Сушильный агент: миссия выполнима

Полемика о наиболее рентабельном образце сушильного оборудования ведется не один год. В споре, как известно, рождается истина. И, как в захватывающем фильме, нешуточная борьба за каждого клиента вынуждает производителей сушильных камер действовать по отработанному сценарию: всеми мыслимыми и немыслимыми путями выставить продукт в лучшем свете и тем самым оставить конкурентов с носом. Но и те не лыком шиты! Агентура с обеих сторон баррикад сильна духом и оснащена до зубов новейшими конструкторскими разработками. Но могут ли опыт и характеристики из послужного списка стать гарантом выполнения миссии? Истина где-то рядом…

Чем сушить будем?

Разве что только ленивый деревообработчик сегодня не тяготеет к наращиванию объемов производства и увеличению своего финансового благосостояния. Но за желанием кроются действительные возможности оборудования, от выбора которого в конечном итоге зависит успех всей миссии. Как правило, процесс сушки древесины подчинен закономерностям физических явлений: тепло- и влагообмену, теплопроводности и влагопереносу. И потенциал используемого теплоносителя как основного инструмента воздействия на древесину играет не последнюю роль.

Вода: тепловую энергию легко распределять, что допускает использование одного котла для нескольких сушильных камер. Функционирует исправно при использовании воды без примесей или мощной водоподготовки. Но при этом систему теплоснабжения необходимо оснащать защитой от размораживания и закипания.

Пар: использование одного котла для нескольких сушильных камер. Наличие некоторых сложностей при запуске камер, регулярное проведение настройки конденсатоотводчиков. Сравнительно малый срок эксплуатации паропровода и паровых калориферов.

Горячий воздух: нет риска закипания и размораживания системы, наличие компактного для сервиса оборудования. Возникают трудности при распределении на несколько камер от одного нагревателя, массивность устройства.

Электроэнергия: использование минимального количества оборудования. Существуют ограничения мощности электроустановок в аэродинамических сушильных камерах до 60-70 кВт (объем подвергаемой сушке древесины составляет всего лишь 15-20 м3) из-за необходимости увеличения сечения подводящих кабелей.

Топочный газ: система проста и удобна. В большинстве случаев отсутствует полное сжигание топлива, высокий показатель пожароопасности, древесина подвержена изменению по цвету. Рекомендуемый топливный ресурс — природный газ и горючая жидкость.

Предъявляемые по качеству сушки пиломатериалов требования стали основанием для серьезного подхода к выбору сушильной установки. Поскольку наряду с видимыми дефектами (трещины, коробление), имеющими прямое влияние на себестоимость продукции за счет увеличения коэффициента расхода пиломатериала, существенное значение имеет влажностный показатель качества готовой древесины. Достигнуть требуемых качественных норм пиломатериала можно за счет применения специального температурно-влажностно-временного режима, конструкции сушильной камеры и эффективного теплового оборудования.

Меньше площадь — проще устройство

Насколько реальны возможности сушильной камеры на газе в сравнении с классическими раскроет досье. В камерах агент сушки нагревается, циркулируя через теплообменник с нагретой внешней поверхностью или смешиваясь с продуктами сгорания (топочные газы) газообразного, твердого, жидкого топлива (газовые камеры сушки).

«Основные преимущества камер, работающих на газе перед камерами, работающими на теплоносителе (вода, пар) в простоте конструкции. А точнее, в отсутствии громоздких калориферов, рециркуляционных насосов, задвижек, трехходовых клапанов», — объясняет руководитель сервисной службы ООО «НАРДИ-Восток» Александр Мещеряков (г. Москва).

Классическая сушилка включает в себя сушильное помещение, котельный агрегат с топкой и водяные или паровые калориферы. В топке при сжигании различного вида топлива образуются раскаленные топочные газы. Затем они поступают к котлу, где превращают воду в пар или просто нагревают ее. Полученные пар или горячая вода по системе трубопроводов поступают в калориферы сушильной камеры, где они отдают свою теплоту агенту сушки. Как видно, вода и пар являются промежуточным теплоносителем, связывающим между собой котел и калорифер, в которых протекают противоположные по направлению процессы поглощения и выделения тепла.

Газовая же сушильная установка требует лишь горелочное устройство и сушильное пространство. Топочные газы, получаемые в горелочном устройстве, в смеси со свежим воздухом, подаются в сушильное пространство камеры. Для снижения температуры газов используется сушильный агент рабочего объема камеры, смешивание этих двух компонентов происходит в зоне разряжения рециркуляционного вентилятора. Подготовленный таким образом агент сушки нагнетается вентилятором к высушиваемому материалу. Пройдя через материал и испарив из него влагу, часть отработанных газов удаляется из камеры, а их большая часть направляется к вентилятору для смешения с топочными газами, то есть для повторного образования сушильного агента.

Таким образом, в газовой сушильной установке отсутствует, как промежуточный теплоноситель (вода или пар), так и первичный преобразователь теплоты (котел или воздушный теплообменник). Вследствие чего, общий КПД использования тепла по отношению к исходному топливу увеличивается примерно в два раза, значительно снижается стоимость сооружения установки, не нуждающейся в котельной и сантехнических элементах, возможность быстрого ввода в эксплуатацию сушилки, и, что немаловажно в современных условиях, экологическая чистота процесса, так как нет дымящей трубы котельной.

