АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЛЕСОСУШИЛЬНАЯ КАМЕРА Российский патент 1995 года по МПК F26B3/04 F26B23/00 

Изобретение относится к промтеплотехнике, а именно к оборудованию для сушки материалов, преимущественно древесины, в особенности к сушилкам аэродинамического типа, в которых генератором тепла и нагнетателем воздуха является аэродинамический нагреватель вращающийся центробежный лопаточный ротор в рабочем объеме камеры.

Известны лесосушильные камеры различных типов, например паровые калориферные, оборудованные системы рекуперации тепла теплоиспользующими установками для утилизации тепловых отходов в виде удаляемого из камеры отработавшего агента сушки пароводяной смеси (ПВС). За счет этого тепла в рекуператоре теплообменнике осуществляют подогрев поступающего свежего воздуха, необходимого для регулирования степени насыщенности среды в сушилках периодического и непрерывного действия [1]
Количество теплоты, передаваемой от ПВС нагреваемому воздуху, определяется режимом работы и конструктивным исполнением рекуператора. Эффективность утилизации тепла в сушилках резко увеличивается, если, кроме физического тепла, используется и скрытая теплота испарения (парообразования), т.е. теплообмен в рекуператоре ведется до частичной конденсации водяных паров в ПВС. Это особенно относится к противоточным камерам непрерывного действия, где применение рекуператоров дает 20-25% экономии энергии. В камерах периодического действия за счет рекуперации можно достичь снижения потребления энергии на 10-15%
Рекуперативные установки в известных решениях представляют собой автономные узлы, расположенные вне камеры. Это громоздкие, дорогостоящие конструкции (рекуператоры в теплоизолированных стальных корпусах) оборудованы одним или двумя вентиляторами для просасывания воздуха и ПВС.

Расход энергии этими вентиляторами, обслуживание узла, занимаемая им дополнительная площадь все это увеличивает эксплуатационные расходы, ухудшает технико-экономические показатели агрегата в целом.

Наиболее близкое к предлагаемому устройству известная лесосушильная камера аэродинамического нагрева, содержащая теплоизолированный корпус с горизонтально установленными в нем роторным нагревателем и системой направляющих экранов, образующих каналы замкнутого циркуляционного контура с всасывающей и нагнетательной сторонами [2]
Принципиальное достоинство камер аэродинамической сушки, как и вообще рециркуляционных аэродинамических нагревательных установок, простота конструкции и управления, надежность в работе, высокое качество сушки благодаря большой однородности, равномерности нагрева.

Применение систем утилизации тепла в таких камерах, работающих к тому же в основном в периодическом режиме, затруднено, так как использование известных устройств и компоновки из-за громоздкости, металлоемкости и т.п. удорожает конструкцию и ее эксплуатацию; о таких решениях неизвестно. Вместе с тем, как было показано, рекуперация позволяет в данном случае сэкономить до 15% энергии. Отсутствие утилизации тепла в известных сушильных камерах аэродинамического типа является их недостатком.

Цель изобретения повышение технико-экономических показателей работы камеры, а именно снижение потребления энергии и улучшение качества продукции за счет утилизации тепла ПВС, включая тепло конденсации, и подогрева свежего воздуха до требуемых кондиций температуры и влажности.

Это достигается тем, что в рабочем объеме камеры на всасывающей стороне циркуляционного контура горизонтально установлен поверхностный теплообменник, часть каналов которого сообщена на входном участке посредством входного патрубка с наружным воздухом, а на выходном участке с всасывающим отверстием роторного нагревателя, при этом смежные каналы теплообменника сообщены на входном участке с каналом циркуляционного контура, а на выходном участке посредством выходного патрубка и вытяжной трубы с наружным воздухом. В камере под теплообменником расположено устройство для сбора и отвода конденсата паровоздушной смеси. Входной воздушный патрубок и вытяжная труба снабжены регулировочными клапанами.

