Сушка древесины

состояние, проблемы, перспективы, часть 2 из 3

Продолжение. Часть 2 из 3. Начало статьи

Рис. 6. Холодильник-конденсатор с гидрозатвором: 1-камера; 2-холодильник; 3-флорентина; 4-выход подогретой воды; 5-ввод охлаждающей воды; 6-конденсат; 7-скипидар; 8-спуск конденсата; 9-сливная трубка скипидара; 10-сборник скипидара.


Рис. 7.

Экология

Начальная влажность древесины различна и зависит от места произрастания и времени рубки, а также от того, из какой части бревна выпилены доски - ядровой или поверхностной (она же заболонь), комля или вершины.

Высокими показатели хвойной древесины можно считать, когда влажность ядровой древесины составляет в среднем 40-60%, а поверхностной - 70-100%.

Верхняя отметка, с которой начинают фиксировать влажность древесины применяемые в деревообрабатывающей промышленности влагомеры, составляет 60%. То есть при реальной влажности 200, 100 или 80% прибор неизменно показывает 60%. Если влажность древесины составляет 30% и более, влага легко удаляется из древесины при ее сушке - это свободная влага. Влага же, соответствующая влажности, меньшей 30%, является химически связанной. Поэтому в процессе дальнейшей сушки древесины выделяются органические кислоты и щелочи, скипидар, метанол.

В частной беседе экологи соглашаются с вами в том, что выделение вредных веществ (ВВ)

происходит, однако фундаментальных исследований на данную тему не проводилось, экологический налог с предприятий, загрязняющих подобным образом окружающую среду, не взимается.

Общеизвестно, что правила техники безопасности написаны человеческой кровью. В соответствии с этими правилами запрещено входить в работающие сушильные камеры (а такая необходимость может возникнуть при эксплуатации больших проходных камер непрерывного действия) без противогаза, и это является прямым доказательством того, что атмосфера сушильного агента вредна и опасна для человека.

Вот данные базисной плотности Р баз различных пород древесины, в основном произрастающих в Беларуси (плотность абсолютно сухой древесины, кг/м3): граб - 630, дуб, клен, ясень - 550, лиственница, вяз - 520, береза - 500, ольха - 420, сосна, осина, липа - 400, ель, тополь - 360.

Масса влаги М куб, испаряемой из 1 м3 пиломатериалов, определяется по формуле

М куб=Р баз(Wн-Wк)/100, где W н и W к - соответственно начальная и конечная влажность древесины в процентах.

Количество влаги, испаряемой за время одного оборота камеры М обк=М кубЕ к, где Е к - вместимость камеры для расчетного материала.

Расчет по этим формулам, произведенный для сосны с W н=80% и W к=8% и вместимости камеры Е к=15 м3, позволяет убедиться, что суммарный выброс ВВ для пиломатериалов сосновых пород составит 1320 кг в жидкой фазе на 15 м3 высушенной до 8% влажности древесины.

Конвекционные и вакуумные сушильные камеры по экологическим параметрам не соответствуют отечественным требованиям, они загрязняют окружающую среду.

Предъявляемым требованиям, по-видимому, соответствует конденсационная сушилка, которая обеспечивает высокое качество сушки пиломатериала и не загрязняет окружающей среды продуктами сопутствующего этому процессу испарения.

Однако если произойдет разгерметизация холодильной установки, а, следовательно, и утечка в окружающую среду фреона, может иметь место образование отравляющего вещества фосгена при наличии открытого пламени и разрушение озонового слоя атмосферы. по этой причине патриархи советской науки в области сушки древесины от исследований и разработки конденсационных сушилок отказались, а промышленность стран СНГ их не выпускала.

На Международном форуме специалистов по сушке древесины в Вене было предложено заменить в конденсационных сушилках фреоновые холодильные установки на аммиачные. Зарубежные фирмы продолжают научно-исследовательские работы в направлении развития конденсационных сушилок и стремятся сделать этот технологический процесс экологически абсолютно чистым, однако и аммиак при его утечке является отравляющим веществом для обслуживающего персонала. На взгляд специалистов НПКП "Вингида", это неоптимальное и неперспективное направление.

Таким образом, на сегодняшний день в мире не существует экологически чистых сушильных камер, и необходимость "изобретения велосипеда" остается актуальной.

Разработанная НПКП "Вингида" конденсационная сушилка экологически чиста - эксплуатация ее основана на электронагреве сушильного агента и не предполагает использования ни фреона, ни аммиака. Исходя из того, что РБ небогата энергоресурсами, специалисты фирмы применили в сушилке, о которой идет речь, спроектированную ими печь с двухстадийным режимом горения, работающая на всех видах твердого топлива, в том числе и на любых отходах деревообработки. Сушилка может работать также от центральной котельной.

