CC BY
48
УДК 630.88
Ю. В. ДЗЯДИКЕВИЧ, докт. техн. наук, професор Р. I. РОЗУМ, канд. техн. наук, доцент М. В. БУРЯК, канд. техн. наук, доцент
Тернопшьський нащональний економiчний унiверситет, м. Тернопшь П1ДВИЩЕННЯ ЖАРОПРОДУКТИВНОСТ1 ДЕРЕВНИХ ПАЛИВНИХ ГРАНУЛ
В работе проанализированы способы извлечения влаги, которые улучшают эффективность использования древесины. Наиболее перспективной является ультразвуковая технология. Она может успешно использоваться для обработки древесной биомассы, из которой изготавливают топливные брикеты или пеллеты. Это позволит значительно повысить жаропроизводительность топлива.
У робот1 проанал1зован1 способи виведення вологи, як1 покращують ефектившсть використання деревини. Найбыьш перспективною е ультразвукова технолог1я. Вона може устшно використовуватися для обробки деревног бюмаси, з яког виготовляють паливт брикети або пелети. Це дозволить значно тдвищити жаропродуктивтсть палива.
Вступ
Деревина е одним з найстарших видiв палива, оскшьки й теплотворна здатшсть рiвноцiнна бурому вугшлю [1]. Для одержання тепла широко використовують вщходи люового та деревообробного виробництв.
Перспективним напрямом використання вiдходiв деревини е виготовлення з них паливних брикетсв або гранул (пеллет) [2]. Сировиною для !х виробництва е тирса, стружка, трюки та кора. Спочатку сировину подрiбнюють до стану муки, сушать, а потсм подають на прес гранулятор, в якому вщбуваеться формування пеллет [3]. Ид час пресування тиск тдвищуе температуру матерiалу, а л^нин, який мютиться у деревиш, розм'якшуеться i склеюе частинки в щшьш цилiндри. На виробництво 1 т пеллет витрачаеться 4 - 5 м3 деревних вiдходiв [4]. Деревш гранули е стандартизованим видом палива i для них юнують нормативи. У рiзних кранах уведеш рiзнi стандарти на виробництво паливних гранул (пеллет) [5]. В Укрш'ш та Росп стандартiв на пеллети немае, тому виробники гранул орiентуються на европейсью стандарти.
Паливнi гранули (пеллети) мають низку суттевих переваг перед такими видами палива як газ, вугшля, мазут [4]. Популяршсть гранул як «домашнього» палива зумовлена i тим, що тепло з деревини сприймаеться набагато приемшше, шж тепло, одержане з мазуту або природного газу.
Необхщно також зазначити, що використання пеллет як палива дае можливють не залежати вщ компанш монополiстiв (газ, електроенергiя) i зовшшшх умов (пошкодження лiнiй електропередач, трубопроводiв тощо).
Основна частина
Покращити використання вiдходiв деревини можна шляхом тдвищення жаропродуктивностi, яка е важливою теплотехшчною характеристикою деревини [6]. Вона суттево впливае на конструкцii теплотехнiчних пристро'1'в, в яких здiйснюеться !х спалювання, i це в значнiй мiрi, визначае ефективнiсть роботи парових i водогрiйних агрегатiв, якi використовуються на тдприемствах рiзних галузей народного господарства [1]. Жаропродуктивтсть вщображае якiсть палива i свiдчить про можливiсть його використання для проходження високотемпературних процеав. Чим бiльша величина жаропродуктивностi палива, тим вища якiсть тепловоi енергл, що утворюеться при його згоранш, тим вища ефективнiсть роботи парових i водонагрiвних котлiв. Жаропродуктивнiсть палива в основному залежить вщ двох чинниюв: вологостi та зольностi.
Вплив вологосп та зольностi на жаропродуктивтсть деревноi бiомаси представлено в
таблиц [6].
Таблиця 1
Жаропродуктивнють паливних деревних вiдходiв
Зольнють Зр, % Жаропродуктивнють, 0С, при робочш вологосп, %
0 10 20 30 40 50 60 70
1 2022 1943 1851 1741 1603 1443 1229 939
2 2022 1942 1849 1737 1602 1433 1214 914
3 2022 1941 1846 1734 1896 1423 1198 888
4 2022 1940 1844 1730 1890 1413 1182 860
5 2022 1939 1842 1726 1883 1402 1164 831
6 2022 1938 1840 1722 1576 1391 1147 800
7 2022 1937 1838 1717 1569 1380 1128 768
8 2022 1936 1836 1713 1562 1368 1108 734
9 2022 1935 1833 1709 1554 1356 1088 697
10 2022 1934 1830 1704 1547 1343 1067 659
Жаропродуктивнють свiжозрiзаноi деревини з волопстю 50 % при зольностi 5 % складае 1402 0С, а висушена деревина до вологостi 20 % мае жаропродуктивнють 1842 0С. Водночас зменшення зольностi деревних вiдходiв з 5 до 3 % ( при вологосп 20 %) приводить до зростання жаропродуктивносп лише на 4 0С. Це свщчить про те, що зольнiсть деревини слабо впливае на жаропродуктивнють порiвняно з волопстю. Отже, на величину жаропродуктивносп деревини найбшьший вплив мае вологють.
Необхiдно зазначити, що волопсть деревини впливае не тшьки на жаропродуктивнють, але i на якiсть виробiв iз нй. В зв'язку з тим, проблемi виведення вологи з деревно'1' маси придiлена велика увага як науковщв, так i виробничникiв [7-28].
Серед низки способiв сушiння деревини на пiдприемствах деревообробно'1' галузi в основному застосовуються два способи: конвекторне атмосферне та конвекторне газопарове сушшня [7].
Конвекторне атмосферне сушшня деревини вщбуваеться на вщкритому повпрь Це найпростiший спосiб i не вимагае великих енергозатрат. Однак при цьому способi деревина висихае до 15-18 % вологосп i вiн довготривалий.
Газопарове сушiння деревини здшснюеться у сушильних камерах, в яю подаеться нагрiте повiтря, сумш повiтря з топковими газами або водяна пара. Застосування сушильних камер значно скорочуе термш виведення вологи з деревини незалежно вщ ^матичних умов, пори року й стану погоди, дае можливють висушувати п до будь-яко'1' задано'1' вологостi та регулювати процес сушiння. Газовi сушарш обiгрiваються топковими газами. Вони не потребують нi пари, нi електроенергл, але е пожежонебезпечнi.
Найбiльш поширеш сьогоднi пароповiтрянi камери. Повiтря в них на^ваеться парою, яка трубами подаеться вщ котельно'1' до камери. В багатьох iз них використовують реверс ний рух повiтря, що змшюе напрям потоку. Недолiком камерного сушшня деревини е значш затрати на устаткування сушильних камер i паливо.
З метою прискорення процесу виведення вологи з деревини та пщвищення якосп висушеного матерiалу, пропонуеться спосiб сушiння деревини в iзольованiй камерi в якiй спочатку зволожують деревину водою з температурою до 75 0С, а потiм ступшчасто нагрiвають до 118 0С. Тривалють нагрiвання на кожнiй ступенi вщ 20 до 40 хв. Виведення вологи з камери проводиться при досягненш тиску в нiй не менше 600 мм рт. ст. [8].
Для ефективного виведення вологи iз деревини автори [9] пропонують ступшчасте на^вання та направлену циркулящю повпря в камерi зi швидкютю потоку в межах 0,1- 0,5
На^вання пиломатерiалiв проводять у вакуумнш сушильнiй камерi, у якiй мiж рядами
деревини розташоваш HarpiBHi елементи. Вони працюють за 4-ступшчастим режимом [10, 11]. Така обробка забезпечуе високу якiсть сушiння пиломатерiалiв i дозволяе зменшити витрату електроенергл.
Сушшня деревини здшснюеться в конвективних пароповпряних сушильних камерах перюдично'' дп. З метою покращення якостi висушено'' деревини, автори [12-15] запропонували методику проведення в процесi сушiння промiжноï тепловологообробки, якою передбачено, що параметри процесу пщвищуються поступово вiдповiдно до градiента температури, величина якого залежить вщ породи, товщини та вологосп деревини.
Для штучного обезводнення деревини застосовують електричний струм. Електроди встановлюють на торцях дерев'яних виробiв i прикладають напругу 200-260 В/м, а також iмпульсне електричне поле. Воно мае постшну складову, яка направлена вздовж волокон деревини. Це дозволяе пщвищити енергетичну ефектившсть процесу виведення вологи iз капiлярiв деревини [16-18].
Для скорочення часу сушшня деревину розташовують у камерi мiж електродами, в якiй створюють тиск 0,005-0,07 МПа, а попм деревину обробляють в електричному полi за допомогою об'емних тлiючих розрядiв. Густина струму тшючих розрядiв вiд 0,2 мА/см2 до 40 мА/см2. Пару, що утворюеться в процес обробки, конденсують. Залежно вщ температури деревини регулюють потужшсть, яка пiдводиться до електродiв, виготовлених у виглядi теплообмiнникiв [19-21].
Багато матерiалiв, зокрема й деревина, на^ваються в електричному полi струму високо'' чистоти (СВЧ). За 10 хв. дошка товщиною 50 мм при достатнш потужностi генератора високо'' частоти може нагрiтися до 180 0С [7]. Сушiння СВЧ порiвняно з конвекторним вiдбуваеться в 15-20 разiв швидше. Штабель пиломатерiалiв розташовують мiж електродами з латунно'' або мщно' сiтки. Мiж електродами виникае електричне поле, в якому е деревина. При цьому в камерi застосовують вимушений рух повiтря. Цей споаб дуже ефективний особливо для сушшня деревини твердих порщ, але вш потребуе великих витрат електроенергп. З метою штенсифшацп процесу сушшня деревини, пщвищення економiчностi та якосп виведення вологи, автори [22, 23] пропонують розташовувати випромшювач СВЧ на боковш стiнцi камери, щоб довжина плеча кожного подальшого хвилеводу вiдрiзнялася вiд попереднього на величину, що дорiвнюе вiдношенню довжини електромагштно'' хвилi до кiлькостi випромiнювачiв. Використання юшзацп повiтря в сушильнiй камерi дозволяе значно зекономити витрату електроенергп, що витрачаеться високочастотними генераторами [24].
1нтенсифшувати процес перерозпод^ вологи, що знаходиться в об'ектах рослинного походження, зокрема в деревиш, можна шляхом використання електромагштних хвиль iз дiапазоном частот вщ 3 »10-5 до 3 »1014 Гц. Позитивний ефект одержують завдяки розташуванню джерел випромшювання навколо матерiалу, що обробляеться [25, 26].
Iснуючi технологи сушiння деревини грунтуються на змiнi агрегатного стану води (випаровування) i вiдрiзняються тiльки способами на^вання деревини, випаровування рiдини, пщведення необхщно' енергп для ще' мети та способами вщведення газу, що утворюеться в сушильнш камерi. Ц технологи вимагають високих енерговитрат - 200-250 кВт/год на 1 м3 деревини. Варпсть сушiння перевищуе варпсть деревини та ïï розпилювання. Необхщно зазначити, що способи сушiння деревини, що застосовуються на пщприемствах деревообробно'' промисловостi, мають низьку продуктивнiсть, спричиняють дефекти деревини, приводять до неоднорщносп вологостi, а також можлива небезпека випкання фреону iз системи охолодження конденсацiйних сушильних камер.
Сучаснi тенденцп удосконалення сушiльного устаткування мають еволюцшний характер i не можуть усунути цi недолiки. Хiба що, лише полшшити технiчнi характеристики дiючого устаткування на одинищ чи десятки вщсотюв. Причина в тому, що незмшним залишаеться фiзичний принцип сушiння - випаровування вологи, яка е в деревиш. У цьому випадку можна говорити тшьки про збшьшення коефщента корисно'' дiï всього сушильного комплексу за рахунок полiпшення конструкцiï сушильно'' камери, використання нових композицiйних
теплоiзоляцiйних матерiалiв, onraMÎ3a^ï режимiв обробки i т. д.
Ушкальш властивостi деревини як природного полiмеру, що мае складну капшярну структуру, дозволили створити нову технологию сушiння вiдходiв деревини без змши агрегатного стану вологи, що е в них. Вона грунтуеться на застосуванн ультразвуку. При сушiннi волога з деревини виводиться у виглядi рщини [27]. Це в кшька разiв знижуе питомi енерговитрати та збшьшуе продуктивнiсть устаткування на 50-70 %. Основними його елементами е ультразвуковий генератор i ультразвуковий випромшювач [28].
Дослщження впливу ультразвуково'1' обробки на властивост деревини, якi були проведет шновацшною компанiею «Промш», показали, що застосування ультразвуково'1' обробки забезпечуе:
- пщвищення якостi пиломатерiалу;
- високу стшюсть деревини до мiкроорганiзмiв пiсля сушiння;
- низьке вологопоглинання;
- пiдвищення стшкосп до гниття та резонансних характеристик деревини.
До переваг ультразвуково'1' технологи необхiдно вiднести:
- пiдвищення продуктивности устаткування, рiзке зменшення його габаршйв, ваги та споживано'1' потужностi;
- можливють створення цшсно'1' виробничо'1' лши „сушшня-обробка деревини";
- пiдвищення економiчних показникiв процесу деревопереробки;
- полшшення екологiчних показникiв (вiдсутнiсть викидiв шкщливих речовин в атмосферу та легке збирання видшено'1' рiдини).
Ультразвукова технолопя виведення вологи iз деревини може устшно використовуватися для обробки вiдходiв деревно'1' бiомаси, з яко'1' виготовляють паливнi брикети або пеллети [29].
Таким чином, застосування рiзних способiв сушiння деревини дозволяе вивести вологу з деревно'1' бiомаси i тим самим пщвищити ïï жаропродуктивнiсть. Необхщно зазначити, що найбшьш ефективним е ультразвукова технология, яка може устшно використовуватись для обробки деревних вiдходiв, iз яких виготовляють паливнi брикети (пеллети). Застосування паливних брикепв або гранул дозволяе виршити важливу еколопчну проблему - переробку вiдходiв пщприемств лiсового господарства та деревообробно'1' промисловосп. Водночас це е економiчно виправданим напрямом енергозабезпечення пщприемств рiзних галузей народного господарства Украши.
Список л^ератури
1. Дзюпин О. В. Уташзатя вiдходiв деревини з отриманням тепла // Будмайстер. - 200. -№ 8. - С. 8-11.
2. Дзядикевич Ю. В., Гевко Р. Б., Розум Р. I., Буряк М. В. Пщвищення ефективносп використання твердого бюпалива (огляд) // Вюник шженерно'1' академп Украши. Кшв. 2010. -№ 3 - 4, С. 213 - 219.
3. http://www.biotechnology.net.ua
4. Дзядикевич Ю. В., Розум Р. I., Буряк М. В. Шляхи пщвищення ефективносп використання вiдходiв деревини. Энергосбережение • Энергетика • Энергооаудит. - 2011. - № 4. - С. 22 - 27.
5. http://www.zog.ua/print.phpid
6. Головков С. И., Коперин И. Ф., Найденов В. И. Энергетическое использовагние древесных отходов.-М.: Лесн.пром-сть, 1987. - 220 с.
7. http -//joiner.org.ua/index.php/2rozrjad/
8. Пат. 2397413 Россия. Способ сушки древесины / С. В. Серков. Опубл. 20.08.2010 г.
9. Пат. 96123100 Россия. Способ сушки древесины и установка для его осуществления/ В. А. Каневских, Е .Б.Бочевер, Н. С. Степин. Опубл. 20.02 1999 г.
10. Пат. 2349849 Россия. Способ сушки пиломатериалов / А. Н.Чернышов, А. А. Филонов. - Опубл. 20.03 2009 г.
11. Пат. 2367861 Россия. Споосб сушки древесины / Н. Е. Епишков, Е. Н. Епишков, С. В.
Глухов. - 20.09 2009 г.
12. Пат. 34125 Украша. Cnoci6 сушшня деревини /П. К. Бшей, В. М.Павлюй, I. А. Соколовський, Н. П. Яворська. - Опубл. 25.07 2008 г., бюл. № 14, 2008 р.
13. Пат. 34123 Украша. Cnoci6 сушшня деревини / П. В. Бшей, В.М. Павлюй, I. А. Соколовський, Н. П. Яворська.- Опубл. 25.07 2008 г, бюл. № 14, 2008р.
14. Пат. 34856 Украша. Споаб сушшня деревини / П. В. Бшей, В. М. Павлюй, I. А. Соколовський, Н. П. Яворська. - Опубл. 26.08.2008., бюл. № 16, 2008 р.
15. Пат. 34800 Украша. Споаб сушшня деревини / П. В. Бшей, В. М. Павлюй, I. А. Соколовський, Н. П. Яворська. - Опубл. 26.01.2009., бюл. № 2, 2009 р.
16. Пат. 2006769 Россия. Способ сушки древесины/ В. И. Патякин, В. В Марченко, В. К. Кондаков, Г. Н.Долгобородов. - Опубл. 30.01 1994 г.
17. Пат. 95111012 Россия. Способ сушки древесины/Е. Г. Порсев. - Опубл. 10.04 1997 г.
18. Пат. 97107781 Россия. Способ сушки древесины / С. С. Савчук, А. С. Бурмакин. -Опубл. 27.01 1999 г.
19. Пат. 97107031 Россия. Способ сушки древесины / Г. М. Кассиров, Ф. Г. Секисов, О. В. Смердов. - Опубл. 10.04 1999 г.
20. Пат.2133419 Россия. Способ сушки древесины /Г. М. Кассиров, Ф. Г. Секисов, О. В. Смердов. - Опубл. 20.07 1999 г.
21. Пат. 2347163 Россия. Способ сушки древесины / Г. М. Кассиров, В. В. Лопатин, Ф. Г. Секисов, О. В. Смердов. - Опубл. 20.02 2009 г.
22. Пат. 94015518 Россия. Устройство и способ сушки пиломатериалов в СВЧ-поле / И. А. Якимов, А. В. Засорин, С. П. Алипов, А. И. Черняк, Н. В. Первухин. - Опубл. 10.06 1997 г.
23. Пат. 102772 Россия. Устройство для сушки изделий из древесины / К. Н. Огурцов, Ж. С. Синицына, В. А. Зеленов, С. А. Бондарев. Опубл. 10.03 2011 г.
24. Пат.2366875 Россия. Способ сушки древесины / Б. Н. Лелянов, М. И. Пузырев. -Опубл. 10.09 2009 г.
25. Пат. 54534 Украша. Спойб електромагштного сушшня деревини /Б. С. Олесьюв, С. П. Олесьюв. - Опубл. 17.03 2003 р.
26. Пат. 2367136 Россия. Способ сушки сырья или материалов растительного происхождения / В. С. Юрданов, Н. В. Юрданова. Опубл. 20.09 2009 г.
27. http//www.proxima.com.ua/articles.php.
28. Пат. 2419537 Россия. Устройство для ультразвуковой обработки древесины / В. А. Иванов, А. А. Новик, А. А. Новик, А. А. Новик. Опубл. 27.05.2011 г.
29. Пат. 50289 Россия. Установка для сушки древесины / В. В.Комарицкий, В. Я. Минаков. Опубл. 27.12 2005 г.
INCREASING HEAT PRODUCTIVITY WOOD FUEL GRANULES
Yu. V. DZYADYKEVYCH, Dr. Scie. Tech., Pf. R. I. ROZOOM, Cand. Tech. Scie., assisiate profesor M. V. BURIAK, Cand. Tech. Scie., assisiate profesor
The paper analyzed how the withdrawal of moisture, which improve the efficiency of wood. The most promising is the ultrasound technology. It can be successfully used for the treatment of wood biomass from which produce fuel briquettes or pellets. This will significantly improve fuel heat productivity.
Поступила в редакцию 03.02 2012 г.
