1. Пересчёт объёма фактического пиломатериала в объём условного материала

Для учёта производительности лесосушильных камер и планирования их работы установлена неизменная учётная единица – кубометр условного материала, которому эквивалентны сосновые обрезные доски толщиной 40 мм, шириной 150 мм, длиной более 1 м, высушиваемые по II категории качества от начальной влажности 60 до конечной 12%

Определение коэффициентов объёмного заполнения штабеля фактическими пиломатериалами β_Ф и условным материалом β_У.

Таблица 1

1.2. Определение производительности камер в условном материале

Годовая производительность камеры в условном материале, м³ усл./год, определяется по формуле:

П_У=Е_Уn_У,

где Е_У – вместимость камеры в плотных кубометрах условного материала, м³/усл.;

n_У – число оборотов камеры в год при сушке условного материала.

Вместимость камеры в условном материале, м³/усл., находится по формуле:

Е_У=Гβ_У, Е_У=70,2*0,454=32 м³/усл

где Г – габаритный объём всех штабелей в камере, м³; β_У – коэффициент объёмного заполнения штабеля условным материалом (определяется так же, как и β_Ф по формулам или таблицам).

Габаритный объём штабелей Г, м³, вычисляется по выражению:

Г=nlbh. Г=2*6,5*1,8*3,0=70,2 м³

где n – число штабелей в камере; l, b, h, - соответственно габаритная длина, ширина, и высота штабеля, м.

Число оборотов камеры в год (число загрузок), об/год, определяется по выражению:

335

n_У= ────

τ_ОБ.У

где 335 – время работы камеры в году, суток; τ_ОБ.У – продолжительность оборота камеры для условного материала, суток.

В конечном виде формулу для определения П_У, м³усл./год, можно записать:

335 335

П_У=Гβ_У ──── П_У=70,2*0,454 ────=3140 м³усл./год

τ_ОБ.У 3,4

1.3. Определение необходимого количества камер

ΣУ 7455

n_КАМ= ─── = ──── = 3 шт

П_У 3140

где ΣУ – общий объём условного материала; П_У – годовая производительность одной камеры в условном материале.

1.4. Определение производственной мощности действующего лесосушильного цеха (участка)

Производственная мощность лесосушильного цеха П_ЦЕХА, м³усл./год, определяется суммой произведений числа камер соответствующего типа П_Уl, м³усл./год,

П_ЦЕХА=Σn_lП_Уl.

П_ЦЕХА=3*3140=9420 м³усл./год

2.1. Выбор расчётного материала

За расчётный материал принимаются самые быстросохнущие доски или заготовки из заданной спецификации.

В данном случае Осина, толщина 25 мм, длина 6,5мм, не обрезная, строительный материал. Начальная влажность 60% конечная 12%.

2.2. Определение массы испаряемой влаги

2.2.1. Масса влаги, испаряемой из 1м³ пиломатериалов, кг/м³

W_Н-W_К 60-12

m_1м3=ρδ ────── = 400───── =192 кг/м³

100 100

где ρδ – базисная плотность расчётного материала, кг/м³; W_Н, W_К - соответственно начальная и конечная влажность расчётного материала, %.

2.2.2. Масса влаги, испаряемой за время одного оборота камеры, кг/оборот

m _ОБ.КАМ= m _1м3Е=192*20,3=3898 кг/оборот Е=Г β_Ф=70,2*0,290=20,3 м³

где Е – вместимость камеры, м³; Г – габаритный объём всех штабелей в камере, м³; β_Ф – коэффициент объёмного заполнения штабеля расчётным материалом.

2.2.3. Масса влаги, испаряемой из камеры в секунду, кг/с

m _ОБ.КАМ 3898

m _С= ──────── = ───────── =0,021кг/с

3600τ_{соб.суш} 3600*51,3

τ_{соб.суш}= τ_суш-( τ_пр+ τ_{кон.ВТО})=58-(4,7+2)=51,3ч

τ_пр=2,5*1,5*1,25=4,7 ч

где τ_суш – продолжительность сушки расчётного материала, ч, τ_пр – продолжительность начального прогрева материала, ч; τ_{кон.ВТО} – продолжительность конечной влаготеплообработки (ВТО), ч.

Продолжительность начального прогрева можно ориентировочно принимать для мягких хвойных пород 1,5 ч на каждый см толщины расчётного материала; для берёзы, осины, ольхи и др. мягких лиственных пород время прогрева увеличивается на 25%, а для пиломатериалов твёрдых пород (дуб, бук, лиственница и др) – на 50%.

2.2.4. Расчётная масса испаряемой влаги, кг/с

m _Р= m _Сk=0,021*1,2=0,025 кг/с

где k – коэффициент неравномерности скорости сушки (рекомендуется принимать k=1,2 для камер периодического действия при сушке воздухом до W_К=12-15%; k=1,3 при W_К<12%; при сушке в среде перегретого пара соответственно k=1,3 и k=1,4).

2.10. Определение диаметров паропроводов и конденсатопроводов

1. Диаметр главной паровой магистрали d_МАГ, м, в сушильном цехе (от теплового ввода до крайней камеры в блоке):

Р_ЦЕХА 1023

d_МАГ=√1,27─────── = √1,27──────── =0,066 м

3600ρ_Пυ_П 3600*1,62*50

принимаем 65 мм

где ρ_П – плотность пара, кг/м³; υ_П – скорость движения пара, принимается для магистралей 50-80 м/с.