Как известно, продукты полного сгорания обладают всеми физическими свойствами нагретого воздуха как сушильного агента, имеющего одинаковые теплотехнические характеристики (температуру, энтальпию, отдельные критериальные величины). Для получения бездымных топочных газов наиболее удобны природные и искусственные газы — их легко транспортировать, процесс их горения стабилен, автоматическое регулирование температуры достигается с помощью стандартных приборов, кроме того, добыча газа в нашей стране непрерывно возрастает.

«Если рассматривать в плане экономической выгоды, то необходимо видеть на каком предприятии эти камеры установлены. Когда предприятие занимается переработкой древесины, то у него есть отходы деревообработки и выгоднее будет поставить котельную установку, работающую на отходах, которая будет обеспечивать теплом сушильные камеры и цеха предприятия. С учетом того, что цена на газ довольно высокая, камеры на газовой горелке становятся не выгодными. Однако для небольших производств это будет гораздо эффективнее», — уверяет Александр Мещеряков.

Добиться эффективности

Однако следует учесть, что при сушке непосредственно нагретым воздухом и топочными газами возникает необходимость в получении определенных параметров теплоносителя и одновременно в образовании желательных параметров сушильного агента с тем, чтобы увязать процессы горения топлива и сушки материала в единый комплексный процесс. При этом необходимо получить оптимальные параметры процесса горения и одновременно осуществить процесс сушки с наибольшим технико-экономическим и технологическим эффектом. А вот это противоречие довольно трудно разрешимо. В большинстве выпускаемых в настоящее время сушильных агрегатах рециркуляция агента сушки осуществляется в вынесенном вне сушильного пространства центробежном вентиляторе, подогрев воздуха происходит в теплообменнике, также вынесенном за пределы сушильной камеры, кроме того, у них имеется отбор агента сушки на поддув топки, что в комплексе принципиально не позволяет достичь и поддержать высокую влажность агента сушки.

Таким образом, затруднительно провести прогрев, влаготеплообработку и кондиционирование пиломатериала. Даже применение специальной увлажнительной системы (внутри теплообменника) мало спасает положение, так как становится невозможным сжигать высоковлажные отходы деревообработки. В их классических топках подсушенный опил горит только по поверхности бурта. В процессе горения нижние слои опила пиролизуются, что приводит к закоксовке и далее к выгоранию чугунной колосниковой решетки топки. Эффективность работы такой котельной установки составляет 10-15% номинальной. Сырой опил в колосниковых топках не горит. Производители рекомендуют в такие моменты переходить на сухое топливо, что крайне неудобно и не всегда выполнимо, а при сжигании хвойных пород появляется опасность засмоления дымовых каналов. Известно, что в современных камерах должна быть обеспечена равномерная скорость циркуляции воздуха по материалу, а вентиляция камеры должна обеспечивать стабильные параметры агента сушки.

Исключить озвученные недостатки вполне реально, если прибегнуть к использованию компактной универсальной топки (при габаритах каменноугольной котельной установки мощность топки при работе на древесных отходах на 20% больше), которая способна сжечь в любом соотношении и практически любой влажности (даже более 60% без предварительной подсушки) кусковые и мягкие отходы деревообработки, лесопиления, различные угли, сланцы и другие виды топлив.

В данном случае рабочий процесс построен на теплообмене между продуктами сгорания отходов деревообработки (сжигаемых в топке горнового горения) и воздухом. Для увеличения интенсивности процесса задействована технология горения «в кипящем слое», представляющая собой вертикальное возвратно-поступательное движение твердых частиц в газовом потоке.

Технология горения в кипящем слое позволяет частицам топлива гореть по всей поверхности. В случае горения мелких частиц эффективность горения увеличивается в сотни раз. Горение отходов деревообработки в кипящем слое — это высокотемпературное (1000 °С) бушующее пламя, заполняющее полный объем топки. Мелкофракционное топливо падает сверху, проходя через пламя, частицы нагреваются. В нижней части частицы падают на воздушную подушку, которая их подбрасывает. Совершая возвратно-поступательное движение, частицы топлива нагреваются, высыхают и сгорают.

Преимуществом такой топки является отсутствие подвижных деталей и простота в изготовлении. Коробление из-за высокого градиента температур отсутствует, благодаря полусвободному креплению колосников. Стабильно-мелкая фракция получаемой золы позволили отказаться от удаления золы из топки, что привело к стабильной работе котельной установки (воздухонагреватель устойчиво работает при любой потребляемой мощности от 10 до 100% номинальной).

Это позволило обеспечить стабильные тепловлажностные параметры теплоносителя, и, соответственно, агента сушки, что в сочетании с оригинальной системой забора-подачи воздуха, обеспечивающей равномерное распределение и смешение горячего воздуха с агентом сушки и конструкцией приточно-вытяжных каналов, гарантирует качество высушенных материалов. Значительный интерес у производственников сегодня вызывает возможность энерготехнологического использования древесного топлива путем его предварительной газификации и последующего его сжигания в горелках газовых сушилок и генераторах электрической энергии. В разрезе данного вопроса предприятиям, установившим у себя камеры, работающие на природном газе, при резком взлете цен на энергоносители, не стоит опасаться простоев, они вполне могут обеспечивать себя теплом и электроэнергией.

Температура внутри такой камеры обычно, в зависимости от стадии процесса сушки, находится в пределах от 40 °С до 100 °С. Причем температура и влажность воздуха в камерах управляется автоматической системой, включающей в себя устройства для измерения параметров агента сушки в камере и параметров влажностного состояния древесины.

Данные системы позволяют документировать весь процесс сушки и осуществлять первичный контроль качества. Таким образом деревообработчикам предстоит соизмерить затраты миссии и отдать предпочтение наиболее выгодному сушильному кандидату.

Текст: Елена Вашкевич