К.т.н. Онучин Е.М., Анисимов П.Н., Медяков А.А.

Марийский государственный технический университет, Россия

Разработка абсорбционного утилизатора вторичных энергоресурсов деревообрабатывающего комплекса с сушкой древесины

Сушка древесины является одним из важнейших и наиболее энергоёмких этапов технологической обработки древесины. В настоящее время 90-95% всех эксплуатируемых промышленностью и предлагаемых на рынке сушильных камер - конвективные с различными системами приточно-вытяжной вентиляции и видами теплоносителя. В среднем, энергозатраты конвективных камер равны 1,47 кВтч тепловой и 0,22 кВтч электрической энергии на 1 кг испаренной влаги, при этом необходимая тепловая мощность такой сушилки составляет 220 кВт.

Основными недостатками конвективных сушильных камер с приточно-вытяжной вентиляцией являются:

- большие потери тепловой энергии с выбрасываемым в атмосферу влажным и тёплым сушильным агентом;

- загрязнение атмосферы вредными веществами, образовывающимися в процессе сушки, особенно при высокотемпературных режимах. К таким веществам относятся: ион аммония, фенолы, формальдегиды.

Вышеперечисленные недостатки отсуствуют в конденсационной сушильной камере. Однако существующие конденсационные сушилки древесины используют в качестве кондиционирующего агрегата - парокомпрессионный тепловой насос. Данное техническое решения так же имеет ряд недостатков, среди которых:

- как правило, низкая температура сушильного агента 35-45 ˚С;

- высокая потребляемая мощность компрессора – 20кВт, при объёме загрузки камеры 100 м³ пиломатериала;

- ограниченный объём загрузки сушильной камеры, как правило, до 100 м³;

- увеличенная продолжительность процесса сушки;

- нет возможности использовать древесные отходы;

- необходимость предварительного прогрева штабеля с помощью другого устройства – электронагревателя или котла. [1]

Эффективным решением представленных выше проблем является применение в конденсационной сушильной камере, в качестве кондиционирующего агрегата, абсорбционного бромисто-литиевого теплового насоса (АБТН). Схема работы абсорбционного утилизатора в составе конденсационной сушилки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема работы конденсационной сушильной камеры с абсорбционным утилизатором

АБТН имеет компоновку с выносным генератором и совмещённым абсорбером-испарителем. АБТН производит горячую воду температурой 80 ˚С и холодную температурой 10 - 30 ˚С. Горячая вода подаётся на калориферы, которые нагревают сушильный агент после его осушки до температуры 65 ˚С. Холодная вода подается на осушитель – рекуперативный теплообменник на поверхности которого конденсируется влага. Циркуляция сушильного агента круговая и замкнутая без воздухообмена с окружающей средой. Для обогрева генератора (кипятильника) АБТН используется теплота сгорания топлива. Также холодная вода может подаваться в теплообменник системы очистки дымовых газов. Стрелками на рисунке 1 показаны направления тепломассообмена и схема движения сушильного агента внутри камеры.

При наличии на деревообрабатывающем предприятии сухих древесных отходов, они могут сжигаться в генераторе АБТН. В таком случае, его конструкция напоминает топку и газоход котла на опилках. Генератор АБТН состоит из топки в которой сжигаются сухие древесные отходы и газотрубного теплообменника. Выпаривание теплоносителя из слабого раствора LiBr+H₂O происходит при лучистом и конвективном теплообмене.

Для обеспечения необходимого качества высушиваемого пиломатериала, вентиляторы в сушильной камере реверсивные. При изменении направления движения сушильного агента (воздуха) на противоположное, теплоноситель также меняет своё направление. В этом случае горячая вода из АБТН подаётся на теплообменник, игравший роль осушителя, а холодная на бывший калорифер. Чтобы осуществить такую циркуляцию теплоносителей, на линиях подвода и отвода холодной и горячей воды устанавливаются трёхходовые регулирующие клапаны.

Использование абсорбционного утилизатора в конденсационных сушильных камерах позволит снизить затраты тепловой энергии на 1 кг испаренной влаги на 70 %, по сравнению с обычной конвективной сушильной камерой. Такая экономия достигается за счёт утилизации скрытой теплоты парообразования, при конденсации влаги из сушильного агента, а так же, благодаря высокому коэффициенту первичной энергии АБТН и нормальной продолжительности процесса сушки. Коэффициент первичной энергии теплового насоса имеет следующее определение:

Полезное тепло от теплового насоса [2].

Затраты первичной энергии

КПЭ АБТН с огневым обогревом равен 1,65; для сравнения, КПЭ современных конденсационных водогрейных котлов не превышает 0,97.

Потребление электроэнергии по сравнению с конвективной камерой того же объёма остаётся практически неизменным, так как основная его составляющая - это нагрузка вентиляторов.

В разработанной технологической схеме абсорбционный бромисто-литиевый тепловой насос позволяет утилизировать вторичные энергоресурсы деревообрабатывающего комплекса с сушкой древесины, которыми являются: скрытая теплота конденсации влаги отработанного сушильного агента и теплота уходящих дымовых газов, а так же сухие древесные отходы в виде опила, щепы, стружки.

Таким образом на основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

Применение комплексного решения задач эффективного использования вторичных энергоресурсов деревообрабатывающего комплекса с сушкой древесины позволит:

1) снизить энергопотребление сушильных камер и себестоимость высушенной древесины;

2) повысить скорость и качество сушки, и независимость процесса от окружающей среды;

3) свести потребление электроэнергии конденсационными сушилками к минимуму, электроэнергия потребуется только на привод вентиляторов и циркуляционных насосов.

4) уменьшить воздействие деревообрабатывающего комплекса на окружающую среду с помощью применения замкнутого цикла.

Литература:

1. Сушильные камеры [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.URL: http://www.xolod-teplo.ru/.-16.12.2011г.

2. Рэй, Д. Тепловые насосы [Текст]: пер. с англ./Д. Рэй, Д. Макмайкл.–М.: Энергоиздат, 1982. –224 с.: ил.