Экономичное высококачественное управление сушкой пиломатериалов. Автоматическое управление сушильными камерами с прерывистой циркуляцией агента сушки

  Значительным резервом повышения экономичности и качества процесса сушки является введение в алгоритм системы автоматического управления процессом сушки пиломатериалов функции периодического прерывания циркуляции агента сушки.
   Исследования аэродинамических процессов сушки показывают, что уже в первые минуты вентилирования на шероховатой поверхности древесины образуется множество вихревых потоков, которые быстро насыщаются влагой, выделяющейся из древесины. В результате между поверхностью древесины и контактирующего с ней потоком воздуха формируется граничный слой, сдерживающий переход влаги в окружающую среду. Процесс сушки замедляется. В случае прерывания потока воздуха образовавшийся граничный слой рассеивается, содержащаяся в нем влага распределяется в пространстве между рядами пиломатериалов, чем повышается эффективность влагоудаления. Во время перерыва в подаче воздуха происходит кондиционирование (выдержка) древесины, благодаря чему конечная влажность равномерно распределяется по штабелю, устраняются зоны недосушки материала в штабелях и осцилляции температур в материале. С применением прерывистой циркуляции агента сушки мощные по подаче воздуха сушильные камеры становятся эффективными как для быстросохнущих материалов (непрерывная работа вентиляторов), так и для трудно высушиваемых сортаментов (прерывистая и уменьшенная в среднем подача воздуха), экономится электроэнергия и снижается расход греющего пара (или иного энергоносителя), если предусмотрена его отсечка на время паузы циркуляции агента сушки.
   Соотношения Тп/Тр времени работы вентилятора Тр и времени паузы Тп циркуляции агента сушки рекомендуются в зависимости от типа камеры, характеристики пиломатериала и выбранного режима сушки в пределах 0,3–0,5. Таким образом, имеет место возможность экономии энергоресурсов до 50%. Исследования прерывистых режимов сушки, проведенных на ОАО «ДОК-1» Московским лесотехническим институтом в начале 90-х годов, показали, что они обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов хвойных и лиственных пород даже без использования водяного пара для начальной, промежуточной и конечной влагообработки при сокращении сроков сушки более чем на 5%.
   Практическая экономия расхода энергии на побудительную вентиляцию и нагрев пиломатериала имеют место лишь в случае отключения одновременно с вентиляторной группой расхода пара (или иного энергоносителя) на нагрев и перекрытия заслонок приточно-вытяжной вентиляции в начале паузы циркуляции с целью исключения тепловых потерь.
   Возможны следующие варианты взаимодействия средств отсечки энергоносителей с системой автоматического управления сушкой:
   1. С дополнительной электроуправляемой запорной аппаратурой. В начале паузы вентиляции фиксируются состояния исполнительных механизмов, управляющих расходом греющего пара и приточно-вытяжной вентиляции, а подача пара и приточно-вытяжная вентиляция перекрываются дополнительными, последовательно соединенными техсредствами запорной электроуправляемой аппаратуры (открыто/закрыто). По окончании паузы вентиляции запорная аппаратура открывает каналы нагрева камеры и приточно-вытяжной вентиляции, восстанавливается структура САУ. Такие системы целесообразны для периодических камер на 1–2 штабеля (например типа УЛ), где рекомендуемые величины Тп и Тр составляют (10–15) мин и сравнимы с динамическими параметрами этих камер как объектов управления. Простейшим вариантом реализации импульсной циркуляции агента сушки является отключение только электровентиляторной группы на время паузы. Работа системы управления, настроенной по рекомендациям, практически не нарушается.
   2. С использованием только штатных средств управления греющим паром и приточно-вытяжной вентиляцией, которые в начале паузы инициируются на перекрытие подачи пара и каналов приточно-вытяжной вентиляции, но состояния которых при запуске циркуляции должно восстановится прежним, соответствующим началу паузы. Это осуществляется программно-логическими устройствами по значениям показаний датчика угла поворота (перемещения) выходного вала (штока) промышленного исполнительного механизма.
   3. Для непрерывных камер типа ЦНИИМОД рекомендуемые величины Тп, Тр составляют десятки минут, что меньше длительности переходных процессов в системе управления. Потери тепла через каналы приточно-вытяжной вентиляции относительно запасенной тепловой энергии камеры незначительны. Поэтому система управления сушкой с прерывистой циркуляцией для непрерывных камер может быть упрощена и выполнена следующим образом (рис. 1).
   Температура агента сушки измеряется датчиком 8 и стабилизируется на уровне задания tзад регулятором 7, который воздействует на расход греющего пара в калорифере 1 с помощью исполнительного механизма 2 и регулирующего органа 3. Импульсная вентиляция штабеля реализуется программным блоком 4. При остановке электродвигателя 5 привода вентилятора по программе прерывания циркуляции агента сушки блоком 4, реле 6 отключает исполнительный механизм 2 от регулятора 7 и инициирует сигнал закрытия, регулирующего расход пара органа 3 исполнительным механизмом 2. При возобновлении циркуляции программатором 4, реле 6 подключает исполнительный механизм к выходу регулятора пара 7, восстанавливая структуру автоматической системы стабилизации температуры, которая повышает несколько снизившуюся за время прерывания циркуляции штабеля температуру агента сушки до уровня заданной tзад.. Фрагмент диаграмм записи температур сухого и смоченного термометров, установленных на сухом конце камеры ЦНИИМОД-32, совместно с временными диаграммами расхода пара, работы вентиляторов в описанной системе показаны на рис. 2. (Тп=30 мин, Тр=60 мин.). Многолетняя эксплуатация систем управления сушкой с импульсной циркуляцией агента сушки в периодических и непрерывных камерах на ОАО «ДОК-1» (г. Москва) показала, что при улучшении качества сушки и по крайней мере не увеличении длительности сушки, реальная экономия энергоресурсов, например, на одну камеру ЦНИИМОД-32 составляет более 30% (ориентировочно 250 кВт•ч и 2,0 т пара в сутки). В периодических камерах импульсная вентиляция штабеля в сочетании с сушкой в регулярном тепловом режиме реализует высокоэффективную простую систему управления, обеспечивающую высококачественную сушку по высшим категориям качества в минимальные сроки с экономией энергоносителей до 40–50%. Такие системы приняты штатными в ОАО «ДОК-1». Время окупаемости таких систем – несколько недель.