Современные проблемы теплоэнергетического хозяйства требуют оперативности и профессионализма при решении проблем, накопившихся за годы и вновь возникающих. Ни одно направление в теплоэнергетическом хозяйстве нельзя развивать, не учитывая проблемы энергосбережения, не применяя самое современное энергетическое оборудование и энергосберегающие технологии. Во всем мире постепенно отказываются от котельных, работающих на видах топлива, загрязняющих окружающую среду (угле и мазуте). Кроме экологического риска, причиной тому служат малая эффективность и высокая стоимость производства тепловой энергии.

В результате работы деревообрабатывающих предприятий в России ежегодно образуется порядка 70 млн. тонн древесных отходов, большая часть которых, как правило, остается невостребованной, ухудшая пожарную безопасность и экологическую обстановку в местах расположения предприятий. Между тем их можно и нужно рационально использовать.

В условиях, когда наблюдается тенденция роста тарифов на энергоносители, особенно актуальной становится проблема энергосбережения в производственно-хозяйственной деятельности предприятий. Доля энергетических затрат в структуре себестоимости продукции деревообрабатывающего предприятия, потребляющего покупную дорогостоящую тепловую энергию, достигает значительных величин (20–30%), что говорит о высокой энергоемкости производства. В этой связи энергетическое использование древесных отходов на предприятиях деревообрабатывающей промышленности является одним из важных направлений повышения эффективности производства и умелого ведения технологических процессов в рыночных условиях хозяйствования предприятий.

2. Основные исходные данные

2.1 Существующая технологии сушки пиломатериалов

Сушка пиломатериала – сложный процесс, закономерности которого определяются явлениями: тепло и влагообмена; теплопроводностью и влагопереносом. Классификация способов сушки пиломатериала основана на особенностях передачи тепла высушиваемому материалу и по этому признаку можно разделить сушильные камеры на следующие виды: конвективные сушильные камеры и диэлектрические сушильные камеры.

В конвективных сушильных камерах тепло к пиломатериалу подводится нагретым воздухом и с помощью его же уносится испаряющаяся влага из пиломатериала за пределы камеры в атмосферу. В конвективных сушильных камерах агент сушки воздух в смеси с водяным паром нагревается, циркулируя через теплообменник с нагретой внешней поверхностью (пароводяной, индукционный, жаротрубный нагрев) или смешиваясь с продуктами сгорания (топочные газы) газообразного, твердого, жидкого топлива (газовые камеры). Конвективные сушильные камеры бывают низкотемпературные и высокотемпературные.

В диэлектрических сушильных камерах тепловая энергия возникает непосредственно в пиломатериалах преобразованием токов высокой частоты (ТВЧ) или сверхвысокой частоты (СВЧ) за счет диэлектрических потерь. Вакуумно-конвективные и вакуумно-диэлектрические сушильные камеры в качестве источника тепла используют электроэнергию.

Как конвективные, так и диэлектрические камеры сушки пиломатериалов могут работать при пониженном давлении (ниже атмосферного), т.е., в вакууме (вторые предпочтительнее).

В аэродинамических бескалориферных сушильных камерах воздух нагревается за счет аэродинамических потерь в роторе центробежного вентилятора и его кожухе. Разновидностью конвективных лесосушильных камер, являются конденсационные лесосушильные камеры.

Конденсационные сушильные камеры. По принципу действия конденсационный метод относится к замкнутому циклу, т.е. сушильный агент совершает циркуляцию без выброса в атмосферу и, соответственно, без подпитки свежим воздухом. Воздух, насыщенный влагой отобранной из древесины, омывает холодную поверхность конденсатора и охлаждается до температуры ниже точки росы. Влага, содержащаяся в воздухе, конденсируется. Конденсационные сушильные камеры с аэродинамическим принципом нагрева являются наиболее перспективными с точки зрения экономичности процесса сушки и стоимости самой камеры сушки. При сушке свежеспиленной древесины 0,25кВтч расходуется на испарение из древесины 1 литра воды, при сушке древесины с низкой влажностью 0,5кВтч – на 1 литр воды. Коэффициент полезного действия таких сушильных камер для сушки древесины, из-за физических свойств хладагента (фреона), понижается при повышении температуры сушильного агента более 45°С. Отмечается высокое качество высушенного пиломатериала, следует учитывать также, что сроки сушки в конденсационных сушильных камерах в 2 раза больше, (при использовании фреона), чем при применении традиционных способов. Так же выпускаются конденсационные сушильные камеры с водо-воздушным теплообменником, сроки сушки пиломатериалов в таких камерах в 2 раза ниже вышеназванных. В настоящее время разработаны и готовятся к производству сушильные камеры с системой конденсации и удаления влаги, основанные на использовании термоэлектрического эффекта. Суть эффекта состоит в том, что при протекании электрического тока в цепи, состоящей из разнородных проводников (термопара), в местах контактов проводников поглощается или выделяется, в зависимости от направления тока, теплота Пельтье. Количество тепла пропорционально току, проходящему через термопару.

Достоинства данных систем:

– высокая производительность - при значительно меньших габаритах и материалоемкости производительность 50 и более литров удаляемой влаги в

час;

– экономичность - энергия, затрачиваемая на холодопроизводство, после удаления влаги возвращается в камеру в виде тепла: так, например, система производительностью 60л/час и потребляемой мощностью 5кВт/час имеет мощность холодопроизводства 4кВт/час, в камеру в виде тепла возвращаются 9кВт/час;

– высокая надежность - ресурс термоэлектрических элементов более 200000 часов (более 20 лет).