2. Диаметр паропровода (отвода) к коллектору камеры, м,

Р_КАМ.ПР 730

d_КАМ=√1,27─────── =√1,27───────── =0,063 м

3600ρ_Пυ_П 3600*1,62*40

принимаем 65 мм

где Р_КАМ.ПР – расход пара на камеру периодического действия для зимних условий в период прогрева, кг/ч; υ_П – принимается 40-50 м/с.

3. Диаметр паропровода к калориферу камеры, м,

Р_{КАМ.СУШ} 146,46

d_К=√1,27─────── =√1,27───────── =0,035 м

3600ρ_Пυ_П 3600*1,62*25

принимаем 32 мм

где Р_{КАМ.СУШ} – расход пара на сушку для зимних условий, кг/ч; υ_П – принимается 25-40 м/с.

4. Диаметр паропровода к увлажнительным трубам, м,

Р_КАМ.ПР-Р_{КАМ.СУШ} 730 -146,46

d_УВЛ=√1,27──────────── =√1,27─────────── =0,05 м

3600ρ_Пυ_П 3600*1,62*50

принимаем 50 мм

При расчёте d_УВЛ скорость движения пара υ_П принимается 50 м/с и более. Диаметр самих увлажнительных труб в камере может быть d_УВЛ=40-50 мм.

5. Диаметр конденсационного трубопровода от калорифера камеры, м,

Р_{КАМ.СУШ} 146,46

d_{КОНД.КАМ}=√1,27───────── =√1,27───────── =0,01 м

3600ρ_Кυ_К 3600*934*0,5

принимаем 10 мм

где ρ_К – плотность конденсата, кг/м³ (выбирается в зависимости от давления в трубопроводе); υ_К – скорость конденсата, м/с (принимается от 0,5 до 1м/с).

6. Диаметр конденсационной магистрали, м,

Р_{КАМ.СУШ}n_КАМ 146,46 *2

d_{КОНД.МАГ}=√1,27───────── =√1,27───────── =0,01 м

3600ρ_Кυ_К 3600*934*1

принимаем 10 мм

где n_КАМ – количество камер в цехе; υ_К – принимается 1-1,5 м/с

Рассчитанные значения диаметров труб сравниваются со стандартными диаметрами (условным проходом) и принимаются ближайшие большие значения по ГОСТ 3262-75 «Трубы стальные водо-газопроводные» (условный проход, мм: 6,8,10,15,20,25,32,40,50,65,80,90,100,125,150).

Пример условного обозначения: труба 202,8 ГОСТ 3262-75 (так обозначается труба обыкновенная, не оцинкованная, с условным проходом 20 мм, толщиной стенки 2,8 мм, без резьбы и муфты).

2.11. Выбор конденсатоотводчиков

Выбор их производится по коэффициенту пропускной способности k_υ кг/ч,

20Р_{КАМ.СУШ} 20*146,46

k_υ= ──────── = ────────── =1126,6 кг/ч

с_Г√∆_Рρ_К 0,29√0,085*934

где Р_{КАМ.СУШ} – расход пара на сушку в зимних условиях, равный расходу горячего конденсата, кг/ч; ∆_Р – перепад давления в конденсатоотводчике, МПа; ρ_К – плотность конденсата, кг/м³; с_Г – коэффициент, учитывающий снижение пропускной способности конденсатоотводчика при удалении горячего конденсата по сравнению с холодным; при ∆_Р≤0,2 МПа с_Г=0,29; ∆_Р>0,2 МПа с_Г=0,25.

Перепад давления в конденсатоотводчике

∆_Р=р₁-р₂=0,95*0,30-0,2=0,085 МПа

где р₁ – абсолютное давление пароводяной смеси перед конденсатоотводчиком, МПа (р₁=0,95р, где р – абсолютное давление пара перед калорифером, т.е. на коллекторе камеры, обычно задаётся); р₂ – абсолютное давление конденсата после конденсатоотводчика, МПа (давление в конденсационной магистрали, принимается от 0,1 до 0,2 МПа).

Если k_υ по расчёту получается больше 2500 кг/ч, то на камеру выбирается два конденсатоотводчика по суммарной пропускной способности, близкой к расчётной.

Принимаем конденсатоотводчик типа 45ч15нж с d_У=25 мм

Проход условн-ый dУ, мм	Коэффициент kυ, кг/ч	Размеры						Резьба трубная дюйм	Масса, кг
		L	L1	HМАКС	H1	D0	S
25	1250	120	18	250	28	100	46	1	6,55

2.3. Выбор режима сушки

Режим сушки выбирается в зависимости от породы и толщины расчётного материала, а также требований, предъявляемых к качеству сухой древесины.

В настоящее время установлены четыре категории качества сушки пиломатериалов.

Мы выбираем II категорию:

II – сушка пиломатериалов до W_СР.К=7…15% (мебельное производство, столярно-строительные изделия и др.).

2.3.1. Режимы сушки в камерах периодического действия (ГОСТ 19773-84)

В этих камерах применяются режимы низкотемпературного и высокотемпературного процесса.

2.4. Определение параметров агента сушки на входе в штабель

2.4.1. Агент сушки - влажный воздух

По выбранному режиму назначаются расчётная температура t₁ и относительная влажность воздуха φ₁ со стороны входа в штабель. Для камер периодического действия эти параметры берутся по второй (средней) ступени режима (W=35-20%).

Влагосодеражание d₁, теплосодержане I₁, плотность р₁ и приведённый удельный объём υ_ПР.1 определяются по Id-диаграмме. Если точка 1, характеризующая на Id-диаграмме состояние воздуха на входе в штабель, выходит за пределы диаграммы, парамеиры воздуха следует вычислять по известным уравнениям:

ρ_П1 33151,3

d₁=622 ───── г/кг= 622 ──────── =308,4 г/кг

ρ_а-ρ_П1 10⁵-33151,3

где ρ_П1 - парциальное давление водяного пара, Па; ρ_а – атмосферное давление воздуха (ρ_а≈1 бар=10⁵ Па).