На фиг. 1 показана камера, продольный разрез; на фиг.2,3 разрезы А-А на фиг. 1 и Б-Б на фиг.1 и 4; на фиг.4 план торцевой части камеры с теплообменником и роторным нагревателем в горизонтальном разрезе В-В на фиг.3; на фиг. 5,6 и 7 вертикальные разрезы (вырывы) Г-Г, Д-Д и Е-Е на фиг.4 соответственно, виды на теплообменник со стороны ротора.

В качестве примера изображена камера с трубчатым теплообменником; рекуператор может быть и пластинчатым, как следует из отличительных признаков.

Предлагаемая аэродинамическая лесосушильная камера представляет собой теплоизолированный корпус 1 с узлом роторного нагревателя лопаточным ротором 2 на валу электродвигателя 3, расположенным в рабочем объеме камеры. Стенки корпуса выполнены из металлических листов со слоем теплоизоляции, например, шлаковаты между ними либо из строительных ограждений.

Система металлических вертикальных экранов 4 образует замкнутый циркуляционный контур; к нагнетательной лопаточной поверхности ротора примыкает нагнетательная сторона канал 5 контура, всасывающая сторона канал 6 к всасывающему отверстию 7 ротора. Контур снабжен регулировочной заслонкой 8 с приводом 9 на всасывающей стороне перед ротором. Для простоты все регулировочные органы показаны с ручным приводом.

В торцевой части камеры на всасывающей стороне контура непосредственно у ротора установлен теплообменник утилизатор 10. В порядке примера показан трубчатый теплообменник: пучок труб 11 с рядами труб 4х10 по горизонтали и вертикали, заделанных концами в трубные доски 12 и 13 на входе и выходе. Входная доска 12 соединена с коллектором 14, заделанным в стенку камеры; коллектор сообщается с атмосферой патрубком 15, снабженным регулировочным клапаном 16. Доска 13 примыкает к всасывающему отверстию 7 ротора.

Как видно из фиг.3-7, трубный пучок имеет ограждения со всех трех сторон, четвертая стенка камеры; они в совокупности и образуют собственно теплообменник с трубным пучком и межтрубным пространством для прохода ПВС.

Слева в плане (см.фиг.4) установлен металлический лист 17 на всю высоту камеры (фиг.4.6.7), справа лист 18: по ширине канала 6 на высоту пучка (фиг. 7) на остальной длине на всю высоту камеры (фиг.2,6). Со стороны выходной доски 13 пучок закрыт листом 19 на всю высоту камеры (фиг.1,3 и 5). Этот лист соединен слева с листом 17, справа с листом 18.

Таким образом, вход в межтрубное пространство проем в листе 18 на ширину канала 6 от верха пучка до свода камеры (фиг.2,7). Для выхода межтрубной среды из теплообменника предусмотрен выхлопной патрубок 20 с вытяжной трубой 21, снабженной клапаном 22.

Теплообменник оснащен устройством, обеспечивающим сепарацию, сбор и удаление конденсата из ПВС. В общем случае, представленном на фиг.3, этот узел включает сепаратор влагоотделитель 23, например, сеточного типа, водосборник (его роль выполняет днище теплообменника), конденсатоотводчик 24 и насос 25 для отвода и откачки конденсата из ПВС. Этот узел размещается в нижней части теплообменника под трубным пучком.

Высота установки трубного пучка выбирается с таким расчетом, чтобы под ним был достаточный объем для размещения оборудования.

Камера работает следующим образом.

При работе ротора генерируется тепло и создается напор, под действием которого сушильный агент ПВС циркулирует в контур. Для иллюстрации представлена известная и наиболее рациональная поперечная схема циркуляции, при которой поток ПВС обтекает штабель поперечно: из канала 5 сквозь штабель в канал 6 через проемы в экранах. Во всасывающем канале 6 разрежение нарастает по мере приближения к ротору.

