МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Марийский государственный технический университет

РЕФЕРАТ

Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Соискатель

Громов Алексей Витальевич

Йошкар-Ола 2009

Содержание

Содержание

Введение

1. Состояние вопроса

1.1 Цели, задачи, процессы сушки древесины

1.2 Задачи исследований

2. Основные исходные данные

2.1 Существующая технологии сушки пиломатериалов

2.2 Энергетическое использование отходов производства предприятий деревообрабатывающей промышленности

3. Определение типа конструкции лесосушильной установки

4. Подбор энергетической установки для лесосушильной камеры М-1

4.1 Обзор энергетических установок

4.2 Характеристика и преимущества энергетической установки Прометей-60

4.3 Схема энергетического комплекса Прометей

Основные выводы и рекомендации

Введение

Актуальность темы проекта. Сложившееся в настоящее время ситуация в стране привела к резкому повышению стоимости различных источников энергии и, в первую очередь, источников электроэнергии. Кроме того, развитие предпринимательства и малого бизнеса создает предпосылки для формирования больших объемов технологических отходов. Прежде всего, это относится к таким отраслям производства как лесная и деревообрабатывающая промышленности. В процессе лесозаготовки и деревообработки образуется большое количество древесных отходов в виде сучьев, веток, щепы и особенно древесного опила.

Таким образом, переход на альтернативные источники теплоснабжения технологических процессов, в условиях высокой стоимости электроэнергии, с помощью установок, использующих в качестве топлива древесину и ее отходы, является актуальной задачей современной энергетики. Особенно это касается тех технологических процессов, которые связаны с обработкой переработкой древесины, и в, первую очередь, с ее сушкой.

Анализ литературных источников показал, что современные направления развития лесосушильного оборудования указывают на переход от камер с электрическим нагревом к камерам, источником теплоснабжения которых является сжигание древесного топлива.

Поэтому в настоящем проекте разрабатывается лесосушильная камера с подогревом дымовыми газами, образующимися при сжигании отходов переработки древесины. Камера, которая при этом имеет достаточно хорошие экологические показатели.

Цель проекта. Целью проектирования является разработка лесосушильной камеры для тепловой обработки пиломатериалов, отличающейся использованием альтернативных источников энергетического сырья и способствующей повышению экологических характеристик деревообрабатывающих предприятий, за счет сжигания древесных отходов.

Новизна проекта. Она заключается в создании проекта лесосушильной камеры, адаптированной требованиям современного малого предпринимательства и бизнеса. Использование типовых универсальных методик расчета и правильного подхода к решению проектной задачи, позволяют гибко реагировать на изменение технических требований, со стороны предпринимателей, к характеристикам лесосушильных камер, что дает возможность, на основе предлагаемой методики, рассчитать камеру с произвольными тепловыми параметрами.

Объект проектирования. Объектом проектирования являются альтернативные источники теплоснабжения технологического оборудования для обработки древесины.

Предмет проектирования - лесосушильная камера, снабженная теплообменным аппаратом и с подогревом дымовыми газами.

Методы проектирования. Для проектирования использованы положения теории тепломассообмена и теплопередачи, методики расчета теплообменных аппаратов, методики аэродинамических расчетов, а также методики расчета теплоизоляционных конструкций и выбора технологического оборудования лесосушильных камер.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается использованием современных положений и методик расчета, используемых при решении задач тепломассообмена, а также принципов конструирования теплообменных аппаратов.

Практическая значимость. Практическая значимость заключается в разработке лесосушильной камеры, соответствующей современным требованиям предпринимательской деятельности. Составленная методика расчета лесосушильной камеры может быть использована для составления типового ряда малых сушильных установок.

1. Состояние вопроса

1.1 Цели, задачи, процессы сушки древесины

Сушка полиматериалов (досок, заготовок) - одна из важнейших неотъемлемых операций в технологических процессах деревообработки, во многом определяющая качество и конкурентоспособность готовых изделий. Древесина, содержащая большое количество воды, легко поражается грибами, в результате чего загнивает. Сухая же древесина отличается большей стойкостью. Понижение влажности приводит к снижению массы древесины и повышению ее прочности.