Так как φ₁= ρ_П1/ ρ_Н1, то ρ_П1= φ₁ρ_П1=0,70*47359=33151,3 Па

где φ₁ – относительная влажность воздуха расчётной ступени режима; ρ_П1 – давление насыщения водяного пара при расчётной температуре режима.

Теплосодержание воздуха, кДж/кг,

I₁=1,0t₁+0,001d₁(1,93t₁+2490)=1,0*80+0,001*308,4(1,93*80+2490)=895,5 кДж/кг

Плотность воздуха, кг/м³,

d₁ 308,4

349-132────── 349-132────────

622+d₁ 622+308,4

ρ₁= ──────────── = ─────────────── =0,86 кг/м³

Т₁ 353

Приведённый удельный объём, м³/кг сух. возд,

υ_ПР.1=4,62 10^-6 Т₁(622+d₁)=4,62*10^-6*353(622+308,4)=1,52 м³/кг

где Т₁ – термодинамическая температура, К. Т₁=273+t₁=273+80=353 К

2.5.3. Определение параметров воздуха на выходе из штабеля

1000 1000

d₂= ───── +d₁ = ────── + 308,4=310,3 г/кг

m_Ц 513,1

Теплосодержание воздуха, кДж/кг, I₂=I₁

I₂-2,490d₂ 895,5-2,490*310,3

I₂=1,0t₂+0,001d₂(1,93t₂+2490). Откуда t₂= ──────── = ──────────── = 76,5

1,0+0,00193d₂ 1,0+0,00193*310,3

I₂=1,0*76,5+0,001*310,3(1,93*76,5+2490)=895 кДж/кг

Плотность воздуха, кг/м³,

d₂ 310,3

349-132────── 349-132 ──────

622+d₂ 622+310,3

ρ₂= ──────────── = ────────────── = 0,87 кг/м³

Т₂ 349,5

Приведённый удельный объём, м³/кг сух. возд,

υ_ПР.2=4,62 10^-6 Т₂(622+d₂)=4,62*10^-6*349,5(622+310,3)=1,50 м³/кг

где Т₂ – термодинамическая температура, К. Т₂=273+t=273+76,5=349,5 К

2.5.4. Уточнение объёма и массы циркулирующего агента сушки

1000 1000

m_Ц= ───── = ────── = 526,3

d₂-d₁ 310,3-308,4

Уточнение объёма V_Ц, м³/с, и массы G, кг/с, циркулирующего агента сушки

V_Ц= m _Цm _Рυ_ПР.1=526,3*0,025*1,52=20 м³/с

G_Ц= m _Цm _Р=526,3*0,024=13,1 кг/с

Если не задана скорость агента сушки через штабель, то она может быть определена или уточнена по V_Ц

V_Ц 20

υ_ШТ= ─────── = ───── =2

F_{Ж.СЕЧ.ШТ} 9,75

2.5. Определение объёма и массы циркулирующего агента сушки

2.5.1. Объём циркулирующего агента сушки, м³/с, определяется по формуле

V_Ц=υ_ШТF_{Ж.СЕЧ.ШТ}=2,0*9,75=19,5 м³/с

где υ_ШТ – расчётная (заданная) скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с; F_{Ж.СЕЧ.ШТ} – живое сечение штабеля, м².

F_{Ж.СЕЧ.ШТ}=nlh(1-β_В)=1*6,5*3,0(1-0,5)=9,75 м²

где n – количество штабелей в плоскости, перпендикулярной входу циркулирующего агента сушки; l, h – длина и высота штабеля, м; β_В – коэффициент заполнения штабеля по высоте.

2.5.2. Масса циркулирующего агента сушки на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг

V_Ц 19,5

m _Ц= ──── = ─────── =513,1 кг/кг

m _Рυ_ПР.1 0,025*1,52

где υ_ПР.1 – приведённый удельный объём агента сушки на входе в штабель, м³/кг (определяется по Id-диаграмме или расчётным путём).

2.6. Определение объёма свежего и отработанного воздуха или перегретого пара

2.6.1. Масса свежего и отработанного воздуха на 1 кг испаряемой влаги, кг/кг,

1000 1000

m₀= ────── = ─────── =3,3 кг/кг

d₂-d₀ 310,3-10

где - d₀ влагосодержание свежего воздуха, г/кг (при поступлении из коридора управления или цеха d₀=10-12 г/кг; при поступлении наружного воздуха летом d₀ =10-12 г/кг; зимой d₀=2-3 г/кг).

2.6.2. Объём свежего (приточного) воздуха, поступающего в камеру, м³/с,

V₀= m _P m ₀ν_ПР.о=0,025*3,3*3,48=0,287 м³/с

где ν_ПР.о – приведённый удельный объём свежего воздуха, м³/кг (при t₀=20^оC; ν_ПР.о≈0,87 м³/кг).

2.6.3. Объём отработанного воздуха (выбрасываемого из камеры), м³/с,

V_ОТР= m _P m ₀ν_ПР.2 =0,025*3,3*1,50=0,123 м³/с

где ν_ПР.2, - приведённый удельный объём отработанного ( на выходе из штабеля) воздуха, м³/кг.

2.6.4. Расчёт приточно–вытяжных каналов камеры

Площадь поперечного сечения приточного канала, м²,

V₀ 0,287

ƒ_КАН= ───── = ───── =0,0717 м²

ν_КАН 4

где V₀ – объём свежего воздуха, м³/с;

V_О=m ₀m _Рν_ПР.0=3,3*0,025*3,48=0,287 м³/с

где ν_ПР.0 – приведённый удельный объём свежего воздуха, м³/кг.

Площадь поперечного сечения вытяжного канала, м²,

V_0ТР 0,123

ƒ_КАН= ───── = ──── =0,0307 м²

ν_КАН 4

где V_0ТР – объём отработавшего агента сушки, м³/с;

V_ОТР=m ₀m _Рν_ПР.2=3,3*0,025*1,50=0,123 м³/с

где ν_ПР.2 – приведённый удельный объём отработавшего агента сушки, м³/кг.

2.7. Определение расхода тепла на сушку

2.7.1. Расход тепла на начальный прогрев 1 м³ древесины

1.Для зимних условий, кДж/м³,

W-W_Г.Ж 60-17

q_ПР11м³= ρ_WС_(-)(-t₀)+ ρ_б  + Р_WС₍₊₎t_ПР=650*2,09*24+400────335+650*2,89*100=278074кДж/м³

100 100

где ρ_W – плотность древесины расчётного материала при заданной начальной влажности W_Н, кг/м³; ρ_б – базисная плотность древесины расчётного материала, кг/м³; W_Н – начальная влажность расчётного материала, %; W_Г.Ж – содержание незамёрзшей связанной (гигроскопичной влаги), %;  - скрытая теплота плавления льда (335 кДж/кг); С_(-),С₍₊₎ – средняя удельная теплоёмкость соответственно при отрицательной и положительной температуре, кДж/(кг ^оС); t₀ – начальная расчётная температура для зимних условий, ^оС; t_ПР – температура древесины при её прогреве, ^оС.

При определении удельной теплоёмкости древесины, средняя температура, ^оС древесины принимается:

t₀+0 -24+0

для С_(-) t_СР= ────── = ───── = -12 ^оС С_(-)=2,09

2 2

0+t_ПР 0+100

для С₍₊₎ t_СР= ────── = ───── =50 ^оС С₍₊₎=2,89

2 2

2. Для среднегодовых условий, кДж/м³,

q_ПР11м³= ρ_WС₍₊₎(t_ПР-t₀)=650*2,9(100-5,0)=179075 кДж/м³

где t₀ – среднегодовая темература древесины, ^оС.

при t_СР=(t₀+t_ПР)/2 = (5,0+100)/2=52,5 ^оС С₍₊₎=2,9

2.7.2. Удельный расход тепла, кДж/кг, при начальном прогреве на 1кг испаряемой влаги

(определяется для зимних и среднегодовых условий)

q_ПР11м³ 278074 179075

q_ПР=  = ────── =1448,30 (зимнее) q_ПР= ──────── =932,68 (среднегодовое) кДж/кг

m 1м³ 192 192

2.7.3. Общий расход тепла на камеру при начальном прогреве

q_ПР11м³E 278074*20,3 179075*20,3

Q_ПР=  = ───────── =333,62 (зимнее) Q_ПР= ──────── =214,84 (среднегодовое) кДж/кг

3600 τ_ПР 3600*4,7 3600*4,7

где τ_ПР – продолжительность прогрева, ч; принимается ориентировочно для пиломатериалов мягких хвойных пород летом 1-1,5, зимой 1,5-2 ч на каждый см толщины материала; для пиломатериалов мягких лиственных пород ( берёза, осина, ольха и др.) время прогрева увеличивается на 25%, а для пиломатериалов твёрдых пород (дуб, бук, лиственница и др.) – на 50%.

2.7.4. Определение расхода тепла на испарение влаги

1. Удельный расход тепла на испарение влаги в лесосушильных камерах с многократной циркуляцией при сушке воздухом, кДж/кг,

I₂-I₀ 895-10

q_ИСП=1000 ───── - C_Вt_ПР = 1000─────── - 4,19*100=2451,5 кДж/кг (зимнее)

d₂-d₀ 310,3-2

895-46

q_ИСП= 1000─────── - 4,19*100=2408,2 кДж (среднегодовое)

310,3-10

где I₂ – теплосодержание воздуха на выходе из штабеля, кДж/кг; I₀ – теплосодержание свежего (приточного) воздуха, кДж/кг; d₂ – влагосодержание воздуха на выходе из штабеля, г/кг; d₀ – влагосодержание свежего (приточного) воздуха, г/кг; С_В – удельная теплоёмкость воды, С_В=4,19 кДж/(кг ^оС); t_ПР – температура нагретой влаги в древесине, ^оС; принимается равной температуре прогрева.

При поступлении воздуха из коридора управления или наружного воздуха летом допустимо принять d₀=10-12 г/кг, I₀=46 кДж/кг; при поступлении наружного воздуха зимой d₀=2-3 г/кг, I₀=10 кДж/кг.

2. Общий расход тепла на испарение влаги, кВт,

Q_ИСП=q_ИСПm _Р=2451,5*0,025= 61,3кВт (зимнее)

Q_ИСП=2408,2*0,025= 60,2 кВт (среднегодовое)

2.7.5. Потери тепла через ограждения камеры

1. Теплопотери, кДж, через ограждения камеры в единицу времени (секунду), т.е. кВт,

Q_ОГ=∑F_ОГk(t_c-t₀)10^-3 = кВт

где ∑F_ОГ – суммарная поверхность ограждений крайней камеры в блоке, м²; k – коэффициент теплопередачи соответствующего ограждения камеры, Вт/(м^{2 о}С); t_c – температура среды в камере, ^оС; t₀ – расчётная температура наружного воздуха для зимних и среднегодовых условий.

Коэффициент теплопередачи многослойных ограждений подсчитывается по общейзвестной формуле, Вт/(м^{2 о}С),

1

k= ───────────────────────────

1 δ₁ δ₂ δ_n 1

──── + ─── + ─── + …+ ─── + ────

α_ВН λ₁ λ₂ λ_n α_Н

где α_ВН – коэффициент теплоотдачи для внутренних поверхностей ограждений, Вт/(м^{2 о}С) (принимается ориентировочно α_ВН=25); α_Н – коэффициент теплоотдачи для наружных поверхностей ограждений, Вт/(м^{2 о}С) (α_Н=23 – для наружного воздуха; α_Н=12 – для чердачных и неотапливаемых помещений; α_Н=9 – для отапливаемых помещений); δ₁; δ₂; … ; δ_n – толщина слоёв ограждений, м; λ₁; λ₂; … ; λ_n - коэффициент теплопроводности материалов соответствующих слоёв ограждений, Вт/(м^{2 о}С).

коэффициент теплопередачи пола k_ПОЛ, Вт/(м^{2 о}С), принимается равным 0,5k наружной стены

k_ПОЛ=0,5k_СТ =0,5*0,47=0,24 Вт/(м^{2 о}С),

1

k_ДВ= ─────────────────────── =0,6 Вт/(м^{2 о}С),

1/25+0,01/58+0,08/0,07+0,01/240+1/9

1

k_СТ= ───────────────────────── =0,47 Вт/(м^{2 о}С),

1/25+0,005/58+0,14/0,07+0,005/240+1/9

2. Удельный расход тепла на потери через ограждения (определяется для зимних среднегодовых условий), кДж/кг, ∑Q_ОГ=4,7*1,5=7,05

∑Q_ОГ 7,05

q_ОГ= ───── = ───── =335,71 кДж/кг

m_С 0,021

где ∑Q_ОГ – суммарные теплопотери через ограждения камеры, кВт

2.7.6. Определение удельного расхода тепла на сушку, кДж/кг

Производится для зимних и среднегодовых условий

q_СУШ=(q_ПР+q_ИСП+q_ОГ)с₁=(1448,30+2451,5+335,71)1,1=4659,06(зимнее) кДж/кг

q_СУШ=(932,68+2408,2+335,71)1,1=4044,24 (среднегодовое) кДж/кг

где с₁ – коэффициент, учитывающий дополнительный расход тепла на начальный прогрев камер, транспортных средств, оборудования и др.; принимается в зависимости от условия процесса от 1,1 до 1,3.

2.7.7. определение расхода тепла на 1 м³ расчётного материала, кДж/м³

Производится для среднегодовых условий по формуле

q_{СУШ 1 м}³=q_СУШm₁м³

q_{СУШ 1 м}³ =4044,24*192=776494,08 (среднегодовое) кДж/м³

2.8. Выбор типа и расчёт поверхности нагрева калорифера

2.8.1. Выбор типа калорифера

Из всего многообразия серийно выпускаемых калориферов (основное название – воздухонагреватель по ГОС 7201-80) для лесосушильной техники следует рекомендовать спирально – накатные (биметаллические). Это так, называемые, компактные калориферы, которые могут довольно надёжно работать в агрессивной среде лесосушильных камер.

2.8.2. Тепловая мощность калорифера

Тепловая мощность калорифера, то есть количество передаваемой им в единицу времени тепловой энергии в кВт, определяется расходом тепла на сушку в единицу времени для зимних условий:

Q_К=(Q_ИСП+ΣQ_ОГ)с₂ = (61,3+7,05)1,2=82,02

где с₂ – коэффициент неучтённого расхода тепла на сушку, с₂=1,1…1,3.

2.8.3. Расчёт поверхности нагрева калорифера, м²

1000Q_Кc₃ 1000*82,02*1,2

F_К= ────── = ─────────── = 94,61м²

K(t_т-t_C) 19,0(133-78,25)

где k – коэффициент теплопередачи калорифера, Вт/(м^{2 о}С); t_т – температура теплоносителя (пар, вода), ^оС; t_C – температура нагреваемой среды в камере (воздух, перегретый пар), ^оС; с₃ – коэффициент запаса, учитывающий загрязнение поверхности калорифера ( для чугунных труб с₃=1,1; для биметаллических с₃=1,2).

Температуру среды t_C ориентировочно можно вычислить по формуле

t_C=(t₁+t₂)/2=(80+76,5)/2=78,25

где t₁ и t₂ – соответственно температуры агента сушки на входе в штабель и выходе из штабеля, ^оС.

Камеры с калориферами из биметаллических греющих труб наружным диаметром 56 мм

F_Ж.СЕЧ.К=F_КАН(1-Кƒ)=9,75(1-0,410)=5,75

где Кƒ – коэффициент проекции труб на площадь, перпендикулярную потоку.

Коэффициент проекции зависит от шага S размещения труб и при величинах шага 100, 80, 74 мм – соответственно равен 0,350; 0,410; 0,466;

Зная F_Ж.СЕЧ.К и V_Ц, определяем скорость агента сушки; м/с, через калорифер

V_Ц 19,5

υ_К= ────── = ──── = 3 м/с k=19,0

F_Ж.СЕЧ.К 5,75

Для биметаллических труб k находят по таблицам в зависимости от υ_К, то есть k=ƒ(υ_К).

F_К 94,6

n_К= ──── = ──── = 72 трубы

ƒ_К 1,3

ƒ_К – поверхность нагрева одного компактного калорифера.

Площадь нагрева 1 м биметаллической трубы диаметром 56 мм равна 1,3 м².

2.9. Определение расхода пара

2.9.1. Расход пара на 1 м³ расчётного материала, кг/м³

q_СУШm_1М³ 4044,24 *192

Р_СУШ.1М³= ──────── = ──────── =369,75 кг/м³

i_П-i_К 2100

где q_СУШ – суммарный удельный расход тепла на сушку для среднегодовых условий, кДж/кг; i_П – энтальпия сухого насыщенного пара при определённом давлении, кДж/кг; i_К – энтальпия кипящей воды при том же давлении, кДж/кг.

Ориентировочно Δi= i_П-i_К можно принимать:

при р=0,2-0,25 МПа Δi≈2190 кДж/кг

при р=0,3-0,50 МПа Δi≈2100 кДж/кг

р – давление пара в калорифере.

2.9.2. Расход пара на камеру, кг/ч

Определяется для зимних и среднегодовых условий

Для камер периодического действия:

а) в период прогрева

(Q_ПР+∑Q_ОГ)с₂3600 (333,62+7,05)1,25*3600

Р_КАМ.ПР= ──────────── = ────────────── =730 (зимнее) кг/ч

i_П-i_К 2100

(214,84+7,05)1,25*3600

Р_КАМ.ПР= ────────────── = 475,47(среднегодовое) кг/ч

2100

б) в период сушки

(Q_ИСП+∑Q_ОГ)с₂3600 (61,3+7,05)1,25*3600

Р_{КАМ.СУШ}= ──────────── = ────────────── =146,46 кг/ч (зимнее)

i_П-i_К 2100

(60,2+7,05)1,25*3600

Р_{КАМ.СУШ}= ─────────────── =144,10 кг/ч (среднегодовое)

2100

с₂ – коэффициент, учитывающий потери тепла паропроводами, конденсатопроводами, конденсатоотводчиками при неорганизованном воздухообмене (с₂≈1,25).

2.9.3. Расход пара на сушильный цех, кг/ч

Р_ЦЕХА=n_КАМ.ПРР_КАМ.ПР+n_{КАМ.СУШ}Р_{КАМ.СУШ}=1*730 +2*146,46 =1023 кг/ч

где n_КАМ.ПР – число камер, в которых одновременно идёт прогрев материала (принимается равным 1/6 от общего числа камер и не менее одной при любом малом числе камер); n_{КАМ.СУШ} – остальные камеры цеха, в которых идёт процесс сушки;

2.9.4. Среднегодовой расход пара на сушку всего заданного объёма пиломатериалов, кг/год,

Р_ГОД=Р_СУШ.1м Ф_Cдлит=369,75*2400*1,0=887400 кг/год

где Ф – объём фактически высушенного или подлежащего сушке пиломатериала данного размера и породы, м³; С_ДЛИТ – коэффициент, учитывающий увеличение расхода пара при сушке пиломатериалов, сохнущих медленнее расчётного материала.

Средневзвешенная продолжительность сушки фактических пиломатериалов, ч,

τ₁Ф₁+ τ₂Ф₂+…+ τ_nФn 58*2400+108*1250+87*3250

τ_СР.Ф= ─────────────── = ──────────────────── =80,71 ч

Ф 6900

где τ_1; τ₂;… τ_n – продолжительность сушки фактических пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, ч; Ф₁; Ф₂;…Ф_n – годовой объём этих же пиломатериалов отдельно по породам и сечениям, м³; τ_РАСЧ – продолжительность сушки расчётного материала, ч.

τ_СР.Ф/ τ_РАСЧ=80,71/58=1,3

_Cдлит=1,0

Литература

1. Е. С. Богданов, В. А. Козлов, Н. Н. Пейч Справочник по сушке древесины: Изд 3-е, перераб. – М.: Лесн. Пром-сть, 1981, - 192 с.

2. Акишенков С. И., Корнеев В. И. Проектирование лесосушильных камер и цехов: Учебное пособие. 3-е изд., перераб. И доп./ЛТА. СПб., 1992.

3. Кречетов И. В. Сушка древесины. М: Лесная промышленность, 1980, 432 с.

Двух штабельная камера СПМ – 1К

Камера состоит из пяти цельно сборных металлических секций. Передняя представляет собой сварную конструкцию прямоугольной формы, закрытую с одного из торцов дверями. Каракас секции состоит из швеллерного и уголкового проката, закрытого изнутри стальным листом, защищённого антикоррозийным покрытием или листами из нержавеющей стали. Снаружи стены обшиты алюминиевым листом. Пространство между обшивками заполнено теплоизоляционным материалом – минеральной ватой. Секция имеет две одностворчатые двери автоклавного типа. Для герметичного уплотнения дверей применяется полосовая термостойкая резина, которая закладывается в специально загнутый листовой профиль, приваренный к каркасу секции. Двери закрываются с помощью двух штурвалов и штанги. На секции в зоне дверного проёма установлены два конечных выключателя, блокирующих работу вентиляторов при открытых дверях. В секции установлены два оборотных блока и биметаллический калорифер.

Вентиляторная секция – наиболее ответственный узел камеры. Её корпус в плане представляет собой равнобокую трапецию. В секции установлены два осевых реверсивных вентилятора серии У – 12 № 12,5, расположенных друг над другом на поперечных валах. Подшипниковые узлы вынесены за пределы внутреннего пространства секции и расположены в специальных карманах. На скошенных боковых стенах установлены приточно-вытяжные трубы, имеющие в верхней части заслонки с исполнительным механизмом.

Сочленение секции и герметичность внутренней оболочки камеры обеспечиваются сваркой. С внешней стороны камеры промежутки между секциями закрывают алюминиевыми накладками и крепят винтами. Эти промежутки предварительно заполняют стекловатой.

Лесосушильная камера в собранном виде представляет собой металлический короб, разделённый по длине на две части: сушильное пространство и вентиляторное помещение.

В сушильном пространстве находятся высушиваемый материал, тепловое оборудование, направляющие экраны и оборотные блоки. Объём этого пространства рассчитан на загрузку двух штабелей. В вентиляторном помещении размещают вентиляторную установку, тепловое оборудование с разводкой трубопроводов, устройства для установки датчиков.

В качестве теплового оборудования в камере устанавливают специальные биметаллические калориферы. Общая поверхность нагрева составляет около 450 м².

Для обеспечения равномерного температурного поля в камере 55% общей поверхности нагрева калорифера устанавливается в ветиляторном помещении, а 45% - в сушильном пространстве, в промежутке между штабелями.

Камера оснащена увлажнительной системой и приточно-вытяжными трубами. Увлажнительная система состоит из двух пар труб, установленных вертикально на выходе из вентиляторного помещения в сушильное пространство. Эти трубы по всей длине имеют отверстия, через которые пар подаётся непосредственно в камеру.

Для удаления отработанного воздуха и подачи в камеру свежего воздуха размещают две приточно-вытяжные трубы. Камера оснащена гидравлическим затвором, с помощью которого в камере поддерживают атмосферное давление.

В конструкции гидравлического затвора и месте его установки предусмотрена система для сбора образующегося конденсата.

Для уменьшения утечки агента сушки мимо сушильных штабелей в камере устанавливаются стационарные и поворотные экраны. Стационарные экраны загораживают торцы штабелей, а поворотные ликвидируют утечку агента сушки через зазор, образующийся между потолочным перекрытием и верхом штабелей в период их усадки.

Для механизации загрузки штабелей в камере со стороны дверных проёмов устанавливают поворотные блоки. Выгрузка штабелей из камеры может производиться с помощью траверсной тележки, автопогрузчиком или специальной лебёдкой.

Камера СПМ – 1К предназначена для установки внутри отапливаемого производственного помещения и рекомендуется для любых деревообрабатывающих предприятий с объёмом переработки древесины не более 30…60 тыс. м³ условных пиломатериалов в год.

Объём высушенного или подлежащего сушке пиломатериала заданной спецификации Ф_l, м³, пересчитывается в объём условного материала У_l , м³ усл. По формуле:

У=КФ,

где Ф_l-объём высушенных или подлежащих сушке фактических пиломатериалов данного размера и породы, м³; К-коэффициент пересчёта, определяется по формуле:

К= К_τ К_Е,

где К_τ –коэффициент продолжительности оборота камеры; К_Е - коэффициент вместимости камеры. Коэффициент вместимости камеры определяется отношением коэффициентов объёмного заполнения штабеля условным β_У и фактическим β_Ф материалом:

β_У

К_Е= ───

β_Ф

Коэффициент β_У или β_Ф равен произведению коэффициентов заполнения штабеля по высоте β_В , ширине β_Ш и длине β_ДЛ . С учётом объёмной усушки пиломатериалов У₀ величина β_У или β_Ф находиться по формуле:

100-У₀

β_Ф= β_В β_Ш β_ДЛ ──────

100

Коэффициент β_В зависит от номинальной толщины высушиваемого материала S и толщины прокладок S_ПР:

S

β_В= ─────

S_ПР+S

Для штабелей высотой до 3,0 м толщина прокладок S_ПР=25 мм, для штабелей высотой до 5,0 м S_ПР=32 мм.

Коэффициент β_Ш зависит от способа укладки(со шпациями, без шпаций) и вида пиломатериалов (обрезные, необрезные).

Коэффициент β_ДЛ равен отношению средней длины пиломатериалов l_СР в штабеле к его габаритной длине l_ГАБ.ШТ. Если в штабель укладываются доски без сортировки по длине, то средний коэффициент заполнения β_ДЛ принимается равным 0,85. Для условного материала β_ДЛ=0,85. При укладке заготовок, уложенных торец в торец, их количество по длине штабеля составит:

n_Д=(l_ГАБ,ШТ+0,2)/l_ЗАГ,

где l_ЗАГ – длина заготовок, м; l_ГАБ,ШТ – габаритная длина штабеля, м (по паспортным данным камеры).

Округлив n_Д до целого в меньшую сторону, можно определить коэффициент β_Д

β_Д=l_ЗАГ n_Д/l_ГАБ,ШТ,

где n_Д – количество заготовок по длине штабеля после округления до целого в сторону уменьшения, шт.

Объёмную усушку У₀, %, предлагается нами определять так:

У₀=К₀(W_НОМ-W_К),

где К₀ – коэффициент объёмной усушки, зависящий от породы древесины; W_НОМ – влажность, для которой установлены номинальные размеры по толщине и ширине пиломатериалов, %; W_К – конечная влажность высушенных пиломатериалов, %.

Все данные сводятся в таблице 1

Коэффициент продолжительности оборота камеры определяется по формуле:

τ_ОБ.Ф

К_τ= ────

τ_ОБ.У

где τ_ОБ.Ф – продолжительность оборота камеры при сушке фактического материала данного размера и породы, суток; τ_ОБ.У – продолжительность оборота камеры при сушке условного материала, суток.

