DE2842867A1

DE2842867A1 - Trocknersystem und verfahren zur steuerung des systems

Info

Publication number: DE2842867A1
Application number: DE19782842867
Authority: DE
Inventors: Ronald Southworth
Original assignee: Champion International Corp
Current assignee: Champion International Corp
Priority date: 1977-10-03
Filing date: 1978-10-02
Publication date: 1979-04-12
Also published as: GB2005816B; BR7806552A; CA1096164A; NZ188516A; US4203229A; SE7810266L; ZA785580B; DE7829337U1; GB2005816A; AU4034778A; FI782983A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Trocknersystem zur Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts von Holzerzeugnissen auf vorbestimmte Werte sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Trockners mit einem Einlaß und einem Auslaß, zur Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts von Holzerzeugnissen auf vorbestimmte Werte.

Bei der Herstellung von Holzerzeugnissen, beispielsweise aus Teilchen hergestellte Platten, kann das Erzeugnis eine große Menge Feuchtigkeit enthalten, und zwar entweder aufgrund der in den Bestandteilen des Erzeugnisses zurückgehaltenen Feuchtigkeit oder aufgrund der Zuführung von Feuchtigkeit während der Herstellung. Es müssen Trocknersysteme vorgesehen werden, um diese Feuchtigkeit in einer Phase des gesamten Herstellungsverfahrens zu entfernen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Trocknersystem und ein Verfahren zur Steuerung desselben zu schaffen, mit denen eine maximale Ausnutzung von Holzabfallprodukten bei der Erzeugung von Hitze für derartige Trockner erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Trocknersystem der eingangs beschriebenen Art gelöst, das gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch eine Wärmequelle zur Erzeugung von erhitzten Gasen mit einer bekannten Temperatur, einen Abzug bzw. Schornstein, der zur Aufrechterhaltung eines natürlichen Zuges ausgebildet ist, eine Vorrats- bzw. Zufuhrkammer, die einen Auslaß der Wärmequelle mit dem Abzug bzw. Schornstein verbindet, einen Trockner zur Aufnahme der zu trocknenden Holzprodukte, der an die Vorrats- bzw. Zufuhrkammer über eine Trockner-Einlaßkammer angeschlossen ist, und eine Einrichtung zum Zufügen von Umgebungsluft an der Trockner-Einlaßkammer zur Abkühlung der erhitzten Gase

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derart, daß am Trocknerauslaß eine feste Temperatur beibehalten wird, während die Trockner-Eintrittstemperatur in Abhängigkeit von der zu entfernenden Feuchtigkeitsmenge variiert wird.

Das Verfahren zur Steuerung eines Trockners mit einem Einlaß und einem Auslaß zur Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts von Holzerzeugnissen auf vorbestimmte Werte ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß erhitzte Gase mit einer konstanten Temperatur einem Einlaß des Trockners zugeführt werden und daß die Trockner-Austrittstemperatur auf einem festen Wert gehalten wird, während die Trockner-Eintrittstemperatur in Abhängigkeit von der zu entfernenden Feuchtigkeitsmenge variiert wird durch Hinzufügung von veränderlichen Mengen Umgebungsluft am Trocknereinlaß zur Abkühlung der erhitzten Gase.

Durch die Erfindung wird also ein Trocknersystem geschaffen, das eine Wärmequelle zur Bildung von erhitzten Gasen bei einer bekannten konstanten Temperatur enthält. Die von der Wärmequelle erzeugten Gase werden durch eine gemeinsame Vorratskammer zu einzelnen Trockner-Einlaßkammern geleitet. Das System enthält eine Einrichtung zum Hinzufügen von Umgebungsluft an jeder Trockner-Einlaßkammer, um die Auslaßtemperatur des Trockners auf einem konstanten Wert zu halten, während die Eingangstemperatur in Abhängigkeit von der Feuchtigkeitsmenge geändert wird, die in dem Trockner entfernt werden soll.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Trocknersystems,

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das in Übereinstimmung mit der Erfindung betrieben werden kann; und

