CC BY
24
УДК674.047
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЛЕСОСУШИЛЬНЫХ КАМЕР
FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF SYSTEMS HEAT SUPPLY DRYING
CHAMBERS FOR WOOD
Тримасова О.В., Корчук Ю.А., Орлов А.А.
(Сибирский государственный университет науки и технологий имени М. Ф.
Решетнева, г. Красноярск, РФ)
Trimasova O.V., Korchuk Y.A., Orlov A.A.
(Siberian State University of Science and Technology named after MF Reshetnev,
Krasnoyarsk, Russia)
Установлены различия в эффективности работы и стоимости систем теплоснабжения сушильных камер, произведенных в КНР. Приведены рекомендации к повышению тепловой защиты ограждений и мощности калориферной установки камер.
Differences in the efficiency and cost of heat supply systems for drying chambers produced in China have been established. Recommendations are given to increase the thermal protection offences and the capacity of the air-heater installation of chambers.
Ключевые слова:сушильная камера, теплоснабжение, режим сушки Key words:drying chamber, heating system, drying mode
Существуют различные способы и методы сушки пиломатериалов. Но самым распространенным способом, на сегодняшний день, остается конвективная сушка пиломатериалов влажным воздухом атмосферного давления в камерах периодического действия.
Важнейшим элементом сушильной камеры является система теплоснабжения. Большинство современных предприятий лесной отрасли устанавливают водогрейные котлы-утилизаторы древесных отходов, с учетом, того, что основным потребителем тепловой энергии будет участок сушки пиломатериалов.
Практика показывает, что схемы теплоснабжения камер у разных производителей имеют свои отличительные особенности. Анализируя конструкцию большинства камер представленных на российском рынке, можно выделить четыре вида организации подачи горячей воды в калориферы.
Первый - это схема с количественным регулированием теплоносителя (рисунок 1а). Отличается простотой конструкции и меньшей стоимостью регулирующего органа (двухходового клапана) часто работающего по двухпозицион-ному принципу. Недостатком этой схемы является непостоянный расход теплоносителя в теплообменниках, что приводит к нестабильному регулированию параметров режима сушки, что увеличивает риски нарушения целостности пиломатериалов и общую продолжительность процесса сушки.
Второй - это схема с количественным регулированием расхода теплоносителя в камере при помощи трехходового клапана (рисунок 1б). Такая схема используется при установке одной камеры с котлом. При закрытии подачи воды в камеру вода перенаправляется в трубопровод с обратной водой минуя камеру.
Это необходимо, чтобы при закрытии подачи воды в камеру не останавливалась ее циркуляция в теплообменнике котла. Недостатки этого способа такие же, как и в предыдущем способе.
Третий - это схема с количественным регулированием расхода теплоносителя в камере при помощи трехходового клапана и дополнительно установленным циркуляционным насосом (рисунок 1в). Циркуляционный насос позволяет быстрее подать горячую воду в теплообменники, а значит уменьшить колебания параметров режима сушки и, следовательно, снизить риски нарушения целостности пиломатериалов. Такой способ используется при установке нескольких камер, при этом циркуляционный насос всегда создает необходимый напор и расход теплоносителя в теплообменниках во всех установленных камерах, т.е. нет перекоса расхода теплоносителя как по камерам, так и в калориферах.
Четвертый - это схема с качественным регулированием расхода теплоносителя в камере (рисунке 1г). В схему теплоснабжения каждой камеры смонтированы отдельный циркуляционный насос и смесительный трехходовой клапан с электроприводом. Температура теплоносителя подаваемого в калориферы регулируется за счет подмеса обратной воды. Именно наличие этих двух элементов в схеме позволяет с заданной точностью (+2 °С) [1] поддерживать температуру агента сушки, а в камерах с современной системой автоматического управления точность регулирования температуры агента сушки составляет (+0,5 °С).
Однако отечественные и зарубежные производители камер различно комплектуют и монтируют схемы теплоснабжения камер с качественным регулированием. Проблеме эксплуатации таких систем и способам повышения их функциональных характеристик посвящена данная работа.
Из обширного перечня сушильных установок, представленных на российском рынке можно выделить очень распространённые конвективные сборно -металлические камеры периодического действия из КНР, которые представлены широким списком, начиная с известных китайских брендов и заканчивая разовыми поставками камер от «кустарей».
