Теплоснабжение сушильных камер

При сушке древесины в сушильную камеру необходимо подводить тепло от источника тепловой энергии.

При выборе системы теплоснабжения сушильной камеры необходимо учитывать следующие факторы:

• требуемый температурный уровень сушильного агента в камере;
• вид теплоносителя;
• вид топлива или генератора тепловой энергии.

В настоящее время в качестве теплоносителей чаще всего применяются: вода, воздух, пар, топочный газ и электроэнергия. Очень важно правильно выбрать теплоноситель. Рассмотрим основные факторы, определяющие этот выбор.

Выбор теплоносителя в зависимости от необходимого режима сушки

Древесину можно высушивать режимами различного температурного уровня. ГОСТ 19773-84 выделяет высокотемпературные и низкотемпературные режимы, которые, в свою очередь, делятся на мягкие (М), нормальные (Н) и форсированные (Ф). Средняя температура в камере при мягком режиме составляет 70ºС, нормальном – 90ºС, форсированном – 100ºС. Следовательно, для получения в камере заданной по режиму температуры, с учетом тепловых потерь через ограждения, нужен теплоноситель со средней температурой на (15…20)ºС выше, чем температура в камере.

Для поддержания мягкого (М) режима температура теплоносителя должна быть не менее (85…90)ºC, поэтому для мягких режимов в качестве теплоносителя достаточно использовать горячую воду с температурой до 95ºС.

Для поддержания нормального (Н) режима температура теплоносителя должна быть не менее (105…110)ºC, поэтому для нормальных режимов в качестве теплоносителя необходимо использовать воздух, пар, топочный газ и электроэнергию.

Для поддержания форсированного (Ф) и высокотемпературного режимов температура теплоносителя должна быть не менее (115…120)ºC, поэтому для этих режимов в качестве теплоносителя необходимо использовать пар, топочный газ и электроэнергию.

Состав системы теплоснабжения в зависимости от выбранного теплоносителя

От природы теплоносителя весьма существенно зависят тип и сложность всей системы теплоснабжения сушильной камеры.

Рассмотрим, как влияет выбор того или иного теплоносителя на систему теплоснабжения.

• Если теплоноситель вода,то система теплоснабжения сушильной камеры должна состоять из станции водоподготовки, насосной станции, водопроводов, водяного котла, простейших вентилей и задвижек, водяных калориферов (в сушильной камере).
• Если теплоноситель пар,то система теплоснабжения сушильной камеры должна состоять из мощной станции водоподготовки, насосной станции, паропроводов, парового котла, сложных вентилей и задвижек, паровых калориферов (в сушильной камере), конденсатоотводчиков и конденсатопроводов.
• Если теплоноситель воздух,то система теплоснабжения сушильной камеры должна состоять из генератора горячего воздуха (воздухонагревателя), воздухопроводов, вентиляторов.
• Если теплоноситель электроэнергия,то система теплоснабжения сушильной камеры должна состоять из кабельной сети, пускателей, электрокалориферов, аэродинамических теплогенераторов.
• Если теплоноситель топочный газ,то система теплоснабжения сушильной камеры должна состоять из горелки и газоходов.

Преимущества и недостатки эксплуатации системы теплоснабжения в зависимости от выбранного теплоносителя

От вида теплоносителя зависит удобство его применения и продолжительность межремонтных периодов.

Рассмотрим плюсы и минусы применения того или иного теплоносителя.

• Вода– тепловая энергия легко распределяется, что позволяет использовать один котел на несколько сушильных камер. Действует безотказно при условии «мягкой» воды без примесей или мощной водоподготовки. Однако, система теплоснабжения должна иметь защиту против размораживания и закипания.
• Пар – также позволяет использовать один котел на нескольких сушильных камер. Представляют некоторую сложность запуск камеры и периодическая настройка конденсатоотводчиков. Недостаток — небольшой срок службы паропроводов и паровых калориферов.
• Горячий воздух – система не боится закипания и размораживания, небольшое количество удобного в обслуживании оборудования. Недостаток – трудность распределения воздуха между несколькими камерами от одного нагревателя, громоздкость оборудования.
• Электроэнергия– используется небольшое количество оборудования. Недостатком является ограничение мощности электрокалориферов или электродвигателей аэродинамических сушильных камер до 60…70 кВт (15…20м³ высушиваемого материала) вследствие резкого увеличения сечения подводящих кабелей.
• Топочный газ – очень простая и удобная система. Недостаток – трудно добиться полного сжигания топлива, высокая пожароопасность, изменение цвета древесины. Наиболее реальное топливо – природный газ и горючие жидкости.

