木材干燥室的设计 林业 严选材料

木材干燥室的设计,伊松林高颖北京林业大学材料科学与技术学院,1,精编内容,主要内容,1木材常规干燥设备1.1常规干燥室1.2干燥室设备2设计任务及依据2.1设计任务2.2设计依据3设计步骤3.1室型的选择及数量的计算3.1.1室型的选择3.1.2室数的计算,2,精编内容,3.2周期式空气干燥室的热力计算3.2.1每小时蒸发水分量的计算3.2.2循环空气量与新鲜空气量的确定3.2.3干燥过程中热消耗量的确定3.2.4加热器散热面积的确定3.2.5干燥车间蒸汽消耗量的确定3.3干燥室的气体动力计算3.3.1干燥室内气体运动阻力的计算3.3.2通风机的选择及所需功率的确定3.4进气道和排气道的计算,3,精编内容,1木材常规干燥设备常规蒸汽干燥是长期以来使用最普遍的一种木材干燥方法。其主要特点是以湿空气作为传热介质，传热方式以对流传热为主。,4,精编内容,叉车式装窑原理图,实景图,5,精编内容,轨道式装窑实景图,6,精编内容,1.1常规干燥室1.1.1顶风型强制循环干燥室,结构特点：顶板将干燥室分为上下两间；每台风机由一台电机带动；进排气口在室顶两列排列。,7,精编内容,1.1.2侧风型强制循环干燥室,结构特点：风机在干燥室的一侧安装；建筑高度低于顶风式干燥室；进排气口在室顶二列式排列。侧风机型干燥室气流循环特点是气流通过风机一次，过材堆两次。,8,精编内容,1.1.3端风型强制循环干燥室,结构特点：轴流风机安装在材堆端部；进、排气口在室顶风机两侧。,能形成“水平横向可逆”的气流循环，若斜壁设计合理，气流循环较均匀，干燥质量较好；,9,精编内容,东莞恒生木业,10,精编内容,东莞恒生木业,11,精编内容,东莞恒生木业,12,精编内容,东莞恒生木业,13,精编内容,东莞恒生木业,14,精编内容,1.2干燥室设备1.2.1动力设备1）轴流风机轴流风机是以与回转面成斜角的叶片转动所产生的压力使气体流动，气体流动的方向和机轴平行。分为可逆转(单材堆)和不可逆转(双材堆)二类。可逆转风机的叶片横断面的形状是对称的，或者叶片形状不对称而相邻叶片在安装时倒转180。,15,精编内容,2）离心通风机,离心通风机是由叶轮与蜗壳等部分组成。叶轮上的叶片与旋转轴平行地安装。当叶轮旋移时，空气便从外壳的侧面吸入，被叶片带动，受离心力的作用而向出风口排出，产生风量和风压，气流流动与机壳成切线方向脱离风机。离心通风机在木材干燥生产上主要用于喷气型干燥室，一般安装在室外的管理间或操作室内。,16,精编内容,1.2.2供热与调湿设备1)加热器的分类加热器可分为：铸铁肋形管、平滑钢管和螺旋翅片这三种，目前新建干燥室，几乎全部采用双金属挤压型复合铝翅片加热器。,17,精编内容,加热器结构及安装实景,18,精编内容,2)加热器散热面积的计算,放热量,加热器的散热面积：,式中：F加热器表面积M2；,Q加热器应放出的热量(kJ/h),t蒸加热器材管道内蒸汽的平均温度(),t空气干燥介质的平均温度(),C后备系数，取为1.11.3,K加热器的传热系数W/m2K,19,精编内容,3)加热器的配备与安装加热器面积的配备，因被干木材的树种、厚度及选用加热器的类型而异。选用光滑管或绕片式散热器时，一般每立方米实际材积需要26m2散热面积；如果采用高温干燥时，散热器的面积要增加一倍。,20,精编内容,4)喷蒸管喷蒸管是一端或两端封闭的管子，管径一般为1.252英寸，管子上钻有直径为23mm的喷孔，孔间距为200300mm。喷蒸管喷射出的蒸汽不应直接射到木材上，否则，将使木材发生开裂或污斑。此外，喷出来的蒸汽方向应与干燥室内介质循环方向一致，在室长度方向上喷汽要均匀。,21,精编内容,5)疏水器疏水器是安装在加热器管道上的必须设备之一，其作用是排除加热器中的冷凝水，阻止蒸汽损失，以提高加热器的传热效率，节省蒸汽。疏水器的类型较多，在木材干燥生产中通常使用热动力式疏水器。疏水器的选用主要根据其进出口的压差PP1-P2及最大排水量而定。,22,精编内容,当蒸汽设备开始使用时，管道中积存有大量的凝结水和冷空气，如按出水常量选用，则管道中积存的凝结水和冷空气不能在短时间内排出，因此，按凝结水常量加大23倍选用。即实际的Q比计算的Q计大23倍。