CC BY
16
УДК 674.047 Проф. П.В. БЫей, д-р техн. наук;
асист. Ж.Я. Гуменюк - УкрДЛТУ
СУЧАСН1 ТЕНДЕНЦП УДОСКОНАЛЕННЯ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ
СУШ1ННЯ ПИЛОМАТЕР1АЛ1В
Розглянуто методику удосконалення систем теплопостачання сушильних камер та рацюнального використання теплово1 енергл.
Prof. P.V. Biley; assist. Z.Ya. Humeniuk- USUFWT Modern trends of equipment for lumber drying improvement
Technique of heat service systems of drying kilns improvement and the best ways of heat energy consumption have been considered.
Вступ. Ситуащя на европейському ринку сушильних камер (на думку захщноевропейських ф1рм Brunner-Hildebrand, V. Vanicek та шших) передба-чае застосування таких трьох основних систем:
• 90.. .95 % - класичт пароповирят коивективт сушильт камери перюдичио! до;
• 3.5 % - вакуумт сушильт камери;
• 2.3 % - коидеисацшт сушильт камери.
На даний час в Укра1н експлуатуються так типи сушильних камер:
• 40 % - камери з природною циркулящею агента сушшия (яю, як правило, ре-коиструйован за р1зиими схемами);
• 30 % - камери ежекцшиого типу;
• 10 % - камери з аеродииам1чиим иагр1вом повгтря;
• 10 % - камери з горизонтально-поперечною циркулящею повгтря (СПЛК-2, СПМ-2К, ЛЛТ1, СКД);
• 10 % - камери з вертикально-поперечною циркуляц1ею пов1тря (СПВ-62, УЛ-1, УЛ-2, Katres та 1нш1 заруб1жного виробництва).
У вибор1 типу сушильних камер основну роль повинш мати таю чинни-ки: специфжащя i об'ем матер1алу, що шдлягае суш1нню; показники якост1 ма-тер1алу залежно вiд його застосування; вартють сушильного обладнання i наяв-шсть вiдповiдних iнвестицiйних коштiв. За споживанням рiзних видiв енергil эiзними типами сушильних камер ситуащя характеризуеться таким чином:
Вид енерги Потреба (%) в енерги для р1зних тип1в камер
конвективт вакуумт коидеисацiйиi
теплова 85-95 % ~50 % 10-20 %
електрична 5-15 % ~50 % 80-90 %
Основою будь-якого виробничого процесу е витрати енерги. Тому шд-вищення ефективносл сучасного виробництва пов'язано iз зростанням енер-гетичного потенщалу та зростанням споживання енергетичних ресурЫв. Але iз зростанням енергетичного потенщалу все бшьш актуальними стають пи-тання ефективностi енергоспоживання.
Конвективне сушшня пиломатерiалiв. Переважне застосування кон-вективних сушильних камер пояснюеться, передусiм, наявщстю на деревооб-робних пiдприемствах великого запасу деревних вiдходiв, якi використову-ються як паливо i отримання дешево1 теплово1 енергii^ Для цього дощльне застосування сучасних агрегатiв (котлiв-утилiзаторiв) для спалювання вiдхо-дiв, яю випускаються вiтчизняними i зарубiжними шдприемствами.
100
Зб1рмик' науково-технiчних праць
Науковий вкмик, 2004, вип. 14.4
У собiвартостi теплово! енерги (пара i гаряча вода) витрати на паливо складають 50... 70 %. Ефективнiсть використання деревних вiдходiв як котельного палива залежить вiд пiдготовки палива. Це, перш за все, !х накопи-чення, подрiбнення i, якщо можливо, пiдсушування. При спалюваннi в топках волого! деревини (волопсть 50 % i бiльше) не забезпечуеться номiнальна продуктивнiсть парових та водогршних котлiв. Це пояснюеться низькою жа-ропродуктивнiстю вологого палива. Жаропродуктившсть - це максимальна температура горшня, коли вся теплота вiддаеться продуктам згоряння палива без надлишку повггря.
У топковiй частинi котлоагрегату тепловщдача вiд гарячих продуктiв згоряння палива вщбуваеться за рахунок теплового випромшювання на по-верхнi нагрiвання котла. Перенесення теплоти випромшюванням залежить вщ температури гарячих газiв. Жаропродуктивнiсть абсолютно сухого дере-винного палива дорiвнюе 2010 °С. З пiдвищенням вологосл деревинного палива на 10 % теплота згорання знижуеться на 17 %, а жаропродуктившсть приблизно на 7 %. Жаропродуктившсть деревинного палива волопстю 60 % становить менше 1000 °С. За дано! температури тепловщдача випромiнюванням дорiвнюе тшьки половинi теплоти згорання палива, що приводить до зменшен-ня продуктивност котла i до вiдповiдного зниження ККД котлоагрегату.
