Конвективная сушилка для древесины принцип работы

Обновлено: 18.05.2024

Удаление влаги из древесины связано со значительными трудностями. Они объясняются относительно большой толщиной пиломатериалов и изменением размеров древесины при снижении ее влажности. Изменение размеров высушиваемой древесины при неправильном проведении процесса сушки может привести к растрескиванию, короблению и другим дефектам сушки. Поэтому задачей сушки пиломатериалов является равномерное снижение влажности всей партии высушиваемой древесины и каждой доски в отдельности по ее сечению и длине при сохранении требуемого качества материала.

Атмосферная сушка

Для осуществления сушки древесины необходимы два условия:

обеспечение испарения влаги с поверхности материала;
создание условий для интенсивного продвижения влаги к поверхности древесины.

Первое условие обеспечивается главным образом достаточно низкой влажностью воздуха и значительной скоростью движения воздуха у поверхности древесины. Второе условие обеспечивается достаточной величиной температуры и влажности высушиваемого материала, т.е. температуры и влажности агента сушки.

Сколько существует сушка древесины, столько ведется поиск наиболее простого и малозатратного способа удаления влаги из древесины. Причем простота способа сушки должна обеспечиваться в первую очередь простотой обслуживания сушильной камеры, т. е. камера должна быть оснащена технически несложным и, соответственно, недорогим технологическим оборудованием.

Так уж повелось, что сегодня в массовой сушке пиломатериалов наиболее распространенными способами удаления излишней влаги из древесины являются атмосферная (воздушная) и камерная сушка. Атмосферная сушка по сравнению с камерной протекает в условиях, мало способствующих продвижению влаги в древесине в силу относительно низкой температуры и невозможности регулирования влажности воздуха. Поэтому она неизбежно сопровождается большой опасностью появления трещин и значительным сжатием сухой поверхности древесины. Единственным методом снижения опасности растрескивания является уменьшение вентиляции штабеля, но эта мера, вызывая замедление сушки, создает тем самым опасность появления грибов на влажной поверхности древесины. Хотя атмосферная сушка и является самой малоэнергозатратной, следует все-таки рекомендовать ее как предварительную подсушку свежесрубленной древесины, в первую очередь на крупных лесопильных предприятиях с большим объемом переработки древесины.

Камерная сушка

При производстве изделий из древесины более подходит сушка древесины в виде заготовок и пиломатериалов в специальных помещениях — сушильных камерах, которая обеспечивает необходимое количество сухих пиломатериалов для дальнейшей переработки древесины. Камерная сушка древесины основана на проведении процесса при температуре и влажности воздуха выше атмосферного, т.е. с большей интенсивностью. Кроме того, при камерной сушке имеется возможность создать в сушильной камере необходимый уровень температуры, влажности и скорости движения воздуха, что позволяет регулировать процесс в зависимости от свойства материала и создавать наиболее благоприятные условия для его просыхания.

Самыми распространенными камерными сушилками являются конвективные камеры. В конвективной камере передача тепла происходит через воздух, идущий через теплообменники, по которым проходит теплоноситель (горячая вода или перегретый пар). Сушильный агент (воздух) циркулирует по камере, проходя через сушильные штабеля с пиломатериалами и передавая им тепловую энергию.

В зависимости от технологии и стадии процесса сушки можно менять параметры сушильного агента:

увлажнить с помощью увлажнительных форсунок в камере;
понизить влажность путем удаления влажного воздуха через воздуховоды и замены его более сухим;
изменить температуру, просто понизив ее в теплообменных калориферах;
изменить скорость и направление агента за счет изменения частоты и направления вращения вентиляторов.

Камерная сушка пиломатериалов является самым энергоемким технологическим процессом в лесопилении и деревообработке. При сушке древесины на 1 кг испаренной влаги расходуется до 1000-1600 ккал (4500-7000 кДж) энергии,

Теория конденсационной сушки

В последние годы у нас в стране появляется интерес к еще одному способу сушки древесины - конденсационной сушке. Некоторые производители сушильных камер начали выпуск конденсационных камер, основываясь на успешном опыте зарубежных производителей. Правда, они не всегда посвящают покупателей во все нюансы данного способа сушки, в первую очередь стараясь привлечь их высоким качеством и очень низкими энергозатратами сушки в таких камерах. Попробуем разобраться, так ли это на самом деле.

Принципиально конденсационные сушильные камеры не отличаются от традиционных конвективных. Они относятся к одному классу - конвективные, камерные, воздушные, т. е. агентом сушки в них служит нагретый влажный воздух. Основное отличие конденсационной камеры заключается в том, что нагретый влажный воздух не удаляется из камеры, как в большинстве конвективных сушильных камер, а направляется во влагоудаляющую установку, где осушивается, подогревается и вновь участвует в процессе сушки. При этом экономится тепловая энергия, которая обычно затрачивается на удаление из камеры отработавшего влажного агента сушки.

Энергопотребление конденсационных сушилок в зависимости от влажности материала составляет 0,25-0,45 кВт/ч на 1 кг испаренной воды и увеличивается при ее снижении. Это примерно в два раза меньше расхода энергии в обычных конвективных камерах периодического действия.

Влагоудаляющая установка работает по принципу теплового насоса. Вентилятор перемещает воздух через испаритель с системой охлаждения, в котором температура воздуха резко падает до точки росы. Влага, содержащаяся в воздухе, конденсируется и удаляется из установки. При конденсации 1 кг воды высвобождается 0,65 кВт тепловой энергии, которая отдается охлажденному воздуху в подогревателе. Тепло от компрессора и вентилятора также подогревает обезвоженный воздух. Воздух из влагоудаляющей установки вновь используется для сушки. Этот циклический процесс повторяется до тех пор, пока древесина не будет высушена до требуемой влажности.

Типы конденсационных камер

По принципу проведения процесса конденсационные сушильные камеры делятся на камеры непрерывного и периодического действия. Конденсационные сушильные камеры непрерывного действия строятся довольно редко. Для получения достаточной циркуляции воздуха в них кроме конденсатора и соответствующей поверхности нагрева отопительных приборов требуется установить вентиляторы, которые обычно располагаются в специальном помещении рядом с тоннелем. Воздух отсасывается с сырого конца, а затем через конденсатор и отопительные приборы подводится к сухому концу сушила.

Конденсационные камеры имеют четыре основных конструкции:

1. Камеры с поверхностным конденсационным устройством, расположенным, как вентиляторы и отопительные приборы, вне камеры.

2. Камеры с конденсационным устройством, расположенным в самой камере. Влажность среды в камере при этом регулируется температурой воды в конденсационном устройстве, т.е. скоростью прохождения воды по конденсационным трубам. Получение достаточной циркуляции воздуха в таких сушилах часто затруднено, особенно в начале процесса, когда важно иметь интенсивную циркуляцию воздуха.

3. Сушильные камеры с водоструйными конденсационными устройствами (патент Г. Д. Тимана), в которых водоструйные приборы располагаются рядами вдоль боковых стен, а отопительные приборы устанавливаются под штабелями. На выходе из теплообменника нагретый воздух поднимается, идет в горизонтальном направлении через зазоры штабеля к продольным стенам камеры, где находятся конденсационные устройства, проходит через них и уменьшает влагосодержание до требуемой степени влажности. Обезвоживатели удерживают частицы осажденной воды, затем воздух поступает к отопительным приборам, нагревается и снова поднимается. Эта конструкция имеет большие преимущества, поскольку циркуляция воздуха, температура и его влажность здесь не зависят друг от друга.

4. Камеры с конденсацией на пористых тканях. Раньше эти сушилки устраивались сплошь (стены, потолок) из какой-либо ткани, оборудование такого сушила производилось внутри здания. Отопительные приборы помещались вдоль одной стены, а циркуляция осуществлялась искусственным путем. Нагретый влажный воздух при соприкосновении с более холодной тканью здесь отдает часть влаги этой ткани, которая, в свою очередь, испаряет ее с обратной стороны в окружающую среду. Более поздняя конструкция имеет жесткие стены, внутри на расстоянии 30 см от боковых стен устроены стенки из натянутой ткани. Между жесткими и матерчатыми стенами с помощью вентиляторов прогоняется снизу вверх холодный воздух, который поглощает влагу, осаждающуюся внутри сушила на его матерчатых стенах. Этот воздух проходит только снаружи матерчатых стен сушила и ни в коем случае не соприкасается с сушимым материалом. Циркуляция воздуха в камере осуществляется находящимся снаружи вентилятором. Отопительные приборы в такой камере располагаются обычно, как им и положено, внизу под штабелями.

Конвективные или конденсационные?

Эффективность применения той или иной конструкции сушильной камеры зависит от целого ряда привходящих обстоятельств. Поэтому одного-единственного определенного суждения по данному вопросу не может быть в принципе. Стоимость постройки конвективной сушильной камеры несколько ниже, чем конденсационной, поскольку здесь отпадают расходы на дорогостоящее конденсационное оборудование.

Снижение влажности воздуха в конвективных камерах осуществляется исключительно путем добавления наружного воздуха. Благодаря этому создается некоторая зависимость от состояния этого наружного воздуха: конденсационные сушилки совершенно не зависят от каких-либо внешних факторов, а потому в них возможно более тщательное регулирование процесса сушки,

Конденсационные сушилки в России в последние годы получают распространение в деревоперерабатывающей отрасли наряду с конвективными камерами, однако в большинстве случаев они страдают некоторыми конструктивными недостатками. Большой интерес к конденсационным сушилкам объясняется главным образом широко распространенным мнением о значительной экономической целесообразности сушки пиломатериалов в таких камерах. Кроме того, конденсационные сушильные камеры привлекают к себе внимание как сушилки, в которых можно наиболее качественно высушить древесину. Ведь низкие температуры среды - это отсутствие температурной нагрузки на материал, а следовательно, и отсутствие напряжений в древесине.

Изменение цвета древесины, причиной чего зачастую является окислительная реакция, особенно при высоких температурах, усиливается при конвективной сушке. Поскольку конденсационная сушка происходит в условиях замкнутого процесса, т.е. без постоянного доступа кислорода со свежим воздухом, то реакция изменения цвета здесь подавляется.

Влага, испарившаяся из древесины, удаляется из конденсационной сушилки в виде жидкости, и ее количество легко замерить. По количеству удаленной таким образом из древесины влаги можно с довольно высокой точностью знать текущую и конечную влажность продукта, а на основе этих данных - разработать способ автоматического контроля за процессом сушки.

Однако при таком низком уровне температур среды в конденсационных камерах не происходит стерилизации древесины (т.е. она может поражаться грибками), а также не снижается уровень гигроскопичности (т.е. древесина легко набирает влагу из воздуха и меняет свою влажность).

Учитывая, что конденсационный способ сушки все-таки дает сокращение энергозатрат, перспективной является разработка новых конденсационных сушильных камер с холодильными установками на хладагенте, позволяющем применять не только мягкие, но и нормальные режимы сушки с температурами 60-70 “С. Из-за свойств фреона, который используется в качестве хладагента, в конденсационных камерах применяются низкотемпературные режимы сушки с температурой 45-50 °С. При повышении температуры сушильного агента более 45 °С КПД конденсационных сушилок понижается. Поэтому производительность их мала - ведь продолжительность процесса здесь в 2-3 раза больше, чем в традиционных конвективных камерных сушилках. Кроме того, необходимо также учитывать и повышенные эксплуатационные расходы конденсационных сушилок (покупка фреона, поддержание в работоспособном состоянии оборудования для конденсации).

Конденсационная сушка применяется прежде всего для высушивания чувствительной древесины (материал больших сечений, трудносохнущие сортименты твердолиственных пород), т.е. той древесины, которая требует особо щадящего высушивания. Поскольку такое высушивание древесины, как правило, производится при низких температурах (до +40 °С), опасность трещинообразования и коробления здесь значительно снижена. Кроме этого, уменьшаются дефекты поверхности, изменение окраски и коллапс клеток.

Для малых предприятий можно рекомендовать конденсационную сушильную камеру с небольшим объемом загрузки, когда необходимо обеспечить экономную сушку древесины особо твердых лиственных пород (дуб, бук, граб, ясень), - тогда это будет экономически оправданным решением. А вот при высоких ценах на электроэнергию конденсационная сушка уже не столь выгодна и рентабельна.

При необходимости покупки сушильной камеры для древесины, часто возникает вопрос, какую именно выбрать. Ведь на рынке представлены сотни и сотни видов. Различаются камеры как производителями, так и видами сушки. Так какая камера нужна именно вам?

Для этого нужно понять принцип работы каждого вида камеры, а также как происходит качественная сушка древесины. Разберемся в статье.

Итак, качество сушки определяется по следующим параметрам:

Срок сушки древесины
Напряжение древесины
Разбег по влажности внутри пиломатериала

Основные виды сушильных камер по принципу действия:

Аэродинамические
СВЧ-сушильные камеры
Конвективные
Конденсационные

А теперь разберем параметры качества сушки в разрезе представленных видов сушильных камер.

Процесс сушки древесины в камере

Аэродинамическая сушильная камера

Стоимость аэродинамической сушильной камеры сравнительно небольшая. Но затраты на энергию высокие. Представляет собой теплоизолированную камеру с вентилятором. Воздух нагревается за счет трения о лопатки вентилятора. Когда доска помещается в камеру, ее влажность распределена равномерно.

Далее начинается процесс сушки.

Поэтому продолжаем сушку. Опять горячий воздух циркулирует на большой скорости вокруг доски.

Кстати, скорость потока в аэродинамической сушильной камере практически невозможно регулировать.

Продолжая сушить доску, ее внешний слой продолжает досыхать и пересыхает. От пересыхания верхний слой становится хрупким. Остается 1-3% влажности. Сухой слой уплотняется и сужается . Из внутреннего же слоя влага уходит медленнее. Соответственно, внутренний слой сужается медленнее, внешнего. А когда внутренний слой становится шире внешнего слоя доски — доска лопается.

Из вышесказанного напрашивается вывод: качественно высушить древесину в аэродинамической камере вряд ли получится

СВЧ сушильная камера

Довольно-таки интересная инженерная мыль.

Работает по принципу обычной бытовой микроволновки.

Под воздействием электромагнитного излучения высокой частоты, молекулы древесины увеличивают скорость колебания и древесина нагревается.
Сушка в СВЧ камере значительно сокращает сроки сушки.

Но на этом плюсы заканчиваются. Потому что стоит такая камера дорого, электроэнергии потребляет также, если не больше, чем аэродинамическая камера. Еще, в процессе практического применения свч-камер, выяснилось, что излучатели волн СВЧ быстро выходят из строя.

Заканчивая предложение, с которого начался обзор свч сушильных камер, Интересная инженерная мысль, но на практике не получила применения.

Конвективная сушильная камера

Этот вид сушильных камер можно назвать самым распространенным видом.

Принцип работы конвективной сушильной камеры таков:

через воздух, который проходит через теплообменники происходит передача тепла.
По теплообменникам проходит горячая вода и /или перегретый пар.
Можно изменять параметры воздуха, повысить или понизить влажность.
Повышают влажность с помощью влагообрабатывающих форсунок в камере. Понижают с помощью замены воздуха на сухой.
Настройки инверторных двигателей позволяют изменить направление и скорость воздушного потока.

Процесс сушки в конвективной камере происходит следующим образом:

Доску сильно нагревают, в насыщенной влагой среде, при повышенной циркуляции воздуха. Это нужно для того, чтобы частицы воды всегда были теплые. Вода легко удаляется из древесины, поскольку та нагревается до 75-80 градусов по Цельсию.
В зависимости от толщины доски, в процессе сушки делается от одной до трех тепловлагообработок. Последняя тепловлагообработка проводится, чтобы полностью снять напряжение в древесине, перед самым окончанием сушки. В этот момент доска уже достигла необходимой влажности.

Из представленных вариантов, конвективная камера для сушки является самой подходящей для качественной сушки древесины.

Конденсационная сушильная камера

С самого начала сушки, теплый воздух удаляет влагу из внешних слоев древесины, циркулируя вокруг доски. Потом воздух переходит в конденсатор, нагревается и к доске направляется теплый сухой воздух.

Конденсационные сушильные камеры бывают с инверторами на двигателях и без таковых. Сушат дерево с увлажнением воздуха и без такового. Если инвертор отсутствует, то трещин не избежать, поскольку, инвертор позволяет замедлить скорость воздуха, для плавного выхода влаги. Сушить древесину без увлажнения воздуха и инверторов на двигателях, в конденсационной камере нельзя. Доска треснет. Без увлажнения и с инверторами сушить дерево можно, но доска будет с большим напряжением.

В конденсационных камерах, увлажнение проводят на втором этапе сушки, чтобы снять с верхнего слоя доски напряжение.

В результате осмоса, влага вытесняется изнутри доски, не повреждая верхние слои. Поскольку конденсационная камера рассчитана на невысокие температуры, вся вода в центре доски не успевает достаточно прогреться и перейти в наружный слой. То есть если затянуть влагообработку, то доска отсыреет по всему объему. Но при правильном подходе можно заметно снизить напряжение в доске. Для столярного производства такая древесина не годится, но для заборной доски или вагонки вполне подойдет.

Надеемся, что наша статья поможет вам определиться с выбором сушильной камеры. Из описания выше должно стать понятным, что правильная, качественная сушка получается при использовании конвективной сушильной камеры .Стоит отметить, что если требования к качеству пиломатериала невелики, то есть дерево будет использовано на черновое строительство или нужна сушка до транспортной влажности, то качественная сушка не является обязательным требованием.

Конвективная сушка древесины, получившая наиболее широкое распространение в промышленности, осуществляется в специально построенных и отапливаемых помещениях – сушильных камерах. Процесс ведётся в газообразной среде: в нагретом воздухе или в перегретом паре при атмосферном давлении.

Положительные особенности такой сушки – высокая интенсивность процесса, возможность его регулирования в широких пределах, достижение любой конечной влажности древесины [49], возможность сушки в течение всего года независимо от состояния атмосферного воздуха, а также уничтожение грибной инфекции и насекомых в прогретой древесине. В связи с большой скоростью такой сушки отпадает необходимость в больших площадях для хранения запасов древесины, как при атмосферной сушке.

Конвективная сушка продуктами сгорания аналогична конвективной сушке воздухом. Особенности её заключаются в подготовке и подаче к материалу в качестве газообразного сушильного агента продуктов сгорания твёрдого, жидкого или газообразного топлива. Сушильные установки для такого метода проще в эксплуатации и дешевле по сравнению с установками, в которых используется воздух, нагреваемый калориферами.

Конвективная сушка перегретым паром атмосферного давления также сходна по принципу действия с конвективной сушкой материала нагретым воздухом. Её особенности – значительная температура сушильного агента (выше 100 °С), отсутствие воздуха в камере, более интенсивный процесс сушки, однако прочность высушенной древесины снижается из-за перегрева [59].

Камерная сушка протекает независимо от внешних атмосферных и климатических условий, отличается гораздо меньшей продолжительностью по сравнению с атмосферной. Процесс камерной сушки поддаётся регулированию и позволяет получить материал с любой конечной влажностью. Удельные энергозатраты на сушку составляют 400–800 кВт·ч/м3 [65].

КПД сушильной установки рассчитывается как отношение тепловой энергии, необходимой для испарения содержащейся в древесине влаги до достижения заданной влажности (от 8 до 15 %), к общей затраченной энергии – сумме генерируемой в установке тепловой энергии и энергии, затрачиваемой на работу вспомогательных систем. В сушильных камерах конвективного типа не более 25–30 % энергии потока сушильного агента расходуется на процесс испарения из древесины влаги. При этом тепло, израсходованное на испарение воды из древесины, в соответствии с принципиальной схемой сушилки полностью выбрасывается в атмосферу. Затраты тепла на испарение влаги можно снизить, используя рекуператоры. В настоящее время они применяются для подогрева свежего воздуха, поступающего в камеру, за счет тепла отработавшего сушильного агента. Также большая продолжительность процесса сушки, низкий коэффициент заполнения рабочего объема камеры (60–85 %) из-за необходимости установки прокладок между рядами досок в штабеле, возможность появления микротрещин являются недостатками данного способа сушки. Однако из-за возможности больших объемов разовой загрузки в сушильную камеру (до 200 м3 [49]) её годовая производительность превышает производительность сушильных установок, использующих другие способы сушки.

Читайте также: