Паровые камеры — это те же газовые, но агентом сушки в них является воздух, а не топочный газ, а теплоносителем — водяной пар.
Конструктивно паровые и газовые камеры различаются тем, что газовые имеют помещения для топок и газоходы, а паровые не имеют их. Эти установки отличаются только сушильными камерами, а планировка других помещений почти одна и та же.
Паровая сушильная камера работает следующим образом. В паровую камеру на трековой тележке помещают один или несколько штабелей пиломатериала, размеры примерно (L = 6,5 м, В = 1,8 м, H = 2,6 м). После закрытия всех проемов в камере начинается процесс сушки, т. е. в калориферы подается водяной пар, через увлажнительные трубы регулируется влажность в камере, и для создания циркуляционного движения агента сушки включают систему вентиляции.
Весь процесс проводится по заранее заданному технологическому режиму сушки.
Основным оборудованием паровой сушильной камеры является паровентиляторное оборудование, которое состоит из калориферов, увлажнительных труб, вентиляторов и эжекторов.
Калориферы. Калорифер — теплообменный аппарат, предназначенный для передачи тепла от теплоносителя (пара) к сушильному агенту (воздуху). Паровой калорифер представляет собой замкнутую систему сообщающихся металлических паропроводов. Снаружи эта система омывается циркулирующим сушильным агентом, а изнутри обогревается паром, поступающим в нее из парового котла. В сушильных установках применяются калориферы двух конструктивных типов: внутренние калориферы, монтируемые непосредственно в камерах из стандартных труб (преимущественно в сушилках периодического действия) и выносные или компактные калориферы заводского изготовления, устанавливаемые не в сушильном пространстве, а в специальных воздуховодах (преимущественно в сушилках непрерывного действия).
Для внутренних калориферов чаще всего используются чугунные ребристые трубы с фланцевым соединением, реже — гладкие стальные, так называемые резьбовые трубы.
Компактные калориферы (радиаторы) имеют различные конструктивные формы и размеры. Наиболее распространены пластинчатые калориферы, конструкция и размеры которых стандартизованы. Преимуществом таких калориферов является сравнительно большая поверхность их нагрева при малом габаритном объеме.
Вентиляторы. В сушильных установках вентиляторы используются для создания принудительной циркуляции воздуха, т. е. его движения внутри сушилки. По принципу действия вентиляторы разделяются на два класса: центробежные и осевые.
В центробежных вентиляторах перемещение воздуха осуществляется под действием центробежной силы. Внутри улиткообразного кожуха вращается колесо (ротор) с радиально насаженными на него лопатами. Воздух через всасывающий патрубок попадает в середину ротора, отбрасывается центробежной силой в пространство между ротором и криволинейной стенкой кожуха и выбрасывается через выхлопной патрубок в направляющий воздуховод.
Винтовые или осевые вентиляторы работают по принципу воздушного винта. Ротор вентилятора состоит из лопастей определенного профиля, насаженных на ступицу под некоторым углом к плоскости ее вращения. Воздух перемещается в направлении оси вращения ротора. Привод как центробежных, так и осевых вентиляторов осуществляется электродвигателем, посаженным через муфту непосредственно на вал ротора или через шкив при помощи ременной передачи.
В деревообрабатывающей промышленности применяется много типов паровых сушильных установок. Представлена схема классификации паровых сушилок. Рассмотрим некоторые из них.
В сушильной камере ЦНИИМОД-25 непрерывного действия с принудительной продольной циркуляцией воздуха с одного конца (сырого) производится загрузка новой порции материала, а с другого (сухого) — выгружается высушенная часть материала.
Конструктивная схема камеры ЦНИИМОД-25. Сушильная камера представляет собой помещение шириной 2 м и длиной около 35 м, разделенное горизонтальным экраном на две части нижнюю и верхнюю. Последняя образует циркуляционный канал, в котором со стороны сырого (загрузочного) конца установлен осевой вентилятор и размещены ребристые трубы калорифера и увлажнительная труба. В нижней части в один ряд помещаются пять штабелей древесины для сушки.
