CC BY
10
Шуковий itíciiiiK HЛTУ УкраГни. - 2010. - Вип. 20.4
Andrashek Y. V., Shchupakivskyy R.B. Energy strategy on woodworking enterprises
The article discusses the formation of energy strategy of woodworking enterprises, as part of energy management. Defines it's role and place in the overall strategy of the company, described the main stages of development of energy conservation and energy management.
УДК 674.047 Проф. П.В. Бтей, д-р техн. наук; ст. викл. I.A. Соколовський, канд. техн. наук; тж. Е.П. Кунинець - НЛТУ Украти, м. Rbeie
ОСНОВИ ЕНЕРГООЩАДНО1 ТЕХНОЛОГИ ВИГОТОВЛЕННЯ БУКОВИХ ПИЛОМАТЕР1АЛ1В I ЗАГОТОВОК
Розглянуто технолопю розкрою буково! пиловочно! сировини i методику виз-начення ефективност використання теплово! енергл в процесах пропарювання i сушшня пиломатерiалiв. Зменшити корисш витрати теплово! енергп можна за рахунок зменшення тривалосп процесiв пропарювання, нагрiвання, сушiння i допомiжних технологiчних операцiй, що е можливим, якщо застосувати рацiональнi режими теплового оброблення i сушшня.
Вступ. Деревина бука мае невелику об'емну масу, високу мщнють, гарний зовшшнш вигляд, що сприяе широкому !! застосуванню в р1зних галу-зях народного господарства. Водночас, вона мае високу пдрофшьшсть i низь-ку бюстшюсть, що призводить до швидкого руйнування вщ бюпошкоджень. Тому буковий пиловник може збершатись на люосжах у зимових умовах не бшьше двох-трьох тижшв, а в лггнш перюд не бшьше, шж два-три дш. 1ншою особлив1стю будови буково! деревини е наявшсть несправжнього ядра, яке може займати р1зний об'ем у пиловнику. Названа специфжа будови буково! деревини вщображаеться вщповщним чином на процесах люопилення i пдро-терм1чно! оброблення (теплового оброблення i сушшня). Процеси люопилен-ня та пдротерм1чного оброблення е найбшьш енергомюткими в деревооброб-нш промисловосп, де енергетичш витрати на виготовлення пиломатер1ал1в i заготовок досягають 70 % вщ соб1вартост1 продукцн. Деревину, яку виготов-ляють у вигляд1 пиломатер1ал1в та заготовок у меблевому i деревообробному виробництвах, будiвництвi, машинобудуванш та iнших галузях, набувае бь ологiчну стiйкiсть проти гниття, здатшсть зберiгати форму та розмiри, макси-мальну механiчну мiцнiсть тiльки шсля гiдротермiчного оброблення.
Наявна нинi на люопильно-деревообробних пiдприемствах Укра!ни технологiя розкрою буково! пиловно! сировини не завжди враховуе таку спе-цифiчну ваду будови деревини, як несправжне ядро, яке за кольором вiдрiз-няеться вщ заболонно! частини стовбура. Наявшсть несправжнього ядра не допускаеться у меблевих заготовках для виготовлення стшьщв i в експортних поставках. Тому, щоб уникнути нерацюнального застосування пиловно! сировини потрiбно оптимiзувати розкрш буково! деревини на пилопродукцiю, що дасть змогу збшьшити об'емний вихщ пиломатерiалiв i заготовок на 5-8 %, що за значних обсяпв виробництва дасть вщповщний економiчний ефект.
Кра!ни^мпортери букових пиломатерiалiв i заготовок вимагають вщ !хнього виробника даш про фiтосанiтарне оброблення буково! деревини. Фь тосанiтарне оброблення букових пиломатерiалiв здiйснюють пiд час пропарювання або сушшня за вщповщних температур. Пропарювання стеришзуе
3. Tехнологiя та устаткування деревообробних шдприемств
89
деревину бука, чим зменшуються витрати в процеЫ 11 зберiгання i транспор-тування та прискорюе наступне сушiння, чим зменшуе енерговитрати проце-су сушшня на 20-30 %. За вщповщно! тривалостi процесу пропарювання, можна вирiвняти колiр несправжнього ядра i заболонно! стовбурово! частини пиломатерiалiв i заготовок. Отже, завдяки пропарюванню букових пиломате-рiалiв i заготовок здiйснюють ф^осаштарне оброблення i вирiвнювання кольору, що значно збiльшуе !хню товарну щншсть.
Кiлькiсть тепла (Qs), яка витрачаеться на процес пропарювання, виз-начають за рiвнянням балансу:
Qz = Qн + Qпр + 1 Qог + Qо, кВт, (1)
де Qн - кiлькiсть тепла, потрiбного для початкового на^вання 1 м пилома-терiалiв i заготовок, кДж
^^ -15
Е
Qн = |г • Ру 100 + Р ■ [С(_) • (-10 ) + С(+) • 1 н■ — , кВт (2)
де: г - питома теплота розморожування вологи, кДж/кг; ру - умовна густина деревини, кг/м ; Шд - волопсть деревини, %; р - густина деревини за ще! во-логоси, кг/м3; С(_), С(+) - питома теплоемшсть, вiдповiдно у зимових i се-
редньорiчних умовах, кДж/(кг-°С); 10, 1 н - вщповщно початкова i кiнцева температура на^вання деревини, °С; Е - кшьюсть матерiалу (для розрахун-юв прийнято Е=1м ); тн - тривалють початкового нагрiвання деревини, с; Qо - кiлькiсть тепла, потрiбна для початкового нагрiвання обладнання пропарю-вально! установки (приймаеться в розрахунках Qо = 0,15Q-); £ Qог - сума витрат тепла через огородження пропарювально! установки (приймаеться в розрахунках £ Qог = 0,05Q-); Qпр - кшьюсть тепла, потрiбна безпосередньо в процес пропарювання, Qпр = £ Qог •
Визначена, за викладеною вище методикою, кiлькiсть тепла визначае теплову потужшсть пропарювально! установки пiд час подолання теплово! шерци, початкового на^вання матерiалу та пропарювання. Щоб визначити витрати теплово! енерги на пропарювання, потрiбно теплову потужнiсть на окремих перюдах процесу перемножити на !х тривалiсть• Тривалiсть початкового нагрiвання (т0) пропарювально! установки, залежно вщ И конструкци. Приймаеться за дослщними даними, а за ххньо! вщсутност - т0=1,0-2,0 год. Тривалiсть початкового на^вання матерiалу - букових пиломатерiалiв або заготовок визначають емпiричною залежшстю:
тн = 2,95 ■ 10_5 ■ $92 ■ Я2 ■ Ж, год, (3)
де: - температура деревини (в цен^ матерiалу) = ¡с - 3 °С; tс - температура середовища, °С; ^ - товщина матерiалу, мм; W - вологiсть матерiалу, % абс.
Тривалiсть пропарювання залежить вiд мети теплового оброблення. Якщо метою пропарювання е теплова стерилiзацiя - фiтосанiстарне оброблення, то достатньою тривалютю теплового оброблення е година з температурою середовища tс >60 °С. Якщо метою пропарювання е змша кольору, або
Науковий вкиик НЛТУ yKpa'1'ни. - 2010. - Вип. 20.4
виpiвнювaння кoльopy нecпpaвжньoгo ядpa i зaбoлoннoï зoни, тo тpивaлicть пpoпapювaння мoжe cтaнoвити вiд 6 дo 72 годин. Шд час пpoпapювaння кшь-юсть тeплoти мае кoмпeнcyвaти ïï втpaти чepeз oгopoджeння.
Отoж, eнepгeтичнa ефектившсть пpoцecy пpoпapювaння визначають за виpaзoм
nQ = • 100%, (4)
Qe
де Qk - Kop^Ho витpaчeнa тeплoтa, Qk = QH + Qnp.
Щрб збiльшити eфeктивнicть викopиcтaння тeплoвoï eHepriï в пpoцeci пpoпapювaння бyкoвиx пилoмaтepiaлiв i зaгoтoвoк, пoтpiбнo визначити orn^-мальну тpивaлicть пpoцecy та зменшити нeпpoдyктивнi витpaти тeплoти.
У npo^ci cyшiння пилoмaтepiaлiв a6o зaгoтoвoк, тeплoвa eнepгiя вит-paчaeтьcя на: пoдoлaння тeплoвoï iнepцiï cyшильнoï кaмepи (Q0); пoчaткoвe нaгpiвaння пилoмaтepiaлiв a6o зaгoтoвoк (QH); випapoвyвaння вoлoги з мате-piaлy - cyшiння (Qc); виганання дoдaткoвиx тexнoлoгiчниx oпepaцiй (QTCx) -пpoмiжкoвиx та кoндицioнyвaльниx тeплoвoлoгooбpoблeнь. Тагаж мають мicцe i втpaти тeплoвoï eнepгiï: з вiдпpaцьoвaним aгeнтoм сушшня (Qв) i че-peз oгopoджeння cyшильнoï кaмepи (Z Qoг ). ^му, баланс тeплoвoï eнepгiï в збшьшешму виглядi буде таким:
Qz = Qo + Qh + Qc + Qxex + Qв + Z Qoг, кВт. (5)
Звщки eфeктивнicть викopиcтaння тeплoвoï eнepгiï в npo^ci cyшiння пилoмaтepiaлiв aбo зaгoтoвoк визначать за фopмyлoю
nQ = Qb • 100%, (4)
Qe
де Qk - кopиcнo витpaчeнa тeплoвa eнepгiя, Qk = QH + Qc + Q TCx.