а б
Обратная вода
Обратная вода
Горячая вода М Горячая вода
в г
а - подключение сушильной камеры по количественной схеме подачи теплоносителя; б -схема с количественным регулированием расхода теплоносителя в камере
посредством трехходового клапана; в -схема с количественным регулированием расхода теплоносителя в камере
с помощью трехходового клапана и циркуляционного насоса; г -схема с качественным регулированием расхода теплоносителя в камере. 1 - двухходовой клапан с электроприводом; 2 - трехходовой клапан с электроприводом; 3 - циркуляционный насос
Рисунок 1 - Принципиальные тепловые схемы подключения сушильной камеры
Массовые поставки сборно -металлических камер из КНР начались с конца прошлого века. Их несомненным преимуществом была и остается низкая цена. Камеры производства КНР представляли собой копии, весьма разного качества, камер европейских производителей. Часто, даже не подозревая об этом, заказчики получали камеры из КНР с паровой системой теплоснабжения и подключали их к водяной системе отопления с вытекающими из этого негативными последствиями для процесса сушки. Поставлялись камеры и с водяной системой теплоснабжения, но с зауженным трубопроводом и с седельным трехходовым клапаном, обратным клапаном, а также по дополнительной заявке заказчика с циркуляционным насосом. Более детально вопрос выбора и особенностей эксплуатации конвективных сушильных камер из КНР рассмотрен в работе [2].
Обобщая наш опыт эксплуатации камер из КНР в Сибирском регионе, можно отметить следующие недостатки их типовых систем теплоснабжения: низкая тепловая мощность калориферной установки; недостаточная скорость циркуляции воды; заужены диаметры труб и трубопроводной арматуры; высокое гидравлическое сопротивление седельных трехходовых клапанов и обратных клапанов; высокая мощность электродвигателей циркуляционных насосов.
Однако следует отдать должное отдельным производителям камер из КНР. Они быстро развиваются и устраняют недостатки своих камер с учетом отзывов клиентов. Поэтому одной из целей данной работы является освещение положительного опыта авторов в комплектации, монтаже и эксплуатации лесосушиль-ных камер из КНР в условиях Сибирского региона
Так в 2014 г. на лесопильно-деревообрабатывающем предприятие ООО «Грин Форест» (г. Красноярск) были установлены 2 камеры вместимостью 150 м усл. п. м. типовой комплектации компании «СаньЮ» (КНР).
Система теплоснабжения каждой камеры включает тепловой узел, калориферную установку на двух фермах и трубную разводку. Отличительными особенностями системы теплоснабжения камер компании «СаньЮ» являются: зауженный условный диаметр подающего трубопровода и основной трубопроводной арматуры фу50); в качестве регулирующего органа расхода воды установлен трехходовой седельный клапан фу50) и циркуляционный насос (DN65) оснащённый двигателем мощностью 3 кВт.
После ввода в эксплуатацию данного блока камер нами были произведены измерения расхода теплоносителя (горячей воды) прибором -расходомером «TDS-100H» Handhold Ultrasonic Flowmetr Ver. 8.08. Измерения проводились во время прогрева полностью загруженной камеры партией обрезных сосновых пиломатериалов сечением 35x150 мм. Температура окружающей среды во время измерений составила 13 °C. Результаты измерений и расчетов тепловой мощности камеры по методике [3] показали: расход воды 41,39 м /ч; температура воды на входе в камеру 90,7°С; температура обратной воды на выходе из камеры 76,9 °С. Тепловая мощность калориферной установки составила всего 713 кВт, при потребной в период прогрева пиломатериалов 1050 кВт. Продолжительность сушки пиломатериалов составила 153 ч, а расход электроэнергии только на работу насоса - 413 кВт. При цене электроэнергии 3,2 руб. за 1 кВт-ч на данном предприятие затраты на работу насоса равны 1322 руб.
В 2015 г. на лесопильно-деревообрабатывающем предприятии ООО «Компания «Байкал Форест» (Иркутская обл.) были установлены 10 камер вместимостью 150 м усл. п.м. (рисунок 4) от производителя сушильного оборудования из КНР компании «Харбин Тайфа Оборудование Производства Co., ЛТД».
По принятым методикам [3, 4] и исходя из многолетнего опыта работы Центра сушки пиломатериалов СибГУ нами были рассчитаны и сформулированы основные требования к поставляемым на этот объект камерам, а именно: толщина ограждений не менее 150 мм; увеличенная тепловая мощность калориферной установки; модернизированная система теплоснабжения; современная система автоматического управления с базой адаптированных режимом сушки хвойных и лиственных пород Сибири и, несомненно, доступный сервис.
Запуск сушильных камер показал, что компания «Тайфа» в полном объеме выполнила предъявляемые требования к камерам. А именно: установлены дополнительно 2 циркуляционных вентилятора; мощность калориферной установки увеличена на 50 %; увеличены диаметры труб ^у80) системы теплоснабжения; в тепловом узле установлены поворотный трехходовой клапан (DN 65) и циркуляционный насос (DN65) с двигателем мощностью 1,7 кВт. В качестве основного элемента системы управления нами был выбран контроллер dTOUC (HOLZMEISTER, Италия), который позволяет применять адаптированные режимы сушки хвойных и лиственных пород Сибири.
