Режимы сушки древесины

Процесс сушки начинается после загрузки пиломатериалов в су- шильную камеру.

Он включает в себя следующие технологические операции:

– начальный прогрев древесины,

– контроль за режимом сушки и влажностью древесины,

– влаго- и термообработку,

– кондиционирование и

– охлаждение.

В режимах сушки пиломатериалов изменение температуры и влаж- ности воздуха могут координироваться по следующим параметрам: во времени от начала сушки с составлением заранее расписания темпе- ратуры и относительной влажности на весь процесс; по влажности

материала, уменьшающейся в процессе сушки; в соответствии с ха- рактером и величиной возникающих в высушиваемом материале на- пряжений.

В наше время, с развитием систем автоматики, сушка по времени потеряла свою целесообразность, так как обеспечивает существенно ниже качество, чем процесс сушки, основанный на фактической влаж- ности древесины в штабеле.

Сушка же по возникающим в древесине напряжениям затруднена в настоящее время из-за отсутствия датчиков для их измерения.

В сушильных камерах периодического действия первой технологи- ческой операцией после загрузки штабеля является прогрев. В период нагрева в камеру подают воду через систему увлажнения при включен- ных калориферах, работающих вентиляторах и закрытых приточно- вытяжных трубах.

Для того чтобы влага не конденсировалась на холодном оборудова- нии и ограждениях сушильной камеры, перед загрузкой пиломатериа- лов лесосушилку необходимо прогреть сухим воздухом. Чем суше вну- тренние поверхности ограждений, тем меньше будет потерь тепла при работе камеры.

В период нагрева штабеля влажность пиломатериалов в нем не должна повыситься более чем на 1 – 2%.

Испарение влаги из материала должно начаться только после полно- го его прогрева по всей толщине.

В зависимости от породы древесины температуру воздуха в период начального прогревания принимают на 5 – 15 °С выше, чем температу- ра первой ступени сушки. Скорость начального нагрева древесины за час не должна превышать 4 – 5 °С для лиственницы и лиственных пород (береза, ольха, дуб, бук, ясень) или 8 – 10 °С для хвойных пород (сосна, ель, пихта, кедр).

Относительную влажность сушильного агента при нагреве устанав- ливают 100% – при начальной влажности пиломатериалов более 30% или 95 – 98% – при влажности пиломатериалов менее 30%. Холодный материал (зимой) прогревают более сухим воздухом относительной влажностью 86 – 90%. Для тонких пиломатериалов мягких пород, не требующих качественной сушки, вышеуказанные условия прогрева можно не соблюдать.

Продолжительность нагрева рассчитывается по формуле, или он считается завершенным при достижении центральными слоями пи- ломатериала температуры на 3 °С меньше, чем температура прогрева. Ориентировочно для соснового пиломатериала толщиной 35 – 50 мм

длительность прогрева 1 – 1,5 ч летом и 1,5 – 2 ч зимой на каждый санти- метр толщины материала. Для пиломатериалов мягких пород продолжи- тельность прогрева равна примерно 6% расчетной продолжительности сушки, а для твердых – 1,5 – 2%. Начало прогрева считается с момента, когда температура в камере достигнет требуемой температуры древеси- ны в конце прогрева.

В фазе нагрева и при переходе к первой ступени процесса важно не допустить даже кратковременного понижения температуры во влажном пиломатериале, так как это может привести к возникновению поверх- ностных трещин в данный период сушки.

При сушке тонких, низкокачественных пиломатериалов и пилома- териалов мягких пород, менее подверженных растрескиванию, приме- няются повышенные температуры и пониженная относительная влаж- ность сушильного агента.

При сушке пиломатериалов на экспорт, где не допускается вы- плавление смолы, выпадение сучков и изменение натурального цве- та, применяют низкотемпературные режимы сушки с температурой до 60 °С.

По мере снижения влажности высушиваемой древесины повыша- ется температура и уменьшается относительная влажность сушильного агента. Режимы сушки назначают в зависимости от породы высушивае- мой древесины, их влажности, толщины, категории и типа лесосушиль- ной камеры.

