CC BY
72
УДК 674.04
Р. Р. Сафин, Р. Р. Хасамшим, Е. Ю. Разумов ПРОМЫШЛЕННАЯ УСТАНОВКА ПО ТЕРМОМОДИФИЦИРОВАНИЮ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
В СРЕДЕ ТОПОЧНЫХ ГАЗОВ
Ключевые слова: тепловая энергия, термомодифицированная древесина, топочный газ, сушка.
Данная статья посвящена промышленной реализации результатов исследований процесса термического модифицирования пиломатериалов в среде топочных газов: представлена разработанная пилотная установка, дан анализ эффективности результатов разработки.
Keywords: thermal energy, thermomodified wood, flue gas, drying.
This article is devoted to the industrial implementation of the process of research of thermal modification derivations of lumber in an environment of flue gases is a developed pilot plant, an analysis of the effectiveness of the results of development.
В современных условиях при наблюдаемой тенденции роста тарифов на энергоносители, особенно актуальной становится проблема энергосбережения в производственно-хозяйственной деятельности предприятий. В тоже время в деревоперерабатывающей промышленности в последние годы наблюдается повышение интереса к такому энергоемкому процессу как термомодифицирование древесины, что объясняется введением Еврокомиссией с начала 2004 года запрета на применение химически обработанных пиломатериалов, а также уникальными свойствами получаемой продукции: низкая равновесная влажность, экологичность, повышенная биостойкость, долговечность и широкая цветовая гамма по всему сечению материала.
На сегодняшний день активной разработкой технологий термомодифицирования занимаются в таких странах как Финляндия (технология -Thermowood®), Франция (Retification), Америка (WEST-WOOD), Латвия (Vacuum Plus) и Германия (Thermoholz). Однако практически все предложенные технологии термомодифицирования имеют общий существенный недостаток: высокие энергозатраты, поскольку в качестве агента обработки зачастую используется дорогостоящий водяной пар, кроме того являющийся и агрессивной средой для оборудования [1].
При этом на стадии опытных экземпляров термокамер остается технология термической обработки в среде инертных газов. При этом в качестве среды предлагается использование азота, хотя с экономической точки зрения рациональным представляется использование углекислого газа, который может представлять собой продукты сгорания отходов деревообработки (топочные газы), что может не только значительно сократить энергозатраты на введение процесса, но и позволяет получать дополнительную тепловую энергию для технологических нужд и обогрева производственных площадей.
В результате предварительного математического и экспериментального моделирования была выявлена целесообразность промышленного использования способа термомодифицирования древесины в среде топочных газов. В связи с чем, была разработана и создана на производственной базе ООО «Промекс» (г. Минск) промышленная камера термической обработки
древесины в среде топочных газов, объемом загрузки 15 м3. Новизна технических и технологических решений, заложенных при проектировании промышленной камеры подтверждена патентом РФ № 2437043 «Способ и устройство сушки и термической обработки древесины» [2].
На рис. 1 представлен продольный и поперечный разрез и внешний вид установки для термомодифицирования древесины.
Установка термомодифицирования древесины представляет собой теплоизолированную металлическую камеру 1 со створками 2, имеющую два газохода 3 и 4, снабженных шиберными заслонками 5 и 6. Также внутри камеры находятся фальш-пол 7 и фальш-потолок 8, система трубопроводов по которым осуществляется циркуляция парогазовой смеси центробежным вентилятором 9, эжектирующие устройства 10, 11.
^особ сушки и термической обработки древесины осуществляется следующим образом. В камеру 1 загружается уложенная в штабель древесина 12 через створки 2, которые затем плотно закрываются. После этого начинается подача дымовых газов из топки 13 в камеру через первый газоход 3. Для этого шиберную заслонку 5 открывают, а шиберную заслонку 6 оставляют закрытой. В нижней части камеры 1 в зоне первого газохода 3 установлен эжектор 10, который предназначен для создания разрежения и подсоса дымовых газов из топки 13. Дымовые газы из топки 13 через первый газоход 3 подаются в область фальш-пола 7 и через его перфорацию поступают во внутреннюю часть камеры для проведения процесса высокотемпературной обработки, который осуществляется при температуре 105-130°С.
Далее дымовые газы, прошедшие через уложенную в штабель древесину 12, поступают через перфорацию фальш-потолка 8 в газоход 14. Циркуляция дымовых газов в указанном внутреннем аэродинамическом контуре осуществляется при помощи центробежного вентилятора 9. Улитка вентилятора 9 снабженная двумя выходами 16 и 17. Меньший газовый поток направляется на выход 16 для выброса в атмосферу через эжектор 11, способствующий подсосу дымовых газов из топки 13. Больший газовый поток направляется на выход 17, а затем в газоход 14 для циркуляции во внутренней области камеры 1. На 122
выходе газохода 14 установлен эжектор 10, создающий разрежение в этой области и способствующий подсосу дымовых газов из топки 13 по первому газоходу 3 во внутреннюю область камеры 1.
Рис. 1 - Схема промышленной установки по термическому модифицированию древесины в среде топочных газов
Рис.'2 - Ьнешнии вид промышленной установки по термическому модифицированию древесины в среде топочных газов
После сушки древесины до абсолютно сухого состояния её подвергают процессу термомодифицирования, для этого температуру в камере 1 повышают до 160-170°С. При этом концентрацию дымовых газов в камере 1 доводят до высокого уровня 95-100 об.%. В топке 13 ведут постоянный контроль за подачей кислорода, с целью недопущения его попадания в рабочую область камеры 1 во избежание обугливания и возгорания древесины 12. По достижении температуры 160-170°С доступ дымовых газов в камеру 1 прекращается путем перекрытия шиберной заслонки 5. При этом шиберную заслонку 6 открывают. Дальнейший нагрев парогазовой смеси, циркулирующей в рабочей полости камеры 1, осуществляется путем теплопередачи через стенку газохода 14 до достижения в камере 1 температуры 180-220°С. После достижения необходимого температурного режима древесина выдерживается в течении 3-5 часов в зависимости от необходимой степени термомодифицирования. После окончания процесса термомодифицирования древесина охлаждается до 100°С путем подачи водяного пара в камеру 1 через форсунки паропровода 18. Далее охлажденную древесину выгружают из камеры 1 через открытые створки 2
Корпус установки по термомодифицированию древесины представляет собой металлоконструкцию, изготовленную из швеллера. В задней стене камеры смонтирован держатель для ввода вращения и вентилятора. Внутренняя облицовка выполнена из металлического листа, толщиной 6 мм, наружная облицовка из профилированного листа.
В качестве утеплителя камеры использовалась минеральная вата, поскольку базальтовое волокно является не только хорошим теплоизолятором, удерживающим данные температурные нагрузки, но и обладает водоотталкивающими свойствами, что является не маловажным в термовлажностных процессах. Кроме того, данный утеплитель не содержит летучих соединений и является достаточно экологичным [3, 4].
Рис. 3 - Ввод вращения
Для перемещения нагретых топочных газов через штабель пиломатериалов используется центробежный вентилятор № 6, установленный в торце камеры. Вентилятор обладает следующими характеристиками: производительность - 31000 м3/ч; напор -83 кгс/м2; потребляемая мощность на валу электродвигателя - 7,5 кВт. Скорость циркуляции топочных газов через штабель пиломатериалов составила 4 м/с.
Вращение вентилятора происходит с помощью электродвигателя, расположенного вне камеры. Для предотвращения перегрева электродвигателя разработана специальная конструкция ввода вращения (рис. 2).
Для получения топочных газов в процессе термомодифицирования древесины используются котел с топкой, теплопроизводительностью 0,6 МВт. Топка снабжена питателем сыпучих древесинных отходов (опилки, стружка), состоящим из топливного бункера, приводного шнека и мешалки.
Заключение
Пусковые испытания созданной установки показали целесообразность широкого внедрения предложенной технологии термообработки пиломатериалов мягких лиственных и хвойных пород в среде топочных газов, поскольку наблюдается сокращение энергозатраты на проведение процесса более чем в два раза по сравнению с известными аналогами.
Литература
1. Хасаншин, Р.Р. Исследование биостойкости термомодифицированной древесины в условиях воздействия дереворазрушающих грибов / Р.Р. Хасаншин, Р.Р. Сафин, П.А. Кайнов // Вестник КГТУ. Казань. - 2012. - № 15. - С. 233235.
2. Сафин, Р.Р. Тепломассоперенос внутри древесины в процессе ее термического модифицирования / Р.Р. Сафин, Р.Р. Сафин // Вестник КГТУ. Казань. - 2012. - №15. - С. 137142.
3. Сафин, Р.Р. Новые подходы к совершенствованию вакуумно-конвективных технологий сушки древесины / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Р.Г. Сафин, П.А. Кайнов [Текст] // Деревообрабатывающая пром-сть. - 2005. - № 5. - С. 16-19.
4. Сафин, Р.Р. Математическая модель конвективной сушки пиломатериалов в разреженной среде / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Р.Г. Сафин [Текст] // Известия ВУЗов. Лесной журнал. - 2006. - №4. - С. 64-71.
© Р. Р. Сафин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. архитектуры и дизайна изделий из древесины КНИТУ; Р. Р. Хасаншин -канд. техн. наук, доц. той же кафедры, olambis@rambler.ru; Е. Ю. Разумов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.