Для визначення ефективност котлоагрегату необхiдно скласти його тепловий баланс. Очевидно, що вся кшьюсть тепла (От), отриманого вщ спа-лювання деревних вiдходiв у котлоагрегатах складаеться iз корисно витраче-но! теплоти (Ок) i суми втрат (ИОвтр) теплоти: газами, що виходять у димову трубу, вiд хiмiчно! i мехашчно! неповноти згорання палива, вщ зовнiшнього охолодження, з гарячими шлаками (попелом), тобто
От = Ок + ЭДвтр. (1)
Якщо прийняти От за 100 %, то коефщент корисно! ди котлоагрегату (Пка) становитиме
Ок = От - або Пка = О*- • 100%. (2)
V т
Теплова потужнiсть котлоагрегату (Ок.а) визначаеться за формулою
Ок.а = Dт■(iт - iв) + Бпр-акв - iв), кВт (3)
де: Dт - кiлькiсть отримано! вiд котла пари або гарячо! води, кг/с; Dпp - витрати котельно! води на продувку парового котла, кг/с, для водогршних котлiв цей показник не враховуеться; ^ - ентальшя пари або гарячо! води на виходi iз котла, кДж/кг; iв - ентальшя води, яка подаеться у котел, кДж/кг; - ентальшя води у котлi, кДж/кг.
Витрата палива (В, кг/с), яке подаеться у котлоагрегат (за умови його стало! роботи) визначиться iз piвняння теплового балансу
В'От'Пк.а = Dт•(iт - iв)
звiдки
D - { )
В = т ^-^, кг/с. (4)
От • Пк.а
3. Техмологiя та устаткуваммя деревообробмих шдприемств
101
З ще! формули видно, що витрата палива на виробництво теплово! енер-ги залежить вiд ККД котлоагрегату. Для сучасних технiчно справних котлоагре-га^в втрати тепла вiд механiчно! i хiмiчно! неповноти згорання палива, вщ зов-нiшнього охолодження та з гарячими шлаками (попелом) е дуже незначними (2...3 %) i ними можна нехтувати. Найбiльшi втрати йдуть з газами у димову трубу. Щ втрати можна визначити за кшьюстю димових газiв (Уд.г м /кг) та piз-ницi ентальпi! пpодуктiв згорання на виходi iз котлоагрегату кДж/кг) та холодного повггря кДж/кг), що подаеться у котлоагрегат, за piвнянням
Од.г = В•Уд.г•(iд.г - ¿х.п), кДж, (5)
де: Уд.г - повний об'ем димових газiв, Уд.г = 5,63.4,71 м /кг при Wв = 35.50 % i коефiцiента надлишку повiтpя а~1,5; - ентaльпiя димових га-зiв, кДж/кг, яка залежить вщ теплоемностi i температури димових гaзiв; -ентaльпiя холодного пов^я, кДж/кг.
Для зменшення втрат тепла, а вщповщно i зменшення питомо! витра-ти палива у котлоагрегатах необхщно зменшити кiлькiсть теплоти, яка йде з димовими газами в атмосферу, що можна досягнути встановленням у хвосто-вш частиш котла пов^она^вача. Встановлення повiтpонaгpiвaчa е дуже важливим для забезпечення достатньо! жаропродуктивност i повного згорання деревинних вiдходiв з високою (50 % i бiльше) вологiстю. Наприклад, при темпеpaтуpi димових гaзiв 1;д.г = 275 °С втрачаеться близько 19 % теплоти, яку виробляе котлоагрегат, а витрати палива зростають бшьше шж на 9 %.
Найбшьш економними в енергетичному плaнi е сушильш камери iз застосуванням як агент сушшня топкових гaзiв. Однак, застосування таких камер недоцшьне внаслщок piзних причин, а саме: низько! якостi мaтеpiaлу, що висушуеться, нестабшьносл теплового потоку (неpитмiчного згоряння piзних за характеристикою деревних вiдходiв) i тpуднощiв пiдтpимки режим-них пapaметpiв топкових гaзiв на входi в штабель. Вiдомi також piзнi типи котельних установок, як нaгpiвaють повггря, що подаеться в робочий проспр сушильно! камери. У цьому випадку, нагргте повiтpя, що подаеться з котель-но! установки, змiшуеться з основною частиною повiтpя в робочому пpостоpi камери i пiдвищуе його тепловий потенщал. Однак, формування режимних пapaметpiв на входi в штабель е надзвичайно важкою задачею через неста-бшьшсть теплового потоку повпря з котельно!, необхiдностi змiни у процес сушiння режимних пapaметpiв середовища для piзних поpiд деревини i типо-pозмipiв пиломaтеpiaлiв. Тому, найбшьш прийнятним вapiaнтом е конвек-тивш сушильнi камери з теплопостачанням вщ водогpiйних котлiв, якi пра-цюють на спалюванш деревних вiдходiв.
У бшьшосл випaдкiв застосовуються конвективнi сушильш камери з поперечно-вертикальним кiльцем циркуляци повiтpя. Сушильнi камери такого типу можуть виготовлятися заводським способом (збipно-метaлевi) або в будiвельному вapiaнтi (стaцiонapнi) з piзною величиною внутршнього простору. Необхiдно зазначити, що крупногабаритш камери (об'ем мaтеpiaлу у кaмеpi 50.100 м3) е бшьш економiчними, !х вapтiсть вiдносно дешевша, шж середньогабаритних (20.50 м мaтеpiaлу) i малогабаритних (менше за 20 м3 мaтеpiaлу). Однак, застосування крупногабаритних камер ютотно обме-
102
Збiрник мауково-техмiчмих праць
Науковий вкник, 2004, вип. 14.4
жуе мобiльнiсть виробництва, оскiльки в одну камеру необхщно помiстити MaTepian одше1 породи, товщини, початково1 вогкосп, сортност i призначен-ня. З ще1 точки зору оптимальним вapiaнтoм е середньогабаритш сушильнi камери мютюстю 30.40 м мaтepiaлу.
Незважаючи на подорожчання будiвeльних мaтepiaлiв, сушильнi камери у стащонарному вapiaнтi е дешевшими за збipнo-мeтaлeвi приблизно у 2,0.2.5 раза. Кpiм того, при використанш збipнo-мeтaлeвих камер нeoбхiднo шдготувати майданчик з фундаментом, пiдвeсти комушкаци (водопостачан-ня, теплопостачання, кaнaлiзaцiя) i виконати перевезення i монтаж обладнан-ня. Функщональш характеристики обох титв (стaцioнapнi або збipнo-мeтaлe-вi) майже не вiдpiзняються, за винятком показника теплошерцшность В обох конструктивних типах камер застосовуеться однакове вентиляторне облад-нання - oсьoвi peвepсивнi вентилятори №№ 6.8 з тепло- i вологозахисним електроприводом. Електродвигуни встaнoвлeнi на od вентилятора. Потуж-нiсть електроприводу вентилятора залежно вiд камери i умов його роботи становить 0,9.3,3 кВт. Однаковими е також системи теплопостачання (кало-рифери, зашрно-регулювальна арматура), двер^ замки i т.д.
Таким чином, основними напрямками розвитку традицшного конвективного сушшня пилoмaтepiaлiв е: освоення випуску в Укра1ш стандартних ушверсальних сушильних камер заводським способом; opiентaцiя випуску сушильних камер за конкретними iндивiдуaльними замовленнями залежно вщ об'ему мaтepiaлу, що висушуеться, його породного складу i шших умов; використання вже юнуючих примщень шд сушильнi камери, що дасть змогу значно зменшити витрати на обладнання сушильних цeхiв.
Вакуумний спoсiб сушшня може штенсифжувати процес при низьких температурах середовища. Якщо глибина вакууму становить 90 кПа, то вода кипить при тeмпepaтуpi коло 45 °С, що дае змогу зберегти природш власти-вост деревини. Однак, при вакуумному сушшт виникае проблема шдведен-ня тепла до мaтepiaлу, що висушуеться. Рiзнi фipми i заводи-виробники таких сушарок пропонують циклiчнe на^вання мaтepiaлу нaгpiтим пoвiтpям або водяною парою. Щ способи нaгpiвaння мають сво1 переваги i нeдoлiки. Мате-piaл можна нaгpiвaти i за допомогою пористих плит контактним способом. Але, найбшьш ефективним е дieлeктpичнe нaгpiвaння мaтepiaлу. Поряд з тим, необхщно зазначити, що пpoмислoвiсть не забезпечена надшними в poбoтi високочастотними генераторами. Основними ix нeдoлiкaми е малий ресурс роботи генераторних ламп i проблема створення дieлeктpичнoгo поля у дере-винi при вологост нижчiй за 15.20 %. Розроблення сучасних високочастот-них гeнepaтopiв дала б змогу створити високоштенсивний i високояюсний спoсiб сушiння всix порщ деревини i типopoзмipiв (насамперед, найбшьш важковисихаючих i вiдпoвiдaльнoгo призначення) пилoмaтepiaлiв i заготовок.