Аналогичные устройства могут найти применение не только в сушильных камерах, но и в системах кондиционирования хранилищ готовой продукции (высушенной древесины) для поддержания, до реализации продукции потребителю, влажности, соответствующей равновесной, в широком диапазоне температуры окружающей среды.

Вакуумно-кондуктивные сушильные камеры для сушки пиломатериала. Отличаются от диэлектрических сушильных камер тем, что рабочие электроды выполнены в виде пластин, которыми переложен каждый ряд штабеля. При этом способе сушки продолжительность процесса по сравнению с обычными сушильными камерами сокращается в 3-5 раз. Кондуктивная или контактная сушка пиломатериалов применяется для тонких древесных материалов – шпона, щепы, фанеры и т.п. Древесина при контактной сушке может темнеть снаружи из-за высокой температуры порядка 150°С и получать значительные внутренние напряжения, для снятия которых необходимы специальные пропарочные камеры. Внутренние напряжения из-за неравномерности конечной влажности по толщине материала, обусловленные неравномерностью электромагнитного поля, малая вместимость автоклавов ограничивают распространение камер сушки дерева такого типа.

Вакуумно-конвективные сушильные камеры для сушки пиломатериалов производятся различными заводами в разных модификациях с осевыми или с центробежными вентиляторами. Нагрев воздуха осуществляется с помощью горячей воды, циркулирующей в радиаторах. Целесообразность применения вакуумной сушильной камеры обусловлена спецификацией высушиваемого материала. Этот способ рентабелен при сушке до 500 м³ в год для твердолиственных пород больших, свыше 60х60 мм. сечений, когда продолжительность процесса является существенным фактором. Вакуумно-конвективные сушильные камеры наиболее перспективны для сушки пиломатериалов, с точки зрения ускорения процесса сушки.

Вакуумно-диэлектрические камеры для сушки пиломатериала СПВД

Сушильные камеры СПВД представляют собой автоклав диаметром 2,6м. с размещенными внутри рабочими электродами, между которыми на тележке помещается высушиваемый материал. Испаренная из древесины влага удаляется из камеры в виде конденсата. Циркуляция воздуха в сушильных камерах отсутствует, поэтому штабель формируется пакетом без прокладок. Продолжительность сушки в таких сушильных камерах в 10-12 раз ниже, чем конвективным способом. Недостатком таких сушильных камер сушки древесины являются: небольшие объемы загрузки; высокая стоимость сушильной камеры; неравномерность конечной влажности древесины, энергоемкость процесса. Расход электроэнергии на процесс диэлектрической сушки достигает 900-1000кВтч на 1 кубический метр высушенного пиломатериала или 3-3,5кВтч на 1 литр испаренной влаги.

Аэродинамические сушильные камеры. Получили широкое распространение из-за относительно невысокой стоимости, простоты конструкции, надежности в эксплуатации, не требуют специфических знаний обслуживающего персонала, рентабельны в малых предприятиях при сушке до 2000м³ в год хвойных пород. Недостатками являются:

1) высокая энергоемкость процесса сушки, при сушке свежеспиленной древесины на испарение 1 литра воды потребуется 1,15-1,3кВтч. электроэнергии (240-290кВтч/м³).

2) отсутствует регулировка температуры, можно только замедлять скорость ее повышения путем изменения проходного сечения всасывающего отверстия центробежного вентилятора.

3) нельзя организовать технологический процесс согласно расписания режимов "Руководящих технических материалов по технологии камерной сушки древесины".

СВЧ-сушильные камеры . Сушка древесины в сушильных камерах происходит за счет электрических потерь токов высоких частот.

Несмотря на значительное сокращение продолжительности сушки пиломатериалов в СВЧ – сушильных камерах, например: дуб – толщиной 35мм. высыхает за 2,5 суток, перспективы их распространения невелики, из-за больших энергетических затрат (600-900кВтч/м³), малого ресурса работы магнетронов (около 600 часов), трудностей контроля процесса, отсутствии технологии, высокой стоимости сушильной камеры.

Конвективные сушильные камеры на отходах деревообрабатывающего производства. Наиболее распространенный способ сушки в воздушной или газопаровой среде.

Этот вид сушки основан на передаче теплоты древесине путем конвекции от газообразной среды.

В настоящее время, конвективные сушильные камеры остаются самыми востребованными из-за рентабельности, невысокой стоимости, малого потребления электроэнергии, изученности технологического процесса, высокого качества высушенных пиломатериалов, просты в обслуживании и надежны в работе.

2.1 Энергетическое использование отходов производства предприятий деревообрабатывающей промышленности

В деревообрабатывающей промышленности основным потребителем тепла являются лесосушильные камеры. Однако, тепло необходимо не только для лесосушильной камеры, но и для теплоснабжения производственных площадей и зданий, получения горячей воды, воздуха, пара. При сушке пиломатериалов в лесосушильных камерах, применяются водогрейные, паровые котлы и теплогенераторы, использующие дорогостоящие: электроэнергию, каменный уголь, мазут, природный газ. Так как речь идет о деревообрабатывающих предприятиях, то гораздо дешевле работать на отходах собственного производства. Тем более, что вырабатываемый из отходов древесный газ, по своим качественным характеристикам, равноценен природному. Газогенераторные установки предназначены для превращения низкосортного, бросового топлива, состоящего из отходов деревообработки - древесной щепы, опилок, обрезков, стружки, горбыля, а также торфа, шелухи подсолнечника, проса, отходов ламината и упаковки пищевых продуктов в высококалорийное топливо. Из топлива можно получать и тепловую и электрическую энергию. При работе газогенератора в составе твердотопливного котла можно сжигать отходы практически любой длины. Одновременно решаются экологические проблемы и утилизации отходов, снижается себестоимость выпускаемой продукции.