Технологии и оборудование для сушки шпона

Для производства качественной фанеры шпон должен быть высушен до определенной конечной влажности – от 6 до 12%, в зависимости от вида фанеры и применяемых клеевых материалов. Продолжительность и качество сушки лущеного шпона существенно зависят от начальной влажности и ее распределения как по площади листа, так и по объему всей партии. Для того чтобы обеспечить равномерное просыхание, сырой шпон следует сортировать не только по породам, но и по величине начальной влажности. Как правило, максимальную начальную влажность имеет фанерное сырье, доставляемое на предприятие сплавом. Получаемый из такой древесины шпон лучше сушить отдельно от шпона, который производится из кряжей и чураков, перевозимых наземным транспортом. Березовый шпон с ложным ядром, которое по сравнению со здоровой древесиной имеет пониженную проницаемость, целесообразно выделять в отдельную партию. Также следует сушить раздельно сосновый шпон, получаемый из ядровой и заболонной частей чураков. Это связано с тем, что в среднем влажность ядра составляет 30–40%, а влажность заболони достигает 100–120% и даже более.

На практике влажность шпона определяют весовым способом или с помощью влагомера. Для получения достоверных результатов при использовании весового способа образцы шпона с начальной массой не менее 8–10 г следует взвешивать на весах с погрешностью до 0,01 г. При определении влажности шпона с помощью электровлагомеров надо обращать внимание на условия, при которых в соответствие с техническими характеристиками прибора обеспечивается удовлетворительная точность измерений.

Технология и оборудование для сушки шпона существенно отличаются от тех, которые используются для сушки пиломатериалов. Вследствие малой толщины относительная площадь поверхности листов шпона, с которой в процессе сушки происходит испарение воды, гораздо больше, чем у пиломатериалов. Благодаря этому продолжительность сушки шпона измеряется минутами, что во много раз меньше, чем время сушки пиломатериалов. Шпон может быть качественно высушен даже при использовании жестких высокотемпературных режимов, несмотря на возникающие в процессе сушки большие перепады влажности по его толщине. Листы шпона должны сушиться так, чтобы одновременно обеспечивалась их плоскостность и свободная усушка.

В отличие от пиломатериалов, во время сушки которых ее скорость постоянно снижается, кривая сушки шпона, выражающая зависимость влажности древесины от времени, имеет начальный период, в течение которого скорость сушки остается постоянной. В этот период из шпона активно удаляется свободная влага, находящаяся в полостях древесных клеток. Сушилка в это время расходует максимальное количество тепловой энергии. После снижения влажности примерно до 30% (приблизительное значение предела насыщения клеточных стенок) из шпона начинает удаляться связанная влага, находящаяся в микрокапиллярах клеточных стенок и межклеточного пространства. На этом этапе процесса, называемом «периодом падающей скорости сушки», интенсивность удаления влаги из шпона постепенно снижается, достигая минимального уровня к концу сушильного цикла. Одновременно с удалением связанной воды происходит усушка листов шпона в поперечном по отношению к волокнам направлении.

В процессе сушки температура по толщине даже тонкого шпона распределяется неравномерно. За счет интенсивного теплообмена температура на поверхности шпона выше, чем внутри. Она выравнивается лишь в конце сушки, когда шпон достигает низкой конечной влажности. Распределение влажности по толщине шпона в ходе сушки также остается неравномерным вплоть до ее окончания, при этом влажность на поверхности всегда ниже, чем внутри шпона. Наличие перепада влажности способствует перемещению влаги из внутренних слоев к поверхности.