Режимы камерной сушки по числу ступеней повышения температу- ры могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми и многоступен- чатыми. Число ступеней зависит от толщины, породы пиломатериала, а также от продолжительности процесса сушки. Например, для материала с продолжительностью сушки 2 – 4 сут. достаточно 2-х ступеней, при продолжительности 25 сут. необходимо 5 – 6 ступеней, а для толстых ду- бовых или буковых пиломатериалов с продолжительностью сушки 50 сут. потребуется 7 – 8 ступеней.

Кроме того, добавляется одна, начальная, ступень (для предотвра- щения торцевого растрескивания крупных свежеторцованных сорти- ментов), которая составляет до 10% от времени продолжительности всего процесса сушки. Таким же способом, но в течение 20 – 30% от времени продолжительности сушки, уменьшают растрескивание серд- цевинных досок.

Для древесины хвойных пород обычно ограничиваются тремя сту- пенями сушки. При сушке до транспортной влажности не используют третью ступень сушки.

Время перехода со ступени на ступень определяют по фактической влажности древесины. Влажность, при которой происходит переход со ступени на ступень, называют переходной влажностью. Например, для хвойных пород установлена переходная влажность 35 и 25%, а для ли- ственных – 30 и 20%. Процесс сушки прекращают при достижении дре- весиной заданной средней влажности.

Режимы сушки рассчитаны с учетом возникновения и развития вну- тренних напряжений в материалах. Основная задача – удаление влаги из древесины в максимально короткое время без нарушения целостности древесины и дефектов.

Режимом сушки называют расписание температуры сушильного агента в зависимости от влажности древесины в камере. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству древесины, пиломатериалы высушивают по режимам для низкотемпературного или высокотемпера- турного процесса.

Рациональным считается режим, применение которого обеспечива- ет наименьшую продолжительность процесса сушки и его экономич- ность при сохранении целостности сортиментов, заданной прочности и других естественных свойств древесины.

Интенсивность испарения влаги при сушке в среде заданного со- стояния характеризуется жесткостью режима. Жесткость режима воз- растает с уменьшением равновесной влажности. При одинаковой сте- пени насыщенности сушильного агента более жестким будет режим с повышенной температурой, а при одинаковой температуре – режим с меньшей степенью насыщенности. Воздух одного и того же состояния создает более жесткие условия сушки (с возможностью даже растрески- вания древесины) для толстого, более твердого, более влажного пилома- териала и с большей продолжительностью сушки.

В России основным руководством по проведению сушки древесины являются РТМ – «Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины» (ЦНИИМОД, г. Архангельск), ГОСТ 19773 и ГОСТ 18867.

В зависимости от породы и размеров пиломатериалов, а также тре- бований, предъявляемых к их качеству сушки, древесина может высу- шиваться режимами различных категорий по температурному уровню.

Существует несколько видов режимов сушки: мягкие, нормальные, форсированные и высокотемпературные.

Мягкие режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку пилома- териалов при полном сохранении естественных физико-механических свойств древесины, прочности, цвета и состояния в ней смолы. Эти ре-

жимы рекомендуются для сушки до транспортной влажности экспорт- ных пиломатериалов, в которых не допускается выплавление смолы, выпадение сучков и изменение натурального цвета (потемнение древе- сины хвойных пород или пожелтение буковой и березовой древесины от нагревания). Например, для хвойных пород толщиной 32 – 60 мм макси- мальная температура при мягком режиме сушки – 75 °С.

Нормальные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов при полном сохранении прочностных показателей дре- весины с незначительными изменениями ее цвета. Данные режимы ре- комендуются при сушке древесины для собственного потребления до любой влажности. Для хвойных пород толщиной 50 – 60 мм максималь- ная температура при нормальном режиме сушки – 96 °С.

Форсированные режимы сушки обеспечивают бездефектную сушку пиломатериалов при сохранении прочности на статический изгиб, рас- тяжение и сжатие, но при снижении прочности на скалывание и рас- калывание до 20% с потемнением древесины. Такие режимы рекомен- дуются при сушке до эксплуатационной влажности пиломатериалов, предназначены для изделий, работающих с большим запасом прочности (штучный паркет, оконные и дверные блоки и др.). Для хвойных пород толщиной 50 – 60 мм максимальная температура при форсированном ре- жиме сушки – 110 °С.

