Визначення витрат теплової енергії на сушіння пиломатеріалів

 

В процесі сушіння пиломатеріалів теплова енергія витрачається на:

- початковий нагрів матеріалу перед сушінням;

- випаровування вологи з деревини;

- проміжну та кондиціонуючу тепловологообробки;

- втрати тепла через огородження камери;

- втрати тепла через припливно-витяжні канали з відпрацьованим

повітрям;

- нагрівання свіжого повітря, огороджень камери та обладнання, яке знаходиться в середині сушильної камери.

При виконанні курсового проекту інженерний розрахунок витрат теплової енергії здійснюється для початкового нагрівання, випаровування вологи з деревини та втрат через огородження. Компенсація інших статей витрат теплової енергії (за результатами досліджень вони сягають 30% [4]) здійснюється шляхом введення коефіцієнтів запасу.

Витрати теплової енергії при сушіння деревини визначають окремо для зимових та середньорічних умов. Для зимових умов визначається максимальна кількість теплової енергії тобто необхідна теплова потужність сушильної камери, а за середньорічними умовами – витрати теплової енергії на сушіння 1 м³ пиломатеріалів і встановлюється річна потреба в тепловій енергії.

Витрати теплової енергії на нагрівання 1 м³ пиломатеріалів в зимових умовах визначають за формулою:

q^зима_нагр.1м³=335∙415∙ +700∙(2,0∙(-20)+2,89∙57)=169335,75 кДж/м³

 

де: g – питома теплота плавлення льоду, g=335 кДж/кг;

r_б – базисна (умовна) густина деревини, кг/м³;

W_п.– початкова вологість пиломатеріалів, %;

W_гр. – кількість незамерзлої вологи в деревині %.

r – густина деревини при початковій вологості кг/м³;

t_0зим., – початкова температура деревини при нагріванні для зимових умов, °С;

t_нагр. - розрахункова температура деревини при нагріванні, приймається рівною t_п.с. (підрозділ 1.4).

C_(-), C₍₊₎ – відповідно середня питома теплоємність при від‘ємній та додатній температурах, кДж/(кг∙°С.

Визначення питомої теплоємності проводиться за середньою температурою t_сер. і початковою вологістю деревини W_п.:

- при від‘ємній температурі:

t^(-) _сер.= (-20 +0)/2=-10. °С

при додатній температурі:

t⁽⁺⁾ _сер.= (57 +0)/2=28,5°С

Витрати теплової енергії на нагрівання 1 м³ пиломатеріалів у середньорічних умовах визначається за формулою:

,

q^с.р._нагр.1м³=415∙2,89∙(57-6,9)=60087,4 кДж/м³

 

де: t_0с.р.– початкова температура деревини для середньорічних умов

Визначення питомої теплоємності проводиться за середньою температурою t_сер. і початковою вологістю деревини W_п.:

t_{сер=(6,9+57)/2=31,95}

Для зимових умов теплова потужність необхідна на нагрівання всього об’єму пиломатеріалів, які завантажені в сушильну камеру визначається за формулою:

Q _нагр =169335,75*25,34/3600*19,25=61,92кВт

де: – тривалість початкового нагрівання пиломатеріалів в зимових

умовах, год:

 

 

t _нагр =57+(-20)/4=19.25 год

де: - температура початку сушіння (формула 1.3), ̊ С;

- початкова температура деревини при нагріванні для зимових

умов,°С;

- швидкість зростання температури сушильного агента в камері

при нагріванні, ̊ С/год. Приймається в зимових умовах:

- для хвойних і м‘ягких листяних порід – 4 ̊ С/год;

- для твердих листяних порід - 3 ̊ С/год.

Питомі витрати теплової енергії на випаровування 1 кг вологи в процесі сушіння пиломатеріалів визначається за формулою:

-

- для зимових умов:

q_{випар.зим}=1000∙(240,17+15)/(68,58-1,3)=3792,66кДж/кг

 

-для середньорічних умов:

q_{випар.с.р}=1000∙(240,17-20)/(68,58-7)=3575,35кДж/кг

І₀ – тепловміст (ентальпія) свіжого повітря, для середньорічних умов,

І_0с.р.=20 кДж/кг, взимку, І_0зим.=-15 кДж/кг;

d₀ – вологовміст свіжого повітря, г/кг (див. формулу 2.14).