Штабель пиломатериалом закатывают через ворота на тележке по рельсам в камеру и подвергают сушке по заданному температурно-влажностному режиму графику сушки. Поддержание режима осуществляют известными способами и средствами, в частности, с помощью заслонки 8, изменяя расход циркулирующей среды и тем самым тепловую мощность ротора, температуру смеси, влажность.

В процессе сушки по предлагаемой технологии в предлагаемой камере обеспечивают газообмен с включением в работу теплообменника. Так как выход трубного пучка находится в непосредственной близости к всасывающему отверстию ротора, в трубном тракте создается разрежение; при открытии клапана 16 через входной наружный патрубок 15 под действием этой тяги поступает свежий наружный воздух. Поток воздуха распределяется коллектором 14 по трубам пучка и проходит внутри труб напрямую, забирая тепло от ПВС. Нагретый воздух на выходе из теплообменника смешивается с основным потоком сушильного агента, всасывается в отверстие 7 ротора. Свежая, нагретая в роторном нагревателе смесь нагнетается ротором в циркуляционный контур и направляется в штабель. Отработавшая ПВС движется во всасывающем канале 6 под действием создаваемой ротором тяги. Перед теплообменником поток ПВС раздваивается: большая его часть через открытую на заданную степень заслонку 8, минуя теплообменник, протекает по контуру в отверстие 7, замыкая таким образом тракт. Меньшая часть ПВС попадает в межтрубное пространство теплообменника в проеме правого ограждения, листа 18 и движется в этом пространстве сверху вниз и вдоль труб одновременно, омывая весь пучок.

Известно, что при горизонтальном расположении труб теплоотдача примерно в два раза выше, чем при вертикальном [см. например, Краснощеков Е.А. Сукомел А. С. Задатчик по теплопередаче. Изд. 4, М. Энергия, 1980, с.165] Омывая поверхность теплообмена, ПВС охлаждается до расчетного состояния с полной или частичной конденсацией паров. Охлажденная смесь удаляется через патрубок 20 и вытяжную трубу 21, служащую для побуждения тяги. Ее величина, а следовательно, и расход ПВС, регулируется клапаном 22 на трубе 21.

Выпавший конденсат осаждается на трубах, стекает вниз и скапливается в водосборнике на днище теплообменника. Для надежной работы всего узла утилизации в целом в общем случае могут быть установлены сепараторы 23 для лучшего отделения влаги и автоматический конденсатоотводчик 24. Влагоотделитель размещен под пучком труб в ограждении теплообменника, конденсатоотводчик и насос 25 для откачки конденсата снаружи. Тепло конденсата может использоваться, например, для обогрева, а сам конденсат для извлечения составляющих, например скипидара. С помощью клапанов 16 и 22 управляют работой теплообменника в сочетании с регулированием нагревателя заслонкой 8 поддерживают в заданных пределах температуру и влажность нагретого воздуха в зависимости от его параметров и режима сушки. При этом обеспечивают расчетные заданные кондиции свежей рабочей смеси и тем самым оптимальный режим сушки, т.е. лучшее качество, наибольшую экономичность.

Таким образом, встроенный теплообменник предусматривает и новую рациональную технологию сушки, дающую улучшение технико-экономических показателей процесса.

Предлагаемые аэродинамическая схема и компоновка теплообменника выбраны как наиболее рациональные: путь потока воздуха кратчайший прямой, от входа до всаса в ротор. Траектория ПВС с поворотом на 90^о и наиболее рациональной схемой движения сверху вниз. При этом достигаются минимальные гидравлическое сопротивление и протяженность тракта, конструктивная простота.

Корпус теплообменника заменяют простейшие ограждения стенки из прямых металлических листов. Это выгодно отличает конструкцию от известных теплообменных установок. Как показала конструктивная проработка и следует из представленных чертежей, узел вписывается в известные камеры без изменения габаритов, переделок и т.п. На фигурах даны чертежи в масштабе по результатам расчетно-проектной проработки.