1снуе ще одна проблема, що не дае змоги широко застосовувати ваку-умне сушшня. Це невивчешсть явища вaкуумпpoникнoстi деревини. Вакуум-пpoникнiсть деревини упоперек волокон становить усього декшька мшмет-piв залежно вiд вoлoгoстi i aнaтoмiчнoï будови деревини. Вздовж волокон ва-куумпpoникнiсть е на порядок-два вищою, нiж упоперек. Таким чином, вакуумний спо^б досить ефективний тшьки для кopoткoмipниx сopтимeнтiв.
3. Технолопя та устаткування деревообробних пiдприeмств
103
Таким чином, основними напрямами в розвитку вакуумного сушшня пиломaтеpiaлiв е створення i застосування високоефективного способу наг-piвaння мaтеpiaлу у сеpедовищi iз зниженим тиском, дослщження вакуум-пpоникностi деревини piзних поpiд залежно вiд pозмipiв (товщини, ширини, довжини) i вологосл пиломaтеpiaлiв; розроблення на !х бaзi методики шже-нерних pозpaхункiв обладнання, а також технолопчного регламенту.
Конденсацшш сушильнi камери набули досить широкого поширення, частково через бaгaтообiцяючу рекламу ^ частково через зниження енергетич-них витрат на сушiння за рахунок використання теплоти випаровування вологи з деревини. Внаслщок мало! теплово! потужносп, процес сушiння у конденса-цiйних сушильних камерах майже у два рази бшьш тривалий, шж у звичайних конвективних. Окpiм того, конденсацшш сушильш камери у 1,5.2,0 рази до-рожч^ нiж конвективш, а теpмiн !х експлуaтaцi! менш тривалий.
Основним напрямком удосконалення конденсацшних сушильних камер е змша констpукцi!, а саме забезпечення !х тpaдицiйним теплопостачан-ням вiд калорифера, де як теплоносш використовуеться гаряча вода, нагрга теплом, отриманим вщ спалювання вiдходiв з деревини. Кондищонери спещ-ально! констpукцi! потpiбно розмщувати не в робочому пpостоpi сушильно! камери, а в рекуператорах, встановлених у зош витяжних кaнaлiв. Тобто, ви-сушене нaгpiте повiтpя треба повертати у камеру через приточш канали, а тепло вiд конденсацп вологи з повiтpя залишаеться в !! внутpiшньому просто-pi. Режими сушшня застосовуються таю ж, як у конвективних камерах.
Висновки. На основi проведеного вище aнaлiзу ефективносл piзних типiв сушильних камер, що застосовуються, i способiв сушiння можна зроби-ти висновок про те, що за вшх iнших piвних умов конвективне сушiння пило-мaтеpiaлiв (заготовок) з теплопостачанням вiд спалювання деревних вiдходiв е нaйбiльш ефективним на цей час. Якщо прийняти за одиницю використання у камерах теплово! енерги, отримано! вщ спалювання деревних вiдходiв, то теплова енерпя, отримана вiд спалювання природного газу або мазуту е у 4.5 рази дорожчою, а застосування електричного на^вання е дорожчим у 10.12 paзiв. Реaлiзaцiя запропонованих рекомендацш з вдосконалення люо-сушильного обладнання дасть змогу використати, у певних умовах !х експлу-aтaцi!, всi три описаш типи сушарок.
УДК 674.05:004.2(075.8) Ст. викл. Ю.1. Озимок;
шж. Р.Б. Рудницький - УкрДЛТУ
МЕТОДИКА ПОВНОГО БАЛАНСУВАННЯ БАГАТОЧАШКОВОГО АБРАЗИВНОГО 1НСТРУМЕНТА
Розглянуто проблему повного балансування багаточашкового абразивного ш-струмента. Розроблено граф1чну модель процесу балансування, яка дае змогу прис-корити та полшшити яюсть балансування 1нструмента.
Ключов1 слова: абразивний шструмент, чашка, балансування, граф1чна модель.
104
Збiрник науково-технiчних праць