,23,精编内容,含水率测定仪（电阻式）干燥窑用,探头,24,精编内容,控制器,25,精编内容,控制室管路系统,26,精编内容,耐高温导线,电磁阀,电动阀,27,精编内容,砖混结构窑体及建筑,28,精编内容,金属装配式窑体,29,精编内容,砖混结构铝内壁窑,30,精编内容,2设计任务及依据2.1设计任务干燥方式和室型的选择；干燥室数量的计算；热力计算；气体动力计算；进气道和排气道的计算；绘制干燥室的结构图和施工图以及干燥车间（或工段）的布置规划图；解决装堆、卸堆和运输机械化问题；核算干燥成本和确定干燥技术经济指标。,31,精编内容,2.2设计依据被干锯材的树种、规格、材积、初含水率以及所要求的终含水率、用途和干燥质量等级；关于能源（蒸汽、电力等）及燃料的资料；地质及地下水位资料；建室地区一年中最冷月份及平均气象资料；工厂的总体布置，干燥车间的位置，厂内运输线；投资总额。,32,精编内容,3设计步骤3.1室型的选择及数量的计算3.1.1室型的选择3.1.2室数的计算确定一间干燥室的容量根据被干木材的长度确定材堆的尺寸和一间干燥室内的装堆数（m堆）；根据室内总的材堆外形体积(m3)确定一间干燥室内容纳的实际材积E；（m3）,33,精编内容,式中：E干燥室容量（m3）；材堆的容积充实系数，表示材堆的实际材积与材堆外形体积之比。的确定方法一：材堆的容积充实系数按下式计算：（72）式中：材堆长度充实系数；当干燥的材长等于材堆长度时，等于1；在干燥毛料时，取值等于0.9；材堆宽度充实系数；,34,精编内容,其数值取决于木材的加工程度、室内的气流循环特性、堆垛的方法等；整边板毛边板快速可逆循环0.950.81单向循环0.650.56自然循环0.700.60材堆高度充实系数，当板材厚度为Smm、隔条厚度为25mm，材堆在干燥过程中沿高度的干缩率平均为8%时，按下式计算：（73）,35,精编内容,的确定方法二：查出表7-1。表7-1材堆容积充实系数表,36,精编内容,确定干燥室的年周转次数（次年）（74）式中：H干燥室的年周转次数；335干燥室全年工作日数，其余30天为检修日数；Z1装卸木材的时间（昼夜），周期式干燥室取Z1=0.1昼夜；Z木材的干燥时间（昼夜）。,37,精编内容,上式中Z的数值，应是能综合反映干燥室在全年内干燥各种木材的干燥时间的平均值，是一个统计量的平均值，而不是某一具体材种的干燥时间。因此，可以根据全年被干木材的树种、规格和材积，参考干燥时间定额，用干燥时间加权平均数Z平来确定，即（昼夜）（75）Z1，Z2Z3不同树种、厚度木材的干燥时间，可参考表72或表73,38,精编内容,表7-2干燥时间（h）定额表表7-2是北京市光华木材厂经过长期干燥实践确定的干燥时间定额表，可供周期式强制循环蒸汽干燥室计算Z平时的参考。,39,精编内容,干燥室间数的确定为完成全年干燥任务所需要的干燥室数量（m室），按下式计算：（间）（76）,40,精编内容,3.2周期式空气干燥室的热力计算在热力计算开始时要选择被干材中允许最高温操作的干燥基准作为参考，并以该基准中接近基准平均温度的第三阶段（此时木材的含水率为3530%）的干球温度数值t1、相对湿度数值1作为计算有关量值时的参考依据，使计算确定加热设备的能力不至于明显过大或不足。,41,精编内容,为了便于计算，选择了一种适用于干燥基本密度为0.4t/m3、厚度为3cm的松、杉类木材（如苍山冷杉）的干燥基准，列出基准第三阶段的温、湿度数值，分别为t185，162%。利用Id-图知识确定计算参数如下：,42,精编内容,3.2.1每小时蒸发水分量的计算干燥室在一次周转期间从室内材堆蒸发出来的全部水分的数量为：（kg）（77）式中：木材的基本密度（t/m3）。平均每小时由干燥室内蒸发出来的水分量为：（kgh）（78）,43,精编内容,考虑到室内各部分干燥速度不均匀，当干燥缓慢部分达到指定含水率时，整个室内失去的水分大于按上式算出的数量。因之，M平的数值须乘以系数x，才得到计算用的每小时由室内蒸发出来的水分数量，即：（kgh）（79）X的数值与木材的终含水率有关，即W终（）2016151212X1.11.21.3,44,精编内容,3.2.2循环空气量与新鲜空气量的确定以1kg被蒸发水分为准的新鲜空气量g0按下式计算：（kgkg）（710）每小时输送入干燥室内的新鲜空气的体积（V0）为：V0=M计go0（m3/h）（7-11）式中0可取值等于0.87m3/kg。,45,精编内容,每小时由干燥室提出的废气体积V废为：V废=M计go2(m3/h)（7-12）式中2是废气的比容。每小时在干燥室内循环的空气的体积，对于现时的循环干燥室来说，将取决于气流穿过材堆的速度循（可在1.55.0m/s范围内选择），以此来确定循环空气量并配置通风机，因之可按下式计算：V循=3600循F堆1.2(m3/h)（7-13）,46,精编内容,式中：F堆在与气流方向相垂直的平面上，经过材堆的空气通道的有效断面积（m3），按下式确定：F堆=m堆Lh(1高)（式中：m堆干燥室长度方向材堆数；L一个材堆的长度；h材堆的高度）。1.2未通过材堆循环空气量的漏失系数。,47,精编内容,3.2.3干燥过程中热消耗量的确定预热湿木材的热量消耗在计算时应分别两种情况，倘若冬季计算用温度在0以上，预热1m3木材的热消耗量按下式确定：（kJm3）（7-14）,48,精编内容,式中：1.591干木材的比热kJ/kg;4.1868水的比热kJ/（kg）；t平干燥室内的平均温度（）；t冬计冬季计算用温度（），t冬计=0.4t冷平+0.6t最低；t冷平当地一年中最冷月份的平均气温（）；t最低当地最低气温（）。,49,精编内容,倘若冬季计算用气温在零度以下，此时加热湿木材所需要的热量可分为四个部分P228：预热期间平均每小时的热消耗量为：（kJh）（7-17）Z预木材预热需要的时间，可按经验确定，即木材每厚1cm需要1.52h。以1kg被蒸发水分为准的用于预热上的单位热消耗量q预的计算式为：（kJkg）（7-18）,50,精编内容,木材蒸发水分的热消耗量由木材中每蒸发1kg水分所需的热量q蒸按下式确定：（kJkg）（7-19）干燥室内每小时用于蒸发水分的热消耗量为：Q蒸=q蒸M计（kJ/h）（7-20）,51,精编内容,透过干燥室壳体散失到室外空气中的热消耗量：Q壳=1.1F壳k壳（t1t外）c3.6(kJ/h)（7-21）式中：F壳干燥室壳体的表面积（m2）；K壳壳体的传热系数W/（m2）,见表7-4；t外干燥室外的温度，若干燥建造在露天，应按t冬计计算；若建造在厂房内，应取室内最冷月份的平均温度；1.1因壳体的水平方位与主风方向的而异的平均附加热损失的系数；C因干燥室内温度高低而异的系数，高于50时取2.0，低于50取1.5；3.6单位换算系数。,52,精编内容,表7-4壳体各部分的传热系数k壳W/（m2）,53,精编内容,表7-5各种材料的导热系数W/（m）,54,精编内容,采用其它材料作壳体或壳体为多层结构时，k壳的数值应按下式计算：W/（m2）（722）式中：干燥介质对壳体内表面的放热系数W/（m2），热湿气体介质为11.63；常压过热蒸汽介质为13.956；壳体外表面的放热系数W/(m2)，干燥室建在露天时为23.26；在厂房内时为11.63。壳体结构各层的厚度（m）；各层材料的导热系数W/(m)，参考表7-5。,55,精编内容,干燥室壳体的传热k壳应当控制在干燥时窑内表面不会发生水汽凝结现象的范围内。因此，计算的k壳数值要符合下式的检验：W/(m)（723）式中：t露干燥介质状态为t1，1时的露点温度。,56,精编内容,若采用固定结构的天棚：810cm厚的钢筋混凝土板，23层油毛毡和0.51cm厚的水泥表层，这种固定构件的传热系数约等于4.303W/(m2)，天棚中应铺设绝热层的厚度绝按下式计算：(m)（724）式中：绝绝热层的导热系数；0.232天棚固定构件传热系数的倒数。,57,精编内容,在计算壳体墙壁热损失时，若几间干燥室是并排连接建造的，由于内隔墙是两室共用的，热损失少，可以不计算，只计算端头干燥室的外侧墙的热损失。若干燥室建于露天，须附加10%的热损失，即应按Q壳1.1取值。以1kg被蒸发水分为准的通过壳体热损失的单位热消耗量：（kJkg）（725）,58,精编内容,干燥过程中总的单位热消耗量q干按下式计算：(kJ/kg)（7-26）式中:C1为加热壳体和运输料车的热消耗，以及中间喷蒸的热消耗的系数，等于1.21.3。,59,精编内容,3.2.4加热器散热面积的确定每小时应由加热器供给的热消耗量Q加按下式计算：（kJ/h）(7-27)式中C1取为1.2。干燥室内应具有的加热器的散热表面积F散为：(7-28),60,精编内容,式中：C2考虑到加热不均匀和管子阻塞的后备系数，取其等于1.11.3；t汽加热器内饱和蒸汽的温度，因蒸汽压力而异，干燥的工作表压力一般为0.30.5MPa；K加热管的传热系数，依回执器的类型而异。按第五章中介绍的各类加热器的资料确定。各类加热器的K值与气流通过加热器表面的速度有关，将随气流速度的增加而加大。,61,精编内容,本次设计要求采用目前市场上最为广泛使用的双金属复合铝翅片加热器，对于螺旋片式加热器，其传热系数k及对气流的阻力h不仅与散热器的型号有关，而且与气流的重量流速（干燥介质的比重与流速的乘积）有关。散热面积：1.321.5m2/m,62,精编内容,当翅片管的间距为100mm时，可借鉴SXLA（B）盘管的实验数据。SXLA（B）系列盘管，是以蒸气（冷热水）为介质加热或冷却空气的换热装置，可以成为集中和局部空调的组成部分，广泛应用于化工、食品、建筑等行业中。该产品具有良好的换热性能。A型有单排双排管，B型有双排、四排管、五种宽度、九种长度共三十种规格可供选用，可根据要求任意串、并联组合使用。,63,精编内容,A型盘管热媒为蒸气时，在各迎风面不同空气重量流速下的传热系数(W/m2K),64,精编内容,3.2.5干燥车间蒸汽消耗量的确定确定一间干燥室和干燥车间每小时蒸汽消耗量的主要目的在于考虑锅炉的负荷，并选用合适的蒸汽管和冷凝水管的管径。其次是计算以1m3木材为准的蒸汽消耗量，以便核算干燥成本。预热期间干燥室内每小时的蒸汽消耗量(kgh)（7-32）式中：C1未经计算的热损失系数，约为1.2；I汽，I凝蒸汽和凝结水的热含量，当管中的蒸汽为0.5MPa，表压力时，I汽I凝2093kJ/kg；0.3MPa表压力时为2135kJ/kg。,65,精编内容,干燥期间室内每小时的蒸汽消耗量D干室按下式计算：（kgh）（7-33）全干燥车间每小时的蒸汽消耗量D车间按下式计算：（kg/h）（7-34）式中：m预与m干分别是进行预热和干燥的室的间数。,66,精编内容,干燥1m3木材的平均蒸汽消耗量D干m3按下式确定：（kg/m3）（7-35）蒸汽主管的直径与通向加热器的蒸汽管的直径d必须不低于按下式算出的数值：（m）（7-36）式中：D最大每小时通过管子的最大蒸汽量（kg/h）；p汽蒸汽的密度；汽蒸汽在管内的流动速度，取其约等于25m/s。,67,精编内容,凝结水输送管的直径d按下式确定：（m）（7-37）式中：p水热水的密度，采取约等于960kg/m3；水凝结水在管内的流动速度，约为0.51m/s。疏水器的选用与配置，根据第五章中有关部分资料确定。,68,精编内容,3.3干燥室的气体动力计算干燥室气体动力计算的主要目的是：选择通风机的类型和风机号；确定通风机的转数和功率。3.3.1干燥室内气体运动阻力的计算为了便于计算气流的阻力，应当编构干燥室内介质循环的流程图，并注明各区段的号码划分计算段，如图7-2所示。,69,精编内容,70,精编内容,加热装置加热器的阻力（h1）一般用局部阻力系数和气流速度来估计，对于螺旋片式加热器，其传热系数k及对气流的阻力h不仅与散热器的型号有关，而且与气流的重量流速（干燥介质的比重与流速的乘积）有关。本次设计要求采用目前市场上最为广泛使用的双金属复合铝翅片加热器，当翅片管的间距为100mm时，可借鉴SXLA（B）盘管的实验数据。,71,精编内容,在各迎风面不同空气重量流速下（Vr）的空气流通阻力（Pa）,72,精编内容,转向挡板和通风机的机壳气流通过这部分区段所产生的局部阻力h按下式确定：（Pa）(7-47)通风机串装在纵轴上时，值可采取等于.5；通风机装在横轴上时，值可采取等于.8；轴上只装一台通风机时，2为0.5。按下式计算：(m/s)(748)式中：D通风机叶轮的直径(m)；n室内通风机的台数。,73,精编内容,断面固定的直线气道直线气道主要是指材堆与墙壁之间、材堆上方与天棚之间的气体通道。直线气道对气流的阻力h按下式确定：(Pa)(749)式中：摩为摩擦系数。在干燥室内的摩擦阻力在总的压头数值中是比较小的，摩数值如下：金属气道0.016粗糙的气道0.03平整的砖气道0.04,74,精编