СУШКА ДРЕВЕСИНЫ

Раздел: Строительство

Основная особенность древесных стружек как объекта сушки — малые размеры частиц, при которых они приобретают свойство парусности — витания в потоках воздуха. При этом скорость сушки влажной древесины возрастает во много раз по сравнению с высушиванием ее в слое, продуваемом сушильным агентом. Главное требование к высушиванию этого материала — получение равномерной низкой конечной влажности древесины перед ее осмолением.

Частицы могут быть заостренной неправильной формы, в виде обломков спичечной соломки, или плоские, толщиной 0,1—0,8, шириной 2—'10 и длиной до 40 мм. Скорость витания таких частиц 2—10 м/с. Влажность древесины, получаемой из внешней части сплавных бревен и сырых дров, в средних по широте и северных районах страны около 100%, а на юге около 60%; влажность используемых для плит опилок и стружки от деревообработки значительно ниже.

С учетом свойств материала и требований к результатам сушки наиболее эффективно применение прямоточного процесса (см.  68,в). Горячий сушильный агент в начале сушки соприкасается с взвешенным в нем влажным, еще холодным материалом и резко снижает свою температуру. При этом мелкие частицы уносятся потоком газа (время их сушки сокращается до несколько секунд) с дифференциацией продолжительности сушки в зависимости от массы частицы.

При значительной турбулизации потока сушильного агента и тщательного раздробления в нем массы влажной стружки на сепаратные частицы начальная температура сушильного агента может быть выше 5р0° С, а для сырой стружки выше 600— 700° С. Поскольку топка располагается рядом и теплопотери по короткому тракту газов незначительны, температура газов снижается в основном за счет присадки к ним воздуха. Поэтому с повышением температуры газов увеличивается содержание в них СОг, следовательно, снижается опасность загорания материала как на загрузочном, так и на сухом конце сушильного агрегата. Одновременно сокращается длительность процесса и, что не менее важно, повышается тепловой КПД сушильной установки.

В начале процёсса сушки желательна высокая относительная скорость движения частиц в газовом потоке. Коэффициент заполнения рабочего пространства стружкой должен повышаться по мере снижения ее влажности. Продолжительность высушивания всего потока стружки должна быть минимальной (доли минуты). Не исключена возможность воздушной сепарации частиц, совмещенной с сушкой. Таковы исходные предпосылки для получения рациональной технологии и техники высушивания частиц в массовых количествах.

Для высушивания измельченной древесины (стружки) предлагались различные способы и оборудование: контактная сушка на горячих металлических поверхностях; сушка на сетках с продуванием слоя материала нагретым воздухом или продуктами сгорания с различными их скоростями; сушка на сетках в кипящем слое, когда сушильный агент ограниченно поднимает частицы материала над сеткой и «кипит» на некоторой высоте над слоем; сушка пневматическая, во взвешенном состоянии, а также комбинации этих способов.

В индустриальном производстве древесностружечных плит, широко освоенном у нас в последние годы, для высушивания стружки применяют вращающиеся (4—9 об/мин) сушильные барабаны «Прогресс», диаметром 2,2 м и длиной 10 м, обогреваемые продуктами сгорания древесных отходов, мазута или природного газа. В барабанах есть лопатки, способствующие пересыпанию стружки при вращении барабана и дополнительному ее нагреванию ( 146).

Топку устраивают общую для трех барабанов (проект Гип- родревпрома), с раздачей продуктов сгорания из общего газохода, имеющего ответвления к каждому барабану. Делают также индивидуальные топки для каждого барабана (проект Гипродрева). При сжигании природного газа или мазута предпочтительны индивидуальные топки.

Продукты сгорания выходят из топки с температурой 600— 700° С. К ним можно добавлять наружный воздух, чтобы температура их при поступлении в барабан составляла 300—500° С; чем влажнее подлежащая сушке древесина, тем выше температура газов. Температура отходящих газов 100—120° С.

На  146 слева изображена топка 1 с растопочной трубой 2 (в топках на древесных отходах), 'патрубком 3 для добавки свежего воздуха и газоходом 4, примыкающим через кольцевое уплотнение 5 к вращающемуся сушильному барабану 7. Одновременно с продуктами сгорания в барабан через трубу 6 с шлюзовым затвором поступает сырая стружка. Высушенная стружка отбирается дымососом 10 через патрубок 8, подключенный к сушильному барабану 7 через кольцевое уплотнение 11, и нагнетается через трубопровод 9 в циклон. Затем она поступает в бункер сухой стружки.

Продолжительность нахождения стружки в барабане 10— 20 мин. В правом (выгрузочном) конце барабана процесс сушки резко замедлен; там в основном выравнивается конечная влажность стружки.