Щoб збiльшити eфeктивнicть викopиcтaння тeплoвoï eнepгiï в пpoцeci сушшня пилoмaтepiaлiв aбo зaгoтoвoк, пoтpiбнo пiдiбpaти кoнcтpyктивнi еле-менти oгopoджeння так, щ^б ïxнiй тepмiчний oпip (RA) був максимальним:
1 m S 1
Ra= — + Zt +—^ max, (7)
al i=l Ai a2
де: al, a2 - кoeфiцieнти тeплooбмiнy пoвepxoнь внyтpiшньoï i зoвнiшньoï стшки oгopoджeння, Вт/(м ^°С); S - товщина цьoгo шаpy oгopoджeння, м; A - тeплoпpoвiднicть ^oro шapy oгopoджeння, Вт/(м^°С).
Koнcтpyктивнi елементи ^ap^ oгopoджeння пoвиннi пiдбиpaтиcь так, щ^б cyмapнi витpaти тeплoвoï eHepriï не пepeвищyвaли 5 % вщ тeплoвoï пoтyжнocтi кaмepи.
Нaйбiльшими втpaтaми тeплoвoï eнepгiï в пpoцeci сушшня е втpaти з вiдпpaцьoвaним агентом сушшня, адже все тeплo, вшрачене на випapoвyвaн-ня вoлoги з пoвepxнi мaтepiaлy, paзoм з вiдпpaцьoвaним aгeнтoм cyшiння ви-кидаеться в aтмocфepy. Пpиблизнo цю кiлькicть тeплoвoï eнepгiï мoжнa визначити за фopмyлoю
Qв =
Г 1 _ 1 л
100^-2-0- _ Св • tM
d2 _ d0
Мр, кВт, (S)
/
3. Технолопя Ta устaткувaння деревообробних пiдприeмств 91
де: 12, 10 - тепловмiст повiтря на виходi з камери та свiжого повiтря; кДж/кг; d2, d0 - вологовмют повiтря на виходi з камери та свiжого повiтря, г/кг; Св -питома теплоемшсть води, кДж/(кг-°С); Мр - розрахункова кшьюсть вологи, яка випаровуеться з сушильно! камери пiд час сушiння, кг/с.
Мр = 2,78 • 10~6ру (Wn - WK) • —, кг/с, (9)
Tc
де: Wn, WK - початкова i кiнцева вологiсть пиломатерiалiв, % абс.; Е - кшьюсть матерiалу завантаженого одночасно в сушильну камеру, м3; k - коефь цiент який враховуе нерiвномiрнiсть процесу сушшня, коли WK <12 %, k=1,3; тс - тривалiсть сушшня, с.
Висновки. Основними енерговитратними процесами у виробнищв букових пиломатерiалiв i заготовок е процеси пропарювання i сушiння. Змен-шити кориснi витрати теплово! енергн можна за рахунок зменшення трива-лостi процесiв пропарювання, на^вання, сушiння i допомiжних технолопч-них операцiй, що е можливим, якщо застосувати рацiональнi режими теплового оброблення i сушiння. Зменшити витрати теплово! енергн можна внасль док максимального наближення джерела теплово! енергн (котельнi) до спо-живача (пропарювально! або сушильно! установки); зменшення теплово! шерцн обладнання, що е в пропарювальних i сушильних камерах; зменшення втрат теплово! енергп через огородження; рекуперацй теплово! енергн, яка викидаеться разом iз вiдпрацьованим агентом сушшня. Завдяки цим заходам зросте ефектившсть використання теплово! енергп (t^q) вiд 66 %, яка е на сьогодш, до 80 %, що стане основою енергоощадно! технологи виготовлення букових пиломатерiалiв i заготовок.
Лггература
1. Б1лей П.В. Теоретичш основи теплово! оброблення i сушшня деревини : монограф1я. - Коломия : Вид-во "Вк", 2005. - 360 с.
2. Бшей П.В. Сушшня та захист деревини : пщручник / П.В. Бшей, В.М. Павлюст. -Льв1в : Вид-во "Кольорове небо", 2008. - 312 с.
3. Безноско Ю.Л. Методика визначення витрат та втрат теплово! енергп в процесах сушшня пиломатер1ал1в / Ю.Л. Безноско // Науковий Вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Украши. - 2009. - Вип. 19.3. - С. 109-113.
Билей П.В., Соколовский И.А., Кунинец Е.П. Основы энергосохранной технологии производства буковых пиломатериалов и заготовок
Рассмотрены технология раскрою букового пиловочного сырья и методика определения эффективности использования тепловой энергии в процессах пропарива-ния и сушения пиломатериалов. Уменьшить полезные расходы тепловой энергии можно за счет уменьшения длительности процессов пропаривания, нагревания, сушения и вспомогательных технологических операций, которые являются возможными, при применении рациональных режимов тепловой обработки и сушения.
BileyP.V., SokolovskyI.А., KynunetsE.P. Fundamentals of energy-saving technology of beech timber and blanks
Technology of beech sawn raw materials and methods of the efficiency of thermal energy determining in the process of steaming and drying of lumber have been considered. Decreasing the useful charges of thermal energy is possible due to diminishing of duration of processes of steaming-out, heating, drying and auxiliary technological operations which are possible, if to apply the rational modes of thermal treatment and drying.