Сухая древесина, в отличие от сырой, легко отделывается, обрабатывается и склеивается. В результате сушки древесина превращается из природного сырья в промышленный материал, отвечающий самым разнообразным требованиям, которые предъявляются к нему в разных производственных и бытовых условиях.

Сушка древесины относится к отрасли, которая практически не вызывает загрязнения окружающей среды. Своевременная и качественная сушка способствует сохранению лесных запасов.

Процесс сушки заключается в удалении влаги из материала испарением. Сушка древесины может происходить двумя путями :

1 - естественным - на открытом воздухе (атмосферная),

2 - искусственным - в специальных сушильных установках (камерная).

Сушильный агент - среда в сушильной технике, служащая для поглощения и отвода пара, образовавшегося в процессе сушки материала.

Подвод теплоты к объекту сушки осуществляется рабочим телом сушильного процесса - теплоносителем, в качестве которого выступает среда, воспринимающая необходимую для сушки тепловую энергию от внешнего источника и передающая ее сушимому материалу или агенту.

Сушка древесины — процесс удаления влаги из древесины до определенного процента влажности.

Цель сушки: превращение из природного сырья древесины в промышленный материал, с улучшенными биологическими и физико-механическими свойствами.

Задачи сушки древесины следующие: предупреждение изменения линейных размеров древесины, так называемая усушка древесины, которая наблюдается при изменении количества связанной воды (т.е. при снижении влажности до 30%). Считается, что пиломатериалы хвойных пород при сушке от свежераспиленного состояния (W>30%) до транспортной влажности (W=20…22%) усыхают на 3%. Полная объемная сушка составляет 12…15%. Отметим, что тонкие доски усыхают больше, чем толстые.

Процесс сушки древесины включает следующие процессы:

Влагообмен — испарение влаги из древесины в окружающую среду.

Влагоперенос — перемещение влаги внутри древесины.

Для сушки необходимо, чтобы происходили оба процесса. Влага от внутренних, сердцевинных слоев должна идти к поверхности (влагоперенос) и удаляться с поверхности (влагообмен). При этом важно, чтобы процессы влагообмена и влагопереноса были бы по интенсивности одинаковыми. Если количество воды, удаляемой с поверхности, будет больше, чем G внутренних слоев, то и усыхание поверхностных слоев будут больше. В результате будет создаваться напряжение между внутренним и внешними слоями. Причем это напряжение будет тем больше, чем больше разница между влажностью сердцевины и поверхности древесины. Напряжения могут приводить к деформациям в древесине и даже к трещинам и разрушениям.

Таким образом, если влагообмен = влагопереносу, то сушка будет проходить без напряжений и деформаций.

Если влагообмен > влагопереноса, то во время сушки возможны слабые напряжения и долговременные деформации.

Если влагообмен >> влагопереноса, то во время сушки возможны сильные напряжения, большие деформации, трещины и разрушения.

Современные технологии предлагают различные устройства для быстрого удаления воды с поверхности древесины. Проблемой является ускорения процесса влагопереноса от сердцевинных к поверхностным слоям древесины.

Влагоперенос внутри древесины происходит под действием различных движущих сил:

- градиент влажности — перемещения влаги (при ее неравномерном распределении в древесине) в направлении понижающей влажности (влагопроводность);

- градиент температуры — перемещение влаги (при неравномерном распределении в древесине температуры) в направлении понижающей температуры (термовлагопроводность);

- перепад давления — перемещение влаги (при избыточном давлении внутри древесины) в направлении понижающего давления.

В любом процессе сушки древесины, перечисленные процессы действуют совместно. Однако сравнительная эффективность и степень воздействия отдельных видов влагопереноса зависит от вида и способа сушки. Во всех случаях, при искусственной сушке древесины перед конструкторами сушильного оборудования стоят три главных задачи:

1.Обеспечить качество сушки, т.е. минимизировать брак от деформаций и трещин.

2.Уменьшить время сушки насколько это возможно.

3.Сократить потребление энергии.

