Logowanie E-mail Hasło Zapamiętaj mnie Chcę się zarejestrować [ Przypomnij Hasło ]
logo

Artykuły >> Artykuły >> Technologie

Zasilanie suszarń z kotłowni opalanych drewnem lub gazem - obliczenia

 


Czy jako paliwa koniecznie trzeba używać mokrych trocin?

 
 

Firma LUKA na podstawie własnych obliczeń stwierdza, że alternatywą dla spalania mokrych trocin może być gaz. Poniższy artykuł ma na celu wyliczenie ilości ciepła potrzebnego do suszenia drewna w suszarniach konwencjonalnych.

 
 

Łukasz Wtorkowski

 
 

Ile ciepła potrzeba do wysuszenia tarcicy?

Podstawowym kłopotem wielu tartaczników jest określenie mocy kotłowni dla projektowanych suszarń i zakładu. Niektórzy moi konkurenci próbują epatować zdezorientowanych stwierdzeniem: „A teraz słuchajcie, bo tego nie ma w żadnych książkach”. To pierwszy mit, ponieważ wszystko jest w książkach i wszystko można obliczyć.
Trzeba stwierdzić, że ilość ciepła potrzebna do wysuszenia drewna nie zależy od gatunku drewna ani jego grubości czy rodzaju, bo przy suszeniu nie zajmujemy się paradoksalnie tym, co suszymy tylko wodą zawartą w drewnie i to wodą w różnej postaci. To wodę musimy usunąć – odparować. Drewno jest tutaj niejako szkieletem lub siatką dla utrzymania wody. Aby dalej prowadzić obliczenia, musimy określić więc, ile wody jest w drewnie, ile odparowuje, ile zostaje. Wprowadzamy więc pojęcia masa drewna mokrego, masa drewna całkowicie suchego i masa wody. Wszystko odnosić będziemy do 1m3 drewna.
 
1. Wilgotność drewna, jaką posługujemy się potocznie jest wilgotnością bezwzględną z pomiarem metodą wagową (najlepiej ważyć próbki - mierniki elektryczne pokazują wilgotność z pewną dokładnością w zakresie od 4 % do 25 % powyżej i poniżej są to raczej wskazania)
 
                                                             masa drewna mokrego – masa drewna całkowicie suchego
wilgotność drewna (x100 %)= -------------------------------------------------------------------------------
                                                                              masa drewna całkowicie suchego
 
Możemy  więc wyliczyć na podstawie danych dla sosny, że:
- masa drewna mokrego: 1m3 = 700 kg
- masa drewna całkowicie suchego: 1m3 = 480 kg
- podstawiamy do wzoru 700- 480 podzielić przez 480 = 0,458 x 100 %
= 45,8%
- jeżeli to drewno wysuszymy do 18 %, to:
x= 0,18 x 480 + 480= 566 kg ubytek wagi, więc 700 – 566 = 134 kg
 
Nie jest to więc żadna magia, musimy znać jedynie dokładnie masę drewna suchego absolutnie pozbawionego wody (0 %). Z tym jest problem, gdyż drewno nie ma jednakowej gęstości, nawet w jednej kłodzie, więc najlepiej posługiwać się próbkami.
Musimy więc znać wagę mokrego, suszonego i całkowicie suchego drewna - próbki.
Trzeba zwrócić uwagę, że wilgotność bezwzględna może wynosić też np.:
120 %, co nierzadko bywa w części bielastej drewna, a oznacza tylko to, że woda zawarta w drewnie waży więcej niż sucha masa drewna.
 
2. Jeżeli więc będziemy wiedzieć, ile wody ma 1m3 drewna, ile chcemy odparować i ile waży sucha masa drewna możemy obliczyć, ile ciepła potrzeba do wysuszenia tegoż 1m3. Jednostką ciepła jest obecnie dżul lub Joule (J), jednostka jednak zbyt mała, więc operuje się powszechnie Megadżulami 1000 J lub kilowatogodzinami 1 kWh=3,6 MJ czyli 1 MJ=0,27k Wh
 
Bilans ciepła do wysuszenia 1m3 drewna tarcicy składa się z:
- ciepło odmrażania wody w drewnie (topienia lodu) 0,334 MJ/kg;
- ciepło ogrzania wody zawartej w drewnie 0,004186 MJ/kg/ºC;
- ciepło ogrzania suchej masy drewna 0,001674 MJ/kg/ºC;
- ciepło parowania wody 2,359 MJ/kg;
- ulot ciepła przez ściany 0,00144 MJ/m2/ ºC;
- ulot ciepła przez płytę fundamentową 0,036 MJ/m2/ ºC;
- ciepło do ogrzania powietrza wlotowego suszarni 20 MJ/m3 drewna;
- straty inne, sprawność urządzeń.
 