Расчеты, проведенные специалистом-экологом А. В. Чернушевичем по существующей методике с применением ЭВМ, показали, что для двух сушильных камер по 17 м 3 высушиваемого условного пиломатериала (доска толщиной 50 мм) годовой объем выбросов составляет 0,611 т, двуокиси азота - 0,26 т, оксидов углерода - 1,998 т. Следует заметить, что эти расчеты производились для печи с обычным, а не двухстадийным горением.

Вышеприведенный расчет позволяет видеть, что годовой (72 сушки) объем выбросов испарений составляет 105 040 кг при использовании камеры емкостью 15 м3. Естественно, это большее по сравнению с выносимым с дымовыми газами количество вредных веществ. Здесь необходимо тесное сотрудничество с экологической службой, чтобы результаты анализов выбросов на наличие ВВ были объективно корректными.

Многие деревообрабатывающие предприятия, находящиеся в центре города, хотели бы перевести работу сушильных камер в режим использования теплоносителя от сжигания отходов.

Однако экологи требуют, чтобы на вносимый возмущающий агент (дымовые газы) эквивалентно сокращался выброс ВВ другого учтенного в экологическом паспорте агента.

Конденсационная сушилка АнМих была бы альтернативным вариантом в этом случае. Реконструкция или строительство одной камеры позволили бы путем исследований подтвердить и уточнить расчеты специалистов "Вингиды", то есть создать корректную методику определения качественных и количественных сравнительных величин выбросов тех или иных вредных веществ. Эту работу обязательно следует проводить совместно с экологами.

Кроме того, следует обратить внимание и на такой важнейший фактор, как химический состав испарившихся и сконденсированных в жидкость в сушилке АнМих продуктов испарения, а это может быть, например, выделившийся из древесины метанол (метиловый спирт) СН3ОН с температурой испарения, равной 64,5°С (необходим для производства формальдегида, уксусной кислоты; метилирующий агент, например, для получения диметилтетрафтолата, метилметакрилата, метилацетата). В 1980 г.объем мирового производства метанола составил около 20 млн т.

Давно известно, что при сушке древесины можно получать высококачественный скипидар. Улавливание скипидара при сушке древесины хвойных пород является попутной операцией, не требующей дополнительных затрат. На рис.6 показана схема конденсатора. Пары, образующиеся в процессе сушки древесины в сушильной камере, конденсируются в холодильнике. Конденсат стекает в флорентину. В холодильнике из-за конденсации паров создается некоторое разрежение, что обеспечивает поступление пара из камеры. Поступлению воздуха из атмосферы препятствует собравшаяся в флорентине вода. Так как скипидар отделяется от воды, имеет меньший удельный вес, он всплывает на поверхность воды. Вода через специальную трубку стекает в канализацию, скипидар же после накопления достаточного количества через верхнюю сливную трубку стекает в сборник.

Температура испарения скипидара - 34-36°С.

Исследования показали, что из 1 м3 высушиваемой сосновой древесины при температуре агента сушки 120°С можно получить 2-4 л скипидара, который при строгом соблюдении теплового режима обладает постоянными характеристиками и высокими качествами (1-й сорт по стандарту на сухоперегонный скипидар), ибо извлекаются только низкокипящие компоненты.

Только улавливание паров скипидара, не считая вторичного использования тепла, расходуемого на сушку, снижает стоимость сушки на 20-25%.

Конечной целью является осуществление высококачественной сушки древесины с минимальной себестоимостью. Промышленное использование испарившихся продуктов деструкции древесины при сушке позволит еще более снизить себестоимость затрат на сушку, а, возможно, и сделать ее величиной отрицательной.

Реконструкция, строительство, изготовление, стоимость сушилок

Если говорить о предприятиях РБ, то, например, в Гомеле ранее заводами "Коммунальник" и "Эмальпосуда" выпускались аэродинамические камеры ПАП-32 с объемом загрузки 8,5 м3, стоимость которых составляла около $35 тыс. Вакуумные сушилки выпускал завод "Бобруйскагромаш".

Минская фирма "Техносфера" изготавливает конвективные сушилки с водогрейным котлом. Приведенная стоимость оборудования для тепловлажностной обработки сушильного агента, вентиляторов, средств автоматики без стоимости собственно камеры (то есть конструкций ограждения) составляет $2-2,5 тыс. на 1 м3 загружаемого в камеру пиломатериала.

Зарубежные поставки оборудования для сушильных камер представлены в таблицах 3 и 4.

Сушильные камеры "Драйфинн" типа DFK предназначены для сушки твердолиственных пород древесины.

Подогрев сушилок Medzio masinos осуществляется паром или горячей водой. Для сушилок вместимостью 20-25 м3 предусмотрена возможность обогрева электричеством. Цена сушилки в таком случае увеличивается на $1895.

В таблице 5 представлены сравнительные характеристики отечественного и зарубежного сушильного оборудования.

Следует заметить, что все или почти все зарубежные (исключение - вакуумные) сушильные камеры загружаются и выгружаются штабелеукладчиками. В области конструирования отечественных сушилок сложилась тенденция загрузки и выгрузки пиломатериала в камеру в штабеле на тележках, а это увеличивает стоимость сушилок.

Реконструкция

Многие руководители считают, что реконструкция существующих камер обойдется дешевле, но это не совсем так. На разных предприятиях ставятся различные задачи - увеличить производительность сушилок или, напротив, сохранить производительность неизменной, но снизить себестоимость сушки 1 м3 пиломатериала. Иногда эти две задачи бывает необходимо решить одновременно.

Рассмотрим конкретный пример - АП "Гомельстройматериалы". Построен новый большой деревообрабатывающий цех. На время обследования цех был не полностью укомплектован оборудованием. Месячная потребность в высушенном пиломатериале составляла на то время 320 м3. В перспективе - 600 м3 в месяц. На предприятии имеются 2 конвективные сушильные камеры с объемом загрузки 4,5 (с аэродинамическим нагревом) и 12м3 (с паровым калорифером). Расположены камеры в разных местах территории предприятия, аэродинамическая около деревообрабатывающего цеха. Планировалась большую камеру перенести к меньшей.

Техническая задача заказчиком ставилась следующая. В обеих камерах было нужно обеспечить нагрев сушильного агента за счет теплоты, полученной от сжигания отходов деревообработки. Требований в области качества сушки и производительности не выдвигалось. О потребности цеха в высушенной древесине на время расчетов и при пуске цеха на полную планируемую мощность автор узнал от технолога цеха.

Произведя расчеты капитальных затрат на реконструкцию, специалисты "Вингиды" убедились, что выполнение программы сушки даже в объеме 320 м3 в месяц не может быть обеспечено. Повторные расчеты показали, что капитальные затраты на строительство новых камер производительностью 600 м3 в месяц почти равны таковым на реконструкцию. Если бы было принято решение сразу строить новые камеры, необходимую работу сделали бы раз и навсегда. К сожалению, немногие руководители склонны к выполнению расчетов и долгосрочному планированию.

О реконструкции аэродинамических сушильных камер типа ПАП, АСКП, "Урал"

Принцип работы аэродинамических сушильных камер основан на общеизвестном факте: воздух, нагнетаемый любым вентилятором, начиная с настольного и кончая мощным, всегда нагревается от преобразования механической энергии в тепловую. В расчетах, касающихся кондиционирования воздуха, особенно кондиционирования прецизионного, всегда учитывают, что нагнетаемый воздух в вентиляторе перегревается на 1-3°С, в зависимости от мощности электродвигателя и конструкции вентилятора.

При реконструкции ПАП на вариант сушилки АнМих использовать электродвигатель мощностью 75 кВт, редуктор и вентилятор нет возможности. Остается само ограждение камеры, подштабельные тележки, рельсы, автоматика.

Ограждения камеры типа ПАП, АСКП и им подобных выполнены из металлическою каркаса (швеллер), с двух сторон обшитого листовым металлом. Пространство же между листами заполнено теплоизоляцией (минеральная вата). Одно из важнейших требований к теплоизоляции - ее непрерывность. Однако температурные мостики, создаваемые сварными металлическими сопряжениями (лист+швеллер+лист), приводят к большим теплопотерям. Из опыта эксплуатации таких камер известно, что "?при замене разрушившегося кожуха было также обнаружено, что теплоизоляция по высоте боковых стенок корпуса камеры пропиталась сконденсировавшимися парами сушильного агента и образовался воздушный зазор размером до 0,5 м. Этот факт свидетельствует, что при сборке сушильной камеры на предприятии-изготовителе теплоизоляцию (минеральную вату) укладывали без необходимого уплотнения?" (А. М Попов, С. В.Сергеева, Ю. И. Тракалов, "Опыт эксплуатации камер с теплоэлектронагревателями для сушки пиломатериалов", №3 журнала "Деревообрабатывающая промышленность" за 1997 г., стр. 19-21).

Применение минеральной ваты для теплоизоляции стен нежелательно, а рекомендации вышеуказанных авторов укладывать ее при изготовлении с уплотнением некорректны, так как при уплотнении и гидрофильности теплоизоляции резко снижается теплоизоляционная эффективность материала.