В зависимости от способа подвода тепла к высушиваемому материалу, сушилки для шпона делятся на три группы: кондуктивные (контактные), комбинированные кондуктивно-конвективные и конвективные. В кондуктивных сушилках нагревание шпона происходит благодаря плотному контакту с нагревающими плитами, температура которых достигает 120–180°С. Этот способ нагревания реализуется в сушилках, которые принято называть «дыхательными прессами». В них листы шпона помещают между нагревающими плитами, которые в процессе сушки периодически смыкаются и размыкаются. Плиты пресса, количество которых может достигать 32 шт., обогреваются паром, проходящим через систему внутренних каналов. На стадии смыкания плит шпон интенсивно нагревается и сохнет, а на стадии размыкания плит испарение воды с поверхности листов продолжается и одновременно происходит свободная усушка шпона, предупреждая тем самым его растрескивание в зажатом состоянии на стадии смыкания плит. Дыхательные прессы просты в эксплуатации, имеют сравнительно небольшие размеры, а контактный теплообмен является наиболее эффективным. Однако они распространены значительно меньше, чем сушилки других типов. Основными недостатками дыхательных прессов являются низкое качество сушки шпона и тяжелые условия работы обслуживающего персонала. В настоящее время дыхательные прессы используются сравнительно редко и лишь для сушки тонкого шпона. В конвективных сушилках тепловая энергия передается от сушильного агента шпону за счет вынужденной конвекции. Внутри таких сушилок шпон, перемещающийся с помощью состоящего из двух бесконечных проволочных сеток ленточного конвейера, нагревается только конвекцией от циркулирующего сушильного агента.

Комбинированный способ сушки представляет собой сочетание кондуктивного и конвективного способов. Он реализован в наиболее распространенных в России роликовых сушилках. В них листы шпона с помощью парных вращающихся навстречу друг другу роликов перемещаются от загрузочного конца сушилки к ее разгрузочному концу в потоке горячего сушильного агента. В таких сушилках шпон нагревается благодаря конвективному теплообмену в движущемся сушильном агенте и тепловому контакту с роликами.

На большинстве российских фанерных заводов для сушки лущеного шпона используются роликовые сушилки различных конструкций. Такое оборудование производятся в России, Финляндии, Германии, Швеции, Китае, Чехии, США и Бразилии. Классическая роликовая сушилка представляет собой установку с многократной циркуляцией сушильного агента. В зависимости от производительности она может иметь от 3 до 8 расположенных друг над другом роликовый конвейеров (этажей), по которым параллельно перемещаются листы шпона. Расстояние между осями смежных роликов составляет 145–200 мм. Минимальное расстояние между роликами устанавливают при сушке тонкого шпона. Толстый шпон имеет большую жесткость, и при его сушке расстояние между роликами может быть увеличено.

В зависимости от рода сушильного агента различают воздушные и газовые роликовые сушилки. Также роликовые сушилки классифицируются по характеру циркуляции сушильного агента. Выпускаются сушилки с продольной и поперечной циркуляцией сушильного агента, а также с сопловым дутьем. При продольной циркуляции сушильный агент движется вдоль сушилки параллельно листам шпона. Скорость его движения непосредственно над поверхностью шпона, а следовательно, и интенсивность теплообмена невелика, из-за поперечного расположения роликов. В сушилках с поперечной циркуляцией сушильный агент движется вдоль роликов непосредственно над листами шпона с существенно большей скоростью, чем при продольной циркуляции. Благодаря этому интенсивность тепломассообмена между шпоном и сушильным агентом увеличивается на 15–30%. В сушилках с сопловым дутьем потоки сушильного агента, движущиеся со скоростью до 15 м/сек, направляются на листы шпона с двух сторон перпендикулярно их плоскости. За счет высокой скорости движения сушильного агента разрушается пограничный слой и интенсивность сушки, по сравнению с сушилками с поперечной циркуляции, удваивается.

На многих фанерных заводах длительное время эксплуатируются сушилки с продольной циркуляцией российского производства СУР-3, а также финские Värtsilä, Raute, немецкие Siempelkamp и чешские сушилки RS-45. Сушилка СУР-3 состоит из восьми одинаковых по конструкции секций, из которых две последние секции используются для охлаждения высушенного шпона. В сушильное пространство воздух нагнетается двумя спаренными радиальными вентиляторами, приводимыми во вращение одним электродвигателем. Воздух нагревается двумя основными пластинчатыми калориферами и дополнительными гладкотрубными паровыми калориферами, установленными между этажами. Рабочая температура на сыром конце СУР-3 равна 105°С, а на сухом – 115°С. Зарубежные сушилки с продольной циркуляцией имеют схожие конструкции и отличаются от СУР-3 размерами, а также количеством вентиляторов и калориферов. Сушилка RS-45 работает при таких же температурах, как и СУР-3. В финских и немецких сушилках температура выше на 15–25 °С.

Пятиэтажные сушилки с поперечной циркуляцией сушильного агента и паровым обогревом СУР-4, СУР-5, СУР-6 и СУР-9 имеют схожие конструкции, но отличаются друг от друга длиной, а также характеристиками теплового и циркуляционного оборудования. Также поперечная циркуляция сушильного агента используется в немецких установках Hildebrandt и «Шильде». В каждой из восьми секций сушки СУР-4 установлено по одному осевому вентилятору. Еще два вентилятора обслуживают девятую секцию – камеру охлаждения. Благодаря удачному размещению паровых ребристых калориферов в непосредственной близости от роликов и движущегося шпона удалось усилить нагрев роликов, а также шпона за счет радиации. Применение поперечной циркуляции в этих сушилках позволило существенно улучшить теплообмен между сушильным агентом и шпоном. Это дало возможность увеличить их тепловую мощность и, как следствие, производительность, а также снизить расход пара на сушку 1 м3 шпона. Наиболее интенсивный теплообмен при сушке шпона обеспечивается в сушилках с сопловым дутьем. В пятиэтажных сушилках СУР-8 тепло шпону поступает не только от паровых калориферов, но и от труб, находящихся в сопловых коробах. Благодаря специальной конструкции коробов обеспечивается равномерный обдув листов шпона сушильным агентом. Аналогичные конструкции, но другие габариты имеют финские сушилки: трехэтажная типа VMS и четырехэтажная типа VTS. Циркуляция сушильного агента в них вертикально-поперечная.

Применение в качестве сушильного агента топочных газов, получаемых при сжигании древесных отходов, природного газа или мазута, позволяет существенно снизить затраты на тепловую энергию, используемую для обогрева сушилок, а также упростить их конструкцию. Газовые сушилки достаточно производительны, поскольку температура в их первых секциях поддерживается на уровне 260–270°С. Регулирование температуры сушильного агента осуществляется путем смешения горячих топочных газов со свежим воздухом в необходимой пропорции. Аэродинамическая схема таких сушилок проектируется так, чтобы внутри создавалось небольшое разряжение, благодаря которому топочные газы не попадают в окружающий воздух. Российские сушилки с продольной циркуляцией СРГ-25, СРГ-25М, СРГ-50, СРГ-50-2 имеют по восемь этажей, но отличаются габаритами. В газовой сопловой сушилке СРС-Г количество этажей снижено до пяти, поскольку сопловые короба занимают достаточно много места между роликами. Современные газовые сушилки оснащаются системами аварийной сигнализации и паровыми системами пожаротушения.

Недавно в России появилось оборудование для производства шпона из Бразилии. В частности, фирма Fezer предлагает четырехэтажные газовые сушилки собственной конструкции, которые широко используются в странах Южной Америки.

Сырой шпон сушат не только в виде листов, но и в виде получаемых при лущении чураков длинных лент, которые потом рубят на форматные листы. При такой технологии экономится до 3–5% древесины и заметно снижаются трудозатраты. Сушить шпон в виде ленты в роликовых сушилках нельзя, поскольку из-за большой длины лент невозможно обеспечить свободную усушку древесины. Для сушки шпона в виде лент используются специальные ленточные сушилки, в которых шпон перемещается между двумя лентами из проволочной сетки, движущимися вдоль сушилки. При таком способе транспортировки ленты шпона усыхают свободно. На ряде российских предприятий эксплуатируются трех- и четырехэтажные ленточные сушилки с паровым обогревом финской фирмы Raute. Недостаток этого типа оборудования состоит в том, что из-за отсутствия жесткой фиксации шпона между сетками он часто коробится и после сушки становится волнистым. По этой причине ленточные сушилки редко используются на фанерных заводах.