Камера работает следующим образом. Вентилятор нагнетает воздух в циркуляционный канал в сторону сухого (разгрузочного) конца. Пройдя через калорифер он нагревается и, доходя до конца циркуляционного канала, поворачивает в сушильное пространство. Затем движется в обратном направлении к сырому концу, омывая все штабеля. Далее процесс движения воздуха повторяется.
Воздухообмен камеры с атмосферой осуществляется через приточное отверстие в перекрытии циркуляционного канала перед вентилятором и вытяжные трубы, установленные над перекрытиями после вентилятора. В процессе сушки, по мере выгрузки высушенного материала через проем сухого конца, штабель периодически перемещается на новые места (на схеме — вправо), попадая каждый раз в среду с более высокой температурой и низкой влажностью. На штабель, примыкающий к двери сухого конца, т. е. стоящий на очереди к выгрузке, действует воздух с максимальной температурой и минимальной влажностью.
Описанная камера наиболее производительная и встречается на крупных деревообделочных предприятиях, где перерабатывается большое количество пиломатериала. С точки зрения пожарной безопасности она менее опасна, чем другие камеры с нижним расположением калориферов, как, например, сушильная камера системы Грум-Гржимайло.
Камера состоит из сушильного пространства, куда через двери закатываются штабели, и подвала, в котором размещен калорифер из ребристых труб, увлажнительные трубы, а также приточные и вытяжные каналы. Сушильное пространство отделено от подвала решетчатым полом. В процессе сушки древесины древесные отходы падают через решетку на трубы калориферов, что небезопасно в пожарном отношении.
Наиболее эффективными являются эжекционные сушильные камеры с внутренними вентиляторами и калориферами, которые без уменьшения объема воздуха, циркулирующего в камере, позволяют в 3—6 раз сократить количество воздуха, проходящего через вентилятор. В этом их основное преимущество над другими типами камер. Кроме того, эжекционные сушильные камеры проще по устройству и дешевле, чем, например, камеры с внутренними осевыми вентиляторами.
В лесосушильных устройствах в качестве эжекторов применяются конические насадки (сопла). Подсос эжектируемого воздуха происходит за счет энергии воздушной струи первичного (эжектирующего) воздуха, выбрасываемого насадкой с большой скоростью.
Недостатком эжекционных камер является повышенный расход электроэнергии на привод вентилятора. На перерасход энергии особенно влияют неправильная установка и неверный расчет эжекционных устройств.
Схема работы эжекциониой сушилки с внутренним калорифером. Засасываемый вентилятором свежий воздух смешивается с отработавшим (рециркулирующим) воздухом, образуя смесь. Часть смеси идет на выхлоп. Затем смесь, нагнетаемая вентилятором, выходит из насадок (эжектора), еще раз смешивается с рециркулирующим воздухом и образует смесь. Последняя, проходя через калорифер, нагревается до требуемой по режиму температуры и подводится к высушиваемому штабелю.
Эжекционно-реверсивные камеры являются основным типом паровых камер периодического действия. Они просты по конструкции и надежны в работе.
На деревообрабатывающих предприятиях чаще всего применяются паровые эжекционно-реверсивные сушильные камеры ЦНИИМОД и камеры конструкции ЛТА (Лесотехнической академии).
Эжекционно-реверсивные сушильные камеры имеют боковое расположение калориферов, что опасно в пожарном отношении, так как сгораемые отходы попадают на горячие поверхности труб и при благоприятных условиях могут воспламениться.
Камеры, действующие перегретым паром. В последнее время советские и иностранные специалисты разрабатывают новые способы сушки пиломатериалов, где сушильным агентом является не воздух, а перегретый пар.
Сушка в среде перегретого пара является основным направлением интенсификации сушки пиломатериалов. В воздушной среде интенсивная сушка пиломатериалов возможна только тогда, когда воздух находится в очень сухом состоянии и температура влажной древесины не превышает 70°, если даже температура окружающего воздуха достигает 120°. При нагреве до такой температуры в древесине от чрезмерных внутренних напряжений, вызванных неравномерностью усадки в процессе интенсивной сушки, возникают трещины и искривления.
