Сегодня, несмотря на значительную эволюцию сушильной техники все же пользуются определенной популярностью камеры с естественной циркуляцией воздуха, в частности камеры типа «Грум», разработанные русским ученым, изобретателем, профессором В.Е. Грум-Гржимайло.
Большинство камер такой конструкции на предприятиях эксплуатируется по причине отсутствия более современных сушилок. Но даже и сегодня при необходимости сушильного участка некоторые предприятия строят себе сушилку с естественной циркуляцией. Камера с естественной циркуляцией привлекает производственников кажущейся простотой технологии сушки, и, соответственно простотой конструкции сушильной камеры.
Эксплуатация камер с естественной циркуляцией также должна в своей основе приносить качественно высушенные пиломатериалы. А для этого необходимо знать и точно соблюдать технологию сушки в камере с естественной циркуляцией, что и будет рассмотрено в рамках данной статьи. Кроме того, будут рассмотрены вопросы модернизации сушильных камер с естественной циркуляцией.
Процесс сушки древесины в сушильной камере проходит в такой последовательности: подвод тепла к древесине, перемещение влаги из внутренних слоев высушиваемого пиломатериала к наружным, испарение с поверхности древесины в сушильное пространство камеры, и, удаление испаренной влаги из камеры.
В зависимости от способа сушки процесс может быть более или менее интенсивным. Более интенсивный процесс обеспечивает наибольшую производительность сушильной камеры. Правда более интенсивный процесс подразумевает более сложный технологический процесс, т.е. сушильную камеру с более сложным сушильным оборудованием. К таким сушильным камерам можно отнести, например, вакуумные сушилки, высокочастотные, радиационные и некоторые другие. Качество сушки и производительность в таких камерах во многом зависит от точности соблюдения технологического процесса.
На практике же довольно часто производители изделий из древесины при создании своего сушильного участка отдают предпочтение сушильной камере с естественной циркуляцией, прекрасно осознавая невысокую ее производительность из-за низкой интенсивности проведения процесса сушки в ней. При этом не всегда соблюдают технологию, зачастую просто не зная ее.
Сушильные камеры с естественной циркуляцией относятся к конвективным сушилкам периодического действия. В конвективных камерах тепло передается к высушиваемому материалу нагретым воздухом. Камерами периодического действия называются камеры, в которых одновременно производится загрузка и выгрузка всего объема материала, высушиваемого в камере. Режим сушки имеет ступенчатый характер, и, изменяется в камере по времени протекания процесса.
Естественная циркуляция воздуха в камере возникает в результате разности удельных весов нагретого и охлажденного воздуха, горячий воздух, как более легкий, стремится вверх, а охлажденный воздух, более тяжелый, и, опускается вниз. Следовательно, направление движения воздуха в камерах с естественной циркуляцией в основном вертикальное.
Принципиальная схема работы сушильной камеры с естественной циркуляцией показана на рис.1.
Циркуляция воздуха внутри камеры происходит за счет разности удельных весов воздуха, подогретого в калорифере 1 и охладившегося в штабеле высушиваемых пиломатериалов 2. Вентиляция, т.е. воздухообмен между камерой и наружным воздухом, осуществляется через приточные и вытяжные каналы под действием естественной тяги.
Рассмотрим схему работы сушилки с естественной циркуляцией на М-диаграмме (рис. 2).
В начале сушки, когда приточные и вытяжные каналы закрыты, воздух в состоянии 0 несколько раз проходит через калорифер, и штабель пиломатериалов, постепенно увеличивает свое влагосодержание и температуру. В тот момент, когда воздух, пройдя через калорифер достигнет заданного по режиму значения 1 и затем, пройдя через штабель, будет иметь состояние 2 наступит необходимость частичного добавления свежего воздуха 0 к рециркулирующему 2. Для этого открываются в нужной степени приточные и вытяжные каналы. В результате получится смесь 3, которая, пройдя через калорифер, вновь даст требуемое по режиму состояние воздуха 1. Далее процесс сушки проходит по заданному треугольнику 1-2-3. Чем меньше угол между горизонтальной линией и линией смешения 0-2, тем экономичнее проводится процесс сушки, т.е. более выгодно работать с воздухом, имеющим большое влагосодержание. Кстати, такое же состояние воздуха требуется и с точки зрения качества сушки.
Количество отработавшего воздуха (соответственно и приточного) по отношению к количеству рециркулирующего воздуха в сушилках очень невелико и составляет примерно 2-5%. Коэффициент прибавления рециркулирующего воздуха n к свежему, равный Gрец/G0, может достигать значения 60.
Типичными воздушными сушилками с естественной циркуляцией являются сушилки Пекар, с неорганизованной циркуляцией воздуха, и сушилки профессора В. Е. Грум-Гржимайло, с организованной циркуляцией воздуха, которые и будут рассмотрены в данной статье.
Сушильная камера Грум-Гржимайло состоит из сушильного пространства и подвального помещения, лежащего ниже уровня рельсов. Подвал отделен от сушильного пространства решетчатым полом. Схема сушилки Грум-Гржимайло показана на рис. 3.
Нагревательные элементы 1 (чугунные ребристые трубы, по которым циркулирует теплоноситель, например, пар) расположены в подвальной части не равномерно, а тремя группами, под промежутками между штабелями, а также между стеной и штабелем.
Воздуховоды для притока свежего воздуха 2 располагаются под нагревательными элементами. Каналы для удаления отработавшего воздуха 3 проходят в подвале по осям штабелей, и, примыкают к вертикальному каналу в торцовой стене (вытяжному каналу).
Циркуляция воздуха в камере Грум-Гржимайло происходит следующим образом. Нагреваемый трубами воздух из подвального помещения через решетчатый пол поднимается вверх по проходам, достигает потолка камеры и поворачивает в штабель. Охлаждение воздуха, вызываемое испарением влаги в штабеле, создает вертикальный поток воздуха, который, не встречая сопротивления, кроме аэродинамического сопротивления самого штабеля, пронизывает его в постоянном направлении сверху вниз.
В сушильной камере данного типа полностью используются возможности естественной циркуляции воздуха. Скорость движения воздуха зависит от разности средних удельных весов восходящего и нисходящего потока, т.е. от температур воздуха при входе в штабель пиломатериалов и на выходе из штабеля. Следовательно, чем больше разность удельных весов воздуха, тем интенсивнее циркуляция воздуха, и, соответственно интенсивность процесса сушки больше. Даже, если какая- то часть штабеля будет отставать по сушке, т.е. влажность участка будет больше, то это вызовет усиление циркуляции и, в итоге, выравнивание влажности древесины в штабеле.
Таким образом, в сушилках Грум-Гржимайло имеет место организованная циркуляция воздуха. Правильное направление потоков воздуха в камере во многом зависит от правильной укладки пиломатериалов в штабеля, правильной загрузки сушильного пространства камеры. Для прохождения воздуха сквозь штабель пиломатериалы укладываются со шпациями, т.е. с промежутками между кромками досок в каждом ряду штабеля. Это делается для того, чтобы сквозь весь штабель пиломатериалов по длине проходили вертикальные каналы для прохода воздуха.
Для поддержания необходимого влагосодержания воздуха в камере часть отработавшего воздуха после выхода из штабеля удаляется из камеры через вытяжные каналы и заменяется соответствующим объемом свежего воздуха из приточных каналов. Регулирование влагосодержания воздуха достигается изменением пропорции смеси рециркулирующего и свежего воздуха при помощи шиберов на приточных и вытяжных каналах.
Низкое расположение нижней нагревательной трубы предотвращает непосредственную перекачку воздуха из приточных каналов в каналы вытяжные.
Приточные каналы засасывают свежий воздух в камеру из близко расположенного теплого помещения, например, коридора управления, а если такой возможности нет, то каналы засасывают наружный воздух.
Техническая характеристика камеры Грум-Гржимайло представлена в таблице 1.
Камеры с естественной циркуляцией воздуха типа Грум-Гржимайло в свое время строились в большом количестве благодаря простоте конструкции и простому обслуживанию. Сегодня камеры данной конструкции можно рекомендовать лишь тем предприятиям, которые может быть перерабатывают древесину в небольших количествах, и, для которых нет жесткой потребности в сухих пиломатериалах в кратчайшие сроки. Их может быть устроит неспешное проведение процесса сушки древесины с удовлетворительным качеством сушки.
К основным недостаткам камер с естественной циркуляцией можно отнести их малую производительность, а также неравномерность конечной влажности высушиваемых пиломатериалов. В камерах Грум-Гржимайло существенный недостаток - это отставание сушки пиломатериалов нижней части штабеля. Это обусловлено схемой циркуляции: вверху штабеля воздух всегда горячий и сухой; в нижней части воздух увлажненный, и несколько охлажденный (на 5-8° С).
Малая производительность также объясняется малой емкостью штабелей из-за необходимости укладывать пиломатериалы с промежутками (шпациями) для прохода воздуха сквозь штабель. Низкая интенсивность процесса сушки обусловлена, в том числе и очень малой скоростью циркуляции (0,1-0,3 м/с) через штабеля.
При отсутствии на предприятиях технологического пара в нагревательные элементы камеры подают горячую воду. При этом, правда, необходимо учитывать, что поверхность нагревательных элементов должна быть выше. Кроме того, раньше даже строили сушилки с естественной циркуляцией с огневым калорифером. В таких камерах в подвальном помещении устраивалась топка для сжигания различных древесных отходов (горбыль, срезка, стружка, щепа, опил и др.). Топочные газы из топки поступали в специальные каналы (борова), расположенные в подвальном помещении по периметру камеры по примеру ребристых труб. Из боровов топочные газы поступали в дымовую трубу. Сегодня сушильные камеры с огневым калорифером строить не рекомендуется по причине их высокой пожарной опасности, тем более в черте населенного пункта.
Под модернизацией какого-либо оборудования, и, в частности сушильной камеры можно подразумевать капитальный ремонт или даже замена большого количества ребристых труб, напротив вентиляторов
Устанавливаются высокопроизводительные компактные пластинчатые калориферы с большой поверхностью нагрева. Для удаления испарившейся влаги из древесины влаги в камере предусмотрена система воздухообмена, состоящая из приточного и вытяжного каналов. Схема возможной модернизации камеры Грум-Гржимайло показана на рис.4.
Поток воздуха, создаваемый вентиляторами 1, проходя через пластинчатые калориферы 2, нагревается и перемещается к высушиваемым штабелям. Воздух проходит через штабеля в поперечном горизонтальном направлении. Испарившаяся влага удаляется с поверхности древесины в сушильное пространство камеры. Далее влага удаляется из камеры посредством приточно-вытяж- ной вентиляции (3-канал выброса влажного воздуха, 4-канал притока свежего воздуха).
Для точного соблюдения режима сушки управление процессом сушки автоматизируется. Система управления регулирует температуру и влажность воздуха в сушильной камере. Температура регулируется подачей теплоносителя в калориферы, а влажность воздуха системой приточно-вытяжной вентиляции и системой увлажнения.
При модернизации камеры Грум-Гржимайло, для эффективного прохождения воздуха доски в штабелях укладываются без промежутков (шпаций). В результате этого объем штабелей увеличивается, т.е. загрузка камеры увеличивается до 45-47 м3 условного материала.
Интенсивная побудительная циркуляция способствует увеличению интенсивности процесса сушки, и, наряду с увеличением загрузки пиломатериалов в камеру обеспечивают значительное увеличение производительности сушильной камеры при одновременном улучшении качества сушки.
DEREWO.RU — Аркадий Каменев