1.2 Задачи исследований

Последняя четверть прошлого столетия и начало нынешнего ознаменовались энергетическим кризисом. Вначале он коснулся преимущественно автомобильной промышленности, но не нужно обладать даром предвидения, чтобы предсказать, что в дальнейшем именно энергетическая проблема будет определять интенсивность развития всех сфер деятельности человека. Вследствие особенностей климата на большей части территории нашей страны человек проводит в закрытых помещениях до 80% времени. Для создания нормальных условий его жизнедеятельности необходимо поддерживать в этих помещениях строго определенный тепловой режим. Помимо создания комфортных условий жизнедеятельности человека тепло необходимо для обеспечения ряда технологических процессов в различных производствах.

Наряду с дефицитом топлива в лесной и деревообрабатывающей промышленности скапливается большое количество первичных и вторичных древесных отходов. Даже при высокой степени их использования всегда остается много некондиционных отходов, которые могут быть употреблены только в качестве топлива. Количество отходов, образующихся, например, на мебельных фабриках, составляет от 45 до 63%.

В настоящее время многие промышленные предприятия оснащаются термо-технологическим оборудованием. Правильно выбранная конструкция котла обеспечивает длительную и бесперебойную работу этого оборудования и, следовательно, всего производства в целом.

Помимо экономической эффективности использование древесных отходов в качестве источника тепловой энергии имеет следующие преимущества:

- высокая реакционная способность древесины позволяет сжигать ее при более низкой температуре, что уменьшает выбросы окислов азота;

- малое содержание серы и фосфора 0,1% позволяет снизить температуру отходящих газов до 110–120°С;

Современные проблемы теплоэнергетического хозяйства требуют оперативности и профессионализма при решении проблем, накопившихся за годы и вновь возникающих. Ни одно направление в теплоэнергетическом хозяйстве нельзя развивать, не учитывая проблемы энергосбережения, не применяя самое современное энергетическое оборудование и энергосберегающие технологии. Во всем мире постепенно отказываются от котельных, работающих на видах топлива, загрязняющих окружающую среду (угле и мазуте). Кроме экологического риска, причиной тому служат малая эффективность и высокая стоимость производства тепловой энергии.

В результате работы деревообрабатывающих предприятий в России ежегодно образуется порядка 70 млн. тонн древесных отходов, большая часть которых, как правило, остается невостребованной, ухудшая пожарную безопасность и экологическую обстановку в местах расположения предприятий. Между тем их можно и нужно рационально использовать.

В условиях, когда наблюдается тенденция роста тарифов на энергоносители, особенно актуальной становится проблема энергосбережения в производственно-хозяйственной деятельности предприятий. Доля энергетических затрат в структуре себестоимости продукции деревообрабатывающего предприятия, потребляющего покупную дорогостоящую тепловую энергию, достигает значительных величин (20–30%), что говорит о высокой энергоемкости производства. В этой связи энергетическое использование древесных отходов на предприятиях деревообрабатывающей промышленности является одним из важных направлений повышения эффективности производства и умелого ведения технологических процессов в рыночных условиях хозяйствования предприятий.

2. Основные исходные данные

2.1 Существующая технологии сушки пиломатериалов

Сушка пиломатериала – сложный процесс, закономерности которого определяются явлениями: тепло и влагообмена; теплопроводностью и влагопереносом. Классификация способов сушки пиломатериала основана на особенностях передачи тепла высушиваемому материалу и по этому признаку можно разделить сушильные камеры на следующие виды: конвективные сушильные камеры и диэлектрические сушильные камеры.

В конвективных сушильных камерах тепло к пиломатериалу подводится нагретым воздухом и с помощью его же уносится испаряющаяся влага из пиломатериала за пределы камеры в атмосферу. В конвективных сушильных камерах агент сушки воздух в смеси с водяным паром нагревается, циркулируя через теплообменник с нагретой внешней поверхностью (пароводяной, индукционный, жаротрубный нагрев) или смешиваясь с продуктами сгорания (топочные газы) газообразного, твердого, жидкого топлива (газовые камеры). Конвективные сушильные камеры бывают низкотемпературные и высокотемпературные.