Продолжительность одного оборота камеры при сушке фактического ил условного материала:

• для камер периодического действия:

τ_ОБ.Ф=τ_СУШ+τ_ЗАГР,

τ_ОБ.У=τ_СУШ+τ_ЗАГР,

где τ_СУШ – продолжительность сушки фактического или условного материала, суток.; τ_ЗАГР - продолжительность загрузки и выгрузки материала, суток. При механизированной загрузке и выгрузке принимается равной 0,1 суток.

Общая продолжительность сушки (в часах), включая начальный прогрев и влаготеплопереработку, находится по выражению

τ_СУШ= τ_ИСХА_РА_ЦА_КА_ВА_Д,

где τ_ИСХ – исходная продолжительность собственно сушки пиломатериалов заданной породы, толщины S₁ и ширины S₂ нормальными режимами в камерах с принудительной реверсивной циркуляцией средней интенсивности (расчётная скорость воздуха – 1,0 м/с, ширина штабеля 1,5 – 2м) от начальной влажности 60% до конечной влажности 12%.

А_Р – коэффициент, учитывающий категорию применяемого режима сушки: для нормальных – 1,0; А_Ц – коэффициент, учитывающий характер и интенсивность циркуляции воздуха в камере. А_К – коэффициент, учитывающий категорию качества сушки и характеризующий среднюю длительность влаготеплообработок: II – 1,155

А_В – коэффициент, учитывающий начальную (W_Н) и конечную (W_К) влажность древесины; А_Д – коэффициент, учитывающий влияние длины заготовок на продолжительность процесса; для пиломатериалов А_Д=1,0; для заготовок берётся в зависимости от отношения их длины l к толщине S.

Результаты по определению продолжительности сушки удобнее представить в виде таблицы 2

Определение продолжительности сушки пиломатериалов (или заготовок)

Таблица 2

Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала представлено в таблице 3

Пересчёт объёма фактических пиломатериалов в объём условного материала

Таблица 3

Порода, вид и сечение пиломатериалов, мм	Заданный объём сушки Ф, м3	Коэффициент вместимости камеры КЕ	Коэффициент оборота камеры Кτ	Коэффициент пересчёта К=КЕ Кτ	Объём в условном материале У=ФК, м3/усл
Осина, строительный материал, 25не обрезная	2400	1,565	0,73	1,142	2741
Лиственница, для мебели, 3240.	1250	0,96	1,35	1,296	1620
Сосна, заготовки для мебели, 4060.	3250	0,866	1,10	0,952	3094

Общий объём условного материала определяется как сумма, м³ усл.

∑У=У₁+У₂+…+У_n =2741+1620+3094=7455 м³ усл.

Расчёт поверхности ограждений камеры

Таблица 4

F_БОК=LH F_БОК=LH

F_БОК=LH=9*5,1=46 м²

F`_ТОРЦ=BH=5,98*5,1=30,5 м²

F``_ТОРЦ= F`_ТОРЦ-F_ДВ30,5-21=9,5 м²

F_ПОТ=BL=5,98*9=54 м²

F_ПОЛ=BL=5,98*9=54 м²

F_ДВ=bh=5,8*3,6=21 м²

Расчёт поверхности ограждений камеры рекомендуется выполнять по форме таблицы 4

Расчёт потерь тепла через ограждения

Таблица 5

∑=215 ∑=4,7

Расчёт потерь тепла через ограждения представлено в таблице 5

Схема сушилки СПМ – 1К

1 – щит управления и щиты вентиляторов; 2 – лаборатория; 3 – щит регуляторов; 4 – психрометрическое устройство; 5 – калорифер; 6 – отопительно-вентиляционная система; 7 – поворотный экран; 8 – вытяжная труба; 9 – одностворчатая дверь; 10 – приточно-вытяжная труба; 11 – гидравлический затвор; 12 – вентилятор; 13 – паровая раздаточная гребёнка; 14 – поворотный блок; 15 – штабель.

Техническая характеристика камеры периодического действия СПМ–1К

Показатели	СПМ-1К
Габаритные размеры штабеля, мм: Длина Ширина Высота	6500 1800 3000
Число штабелей, загружаемых в камеру (сушилку)	2
Ёмкость камеры в условном пиломатериале, м3	33,3
Годовая производительность, м3: При высокотемпературном режиме При форсированном режиме При нормальном режиме При мягком режиме	5600 3300 2500 1400
Побудитель циркуляции агента сушки	Вентилятор серии У-12 № 12,5
Число вентиляторов	2
Характеристика вентилятора: Производительность, тыс. м3/ч Давление, мм вод. ст Частота вращения, мин-1	26-48 до 40 970; 640; 480
Характеристика электродвигателя для привода вентилятора: тип мощность, кВт частота вращения, мин-1 число, шт	Трёхскоростной АО2-71/8/6/4 10,5; 8,3; 7,1 1460; 965; 730 2
установленная мощность электродвигателей, кВт	21; 16,6; 14,2
Скорость циркуляции агента сушки через штабель, м/с	1,5-3,0 (регулируемая)
Средний часовой расход электроэнергии, кВт, при режиме: высокотемпературном форсированном нормальном мягком	10,2 14,4 16,2 18,0
Характеристика теплового оборудования: Тип Число, шт Поверхность нагрева, м2	Специальные стальные биметаллические калориферы 8 425
Давления пара при вводе в камеру, МПа	0,3-0,6
Максимальный расход пара, кг/ч, при режиме: высокотемпературном форсированном нормальном мягком	600 450 400 300
Средний расход пара, кг/ч, при режиме: высокотемпературном форсированном нормальном мягком	475 350 300 225
Габаритные размеры, мм длина ширина высота	9000 5980 5100
Масса, кг	23400