Расчетная экономия энергопотребления от реализации предложенной схемы составит до 10% дополнительный эффект связан с возможностью реализации улучшенной технологии сушки, простотой, компактностью, малой металлоемкостью и т.п. конструкции, отсутствием вентиляторов и расхода ими энергии.

Таким образом, изобретение обладает отличительными признаками, ранее нигде не встречавшимися и обеспечивающими существенные отличия, новизну и новый, ранее неизвестный технико-экономический эффект.

П р и м е р. По результатам расчета процесса сушки получены параметры паровоздушной смеси: после штабеля, перед теплообменником т.2 температура t_см2 76,7^оС. теплосодержание I_см2=825,7 кДж/кг сухого воздуха, влагосодержание d_см2=284 г/кг;
расходы воздуха и ПВС в теплообменнике L_в L_см 0,04125 кг/с, температуры на выходе теплообменника воздуха t_в 60^оС (принято), смеси t_см вых 69^о (расчет).

В ходе вариантных расчетов с учетом возможностей реализации приняты стальные оребренные трубы диаметром 14/16 мм с шагом S 1,5 d_н, скорости воздуха в трубах ω_в 4 и 6, смеси в межтрубном пространстве ω_см 3 и 6 м/с (варианты), как наиболее рациональные.

В результате по данным для трех вариантов состояния наружного воздуха (t_А -20; 0; +20^оС; I_A -20; 0; 45,3 кДж/кг, d_A 0; 2; 10 г/кг) для расчетных расходов (0,04125 кг/с) и показателей воздуха и ПВС до и после нагрева выбраны следующие параметры теплообменника (пределы): площадь нагрева 3-4 м², число труб n 40-60, предпочтительно 40, длина труб l 1,4-1,6 м, проходное сечение труб f_тр 0,0057-0,086, межтрубное f_м 0,012-0.024 м²; предпочтительные скорости воздуха ω_в= 6 м/с, смеси ω_см 3-6 м/с. С учетом оребрения (увеличения в два раза поверхности нагрева и такое же уменьшение сечения межтрубного пространства) рекомендуются l 0,7-0,8 м, компоновка труб в пучке 4х10 (ширина, высота).

Работа теплообменника в расчетном режиме обеспечивает получение рабочего сушильного агента ПВС требуемых кондиций и как следствие оптимальный режим сушки, качество продукции.

Использование: в оборудовании для сушки материалов, преимущественно древесины, в особенности в сушилках аэродинамического типа. Сущность изобретения: камера имеет теплоизолированный корпус с установленным в нем аэродинамическим нагревателем и систему экранов, образующую замкнутый контур. В камере установлен поверхностный теплообменник, на всасывающей стороне контура; трубный пучок сообщается со стороны входа с наружным воздухом, выхода с всасывающим отверстием ротора. Межтрубное пространство сообщается по входу с циркуляционным каналом, по выходу с вытяжной трубой. Теплообменник снабжен узлом сбора и отвода конденсата. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ЛЕСОСУШИЛЬНАЯ КАМЕРА, содержащая теплоизолированный корпус с горизонтально установленным в нем роторным нагревателем и системой направляющих экранов, образующих каналы замкнутого циркуляционного контура с всасывающей и нагнетательной сторонами, отличающаяся тем, что в рабочем объеме камеры на всасывающей стороне циркуляционного контура горизонтально установлен поверхностный теплообменник, часть каналов которого сообщена на входном участке посредством входного патрубка с наружным воздухом, а на выходном участке с всасывающим отверстием роторного нагревателя, при этом смежные каналы теплообменника сообщены на входном участке с каналом контура, а на выходном участке посредством выходного патрубка и вытяжной трубы с наружным воздухом. 2. Камера по п. 1, отличающаяся тем, что под теплообменником расположено устройство для сбора и отвода конденсата паровоздушной смеси. 3. Камера по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что входной воздушный патрубок и вытяжная труба снабжены регулировочными клапанами.