CC BY
23
Н.С. Никулина, О.Н. Филимонова [и др] // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления: межвуз. сб. науч.тр. / под ред. В.С. Петровского. Воронеж, 2010. Вып. 15. С.95-98.
7. Кононов Г. Н. Химия древесины и
ее основных компонентов. М.: МГУЛ, 2002. 259 с.
8. Ахназарова С. Л., Кафаров В. В. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии. М.: Высш. шк., 1985. 328 с.
УДК 674.023
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ОТРАБОТАВШЕГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В ПРОЦЕССЕ СУШКИ ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры древесиноведения А. О. Сафонов ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
aosafonov@gmail.com
В сложившихся экономических условиях непрерывного роста тарифов на энергоносители, задача рационального их использования чрезвычайно актуальна. Большую роль в этом играет создание энергосберегающих пожаробезопасных режимов тепловой обработки различных материалов. Технология сушки древесных частиц также является энергозатратной. Она подразумевает снижение влажности стружки от 80...100 % до 2...4 %. Управление сушилками барабанного типа в промышленных условиях, определение режимов осуществляется в зависимости от начальной влажности материала. Уровни изменения этого параметра описываются вероятностными законами, зависят от сезона, состояния сырья, условий хранения стружки. Несомненно, начальная влажность любого высушиваемого материала определяет технико-экономическую, технологическую эффективности сушки. Колебание влажности частиц, поступающих в барабан, явля-
ется причиной изменения режимных параметров. Проведенные промышленные исследования сушки древесных частиц позволили создать математическое описание, определяющее оптимальные режимы для компенсации влияния начальной влажности стружки Wнс, влажности Wц и температуры ^ окружающего барабан воздуха, температуры атмосферного воздуха ta на температуру отработавшего теплоносителя, характеризующую пожаробезопасность проведения процесса. Целью экспериментов в различные сезоны было создание математического описания для управления технологией, обеспечивающего пожаробезопасное проведение сушки при одновременном получении древесных частиц требуемой конечной влажности с максимальной производительностью барабанов и минимальными удельными расходами энергоносителей. В ходе активных экспериментов на промышленном оборудовании была определена адекватная зависимость (1).
вых
(
Т \
1 - еТ
(1)
V У
где У2х - функции температуры агента сушки на выходе из барабана, [3]; s = 1, 2, 3;
т - продолжительность сушки, мин; Твх - постоянная времени, мин, определяемая по методике [1].
Постоянная времени Твх для температуры теплоносителя на выходе из агрегата составила для зимнего сезона Т =3,5
мин, для весенне-осеннего Твв =3,7 мин, для летнего Тл =4 мин. Режимные параметры для функции У2х определялись в
результате разработанной процедуры многокритериальной оптимизации процесса сушки древесных частиц. При этом возмущающие воздействия изменялись в интервалах, представленных в таблице.
В результате активных производственных экспериментов и математической идентификации динамики температуры
Таблица
Изменение возмущающих воздействий при проведении опытных сушек древесных частиц в _барабанных агрегатах_
Наименование параметра тт тах Среднее по статистике
Зимние условия
Начальная влажность стружки Wнc, % 64,3 105,0 82,5
Влажность воздуха в цехе Wц, отн. ед. 0,54 0,6 0,57
Температура воздуха в цехе °С 17 23 19,2
Температура атмосферного воздуха ta, °С -24 -8 -14,4
Весенне-осенние условия
Начальная влажность стружки Wнc, % 57,7 90,2 78,6
Влажность воздуха в цехе Wц, отн. ед. 0,55 0,58 0,56
Температура воздуха в цехе °С 18 25 23,2
Температура атмосферного воздуха и, °С 2 17 12,6
Летние условия
Начальная влажность стружки Wнc, % 48,5 84,7 64,4
Влажность воздуха в цехе Wц, отн. ед. 0,56 0,58 0,57
Температура воздуха в цехе °С 24 30 28,7
Температура атмосферного воздуха и, °С 19 28 24,9
отработавшего теплоносителя на выходе из агрегата были получены графические зависимости, представленные на рис. 1, 2, 3. Графики рис. 1 показывают, что найденные оптимальные значения режимных параметров обеспечивают пожаробезопасное проведение технологии в зимний период.
Значение У2З находится в приемлемых для технологии сушки древесных частиц пределах, ее установившийся уровень колеблется от 107 до 123 °С. Температура отработавшего сушильного агента достигает 95 % от установившегося уровня зна-
-*-Wнс=80 % -*-Wнс=85 % -Wнс=90 %
-*-Wнс=95 % -■-Wнс=100 %
Рис. 1. Изменение температуры сушильного агента на выходе из барабана в зимний период
чения за 6,5 мин. В дальнейшем происходит увеличение температуры в среднем по различным значениям начальной влажности стружки на 5,5 °С.
Исследования динамики температу-
ры сушильного агента на выходе из барабана весной и осенью показывают, что реализация оптимальных режимов при управлении процессом сушки позволяет проводить технологию без опасности воз-
никновения пожара в сухом конце барабана (рис. 2).
При этом возможно с достаточным уровнем достоверности определять изме-
нения температуры отработавшего теплоносителя от времени запуска барабана в работу. Отклонение фактических значений от расчетных не превышало 0,42 %, что
120
и о
-У го X
го
го о. го ю ет к а'
X 3 со го X
100
а>
1_
го го
£1 &
го а.
Ф с
80
60
40
20
8
16
24
32
Время Т, мин
-\Л/нс=60 % -\Л/нс=80%
-УУнс=65 % -\Л/нс=85%
Л/Унс=70% ■Шс=90%
Л/Унс=75 %
Рис. 2. Динамика температуры отработавшего теплоносителя в весенне-осенний период
140
Время Т, мин
-"^нс=50 % Wнc=55 % -*-№нс=60 %
-■^нс=65 % -•-Wнc=70 %
Рис. 3. Изменение температуры отработавшего агента сушки в летних условиях проведения процесса
удовлетворяет принятому в деревообработке уровню 5 % [2]. Для рассматриваемых условий проведения процесса сушки время достижения 95 % - го уровня установившегося значения температуры сушильного агента на выходе из барабана равно 6,5 мин, а дальнейшее повышение этого параметра в среднем при различных значениях исходной влажности Wнc соста-
вило 5,6 %. Увеличение скорости изменения температуры теплоносителя на выходе из барабана в весенне-осенний период объясняется повышением средних значений температур окружающего барабан ^ и атмосферного ta воздуха. В результате этого повышения снижаются потери теплоты в процессе сушки, что является причиной роста полезной доли энергии, расходуемой
непосредственно на удаление влаги из стружки. Результаты исследования динамики температуры отработавшего теплоносителя в летний период сушки показаны на рис. 3.
Найденные с помощью разработанной вычислительной процедуры оптимальные значения режимных параметров при различных уровнях начальной влажности стружки Wнс, характеризующих этот сезон, позволяют сделать вывод о том, что уравнение (1) является достаточно адекватным, отражающим реальную картину повышения температуры отработавшего сушильного агента. Значение этого параметра не превышает допустимого предельного уровня. При достижении в ходе процесса сушки древесных частиц значения температуры теплоносителя на выходе из барабана 95 % - го уровня установившегося значения за 6,5 мин, дальнейшее увеличение составляет в среднем 5,8 °С. Данное увеличение имеет большее значение по сравнению с ранее рассмотренными периодами по причине снижения потерь теплоты различными путями, повышения по-жароопасности процесса в летнее время года.
Созданное математическое описание динамики изменения температуры отработавшего теплоносителя достаточно адекватно реальному процессу. Ошибка не превышает допустимого в деревообработке
уровня. Формула (1) используется для анализа и прогнозирования в реальном масштабе времени с целью своевременного определения и реализации пожаробезопасных режимов. Разработанное математическое описание может быть использовано в системах многокритериального управления, обеспечивающих пожаробезопасное проведение сушки, о чем свидетельствуют рассчитанные и подтвержденные экспериментально значения температуры отработавшего теплоносителя. Время от момента достижения 95 % - го уровня установившегося значения температуры до установившегося значительно превосходит время поиска и реализации пожаробезопасных режимов.
Библиографический список
1. Девятов Б.Н. Теория переходных процессов в технологических аппаратах с точки зрения задач управления. Новосибирск: Сибирское отделение АН СССР, 1964. 324 с.
2. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследование процессов деревообработки. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 232 с.
3. Сафонов А.О. Тепломассоперенос и динамика сушки дисперсных материалов в барабанных сушилках. Воронеж: ВГУ, 2002. 240 с.