Wnioski: W sytuacji, jeżeli parę wyrzucamy przez kominki do atmosfery, jest to czysta fizyka i tu nie można na niczym zaoszczędzić. Minimalną długość procesu ogranicza gatunek drewna, grubość i jakość. Maksymalna długość procesu wynika z mocy urządzeń, jakie posiadamy.
 
 

Przykład zużycia energii cieplnej dla sosny 25 mm wysuszenie ze 100 % do 12 %- drewno zmrożone, suszenie w suszarni 50m3

Zużycie ciepła dla powyższego przykładu -dość drastycznego suszenia na 1m3 tarcicy wynosi około 1650 MJ lub 450 kWh. Normalnie dla różnych wilgotności początkowych i końcowych oraz warunków zewnętrznych np.: temperatury mniejsze niż -10 ºC lub dużo wyższe dodatnie latem ilość ciepła będzie wynosić od 1000 MJ do 2000 MJ na 1 m3 tarcicy. Dla dalszych rozważań przyjmę 1500 MJ na 1 m3.
 
Teraz wystarczy tylko określić energetyczność paliwa  i jego cenę, aby wyliczyć koszt średni suszenia 1 m3 drewna przy paliwie typu trociny i zrębki i przy paliwie gaz propan-butan. Doprowadzi nas to do zaskakujących wniosków, ale o tym za chwilę.
 
 

Czym zasilać kotłownie do suszarń?

Jak już wszyscy wiemy spalanie tzw. biomasy przez energetyki różnych krajów, w tym i polskiej, zwiększa się. Z powodu pokrętnych przepisów UE jest dotowane, więc wpływa na cenę drewna, trocin i zrębków. Ceny rosną, zwłaszcza, że o biomasę zabiegają tez potężni gracze, jak przemysł płyt i papiernie. Trociny zyskały więc swoją cenę i nie są za darmo.
 
Cenę 1m3 trocin można przyjąć na poziomie 35 zł/ m3. Ile waży 1m3 trocin- okazuje się, że tylko 330 kg. Jaką wartość opałową mają mokre o wilgotności 50 % trociny, ale też i zrębki, klocki, zrzyny itp., bo opałem jest sucha masa drewna, a nie woda (patrz tabela 3). Otóż tylko 7MJ/kg. Czyli 7MJ kosztuje 0,108 zł.
Weźmy teraz gaz propan-butan 1kg daje 45 MJ ciepła, a kosztuje 1,80 zł.
Jeżeli odnieść się do powyższego przykładu wyliczenia, to aby wysuszyć 1m3 tarcicy (1500MJ) potrzeba:
1500: 7 = 214 kg trocin = 23 zł;
1500: 45 = 33,3 kg gazu = 59 zł.
 
Czyli gaz jako paliwo jest 2,5 razy droższy niż trociny, ale do rozważań trzeba przyjąć następujące:
- jeżeli sprzedamy trociny, to gaz kosztuje nas 36 zł / m3;
- cena kotłowni na trociny i zrębki o takim stopniu zautomatyzowania jak gazowa jest 3 razy wyższa, więc jej amortyzacja jest 3 razy mniejsza;
- butle są w dzierżawie, a gaz jest bez akcyzy;
- kotłownia gazowa jest całkowicie bezobsługowa, a kotłownia na biomasę wymaga pracowników, a więc palaczy często bardzo zawodnych i drogich, i coraz droższych;
- cena trocin będzie wzrastać (dotacje), a gazu będzie maleć (ekologia).
 
Zgodnie z obliczeniami firma LUKA poleca opracowane we własnym zakresie  kotłownie gazowo olejowe od 50 do 500 kW. Te mniejsze mieszczą się w sterowni suszarni jako dodatek, te większe w sterownio- kotłowni. Atrakcyjna jest szczególnie cena w porównaniu do opalanych drewnem.
 
 

 

Copyright © Kurier Drzewny