Теплова потужність сушильної камери необхідна на випаровування всієї вологи із пиломатеріалів визначається за формулою

Q_{вип.зим}=3792,66∙0,0133=50,44 кВт

Витрати теплової енергії на випаровування вологи з 1 м³ пиломатеріалів для середньорічних умов визначають за формулою:

 

q_{випар.1м с.р}=3575,35*261,45=934775,25 кДж/м³

 

Втрати тепла через огородження сушильної камери визначається окремо для кожного елемента за формулою:

де: F_ог. – площа окремо взятого огородження (стіни, підлога, стеля двері)

сушильної камери, м²;

k_ог.– коефіцієнт теплопередачі даного огородження, Вт/(м²∙°С);

t_с – температура сушильного агента в камері, °С (підрозділ 1.2);

t₀ – розрахункова температура навколишнього середовища із зовнішньої

сторони огородження, °С, для зимових та середньорічних умов

Коефіцієнт теплопередачі багатошарових огороджень визначається за формулою:

де: δ_і – товщина і-того шару огородження, м;

l_і – теплопровідність і-того шару огородження, Вт/(м∙°С)

a_вн.– коефіцієнт теплообміну внутрішньої поверхні огородження,

приймається, a_вн=25 Вт/(м²∙°С);

a_зовн. – коефіцієнт теплообміну зовнішньої поверхні огородження,

приймається: для відкритого повітря - a_зовн.=23 Вт/(м²∙°С);

- для неопалюваних приміщень - a_зовн.=12 Вт/(м²∙°С);

- для опалюваних приміщень - a_зовн.=25 Вт/(м²∙°С).

Для зимових умов:

k^стелі _ог.= =0,66 Вт/м²∙°С

Q^стелі _ог.=4,96 ∙6,2∙0,66∙(57+20) ∙10^-3=1,56 кВт

k^{підлоги} _ог=0,66/2=0,33 Вт/м²∙°С

Q^{підлоги} _ог.= 4,96∙(5,2∙2) ∙6,63∙0,33∙(57+20) ∙ 10^-3= 0,309кВт

k^двері _ог.= =0,53 Вт/м²∙°С

Q^дверей _ог.=4,96∙3,1∙0,53∙(57+20)∙10^-3=0,627 кВт

k^стіни _ог= =0,66 Вт/м²∙°С

 

Q^стіни _ог.=6,2∙4,1∙0,66∙(57+20)∙10^-3=1,29 кВт

k^стіни _ог= =0,66 Вт/м²∙°С

Q^стіни _ог.=4,96∙1∙0,66∙(57+20)∙10^-3=0,252кВт

Для середньорічних умов:

Q^стелі _ог.=4,96∙6,2∙0,66∙(57-6,9)∙10^-3=1,016 кВт

Q^{підлоги} _ог.= 4,96+(5,2∙2) ∙0,33∙(57-6,9)10^-3= 0,253кВт

Q^дверей _ог.=4,96 ∙3,1∙0,53∙(57-6,9)∙10^-3=0,408 кВт

Q^стіни _ог.=6,2∙4,1∙0,66∙(57-6,9)∙10^-3=0,840кВт

Q^стіни _ог.=4,96∙1∙0,66∙(57-6,9)∙10^-3=0,164кВт

Схеми поперечного перетину огороджень сушильних камер, як збірно-металевих так і в будівельних конструкціях представлені в додатку 18.

При розрахунку втрат тепла через огородження сушильної камери доцільно дотримуватися наступних рекомендацій:

- до початку розрахунків розробити план сушильного цеху, що дозволить правильно встановити температуру оточуючого середовища;

- розрахунок виконується для крайньої камери, втрати тепла через бокову стіну суміжної камери не враховуються;

- коефіцієнт теплопередачі стелі сушильної камери повинен бути меншим коефіцієнта теплопередачі бокової стіни і не перевищувати k<0,6 Вт/(м² ̊ С);

- коефіцієнт теплопередачі підлоги приймається в 2 рази меншим, ніж для зовнішньої стіни;

- температура навколишнього середовища для підлоги приймається, як для середньорічних умов;

Розрахунок втрат тепла через огородження сушильної камери виконують для зимових та середньорічних умов і результати заносять в

 

 

Розрахунок витрат тепла через огородження сушильної камери

№ п/п	Назва і розміри огороджень	Площа, Fог., м2	k,Вт/(м2 ̊ С)	tc, ̊ С	t0, ̊ С	tc-t0, ̊ С	Qог., кВт
зимова	середньо- річна	зимова	середньо- річна	зимові	середньо- річні
	Стеля	30,752	0,66		-20	6,9		63,9	1,56	1,016
	Підлога	15,36	0,33		-20	6,9		63,9	0,309	0,253
	Двері	15,376	0,53		-20	6,9		63,9	0,627	0,408
	Стіни	25,42	0,66		-20	6,9		63,9	1,29	0,840
	Торцева стіна зі сторони траверсного коридору керування	4,96	0,66		-20	6,9		63,9	0,252	0,164
Разом	4,038	2,681

Витрати теплової енергії, як втрат тепла через огородження сушильної камери, з розрахунку на 1 м³ пиломатеріалів для середньорічних умов визначають за формулою:

 

Q_{ог.1м3.ср} =((0,840+0,840+0,408+0,164+1,016+0,253)∙261,45)/0,0133=

=69215,45кДж/м³

q_{суш 1м}³=(69215,45+3575,35+60087,4)*1,2=132878,20 кДж/м³,

де: С₁ – коефіцієнт, який враховує додаткові витрати теплової енергії на початковий прогрів камери, обладнання в середині сушильної камери, втрати тепла з відпрацьованим повітрям, тощо, С₁=1,15...1,3.