ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ В ВЕСЕННИЙ ПЕРИОД
Сафонов А.О. (ВГЛТА, г. Воронеж, РФ)
The process of wood shaving drying in the spring season is characterized by great waste of gas and electricity, low productions, fire danger, oscillation of final humidity of shavings. A management system and a mathematics apparatus, supplying an effectiveness management increasing of wood shavings drying in the spring season.
Процесс сушки измельченной древесины в весенний период имеет специфические особенности. Это время года характеризуется определенными климатическими условиями. В частности, по результатам производственных наблюдений, изменением температуры атмосферного воздуха в достаточно широких пределах от отрицательных до положительных значений в течение коротких промежутков времени, колебаниями конечной влажности древесных частиц от 60 до 90 %, значительными интервалами изменений температуры и относительной влажности воздуха в цехе.
Имеющиеся в настоящее время традиционные принципы и методы управления барабанными сушилками в производственных условиях как правило не обеспечивают оперативного, быстрого изменения управляющих воздействий при изменении объективных факторов. Это является причиной высокого расхода энергоносителей и как следствие повышенной себестоимости сушки, недостаточно высокой производительности применяемого сушильного оборудования, колебаниями конечной влажности древесной стружки на выходе из барабана в пределах, недопустимых технологией производства древесностружечных плит, колебаниями температуры отработавшего сушильного агента на выходе из агрегата.
Поэтому возникла необходимость создания новых быстродействующих систем управления на основе современных методов математического моделирования технологических процессов. Решение проблемы видится в нетрадиционных подходах к исследованию явлений, сопровождающих удаление влаги из древесной стружки под воздействием тепловой энергии, передаваемой конвективным путем.
Технологический процесс сушки измельченной древесины в сушилках барабанного типа с точки зрения математического описания очень сложен. Высушиваемый материал, перемещаясь в барабане по спиральной траектории, нагревается теплоносителем. При этом влага, находящаяся в древесной частице продвигается из внутренних слоев древесины к наружным. Также имеются специфические особенности удаления свободной и связанной влаги из высушиваемого материала.
Проведенный системный анализ технологического процесса сушки измельченной древесины в барабанных сушилках позволил определить наиболее важные факторы, оказывающие влияние на общую эффективность проведения процесса. Ими оказались такие регулируемые или режимные параметры как температура топочного газа в топке, температура сушильного агента на входе в барабан, расход природного газа на нагревание агента сушки, количество подаваемой сырой стружки, расход воздуха на горение природного топлива, расход воздуха на смешивание с топочным газом. При этом именно для весенних условий работы сушильного барабана, характеризующихся рассмотренными выше специфическими особенностями, определены наиболее важные нерегулируемые параметры и интервалы их изменения, которые были учтены в созданной системе управления. Начальная влажность древесной стружки, температура атмосферного воздуха, температура и относительная влажность воздуха в цехе объективно изменяются и оказывают влияние на протекание процесса. Полученные в ходе математического моделирования процесса сушки измельченной древесины для весенних условий работы сушильного барабана зависимости оказались достаточно адекватными реальному производственному процессу.
Численные значения регулируемых параметров, представленных в таблице, обеспечивают получение заданной конечной влажности высушенного материала, максимальной производительности применяемого оборудования, пожаробезопасного значения температуры отработавшего сушильного агента на выходе из сушилки, низких удельных расходов электрической энергии и природного газа [1].
Таблица - Оптимальные режимные параметры процесса сушки древесных частиц для весенних условий работы барабана
|
Наименование оптимальных режимных параметров
|
Начальная влажность стружки, %
|
||
|
60-70 |
70-80 |
80-90 |
|
|
Температура агента сушки на входе в барабан, oC |
527 |
507 |
509 |
|
Температура топочного газа в топке, oC |
869 |
887 |
902 |
|
Расход сырой стружки, кг/ч
|
30,92 |
28,98 |
30,13 |
|
Расход топлива, м 3/ч
|
280 |
270 |
268 |
|
Расход воздуха на горение топлива, отн.ед. |
0,32 |
0,41 |
0,41 |
|
Расход воздуха на смешивание, отн.ед. |
0,69 |
0,83 |
0,63 |
Таким образом, средние значения технико-экономических показателей по результатам многокритериальной оптимизации таковы: конечная влажность древесных частиц Y1=3,08 %. В сравнении с управлением сушильным барабаном по применяемым производственным режимам удалось уменьшить отклонение конечной влажности стружки в среднем на 0,26 %. Этот безусловно положительный результат оказывает существенное влияние на повышение качественных характеристик и физико-механических свойств выпускаемых древесностружечных плит.
Температура сушильного агента на выходе из барабана при управлении процессом сушки по режимам, полученным в ходе многокритериальной оптимизации, составляет в среднем 116,6 oC, в то время как ее среднее значение по производственным режимам было 119,6 oC. Уменьшение температуры отработанных газов на 3 oC является причиной снижения вероятности возгорания высушенной стружки и как следствие избежания аварийной ситуации, что весьма актуально для действующих производственных предприятий, выпускающих плиты.
Многокритериальная оптимизация технологии сушки древесных частиц для весенних условий позволила увеличить производительность сушильного барабана в среднем более чем на 140 кг/ч. Повышение производительности применяемого оборудования уменьшает вероятность образования ”узкого места” на этом этапе производства плит, снижает удельные расходы энергоносителей.
Удельный расход топлива снизился в среднем с 177 кг/ч до 162 кг/ч, что значительно повышает экономическую эффективность проведения процесса сушки в весенний период. С ростом производительности сушильного оборудования происходит также снижение другого экономического показателя, удельного расхода электроэнергии на тонну сухой стружки в среднем с 66,6 КВт×ч/т по производственным режимам, до 62,4 КВт×ч/т по предлагаемым. В связи с непрерывным ростом цен на энергоносители задача снижения их расходов на единицу выпускаемой продукции, уменьшения себестоимости представляется чрезвычайно важной.
Также были получены адекватные математические зависимости вышеперечисленных параметров для зимних и летних условий проведения процесса сушки древесных частиц в сушилках барабанного типа. Апробация системы управления для этих сезонов в реальных производственных условиях дала положительные результаты, обеспечила повышение технологической эффективности, снижение себестоимости процесса.
1. В.С. Петровский, А.О. Сафонов. Статика процесса сушки древесных частиц в барабанных сушилках. – Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2000.- 114 с.