Высокотемпературные режимы сушки древесины. При использо- вании режимов высокотемпературного процесса агентом сушки слу- жит перегретый пар при атмосферном давлении с температурой выше 100°С. Высокотемпературные режимы сушки обеспечивают бездефект- ную сушку пиломатериалов и при незначительном уменьшении прочно- сти на статический изгиб, растяжение и сжатие, при заметном снижении прочности до 35% на скалывание и раскалывание с потемнением древе- сины. В этих режимах рекомендуется сушка до эксплуатационной влаж- ности пиломатериалов целевого назначения для изделий, работающих с большим запасом прочности.

Для пиломатериалов и заготовок, высушиваемых по I и II категори- ям качества, конечная влаго- и теплообработка обязательна.

Заготовки, подлежащие ребровой распиловке, высушиваемые по III категории качества, также подвергают конечной влаго- и теплообработке. Лесосушильная техника постоянно совершенствуется в сторону по- вышения качества сушки пиломатериалов и снижения ее себестоимо- сти. Поэтому появляются новые технологии и особые режимы сушки древесины, например, режимы с прерывистой циркуляцией воздуха и с изменением скорости потока. Наблюдается увеличение значения ав-

томатики сушильных камер в процессе сушки и уменьшается участие в нем операторов.

Режимы сушки с прерывистой циркуляцией воздуха. Особенности режимов с прерывистой циркуляцией заключаются в периодическом прекращении побудительного движения воздуха по пиломатериалу и в поддержании повышенной его температуры и скорости во время цирку- ляции (по сравнению с обычными режимами).

При этом используется тепловая инерционность древесины при кратковременных изменениях состояния среды. Среднее гигротермиче- ское воздействие на материал должно быть таким же, как и без пере- рыва.

Использование прерывистой циркуляции воздуха для трудносохну- щих сортиментов снижает почти в 2 раза расход электроэнергии вслед- ствие периодического выключения вентиляторов; улучшает качество (равномерность по влажности) высушенной древесины по объему шта- беля; сокращает длительность процесса сушки.

Во время перерыва циркуляции воздуха и прекращения подвода теп- ла внутрь штабеля приостанавливается испарение влаги с поверхности пиломатериала, но продолжается ее движение к поверхности (вырав- нивание влажности по толщине) и снижение в нем напряжений. Затем наступает фаза интенсивной циркуляции воздуха с достижением равно- мерного просыхания древесины по всему объему штабеля. В режиме учитывается длительность цикла и паузы.

Длительность цикла зависит от породы древесины и стадии сушки: для твердых пород и в начале процесса циклы короче, чем для мягких и во второй стадии. Для упрощения регулирования длительность цикла можно принять в отдельном процессе постоянной.

С применением режимов сушки с прерывистой циркуляцией даже мощные по подаче воздуха сушильные камеры будут эффективны как для быстросохнущих материалов при непрерывной работе вентилято- ров (например, сосна толщиной до 30 мм), так и для трудно высушивае- мых сортиментов (например, дуб толщиной более 30 мм, сосна более 60 мм) с большой продолжительностью процесса сушки при прерыви- стой с уменьшенной подачей воздуха.

Применение значительно более сухого воздуха при сушке древе- сины в режиме с прерывистой циркуляцией способствует замедлению коррозии металлов в системе лесосушильной установки, в том числе железной арматуры в плитах перекрытия камер.

Использование прерывистой циркуляции позволяет индивидуально подобрать наиболее рациональный режим для сушки любого сортимен-

та. При этом сушка ускоряется за счет устранения зоны недосушки пи- ломатериала в штабелях и выравнивания температур в пиломатериале, а также увеличения числа ступеней режима (с плавным его регулирова- нием и своевременным переходом на новую ступень). Повышается ка- чество просыхания древесины по объему штабеля и снижается расход электричества.

Режимы сушки с плавным повышением температур, т.е. с большим количеством ступеней, позволяют подобрать наиболее оптимальные па- раметры сушильного агента для каждой фактической влажности древе- сины. Это позволяет без увеличения трудоемкости и без привлечения вы- сококвалифицированных операторов избегать появления видимых дефек- тов древесины за счет применения рациональных режимов, соблюдение которых контролирует автоматика сушильной камеры.

