sateko и Vanichek

5690


4480
5070
1.58


1.24
1.4
0.25


0.20
0.20
1.83


1.44
1.60
2 Газовые и с газовоздушным теплообменником HD, HWC, KWL, W-147 7500 2.08 0.21 2.29
3 Высокотемпературные KAA фирмы Sateko 4730 1.31 0.125 1.33
4

Конденсационные HD фирмы Vanichek

    1.4-2.8 1.4-2.8
5

Вакуумные:
- с рекуперацией тепла фирмы Maspell
- с сушкой в поле токов высокой частоты EDV2, GUB100


2600-6300
7200-10800

0.72-1.75
2.00-300

0.14

0.86-1.89
2.00-3.00
6 Пресс-вакуумная ПВСК-3; ПВСК-5; ПВСК-9 1224 0.64 0.2 0.84

 

Влияние влажности сортамента сосновых пиломатериалов на удельное 
энергопотребление при сушке в импульсных сушильных камерах
Таблица 2
Объем загрузки, м3/ толщина, мм (сосна) Влажность, W%

Время сушки,час

Общий расход энергии на сушку: при полной загрузке/на 1м3, кВт•ч Удельный 
начальная 
конечная расход 
энергии на 
сушку, 
кВт•ч/ кг H2O
  начальная конечная
1,5m3/150х150 63 15 38 1246/132 2.17/60.8
1,6m3/100х150 63 15 31 1364/127 1.64/77.4
2,8m3/30 88 8.2 26 2592/274 0.46/126
2,5m3/55 80 5.0 32 2316/293 0.51/149
3,0m3/40 55 7.2 17 2680/236 0.68/160
3,8m3/30 30 7.4 12 3430/274 0.75/205

 

Влияние плотности древесины лиственных пород на удельное 
энергопотребление в импульсных сушильных камерах
Таблица 43
Пиломатериал – доска обрезная. Толщина 50мм. Полная загрузка камеры. V=6м3.
  Лиственница* Береза Ясень
маньчжурский
Бук Дуб
восточный
Дуб
кавказский
1 Плотность, ρδкг/м3 540 520 535 560 585 645
2 Влажность, %
– начальная
– конечная

75
9,4**

83
7,5

68
6,0

25
5,0

68
5,7

58
5,7
3 Время сушки, час            
4 Общ.расход энергии на
сушку полн.загрузки,
-тепловая
-электрическая

1920 кВт•ч
1280 кВт•ч
640 кВт•ч

1896 кВт•ч
1200 кВт•ч
696 кВт•ч

2049 кВт•ч
1421 кВт•ч
628 кВт•ч

935 кВт•ч
680 кВт•ч
255 кВт•ч

2321 кВт•ч
1624 кВт•ч
695 кВт•ч

3012 кВт•ч
1930 кВт•ч
1082 кВт•ч
5 Общий удельн. расход
энерг. на удаление 1 кг
жидкости
– тепловая
– электрическая


0,90 кВт•ч
0,60 кВт•ч
0,30 кВт•ч


0,84 кВт•ч 
0,53 кВт•ч
0,31 кВт•ч


1,22 кВт•ч
0,78 кВт•ч
0,44 кВт•ч


1,21 кВт•ч
0,88 кВт•ч
0,33 кВт•ч


1,06 кВт•ч
0,70 кВт•ч
0,36 кВт•ч


1,49 кВт•ч
0,49 кВт•ч
0,54 кВт•ч
* Необрезная, толщина 30 мм; 
 
Назад