Высокий нагрев древесины (до 90°) производится при сушке в среде влажного воздуха. В этих условиях древесина более пластична, но процесс сушки протекает очень медленно, причем таким способом вообще нельзя высушить древесину с влажностью ниже 15—20%. Поэтому этот способ и не применяется на практике.
При сушке древесины перегретым водяным паром и при атмосферном давлении (без присутствия воздуха) влажная древесина нагревается до температуры 100° и более. Древесина, нагретая до 100° (и выше), становится достаточно пластичной и легко воспринимает усадку в процессе быстрой сушки. Поэтому качество древесины, высушенной в среде перегретого водяного пара, хорошее.
При температуре древесины 100° и выше происходит кипение влаги вместо обычного испарения, вследствие чего процесс парообразования (т. е. сушки) идет гораздо быстрее.
Учитывая большую скорость процесса высокотемпературной сушки пиломатериалов в среде перегретого водяного пара, управление этим процессом автоматизируется.
Существуют различные типы сушильных камер в среде перегретого пара. Например, камера для сушки пиломатериалов перегретым паром «Латгипропром».
Ограждающие конструкции камер проектируются с таким расчетом, чтобы обеспечить герметичность и возможность функционирования камер при значительных температурных колебаниях (от 10 до +125°) и высокой влажности. Монолитная железобетонная коробка каждой из камер выполняется из гидротехнического бетона М-150 с утеплением минераловатными плитами и отделяется от наружных кирпичных стен воздушной прослойкой.
Внутренние поверхности бетона железнятся цементным раствором. Высохшая поверхность грунтуется битумом, растворенным в бензине (25% битума и 75% бензина). При производстве грунтовочных работ должны строго соблюдаться правила пожарной безопасности, так как пары бензина в смеси с воздухом образуют взрывоопасную смесь, способную к взрыву.
Ворота камер металлические навесные герметические и утепленные. Полы бетонные.
Сушильная камера «Гипролеспром» металлическая. Стены и потолок ее утеплены стеклянной ватой. Камера герметична и рассчитана на избыточное давление (150 кг/м2). Двери камеры автоклавного типа. Камера собирается из отдельных элементов, изготовляемых централизованно (серийно) на специализированном механическом заводе.
Интенсифицированная сушка пиломатериалов перегретым паром имеет следующие преимущества.
1. Удельные затраты тепла при сушке перегретым паром по сравнению с сушкой воздухом значительно меньше, так как отпадает необходимость нагрева воздуха. Теплопотери через ограждения также уменьшаются, так как сокращаются сроки сушки.
2. Перегретый пар, отводимый из камер, можно использовать для паротушения, нагревания воды, отопления и т. д.
3. Применение для сушки древесины дымовых газов и воздуха при повышенных температурах и незначительном насыщении водяными парами связано с возможностью возникновения пожара. При сушке древесины перегретым паром горение в камере не происходит, так как сушильная камера насыщена водяным паром, и в ней отсутствует воздух. Горение в камере возможно только до и после процесса сушки.
Наличие водяного пара в качестве агента сушки позволяет иметь эффективное средство тушения пожара — паротушение.
4. При сушке перегретым паром коэффициенты теплопередачи от калориферов к агенту сушки и дальше к высушиваемым пиломатериалам будут больше, следовательно, поверхность нагрева калориферов будет меньше, чем при сушке воздухом или дымовыми газами.
5. Теплоемкость перегретого пара почти в 2 раза выше теплоемкости воздуха при малой относительной насыщенности. Поэтому для переноса одного и того же количества тепла перегретого пара требуется (по весу) приблизительно в 2 раза меньше, чем воздуха. Осуществление принудительной циркуляции перегретого пара в сушильных камерах потребует меньших затрат механической или электрической энергии и будет дешевле, чем в воздушных и газовых сушильных камерах.
В связи с сокращением сроков сушки удельный расход электроэнергии также будет меньше, чем в камерах, у которых агентом сушки являются дымовые газы или воздух.
Уменьшение расхода электрической или механической энергии несколько снижает пожарную опасность сушилок, так как уменьшается количество трущихся частей, электроприборов и оборудования.