Несмотря на внешнюю схожесть камер компаний «СаньЮ» и «Тайфа»
эксплуатация их выявила существенную разность в функционировании систем теплоснабжения, которая отразилась на проведении процессов сушки пиломатериалов и в целом на рентабельность работы данных предприятий.
Для сравнения эффективности работы систем теплоснабжения камер компаний «СаньЮ» и «Тайфа» во время запуска последних нами были произведены измерения расхода горячей воды с помощью расходомера и расчеты тепловой мощности калориферной установки камер. Опыт проводился при прогреве сосновых пиломатериалов сечением 38x150 мм. Результаты измерений и расчетов показали: расход воды 47,07 м /ч; температура воды на входе в камеру 92,4°С; температура обратной воды на выходе из камеры 66,5 °С. Соответственно перепад температур теплоносителя равен 25,9 °С при расчетной тепловой мощности калориферной установки 1380 кВт. Продолжительность сушки пиломатериалов составила 135 ч, а расход электроэнергии на работу насоса соответственно 207 кВт. При цене электроэнергии 2,95 руб. за 1 кВт-ч затраты на работу насоса составили 609 руб., что в 2 раза меньше, чем в камере «СаньЮ».
Таким образом, ввод в эксплуатацию лесосушильных камер компаний «СаньЮ» и «Тайфа» позволяют сделать следующие выводы:
1. В камерах «СаньЮ» при завышенной мощности электродвигателя циркуляционного насоса не обеспечивается тепловая мощность калориферной установки в периоды прогрева пиломатериалов. Следовательно, при запуске камер в зимнее время это приведет к увеличению продолжительности прогрева, перерасходу электрической энергии и повышению себестоимости сушки пиломатериалов. Также при работе камер в зимнее время при открытии заслонок приточно-вытяжной вентиляции будет снижаться температура в камере, что приведет к нарушению режимных параметров и возможному появлению дефектов сушки (грибные поражения). Затраты на дополнительное оснащения (увеличение количества теплообменных трубок, увеличение диаметра магистральных труб в камере, а также диаметра трубопроводной арматуры), несомненно, приведет к удорожанию этих камер на 5-7 %.
2. В камерах компании «Тайфа» несколько завышена (на 24 %) тепловая мощность калориферной установки. Поэтому, в последующих поставках производителю предложено уменьшить количество теплообменных трубок в калориферах, что приведет к снижению стоимости камер на 1 -2 %.
3. Установлена существенная разница в стоимости и эффективности работы теплового узла камер. Так в камерах «СаньЮ» цена седельного клапана ЭК65 с электроприводом составляет около 90 000 руб., а цена поворотного (смесительного) в камерах компании «Тайфа» всего 35 000 руб. Стоимость насоса БК65 с мощностью двигателя 3 кВт в камерах «СаньЮ» равна 110 000 руб., а в камерах компании «Тайфа» циркуляционный насос ЭК65 с мощностью двигателя 1,7 кВт стоит около 65 000 руб. Конструктивно седельный клапан по сравнению с поворотным (смесительным) имеет большее гидравлическое сопротивление, поэтому в камерах «СаньЮ» установлен циркуляционный насос с мощностью электродвигателя почти в 2 раза больше, чем в камерах компании «Тайфа». Также на установку более мощного насоса повлияло зауженные диа-
метры системы теплоснабжения в камерах «СаньЮ». Поэтому затраты электроэнергии на работу насоса в камерах «СаньЮ» в 2 раза больше, чем в камерах «Тайфа», а это отражается на себестоимости сушки пиломатериалов.
4. Типовой комплектации сушильных камер из КНР недостаточно для э ф-фективной работы в сложных климатических условиях Сибири. Обязательно следует увеличивать толщину ограждений камер до 150 мм, устанавливать дополнительные секции калориферов, пересчитывать и увеличивать диаметры трубопроводов системы теплоснабжения. Необходимо комплектовать тепловой узел поворотными (смесительными) клапанами, а циркуляцию горячей воды осуществлять с качественным регулированием.
Список использованных источников
1. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки пиломатериалов / ОАО «Научдревпром - ЦНИИМОД» . Архангельск, 2000. 125 с.
2.Корчук Ю.А., Орлов А.А. К вопросу выбора производителя конвективных лесосу-шильных камер/ Научные труды SWorld. Выпуск 1 (42). Том 11. Иваново: Научный мир, 2016. С.45-50.
3.Дмитроц, В.А. Теплотехнический справочник инженера лесного и деревообрабатывающего предприятия/В.А. Дмитроц, А.В. Левин, Ю.П. Семенов. М.: МГУЛ, 1999. 333 с.
4.Расев А.И. Тепловая обработка и сушка древесины/А.И. Расев. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2009. 360с.