Выбор топлива и котельного агрегата

Выбрав необходимый температурный уровень агента сушки и теплоноситель, обеспечивающий его, следует определиться с видом топлива и котельным агрегатом.

Свой выбор желательно осуществить, придерживаясь трех базовых критериев – доступности, дешевизны и технологичности.

Доступность. Как правило, наиболее доступным видом топлива для деревообрабатывающих предприятий являются отходы основного производства. Однако, следует учесть, что для получения 10 м³ сухой древесины необходимо сжечь от 1,2 до 5 м³ (в зависимости от котельного агрегата) плотных отходов.

Дешевизна. У каждого предприятия будут свои энергоносители, обладающие минимальной стоимостью. Кроме этого, следует знать:

• минимальной стоимостью отличаются котельные агрегаты, работающие на жидком топливе и газе, а также электрокотлы;
• существуют котельные агрегаты, предназначенные для сжигания только «мягких» (опилки, стружка), либо только кусковых отходов древесины;
• для сбора «мягких» отходов необходим внутризаводской транспорт и большие площади хранения;
• автоматизация загрузки твердого топлива рентабельна лишь при значительных мощностях котельных (свыше 0,7…1 МВт);
• топки для сжигания высоковлажных видов топлива сложны и, соответственно, дороги.

Технологичность. Наиболее технологичными видами топлива являются газы, горючие жидкости и электроэнергия. Их горение легко регулировать и автоматизировать. Большинство агрегатов для сжигания твердого топлива устойчиво работает лишь при мощности (80…100)% от номинальной, поэтому следует четко определяться с его мощностью или выбирать котельный агрегат с возможностью устойчивой работы в более широком диапазоне мощностей.

Теплоснабжение процесса сушки древесины

Теплоснабжение процесса сушки (здесь и далее речь идет о конвективных сушильных камерах) имеет, как и любой другой процесс, свои особенности. К тому же одним из самых рациональных способов является применение котлов работающих на отходах деревообработки, которые также имеют свои особенности.

Сушилки требуют подачи теплоносителя со стабильными параметрами температуры на протяжении цикла сушки, это, пожалуй, единственное существенное требование сушилки к теплоснабжению. Характер теплопотребления имеет довольно сложный характер. Сразу после загрузки сырья в сушилку происходит максимальный теплоотбор, энергия расходуется на разогрев (зимой — раморозка/нагрев) сырья до температуры процесса сушки. В таком режиме котел, тепловой мощностью равной мощности максимального теплоотбора сушилки, будет работать непрерывно с номинальной мощностью, что является самым лучшим режимом для котельного оборудования. По мере прогрева теплопотребление снижается, и автоматика котла должна соответственно снижать мощность котла. После прогрева тепло потребляется только на поддержание температуры, подогрев поступающего воздуха и испарение влаги. Причем чем ближе к концу цикла, тем ниже теплопотребление. (Теплопотребление зависит от многих факторов, здесь рассмотрен типичный случай.) Также теплопотребление имеет импульсный характер &#8212 например отбор тепла с максимальной мощностью в течении 5 минут затем пауза в течении 15 минут. Поэтому котел должен обладать высокой маневренностью по мощности и малой инерционностью. Если для газового котла или для дизельной горелки это не проблема, то для твердотопливного котла не все так просто. Дело в том, что для розжига газовой или жидкотопливной горелки много времени не надо, то твердое топливо в т. ч. и древесное разгорается не так быстро, а древесное требует к тому же и хорошо разогретой топки (в «холодной» топке плохо горит высоковлажное топливо и увеличиваются выбросы в атмосферу со снижением КПД вне зависимости от способа сжигания). При прекращении теплопотребления сушилкой (достигнута заданная температура в камере) остатки топлива в топке твердотопливного котла, сгорая, продолжают повышать температуру теплоносителя.Таким образом, для компенсации инерционности котел на отходах древесины должен иметь теплоаккумулятор, как правило, в виде большого объема теплоносителя. Например, объем теплоносителя котла КВм(а)-0,82 с автоматической подачей сыпучего топлива около 2.5 м 3 , что более чем достаточно для стабильной работы.

Если камер больше одной теплопотребление выравнивается. Максимальная мощность котла для 1-ой камеры и 2-х камер может отличаться не очень существенно. Как правило, при работе 2 -х и более камер моменты максимального теплопотребления камер не совпадают (камеры загружаются не одновременно) и мощность котла может быть равна: максимальное теплопотребление одной камеры плюс теплопотребление в середине цикла сушки.

Иногда к одной котельной (котлу) подкачается несколько неоднородных нагрузок, например отопление производственных площадей и одна-две камеры. В таком случае появляются новые подводные камни. Сушильная камера требует достаточно горячего теплоносителя (75-95 °С) с постоянной температурой, к тому же среднее теплопотребление мало зависит от времени года. Отопление же требует регулировки температуры теплоносителя в зависимости от достаточно сильных колебаний погодных условий и не требуется (отопление) вовсе в летнее время. Ни один котел не способен одновременно удовлетворить требованиям, предъявляемым сушильными камерами и отоплением при параллельном подключении. Согласование таких разнородных нагрузок возможно по различным схемам, немалый опыт применения которых накоплен в ООО «Котлосервис».

Другим немаловажным моментом, над которым стоит задуматься, при желании питать теплом от одной котельной и сушильные камеры и отопление будет, то, что среднее теплопотребление летом и зимой будет в некоторых случаях очень сильно отличаться. Здесь препятствием станет то, что котлы на отходах древесины (любых типов и конструкций, включая «газогенераторы», что связано с особенностями горения древесины) не устойчиво работают на 10-30% от номинальной мощности. Так большой по мощности котел, который нормально будет работать зимой, может доставить летом много проблем, особенно на последней стадии процесса сушки.

Самым оптимальным решением будет установка двух котлов, при этом мощность одного из них должна покрывать потребности камер летом, суммарная мощность &#8212 зимние нагрузки. Ко всему повышается общая надежность системы за счет резервирования и появляется возможность проводить обслуживание оборудования без полной остановки системы теплоснабжения, это тоже касается случая большого количества сушильных камер.

Строго говоря СНиП делят потребителей на две категории со следующими правилами выбора количества котлов:

1. 1.11 Потребители тепла по надежности теплоснабжения относятся:
   &#8212 к первой категории &#8212 потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей или со значительным ущербом народному хозяйству (повреждение технологического оборудования, массовый брак продукции);
   &#8212 ко второй категории-остальные потребители тепла.
2. 1.12 Котельные по надежности отпуска тепла потребителям относятся:
   &#8212 к первой категории-котельные, являющиеся единственным источником тепла системы теплоснабжения и обеспечивающие потребителей первой категории, не имеющих индивидуальных резервных источников тепла;
   &#8212 ко второй категории-остальные котельные.
3. 1.13 Тепловые нагрузки для расчета и выбора оборудования котельных должны определяться для трех характерных режимов:
   &#8212 максимально-зимнего &#8212 при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодную пятидневку;
   &#8212 наиболее холодного месяца-при средней температуре наружного воздуха в наиболее холодный месяц;
   &#8212 летнего &#8212 при расчетной температуре наружного воздуха теплого периода (расчетные параметры А).
   &#8212 Указанные средние и расчетные температуры наружного воздуха принимаются в соответствии со строительными нормами и правилами по строительной климатологии и геофизике и по проектированию отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
4. 1.14 Для теплоснабжения зданий и сооружений, имеющих дежурное отопление или в работе систем отоплении которых допускаются перерывы, следует предусматривать возможность работы оборудования котельной при этих условиях.
5. 1.15 Расчетная производительность котельной определяется суммой часовых расходов тепла на отопление и вентиляцию при максимально-зимнем режиме, расчетных расходов тепла на горячее водоснабжение, определяемых в соответствии со строительными нормами и правилами по проектированию горячего водоснабжения, и расчетных расходов тепла на технологические цели. При определении расчетной производительности котельной должны учитываться также расходы тепла на собственные нужды котельной и потери тепла в котельной и в тепловых сетях.

Примечание. Pacчетные расходы тепла на технологические цели должны приниматься с учетом возможности несовпадения максимальных расходов тепла отдельными потребителями.

1.16 Количество и единичную производительность котлоагрегатов, устанавливаемых в котельной, следует выбирать по расчетной производительности котельной, проверяя режим работы котлоагрегатов для теплого периода года; при этом в случае выхода из строя наибольшего по производительности котла в котельных первой категории оставшиеся должны обеспечивать отпуск тепла потребителям первой категории:
&#8212 на технологическое теплоснабжение и системы вентиляции-в количестве, определяемом минимально допустимыми нагрузками (независимо от температуры наружного воздуха);
&#8212 на отопление и горячее водоснабжение-в количестве, определяемом режимом наиболее холодного месяца.
&#8212 В случае выхода из строя одного котла независимо от категории котельной количество тепла, отпускаемого потребителям второй категории не нормируется. Максимальное количество котлов, устанавливаемых в котельной, определяется на основании технико-экономических расчетов. В котельных должна предусматриваться установка не менее двух котлов, за исключением производственных котельных второй категории, в которых допускается установка одного котла.

В заключение остается добавить, что наши специалисты всегда помогут Вам подобрать оптимальный вариант для Ваших потребностей!