Что еще можно использовать из имеющегося при реконструкции под конденсационную сушилку АнМих? Подштабельные тележки не подходят по причинам металлоемкости и "съедают" своей высотой до 500 мм полезной высоты камеры, а на первоначальный прогрев таких тележек после загрузки штабеля в камеру расходуется, по расчетам, около 25 кВт тепла - роскошь!

Внутренняя обшивка в таких камерах часто изготовляется из нержавеющей стали толщиной 2-5 мм. В камере АнМих для пароизоляции достаточно применить фольгу (и необязательно из нержавеющей стали).

Имеющаяся дверь не может быть применена в АнМих, так как по техническим условиям изготовления данной сушилки она должна быть теплоизолирована и легка настолько, что открывать и закрывать ее было бы под силу ребенку.

Если есть желание использовать хоть что-то из имеющегося, то речь может идти об использовании для одной камеры внутренней обшивки, для другой - наружной как пароизоляционного слоя так, как показано на рис. 7.

Многие руководители предприятий считают, что сушилка - это просто. "Поставил нагреватели, вентилятор, и порядок." При этом ставят монтирующим сушильное оборудование условия, при которых невозможно получить высокое качество высушенной древесины и низкую себестоимость сушки 1 м3 пиломатериалов. Естественно, "Вингида" отказывается от таких работ. Говорят: "Мы платим деньги, вы работаете." Дело не в деньгах, просто не хочется делать заведомо бессмысленную работу, тем самым дискредитируя и фирму, и реконструируемое производство, нанося ему явный урон.

Но за такую работу, от которой отказывается "Вингида", охотно берутся дилетанты. Есть реализованные проекты реконструкции ПАП и АСКП, в которых залогом успешного выполнения реконструкции считалась замена электродвигателя мощностью 75 кВт двумя полуторакиловаттными, нагрев же сушильного агента предполагалось осуществить путем сжигания в печи отходов деревообработки с каким-то мифическим КПД=0,99. Однако всякий раз можно визуально убедиться в том, что главным образом греется небо, а не сушится пиломатериал. Максимально возможный КПД такой установки не превышает 0,3.

О теплообразователях

К таковым могут быть отнесены все нагреватели, которые не используют электричество, природный газ и нефтепродукты. Это печи, котлы, калориферы, в которых в виде топлива используются уголь, торф, дрова, отходы деревообработки.

Исходя из конечных технико-экономических показателей разработанной специалистами "Вингиды" конденсационной сушильной камеры АнМих, теплообразователь должен соответствовать таким требованиям, как минимальное загрязнение окружающей среды, пожаробезопасность, себестоимость ниже, чем таковая существующих аналогов, простота в эксплуатации, надежность и долговечность, малогабаритность, эффективность теплопередачи и теплоотдачи, возможность регулирования теплосъема.

Нет необходимости доказывать, что для сушки древесины на деревообрабатывающих предприятиях экономически целесообразно использовать теплоту от сжигания отходов деревообработки.

Какие из существующих технических средств для сжигания известны нам?

Котлы СП "Комконт" - это котлы необходимой тепловой мощности для обогрева сушильной камеры объемом 15м3; работают они только на опилках, стружке и древесной пыли. Кусковой материал недопустим, стоимость котла - $7,5 тыс. Для измельчения же кусковых отходов необходимо еще и приобретение установки стоимостью $3 тыс. Теплоноситель - вода. Котлы добротны и надежны в эксплуатации, однако по своему назначению не подходят для решения данной задачи.

Недостатки - большая стоимость; необходимость применения воды, что при небрежности оператора может привести к размораживанию системы отопления в зимнее время года, если камера смонтирована вне цеха; низкая (не более 60°С) температура сушильного агента.

Автоматическая система сжигания древесных отходов фирмы "Аlmojas" работает на мелкой щепе, опилках и коре в гранулированном состоянии (размер гранул - не более 30 мм). Для измельчения кусковых отходов необходимо приобретение установки. Общая стоимость котла и измельчителя - около $10 тыс. с НДС и таможенной пошлиной. Состав дымовых газов таков: содержание С02 - 11,06%, СО - 15,7%, N2 - 56,44%, О2 - 5,7%, СН2 - 7,44%, смолы - 0,001 г на 100 м3.

По составу уходящих дымовых газов, образующихся в котлах от "Аlmojas", можно предположить, что и в котлах от "Комконта" образуется такой же или сходный состав, что в таких условиях не только загрязняется окружающая среда, но и снижается теплосъем вследствие уноса горючих углеродосодержащих компонент в окружающую среду.

Существуют технические решения, обеспечивающие сжигание измельченных отходов в две стадии - сначала получают генераторный газ в отдельном агрегате с последующей транспортировкой и сжиганием его в топке котла. Однако и такая схема имеет свои недостатки. Во-первых, при сжигании (тлении) опилок, щепы, стружки в газогенераторе возможно свободообразование, и при его обвале происходят микровзрывы, приводящие к разрушению агрегата. Во-вторых, теплота тления древесины в газогенераторе рассеивается в окружающую среду, чем снижается теплосъем от сжигания. Схема "измельчитель-газогенератор-котел" слишком дорога для одной автономно работающей камеры.

Из известных устройств для сжигания отходов более всего предъявляемым требованиям соответствует калорифер "Буллярьян". Если все вышеперечисленные технические решения подразумевают использование измельчителя кусковых отходов, то для "Буллярьяна" наоборот - чем крупнее куски, тем лучше. В этом калорифере газогенератор и котел совмещены. Содержание в уходящих газах СО 2 - от 6,5 до 9%, СО - от 0,2 до 0,5%. Метан сгорает полностью. КПД=67-75%.

Есть у "Буллярьяна" и свои недостатки. Работающие с этими калориферами специалисты "Вингиды" устранили эти недостатки. К достоинствам же можно отнести то, что печи сертифицированы в РБ, а также то, что их эксплуатация разрешена противопожарной службой страны. Правда, оппоненты могут указать на применение ручного труда при загрузке печи и ее обслуживании. Однако данный фактор не представляется принципиальным.

Общеизвестно. что многодельность снижает надежность любого изделия. Кроме того, существует древняя инженерная поговорка "где крутится, жди неприятностей". Схема "измельчитель-шнековая подача-печь" упрощена специалистами "Вингиды". При этом значительно снизилась себестоимость сушки.

Таблица 3 Сушильные камеры фирмы “Драйфинн”

Тип	Объем загрузки, м3	Цена сушильной установки, FIM	Цена Центрального электрощита, FIM	Цена Осевых вентиляторов, FIM	Цена, $
DF 5	3-5	40700	7200	2х2800	9907
DF 15	10-15	73700	11000	4х2800	17759
DF 30	20-30	106700	11000	4х3900	24685
DF 45	35-45	145000	18700	4х4700	33796
DF 60	45-60	180400	18700	4х4700	40352
DF 90Х	60-80	245300	18700	4х5500	52963
DFK 4	5	50600	7200	2х2800	11741
DFK 12	10	86900	11000	4х2800	20204
DFK 25	25	121000	11000	4х3900	27333
DFK 50X	50	248600	18700	4х4700	52982

Таблица 4 Конвекционные сушильные камеры фирмы “Medzio Masinos”

Вместимость	20-25 м3	35-40 м3	50-60 м3	70-80 м3	100-120 м3
Размеры складывания древесины
Ширина	4,0 м	6,0 м	6,5-7,0 м	8,0-9,0 м	9,0-10,0 м
Высота	3,0 м	3,0 м	3,8 м	3,8 м	4,5 м
Длина	6,0 м	6,0-7,2 м	7,5-9,0 м	9,0 м	9,0 м
Цены в Датских кронах	118680	150840	165840	178680	198360
Цена в долларах США	21392	27189	29892	32207	35754

Таблица 5

Модель	Технические характеристики		Наименование	Цена отпускная в $
	V, м3	Р, кВт
Термолюкс-4	3	15	Камера для ускорения сушки древесины	39500
Термолюкс-6	5	22,77	Камера для ускорения сушки древесины	48750
АСК-1	10	75	Аэродинамическая сушильная камера	18000
ЭЛСА	40	55	Аэродинамическая сушильная камера	16000
RS-10	10	30	Вакуумная сушильная камера	37000
RS-14	14	30	Вакуумная сушильная камера	49000
RS-20	20	54	Вакуумная сушильная камера	78000
RS-28	28	54	Вакуумная сушильная камера	98000
KVT-300	3	19	Вакуумная сушильная камера	24500
KVT-400	4	21	Вакуумная сушильная камера	26500
KVT-600	6	22	Вакуумная сушильная камера	29500
KVT-800	8	22	Вакуумная сушильная камера	36000
KVT-1200	12	40	Вакуумная сушильная камера	39500
KVT-1600	16	40	Вакуумная сушильная камера	46000
KVT-2400	24	55	Вакуумная сушильная камера	64000
АнМих	15	6,25	Конденсационная сушильная камера	28000

Михаил АНДРЕЙЧИК

Окончание следует