Производительность дымососа около 9 м3/с; скорость поступательного движения газа на выгрузочном конце барабана 2 ... 3 м/с. Таким образом, газ проходит по длине барабана примерно за 3 с (объем горячего газа, следовательно, его скорость на загрузочном конце барабана В 8$-3 раза больше и составляет 5—6 м/с).

В зависимости от форсирования работы сушильной установки и начальной влажности стружки в барабане удаляется влаги 1—4 т/ч; при начальной влажности стружки 100—110% этой массе влаги будет соответствовать масса высушенной стружки.

На 1 кг удаляемой влаги расходуется 4200—5000 кДж (1000—1200 ккал) тепла. Таким образом, при относительной влажности древесного топлива 117=45%, что соответствует [см. (52)] его низшей теплоте сгорания 9000 кДж/кг (2150 ккал/кг), на 1 кг сжигаемого топлива испаряется из материала 1,8—2,2 кг влаги, а на 1 м3 сжигаемого природного газа 6—8 кг влаги. Следовательно, при высушивании (зимой) стружки с начальной влажностью 100—110% для получения 1 т сухого продукта в час потребуется сжечь около 0,5 т/ч влажного древесного топлива. Площадь колосниковой решетки в топке должна быть при этом около 500/350=1,4 м2, а объем камеры горения примерно 3 м3. Здесь 500 кг — среднее часовое количество сжигаемого топлива, 350 кг/м2-ч — напряжение зеркала горения колосниковой решетки. Процесс тепло- и массообмена значительно интенсифицируется при повышении скорости газа по влажному материалу, поэтому в начале процесса сушки эффективна тур- булизация газового потока (на загрузочной половине барабана) по способу ВНИИДМАШа. Турбулизации достигают путем изменения направлений газа в загрузочном конце с заменой спирали лопатками, создающими подъем и затем витание стружки, а также двукратной последовательной (шаг 1 м) поперечной к длине барабана установки кольца и диска, перекрывающих попеременно (4 раза) больше половины сечения барабана. В условиях турбулизации газового потока температурная кривая и кривая сушки материала показали резкое ускорение процесса.

Сушильному барабану «Прогресс» в заводском изготовлении придан уклон по ходу материала. Применительно к такому легкому материалу, как древесная стружка, в условиях прямотока уклон, приводящий к значительному осевому давлению барабана и ускоренному поступательному перемещению стружки, нежелателен. Горизонтальный барабан работает в оптимальных условиях его обслуживания и надежности эксплуатации. Придание барабану постоянного обратного уклона также не оптимальное решение. Материал задерживается в барабане в нагретом состоянии длительное время (примерно в 10 раз больше требуемого для сушки во взвешенном состоянии), что отражается на прочностных свойствах древесины. Частицы истираются. Затрудняется также удаление из барабана сколов. Возникает большое осевое давление, сопротивление вращению, износ катков. Нарушается герметичность концевых уплотнений.

Желательно хотя бы сезонно изменять величину заполнения барабана стружкой, что достигается установкой на его выходном конце обратной спирали в виде сменных лопаток, задерживающих стружку, монтируемых под углом «30° к плоскости вращения. Эффективна также подача диспергированной сырой стружки в скоростной поток газов, выходящих из индивидуальной топки к барабану. При турбулизации газов и хорошей герметизации в горизонтальном положении барабан показывает высокую производительность [среднее напряжение по влаге примерно 100 кг/(м3-ч)].

За рубежом для высушивания стружки широко применяют неподвижные сушильные барабаны циклонного действия «Бют- тнер» ( 147,а). Газ подается в барабан 6 в касательном направлении через сопла 8 с регулирующими заслонками, а материал для сушки поступает из питателя 7. В барабане материал приобретает спирально-вращательное движение, чему способствуют также грабли, прикрепленные через рамку к валу 9. Сухой материал вместе с газовым потоком засасывается из барабана в циклон 1, а очищенный отработанный газ вентилятором 3 частично выбрасывается через трубу 4 в атмосферу; остающаяся часть газа по каналу 10 поступает в топку 11, откуда смесь топочного и рециркуляционного газа направляется в сушильный барабан 6. Таким образом, сушильная установка— рециркуляционная. Вместо топки 11 для нагревания сушильного агента можно применять паровые или водяные калориферы с давлением пара или горячей воды 1,2 ... 1,4 МПа (12—14 атм). Напряжение барабана «Бюттнер» по влаге до 50 кг/(м3-ч).

Недостатки барабана «Бюттнер»: а) подача нагретого газа одинаковых параметров по всей длине барабана, в том числе и к сухому его концу, где он мало охлаждается и частично выбрасывается в атмосферу; б) низкая температура подаваемого в барабан гаЗа (до 260°С), обусловленная опасностью загорания стружки иа сухом конце — этим предопределяется пониженный тепловой КПД установки; в) объем барабана мало используется для процесса сушки — стружка движется тонким слоем лишь у его цилиндрической стенкщз

Здесь газ и стружка приобретают спиральное движение, побуждаемое лопатками 13, приводимыми во вращение валом 9. Лопатки устанавливаются под разными углами, управляя заполнением барабана. Сухая стружка уносится по трубопроводу 2. Агрегат проверен в производственных условиях и показал высокую эффективность: напряжение по влаге — до 200 кг/(м3-ч), при продолжительности сушки 1—2 мин и аэродинамическом сопротивлении самого барабана до 200 Па (20 мм вод. ст.).

За рубежом для высушивания стружки также применяют вращающиеся барабаны «Хейл», состоящие из трех совмещенных по длине разных по диаметру цилиндров, установленных соосно. Горячий газ вместе с сырой стружкой проходит последовательно внутренний цилиндр, затем кольцевое пространство между внутренним и средним цилиндром и после этого — кольцевое пространство между средним и наружным цилиндром. Между цилиндрами есть насадки (перегородки) в осевом направлении. Среднее напряжение по влаге до 100 кг/(м3-ч).

Фирма «Вавсоск» («Buttner + Schilde + Haas» в ФРГ) применяет рециркуляционную сушильную установку с аналогичным, но двухходовым барабаном, а также двухступенчатую сушильную установку из вертикальных труб.

Существует много других конструкций сушильных установок для стружки. Заслуживают внимания простейшие и удобные в небольших производствах трубы-сушилки, а также конусные рюмки в одну, две и три последовательно соединенных секции в вертикальном направлении.

односекционная аэрофонтанная сушильная установка с паровым обогревом. Материал подается в эжекционную загрузочную воронку 6, подхватывается струей нагретого воздуха и через трубу 4 поступает в сушильную рюм

ку 3. По мере просыхания стружка выносится в циклон или сборный бункер 1. Воздух нагревается калорифером 7 и приводится в движение вентилятором 2. Желательно применение вместо нагретого воздуха продуктов сгорания с более высокими температурами. При этом производительность сушильной установки значительно возрастает. Такая установка с тремя рюмками показана на  148,6. Напряжение по влаге — до 100 кг/(м3-ч).

В сушильных барабанах иногда загорания стружки и даже взрывы. Причины загораний — прекращение питания барабана сырой стружкой при продолжении подачи в нее продуктов сгорания из топки, наличие карманов в барабане с пересушенной и даже обугленной стружкой. Причины хлопков и взрывов-—скопление пыли в системе по тракту стружки, отрыв ее в газовый поток, дисперсеризация и мгновенное сгорание. Не менее опасно нарушение режима работы топки с получением продуктов неполного горения (генераторного газа), заполняющих систему и поджигаемую искрой.

В зимнее время наблюдается увлажнение (смачивание) высушенной стружки в выведенных из здания наружу трубопроводах и циклоне, которые при охлаждении конденсируют влагу на внутренней поверхности. Желательно устраивать трубопроводы минимальной длины и теплоизолировать, а циклон размещать внутри цеха и также теплоизолировать. Температура точки росы газов в трубопроводе близка к tu ( 149, а, справа), а температура его стенки в ветреную погоду близка к среднеарифметической в трубопроводе и снаружи. Стружка увлажняется также на участке от циклона до бункера, особенно при дополнительной пневматической ее транспортировке.

Из всех материалов в лесосушильной технике наиболее быстро высушивается древесное волокно — частицы длиной 5—10 мм и диаметром около 0,1 мм; продолжительность сушки таких частиц менее 1 с. Материал просыхает при прохождении вентилятора и участка трубы 1—2 м. Кинетику сушки этого продукта удобно изучать по падению температур на тракте волокна в газовом потоке. Из таких частиц изготавливают древесноволокнистые плиты сухим способом.

89. РАСХОД ТЕПЛА НА СУШКУ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

При сушке измельченной древесины расходуется много тепла и, следовательно, топлива. Сравним его с расходом при сушке условных пиломатериалов, когда из штабеля древесины вместимостью 15 м3 требуется испарить 15-200=3000 кг влаги за 120 ч, т.е. 3000: 120=25 кг/ч. Из стружки, высушиваемой в барабане «Прогресс», удаляется влаги в среднем 2500 кг/ч, т.е. в 100 раз больше. Следовательно, 1 барабан по съему влаги эквивалентен 100 штабелям пиломатериалов или 20 пятиштабольным сушильным туннелям. Однако в цехах древесностружечных плит работают по 3—4 барабана, что эквивалентно 60—80 туннелям с пиломатериалами. Их тепломощность (вла- госъем) дополнительно увеличивают. Отсюда очевидна значимость проблемы экономного расходования тепла в цехах древесностружечных плит

Расход тепла будет тем меньше, чем выше ty на входе в барабан и ниже на выходе. При увеличении разности ty—12 снижается также расход энергии на перемещение более охладившегося газа с меньшим его объемом.

90. АВТОМАТИЗАЦИЯ СУШКИ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

Процесс высушивания древесной стружки быстротечный; возникает актуальная задача по его автоматизации, с помощью которой улучшается качество (равномерность влажности) вы- сушиваемоСо продукта и облегчаются условия обслуживания

сушильной установки, а ее эксплуатация становится более надежной. Следует учитывать, что в прямоточном барабане кривые £(т) и ш(т) аффинны, что способствует раскрытию процесса ().

Надежен и эффективен в работе на сушильном барабане «Прогресс» метод ВНИИДМАШа, принципиальная схема которого показана на  150. При этом стабилизации влажности высушенной стружки достигают, автоматически изменяя температуру газов на входе в барабан 4 в зависимости от их температуры на выходе за счет изменения подачи топлива (природного газа или мазута) в топку 2 при постоянной добавке охлаждающего продукты сгорания воздуха. В случае прекращения подачи стружки система выключает процесс сушки, а при возобновлении ее подачи вновь вводит барабан на нужный режим. Систему комплектуют из стандартных приборов.

91. ПРИМЕНЕНИЕ ТОКОВ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ ДЛЯ СУШКИ

В отличие от конвективной сушки, при которой теплота передается от сушильного агента поверхности материала и затем медленно, теплопроводностью, проникает во внутренние его зоны— при высокочастотном воздействии облучаемый материал нагревается одновременно (диатермически) по всему сечению.

Известно, что диэлектрик, помещенный в переменное электромагнитное поле, нагревается вследствие колебательного движения его полярных молекул, непрерывно ориентирующихся в направлении меняющегося поля (молекулярное трение). Влажная древесина практически может считаться несовершенным слоистым диэлектриком. Будучи очень сложным молекулярным комплексом, она взаимодействует с электромагнитным полем как среда из полярных (дипольных) и неполярных молекул.

Испарение влаги из древесины в поле токов высокой частоты (ТВЧ)—прямое следствие ее нагревания. Специфических воздействий ТВЧ на древесинное вещество (гигроскопичность, прочность и т. д.) не установлено. Испарение влаги из древесины происходит в такой же степени, как и при нагревании ее любым другим способом. Однако при воздействии длинных, волн на очень влажную древесину наблюдается электроосмос — явление, заключающееся в выделении из древесины в жидкой фазе части свободной влаги.

Облучением древесины ТВЧ достигается самый совершенный способ сушки. В случае внешнего охлаждения в середине сечения доски устанавливается повышенная температура, что приводит к термодиффузии влаги и ускорению процесса сушки. Градиенты влажности и опасность растрескивания материала резко снижены [61]. В этих условиях в середине сечения материала возникает локальная повышенная текучесть древесины. Этим создаются благоприятные условия для высушивания без растрескивания крупных по сечению, в том числе сердцевинных пиломатериалов [7].

Основные его преимущества: сокращение продолжительности сушки сосновых пиломатериалов в 10—20 раз, лиственных рассеяннососудистых (береза, бук) в 10 раз и более по сравнению с обычной конвективной сушкой. К его существенным недостаткам относятся: низкий КПД установки по использованию

тепла, считая на исходное топливо (около 0,04), а отсюда — очень высокая стоимость сушки материала; ненадежность сушильных установок в работе, сложность управления и опасность в эксплуатации; необходимость тщательного экранирования электромагнитных волн для предотвращения помех.

Разрабатывался также комбинированный способ сушки древесины, заключающийся в том, что теплопотери, а также испарение части влаги из материала возмещаются за счет дешевого вида тепловой энергии, например от паровых калориферов. На продвижение влаги в материале из середины сечения к поверхности расходуется энергия поля высокой частоты.

Предлагался высокочастотно-вакуумный метод сушки, заключающийся в нагревании древесины ТВЧ в вакууме [62] и [63]. При этом снижается температура вскипания влаги внутри сортимента» повышается в нем давление пара и возникает дополнительный молярный поток влаги. Имеется негативный опыт по применению высокочастотных сушильных установок на многих предприятиях в 1950—1960 гг.