Особые режимы камерной сушки древесины. Изменение скорости циркуляции воздуха. C увеличением скорости воздуха через штабель интенсивность сушки древесины возрастает. С понижением влажности поверхности пиломатериала влияние скорости воздуха на интенсив- ность сушки падает. Однако этот параметр оказывает решающее воз- действие на равномерность просыхания материала по объему штабеля, влияя на качество сушки всей партии древесины.

Чем тоньше материал, короче нормативная продолжительность, чем длиннее путь воздуха по материалу, чем больше его влажность, чем выше требования к качеству, тем больше должна быть скорость воздуха в штабеле материала.

Влияние скорости циркуляции на стадию сушки. Желательно уве- личивать скорость воздуха в начале и снижать в конце процесса сушки пиломатериалов – лучше даже, если поток воздуха будет более преры- вистым. В начале процесса интенсивность сушки трудносохнущих со- ртиментов желательно уменьшить.

Желательно отдавать предпочтения сушильным камерам с большей скоростью циркуляции воздуха, поскольку у них выше производитель- ность. В сушильных камерах с невысокой скоростью циркуляции при ширине штабеля более 1 м необходимо применять реверсирование по- тока.

Реверсивная циркуляция воздуха. Теория сушки древесины, РТМ и опыт эксплуатации сушильных камер показывают, что применение ре- версивного обдува штабеля позволяет: сократить время сушки древеси- ны на 10%; снизить энергопотребление сушильной камеры на 10%; по- лучать пиломатериалы с наиболее равномерной влажностью по ширине штабеля.

В нереверсивной камере сушильный агент, проходя через первую часть штабеля, насыщается влагой и теряет температуру. Поскольку у агента сушки существует предел насыщения, то он уже не может во- брать в себя столько же влаги с оставшейся части штабеля. В итоге левая и правая части штабеля в нереверсивных камерах с поперечным обду- вом имеют разную влажность.

Максимальная эффективность от использования реверса достигает- ся при изменении направления движения воздуха на противоположное в сушильной установке не реже одного раза в час. Существенную помощь в достижении максимального эффекта от переключения потоков может оказать система автоматического реверсирования. Она позволяет полно- стью исключить влияние человеческого фактора – привлечение труда квалифицированного и высокооплачиваемого персонала, халатность, отсутствие на рабочем месте и т.д.

Реверсирование потока позволяет в определенных конструкциях сушильных камер экономить электроэнергию за счет установки менее мощных электродвигателей, использовать менее дорогие вентилятор- ные установки, сохраняя высокое качество сушки. Скорость сушильно- го агента и его реверсивность по материалу – показатель технического уровня и совершенства сушильной установки.

Одним из условий высокого качества сушки является правильная укладка материала в штабеля, что значительно снижает процент брака от коробления, улучшает равномерность просыхания материала. При форми- ровании сушильных штабелей число прокладок устанавливается в зависи- мости от породы древесины, толщины пиломатериалов и длины штабеля.

Прокладки по высоте располагают друг против друга, крайние укладывают заподлицо с торцами заготовок или пиломатериалов. Необрезные доски укладывают концами в разные стороны.

Узкие, а также короткие доски помещают в середину, широкие и длинные – по краям штабеля. Стыкуемые заготовки укладывают не менее чем на двух прокладках. Форма поперечного сечения штабелей должна быть прямоугольной, торцы досок выровнены по вертикали.

Размеры межрядных прокладок 25401800 мм, отклонения по тол- щине не должны превышать 1 мм. В качестве прокладок допустимо ис- пользование самих заготовок, если их сечение не превышает 3270 мм.

После конечной обработки пиломатериалы выдерживают в камере в течение 2 – 3 часов при относительной влажности последней ступени режима сушки, затем прекращают подачу горячей воды в калориферы и охлаждают древесину до 30 – 40°С сначала при открытых приточно- вытяжных каналах, потом при полуоткрытых дверях.

Время охлаждения составляет примерно 1 – 2 ч на каждый санти- метр толщины материала.

Для устранения упругих деформаций, выравнивания влажности древесины по объему штабеля и толщине пиломатериалов проводят кон- диционирующую обработку (выдержку в нагретом состоянии). С этой целью в сушильной камере с помощью калориферов и систем увлажне- ния поддерживают такое состояние среды, при котором недосушенные сортименты подсыхают, а пересушенные увлажняются.

При сушке низкотемпературными режимами температура во время кондиционирования поддерживается на уровне, соответствующем по- следней ступени режима сушки (но не выше 100 °С), а степень насы- щенности (определяется по диаграмме равновесной влажности) должна соответствовать средней заданной конечной влажности, увеличенной на 1%. Например, при сушке в мягком режиме до конечной влажности пиломатериалов сосны толщиной 50 мм – 8% относительная влажность должна быть 64%.

Продолжительность кондиционирующей обработки зависит от ряда факторов и назначается в соответствии с категорией качества сушки, а также особенностями камеры и материала. Общая продолжительность кондиционирования горячей водой будет меньше, чем паром.

Кондиционирование не проводят для тонких сортиментов мягких по- род древесины. Для пиломатериалов I категории качества кондициони- рующая обработка обязательна. Ее продолжительность ориентировочно равна половине продолжительности конечной влаго- и теплообработки.

Для пиломатериалов II и III категории качества кондиционирующую обработку назначают по мере необходимости в соответствии с результа- тами контроля равномерности, конечной влажности.

Управление сушильной камерой заключается в поддержании задан- ной по режиму температуры, степени насыщенности сушильного агента и своевременном изменении этих параметров в зависимости от текущей влажности пиломатериалов. В сушильных камерах периодического дей- ствия контроль за режимом сушки и его регулирование ведут по состоя- нию сушильного агента, поступающего в штабель.

При использовании автоматики управление системами нагрева, увлажнения и воздухообмена обеспечивают электроприводы на протя- жении всего процесса сушки без участия оператора. Автоматика гаран- тирует соблюдение необходимых режимов сушки круглосуточно.

Параметры сушильного агента регулируют вручную вентилями си- стемы нагрева, увлажнения и заслонками системы воздухообмена. При отсутствии дистанционного влагомера древесины оператору необходи-

мо периодически открывать лесосушилку для замера текущей влажно- сти пиломатериалов. Это нарушает процесс сушки, а в холодное время года может привести к возникновению брака из-за резкого охлаждения пиломатериалов в момент открытия дверей.

Температуру сушильного агента в камерах с водяным теплоносите- лем регулируют открытием вентиля системы нагрева. В аэродинамиче- ских сушильных камерах температура регулируется степенью открытия жалюзи. Погрешность поддержания температуры не должна превышать

+2 – 3 °С от заданной режимом.

Для поддержания необходимой степени насыщенности агента суш- ки внутри сушильной камеры используются системы воздухообмена и увлажнения. Воздухообмен должен осуществляться только для удале- ния из сушильной камеры избытка влаги.

Для повышения степени насыщенности сушильного агента закры- вают приточно-вытяжные каналы системы воздухообмена. При недо- статочной степени насыщенности в камеру подается вода через систему увлажнения. Категорически запрещается включать систему увлажнения при открытых приточно-вытяжных каналах. Для уменьшения степени насыщенности открывают приточно-вытяжные каналы при выключен- ной системе увлажнения.

Допускаются отклонения фактического значения относительной влажности от режимного значения:

– при сушке тонких пиломатериалов хвойных и мягколиственных пород (25 – 50 мм) в пределах +5 – 8%;

– при сушке толстых (более 50 мм) пиломатериалов хвойных и мяг- колиственных пород в диапазоне +2 – 4%;

– при сушке тонких (25 – 50 мм) пиломатериалов твердых листвен- ных пород в диапазоне +4 – 6%;

– при сушке толстых (более 50 мм) пиломатериалов твердых ли- ственных пород до +2%.

В камерах периодического действия, оснащенных регулируемым электроприводом вентиляторов, частота вращения вентиляторов уста- навливается в зависимости от характеристики высушиваемых пило- материалов и исходя из опыта эксплуатации этих камер в конкретных условиях.

Например, во время сушки древесины мягких хвойных пород сле- дует применять максимальную скорость сушильного агента на стадии прогрева и на первой ступени сушки; на второй ступени сушки – сред- нюю скорость, а на третьей – минимальную.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: