Нема сенсу говорити про важливість сушіння деревини в деревообробній промисловості й знаходити аргументи для організації сушильної ділянки в структурі більшості підприємств галузі. На сьогодні актуальнішою є відповідь на запитання, який напрям побудови сушильного господарства вибрати, як зорієнтуватися в численній кількості операторів на ринку сушильного устаткування й пропонованих ними концепціях вирішення поставленого завдання.
Мотивом для написання цієї статті стало бажання допомогти читачеві зрозуміти деякі нюанси вибору сушильного устаткування, донести логіку побудови основних систем сушильної камери, а також навести аргументи на користь технічних рішень, які пропонує компанія «ГАЛАКТИК».
Організація виробництва при сучасній економічній ситуації в Україні вимагає вирішення двох взаємовиключних завдань: отримати сучасне, високопродуктивне, надійне устаткування з високою якістю кінцевої продукції при мінімальних інвестиціях. У сушінні цього можна досягти, обладнавши конвективну сушильну камеру в капітальній будівлі.
Як відомо, процес конвективного сушіння деревини полягає у випарюванні вологи повітрям (агентом сушіння) з поверхні матеріалу при одночасному передаванні матеріалу теплової енергії, подальшому поглинанні вологи агентом сушіння й виведенні її з камери у вигляді пароповітряної суміші (при збалансованому русі вологи із внутрішніх шарів деревини до зовнішніх).
Розглянемо основні вузли конвективної сушильної камери, які, власне, й забезпечують «конвекцію»: систему циркуляції сушильного агента; систему опалення; обгороджувальні тепло- і гідроізольовані (корпус камери) конструкції.
Система циркуляції
З самого визначення процесу сушіння в конвективній камері випливає, що для виконання своєї функції, сушильному агентові необхідно рухатися над поверхнею висушуваного матеріалу зі швидкістю 0,7–1,4 м/с для твердих порід і 2,0–2,5 м/с для м’яких порід. Тобто обсяг циркулювального сушильного агента визначається відповідно до геометричних розмірів камери й завантаженої в неї деревини (фактично пиломатеріали, укладені в штабелі, утворять канали з певною площею перерізу, через які рухається сушильний агент). Іншими словами, для того, щоб висушити умовний обсяг матеріалу, через нього потрібно змусити пройти необхідний обсяг повітря із заданою швидкістю.
Загалом система циркуляції повинна забезпечити найменші витрати електроенергії за необхідної якості сушіння деревини і найвищу надійність системи.
За допомогою аеродинамічного розрахунку можна визначити сумарний опір на всіх ділянках руху сушильного агента в камері для обчислення необхідного тиску, оптимальної кількості і типу осьових вентиляторів (№ вентилятора, потужність двигуна, продуктивність щодо повітря при заданому тиску).
Перераховані величини пов’язані простою формулою:
N = (Hт∙Vв)/(1000 µ),
де N – споживана потужність, кВт;
Нт – необхідний тиск (або втрата напору), Па;
Vв – продуктивність щодо повітря, м2/с;
µ – ККД вентилятора.
Параметри Hт і Vв визначають відповідно до компонування камери й кількості завантажуваної деревини.
Таким чином, вирішальне значення у визначенні необхідної кількості електроенергії для процесу сушіння деревини, як видно із наведеної вище формули, має µ – ККД вентилятора.
На підставі практичного досвіду (тобто побудованих і введених в експлуатацію сушильних комплексів) можна стверджувати, що робочі колеса «Multi-Wing» мають на 20–30% вищий ККД, ніж їхні вітчизняні аналоги. Простий приклад: якщо відомий український виробник у сушильну камеру площею 50 м2 встановлює 5 осьових вентиляторів №8 із двигунами по 3 кВт із сумарним споживанням електроенергії близько 12 кВт/год, то, використовуючи високоефективні робочі колеса «Multi-Wing», досягаємо заданих параметрів за допомогою трьох вентиляторів №9 із сумарним споживанням електроенергії 8,5 кВт/год, тобто на 3,5 кВт/год менше.
Підрахуємо економію
При сушінні хвойних пиломатеріалів вентилятори обертаються приблизно 23 години на добу, а враховуючи час на розвантаження-навантаження, приблизно 28 днів на місяць. Вартість електроенергії для промислових підприємств із 1 вересня 2016 року становить 2,1574 грн/кВт.
Отож, за добу це становить:
3,5 кВт год/год х 23 год х 2,1574 грн/кВт год=173,67 грн;
за місяць: 173,67 грн х 28 діб = 4862,76 грн;
за рік : 4862,76 грн х 12 = 58353,12 грн.
Найбільш оптимізованою конструкцією системи циркуляції сушильного агента у виконанні компанії «ГАЛАКТИК» є вентиляторна панель, яка складається із вентиляторної рами й моноблочно вбудованих в неї осьових реверсивних вентиляторів.
Пропоноване рішення має такі переваги:
- замовник отримує готовий технологічний вузол, індивідуально спроектований і виготовлений для конкретної камери;
- система циркуляції у формі вентиляторної панелі, розміщена вгорі камери над фальшстелею, забезпечує рівномірне реверсивне продування деревини й отримання тепла з теплообмінників, що дає змогу отримувати гарантовано якісний результат;
- вбудовані осьові вентилятори комплектуються реверсивними робочими колісьми датської фірми «Multi-Wing» з максимально високим ККД;
- двигуни вентиляторів комплектують високотемпературними підшипниками фірми «SKF».
У контексті системи циркуляції скажемо кілька слів про електроустаткування для сушіння деревини. Робота сушильної камери передбачає довгостроковий режим роботи. Тому в комплектації силової шафи можна застосовувати пускачі й автомати захисту тільки високоякісних європейських виробників!
Порівнюючи витрати для наведеного вище прикладу, не забувайте, що, використовуючи вентиляторну панель компанії «ГАЛАКТИК» замість 5-ти вітчизняних вентиляторів, ви отримуєте такі переваги:
- немає потреби виготовляти вентиляторну раму з 5-ма посадковими місцями під встановлення вентиляторів;
- зменшується кількість кабельно-провідникової продукції й монтажного комплекту (лотків, кріпильних елементів);
- зменшується кількість пускачів і автоматів захисту в силовій шафі.
Вартість частотного перетворювача безпосередньо залежить від сумарної встановленої потужності встаткування, яке обслуговують. Отже, ця опція стає доступнішою й, враховуючи нинішню ціну на електроенергію, зовсім не зайвою.
Окрім початкових інвестицій та вартості експлуатації, важливе значення мають довговічність і надійність устаткування. Якщо пріоритетом є безвідмовна робота системи, то використання робочих коліс продукції фірми «Multi-Wing» є безальтернативним завдяки бездоганному балансуванню робочого колеса та виготовленню лопаток з поліаміду, армованого скловолокном, що, своєю чергою, мінімалізує вагу робочого колеса, а, отже, зменшує навантаження на підшипникові опори двигуна й багаторазово збільшує їхній ресурс.
Таким чином, завдяки описаному вище підходу, ресурс пропонованого устаткування до першого капітального ремонту становить 60 місяців.
Система опалення
Система опалення сушильної камери складається з водяних теплообмінників (калориферів), несучої калориферної рами, трубопроводу усередині камери, вузла регулювання подавання теплоносія РПТ (гребінки), водонагрівального котла.
Завдання системи опалення – подати в сушильну камеру необхідну кількість теплової енергії Q, що визначається як:
Q = Q1 + Q2 +Q3,
де Q1 – витрата тепла на початкове прогрівання камери;
Q2 – витрата тепла на випарювання вологи з поверхні деревини;
Q3 – втрати тепла через обгороджувальні конструкції камери.
Значення Q1 і Q2 задають початкові умови сушіння. Доданок Q3 обумовлює важливість правильної конструкції корпуса камери, про що йтиметься нижче.
З іншого боку, необхідну кількість теплової енергії Q для процесу сушіння визначають як:
Q = F (tп – tв) К,
де F – поверхня нагрівання калориферів, м2;
tп – температура теплоносія, °С;
tв – температура повітря в камері, °С;
К – коефіцієнт теплопередачі калориферів.
К найбільший у біметалічних, спіральнонакатних калориферів з алюмінієвим поребренням. Саме тому їх зараз широко застосовують. Значення tп забезпечується потужністю водонагрівального котла й має становити 90–95°С. Температура повітря в камері tв визначається заданим режимом сушіння.
Визначальним параметром при виборі водяних нагрівачів має бути площа поверхні нагрівання. А отримувана потужність є похідною від величини цієї поверхні й умов, в яких працюють калорифери.
Принциповий підхід компанії «ГАЛАКТИК» до комплектації системи опалення полягає в індивідуальному проектуванні й виготовленні комплекту калориферів. Це дає змогу уникнути паразитних потоків й забезпечити рівномірне продування калориферів. Через обмежений тиск осьових вентиляторів калорифери слід робити дво- або трирядними із шаховим розташуванням трубок для мінімізації їхнього аеродинамічного опору. Для рівномірного отриманння тепла калорифери роблять багатопрохідними й з однаковим гідродинамічним опором. У зв’язку із цим використання стандартних теплообмінників у конвективних сушильних камерах загалом небажане.
Оптимальна швидкість циркуляції теплоносія є важливою умовою правильної роботи системи. Цим пояснюється необхідність грамотного гідродинамічного розрахунку, який передбачає розрахунок гідравлічних опорів елементів системи, вибір циркуляційного насоса з необхідною продуктивністю при необхідному циркуляційному тиску, визначення оптимальної пропускної здатності трубопроводу опалення усередині камери й вузла регулювання подавання теплоносія РПТ (у складі якого є триходовий кран з електроприводом). Правильне виконання системи опалення є запорукою успішної роботи сушильної камери загалом, а також автоматизації процесу сушіння деревини із керування температурою сушильного агента.
З огляду на складність і багатогранність поставленого завдання, проектування й виготовлення системи опалення краще доручити досвідченим інженерам компанії, яка володіє практичним досвідом спорудження сушильних камер.
Обгороджувальні конструкції сушильної камери
Корпусом сушильної камери можуть бути або наявні, або спеціально споруджені з цією метою приміщення. Як правило, перевагу віддають компонуванню з поперечним обдуванням штабеля. Для таких сушарок, щоб уникнути паразитних потоків, необхідне максимальне завантаження за висотою й за габаритами, до яких паралельна вентиляторна панель. Геометрія сушарки визначається бажаним завантажувальним простором, каналами для циркуляції сушильного агента й місцем для технологічного устаткування.
Окрім того, необхідно забезпечити наявність у корпусі камери закладних пластин для монтажу металоконструкцій, проріз під завантажувальні двері (ворота), технологічні прорізи для встановлення припливно-витяжних каналів, входу-виходу трубопроводу опалення й прокладання силових кабелів і кабелів керування.
Обов’язковою вимогою для обгороджувальних конструкцій, окрім механічної міцності, є наявність утеплення й гідроізоляції. Нагадаємо, що режимом сушіння називається відповідність температури й вологості сушильного агента певному значенню вологості деревини. Без тепло- і гідроізольованого корпусу важко забезпечити задані умови в тривалому режимі роботи, інакше стрімко зростають витрати теплової енергії й безпосередня тривалість самого процесу.
Нині попит на камери від 30 до 120 м2 корисного завантаження. У цьому діапазоні тільки базових моделей – 16 конструкцій. Як правило, такі камери комплектують у спеціально споруджених для них приміщеннях. Необхідно погодити компонування камери до початку корпусних робіт або, інакше кажучи, отримати технічне завдання на будівництво.
Як особливий елемент сушильної камери можна виділити завантажувальні двері або ворота. Вони мають бути міцними, довговічними, легко відкриватися, мати гарну герметичність і низьку теплопровідність. При ухваленні рішення щодо цього вузла варто пам’ятати, що ворота є найскладнішою й найвідповідальнішою частиною обгороджувальних конструкцій, яка працює в найнесприятливіших температурних умовах (перепад температур усередині сушарки й зовнішнього середовища), вологості, агресивності сушильного агента.
Компанія «ГАЛАКТИК» пропонує як найбільш раціональну підіймально-зсувну конструкцію воріт з таких причин:
- вона потребує мінімально місця перед сушильною камерою, оскільки у відкритому стані панель воріт посувається на ворота суміжної сушильної камери;
- механізм відчинення воріт у комплекті з рейковим шляхом забезпечує швидку й зручну роботу при завантаженні-вивантаженні сушильної камери;
- при підіймально-зсувній конструкції забезпечується найкраще зчеплення панелі воріт з корпусом камери завдяки входженню пальців-роликів плити воріт у відповідні кишені на рамі;
- проріз воріт великої площі закривається суцільною плитою, що забезпечує мінімізацію периметра, який потрібно ущільнити (зникає вертикальний стик між двома половинками аналогічних розкривних воріт, який спричиняє найбільші труднощі під час герметизації й призводить до найбільших теплових втрат);
- підіймально-зсувна конструкція воріт забезпечує найкраще ущільнення, тому що панель воріт під власною вагою рівномірно притискається до їх рами, яку встановлюють безпосередньо в проріз будівельної конструкції камери. Нижня частина панелі воріт притискається до підлоги сушильної камери, завдяки чому при підіймально-зсувній конструкції не потрібен поріг;
- найбільшу ефективність підіймально-зсувної конструкції воріт можна побачити в комплексі сушильних камер, коли загальний механізм переміщення воріт на одному рейковому шляху обслуговує всі камери комплексу.
Компанія «ГАЛАКТИК» виготовляє панель воріт зі спеціального алюмінієвого профілю, який дає змогу застосовувати утеплювач завтовшки 100 мм, що забезпечує мінімальний коефіцієнт теплопередачі (у такому виконанні мінімізуються теплові мости й панель воріт не стає конденсатором вологи усередині камери). Внутрішню обшивку воріт роблять з алюмінієвого аркуша, зовнішню – з алюмінієвого профнастилу.
Загалом для успішної організації сушильної ділянки замовник насамперед повинен сформувати технічного завдання, яке міститиме:
- бажаний разовий фактичний обсяг завантаження;
- передбачувані породи деревини й довжину заготовок;
- подальше призначення оброблюваних пиломатеріалів;
- спосіб завантаження пиломатеріалів;
- бажаний ступінь автоматизації процесу.
На жаль, обмеженість газетної площі не дає змоги розглянути такі важливі моменти, як автоматична система керування й силова електрична частина сушильної камери, системи зволоження й видалення надлишкової вологи, особливості організації котельні й подавання теплоносія до вузла РПТ. Особливої уваги вимагає питання правильного розпилювання, укладання матеріалу в штабелі, дотримання режимів сушіння, підготовки обслуговуючого персоналу – тобто всього того, що називається технологією.
Все це обов’язково стане темою наступних публікацій компанії «ГАЛАКТИК». Також наші провідні спеціалісти готові відповісти на ваші запитання, в індивідуальному порядку здійснити попередній аналіз, розрахунок, проектування, виготовлення, монтаж, пусконалагоджувальні роботи, гарантійне й післягарантійне обслуговування як окремо взятих вузлів і механізмів сушильних камер, так і сушильних комплексів загалом.