Fig. 2 eine im Schnitt längs Linie 2-2 in Fig. 1 gezeigte Teildarstellung.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Das Trocknersystem enthält eine Wärmequelle 10, die erhitzte Gase mit einer bekannten konstanten Temperatur liefern kann. Die Wärmequelle 10 enthält einen Ofen bzw. eine Feuerung 12, die einen pulverisierten bzw. zermahlenen Holzbrennstoff und gekrümmte Brennstoffstücke verbrennt, bei denen es sich um Holzspäne und Borkenstücke handelt, die im allgemeinen nicht größer sind als 51 min (2"). Die gekrümmten Brennstoff stücke werden der Feuerung 12 über einen Brennstoff-Zuführungsmechanismus 14 zugeführt, während der pulverisierte Brennstoff, der Schleifstaub und feinste Holzteilchen enthält, durch die Einlasse 16 und 18 zugegeben wird. Die Funktion der Feuerung 12 besteht darin, einen Basiswert für die Heizleistung zu liefern.

Die Wärmequelle 10 enthält ferner einen Heizkessel oder Boiler 20, in dem Holzstaub oder Erdgas verbrannt werden kann. Der Holzstaub wird einem Heizkessel-Staubbrenner zugeführt. Der Brenner wird mit Luft versorgt, die von einem sekundären Luf tgebläs e 26A geliefert wird, das erhitzte Umgebungsluft-durch eine einstellbare sekundäre Drosseleinrichtung 28 aufnimmt. Dieser Brenner wird nur benutzt, wenn die Feuerung 20 nicht in Betrieb ist. Das Volumen der erhitzten Gase, die dem Boiler 20 über eine Einlaß-Mischkammer 24 und eine Leitung 22 zugeführt werden, wird von einer einstellbaren Drosseleinrichtung 30 gesteuert, die sich in einem aus dem Boiler herausführenden Auslaßkanal befindet. Die erhitzten Gase werden von einem

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Boiler-Gebläse 32 durch einen Luft/Luft-Wärmeaustauscher 34 geblasen, wo diese Gase dazu verwendet werden, die Umgebungsluft zu erwärmen, die von einem Gebläse 36 mit einer einstellbaren Einlaß-Drosseleinrichtung 38 durch den Wärmeaustauscher gedrückt wird. Ein Teil der in der Kammer 34 erhitzten Umgebungsluft wird zum Einlaß der Feuerung über einen Rücklaufkanal 40 und eine einstellbare Drosseleinrichtung 42 zurückgeführt, um sekundäre Verbrennungsluft für die Brenner 16 und 18 zu liefern. Die Gase aus dem Boiler-Gebläse 32 laufen dann durch einen Kanal 44 zu einer Wandung 46 der Feuerung, die in Fig. 1 nur gestrichelt eingezeichnet ist. Diese Gase gelangen von der Wandung aus in die Mischkammer hinein. Einzelheiten des Aufbaus der Wandung der Feuerung werden später ersichtlich. Weitere erhitzte Umgebungsluft aus der Kammer 34 wird über einen Kanal 48 zur Einlaßseite von einstellbaren Drosseleinrichtungen 50 und 52 geführt. Die einstellbare Drosseleinrichtung 52 regelt die Luftströmung durch einen Kanal 54, der zur Wandung 46 der Feuerung führt, um die Verbrennungsluft für die Rostunterseite zu liefern. Die einstellbare Drosseleinrichtung 50 regelt die Luftströmung zu einem Luftgebläse 56, das erhitzte Luft über einen Kanal 58 zu der Feuerungswandung führt, um die dem Feuer von oben zugeführte Verbrennungsluft zu liefern.

Die Funktion des Boilers und seiner zugeordneten AuslaB-kanäle besteht darin, Dampf für den Trocknungsvorgang zu erzeugen. Die Austrittsgase des Boilers werden dazu verwendet, die Verbrennungsluft vorzuheizen und dann die Abkühlung der heißen Gase aus der Feuerung zu unterstützen, bevor diese in den Trocknern verwendet werden.

Die Gase aus der Feuerung werden einer Vorratskammer 60 zugeführt, die in einem Steuerschornstein 62 endet. Der

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Steuerschornstein 62 soll groß genug sein, um einen konstanten Unterdruck in der Wärmequelle aufrechtzuerhalten, und zwar unabhängig von den während des Trocknens von Holzprodukten an die Wärmequelle gestellten Anforderungen. Am Schornstein 62 ist ein Thermoelement 64 vorgesehen, um die Temperatur der von der Wärmequelle 10 gelieferten erhitzten Gase zu überwachen» Das Thermoelement am Schornstein wird dazu verwendet, die Feuerungsleistung des Feuerungssystems 12 zu steuern, um den Wärmebeitrag aus dem Feuerungssystem je nach Bedürfnis zu erhöhen oder zu reduzieren, so daß im Kamin 62 eine konstante Gastemperatur aufrechterhalten bleibt.

Eine Anzahl von Trocknern 66, 68 und 70 ist an die Vorratskammer 60 jeweils über Trockner-Einlaßkammern 72,' 74 bzw. 76 angeschlossen. Diese Trockner sind untereinander vollkommen gleich. Es wird im folgenden nur ein Trockner 66 beschrieben, wobei diese Beschreibung auch für die Trockner 68 und 70 zutrifft.

Die Trockner-Einlaßkammer 72 für den Trockner 66 empfängt erhitzte Gase aus der Vorratskammer 60 mit einer bekannten konstanten Temperatur. Die Temperatur am Einlaß des Trockners 66 kann eingestellt werden, indem Umgebungsluft der Trockner-Einlaßkammer über eine- einstellbare Drosseleinrichtung 78 zugeführt wird. Eine Trockner-Auslaßkammer 80 für den Trockner 66 ist an ein Gebläse 52 angeschlossen, das erhitzte Gase aus dem Trockner 66 abzieht und diese Gase zu einem Umlauf-, Entnahme- und Ausstoßschornstein 84 schickt. Die aus dem Trockner 66 ausgestoßenen Gase können zu der Wärmequelle 10 über einen Rücklaufkanal 88 zurückgeführt werden, der mit jedem der Trockner im System verbunden ist. Die im Umlauf geführten Gase werden zwischen den Kanälen 90 und 92 verteilt, die die umlaufenden

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Gase den Einlassen an gegenüberliegenden Wänden der Feuerung 12 zuführen.

Diese Einlasse und weitere Einzelheiten des Innenraumes der Feuerung im Bereich der Feuerungswandung 46 sind besonders gut aus Fig. 2 ersichtlich. Die Feuerung enthält einen Rost 94 für die Aufnahme des zu verbrennenden HoIzbrennstoffs. Erhitzte Luft, die von dem Boiler-Wärmeaustauscher geliefert wird, wird aus einer Kammer 96 in der Feuerungswandung 46 unter den Rost 94 geführt. Die Kammer 96 ist an den Kanal 54 des Boiler-Wärmeaustauschers angeschlossen. Die Luft für die Oberseite des Feuers wird der Feuerung 12 aus einer Kammer 98 zugeführt, die an den Kanal 58 des Boiler-Wärmeaustauschersystems angeschlossen ist. Der Kanal 44 des Boilersystems liefert Boiler-Abgase an eine Zwischenkammer 100. Es ist ersichtlich, daß die aus den Kammern 96 und 98 zugeführte Luft im Gegenstrom zu der allgemeinen Luftströmung durch die Feuerung 12 strömt, während die aus der Kammer 100 zugeführten Gase diese Strömung unterstützen. Um eine sorgfältige Vermischung der erhitzten Luft zu bewirken, weist der Feuerungsauslaß eine äie Strömung einschnürende Wölbung 102 auf. Umlaufgaseinlässe 104 sind senkrecht in den Seitenwandungen der Feuerung 12 unmittelbar stromabwärts von der Wölbung 102 angeordnet.

Die Temperatur in der Nähe der Feuerungswandung 46 kann . im Bereich von 1316 - 1593⁰C (2400 - 2900⁰F) liegen. Die im Umlauf geführten Gase kühlen die erhitzten Gase ab, so daß in der Vorratskammer 60 eine Temperatur im Bereich von 316 - 649⁰C (600 - 1200⁰F) herrscht.

Bei der Steuerung jedes der Trockner in dem System wird die Wärmequelle 10 als getrennte Einheit behandelt, deren

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einzige Funktion darin besteht, erhitzte Gase mit einer bekannten vorbestimmten Temperatur am Schornstein 62 zu liefern. Die Austrittstemperatur jedes Trockners muß bei einem konstanten bekannten Wert gehalten werden, während die Eintrittstemperatur für jeden Trockner verändert wird in Abhängigkeit von der Feuchtigkeitsmenge, die aus den zu trocknenden Holzerzeugnissen entfernt werden muß. Die Eintrittstemperatur des Trockners wird dadurch variiert, daß Umgebungsluft zu der Trockner-Einlaßkammer hinzugefügt wird, um die aus der Vorratskammer 60 gelieferten erhitzten Gase abzukühlen.

Zur Steuerung von Trocknern nach dem beschriebenen Verfahren können drei wesentliche Berechnungen durchgeführt werden. Es muß die Endtemperatur der erhitzten Gase berechnet werden, die von der Wärmequelle 10 erzeugt werden. Es müssen auch die Eintrittstemperatur des Trockners und das Gewicht der Gase berechnet werden, die benötigt werden, um die erforderliche Feuchtigkeitsmenge aus den Holzerzeugnissen zu verdampfen, die in dem Trockner verarbeitet werden. Die dritte wesentliche Berechnung ist diejenige des Gewichtes der Umgebungsluft, die an der Trockner-Einlaßkammer zu den Gasen hinzugefügt werden muß, um die Temperatur der Wärmequelle auf die gewünschte Eintrittstemperatur des Trockners abzusenken.

Die Endtemperatur der Feuerung 12 kann als Temperatur des brennenden Holzes plus eine Temperaturzunahme aufgrund der Erhitzung von Gasen innerhalb der Feuerung 12 durch Überschußhitze ausgedrückt werden. Die Gesamtenergie, die durch die Holzverbrennung verfügbar wird, ist das Produkt aus dem Heizwert des Holzes pro Gewichtseinheit und dem Gewicht des verbrannten Holzes. Da das Trockenverfahren ein kontinuierliches ist, sind das Gewicht des verbrannten

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Holzes land die meisten anderen Variablen als Einheiten pro Stunde ausgedrückt. Beispielsweise kann die anfangs zu verbrennende Holzmenge 908 kg (2000 pounds) pro Stunde betragen, wobei von trockenem Holz ausgegangen wird. Unter "trockenem Holz" ist zu verstehen, daß ein Holzgewicht betrachtet wird, so als ob dieses keine Feuchtigkeit enthielte. Das tatsächliche Gewicht des zu verbrennenden Holzes ist aufgrund seines Feuchtigkeitsgehalts etwas höher. Für diese Berechnungen wird angenommen, daß der Heizwert für die Verbrennung von 1 kg (1 pound) trockenen Holzes 20,2 χ 10 Joule (8700 BTU bzw. britische Brennwerteinheiten) beträgt. Daher beträgt die Gesamtenergie, die durch Verbrennung von 908 kg (2000 pounds) trockenen Holzes verfügbar wird, 20,2 χ 10⁶ Joule (8700 BTU) pro kg (pound) mal 908 kg (2000 pounds) trockenen Holzes pro Stunde, d.h. 18 341,6 χ 10⁶ Joule pro Stunde (17,4 χ BTU pro Stunde).

Ein Teil dieser verfügbaren Gesamtenergie ist erforderlich, um den Holzbrennstoff auf seine Verbrennungstemperatur zu erwärmen. Die für diesen Zweck erforderliche Gesamtenergie ist eine Funktion der Geschwindigkeit, mit der das Holz in die Feuerung eingespeist wird, der spezifischen Wärme des Holzes, der Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur des Holzes und seiner Entzündungstemperatur, der in dem Holz enthaltenen Feuchtigkeitsmenge, der spezifischen Wärmen von Wasser und Dampf, der latenten Verdampfungswärme, der spezifischen Wärme von Luft und der für vollständige Verbrennung erforderlichen Luftmenge.

Wenn die der Feuerung zugeführte Holzmenge in kg pro Stunde mit WF bezeichnet ist, der Feuchtigkeitsgehalt dieses Holzes in Prozent des Trockenholzgewichtes mit WM, die für vollständige Verbrennung eines Kilogramms Holzbrennstoff erfor-

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derliche Luftmenge mit A und die Umgebungstemperatur mit AT, so kann die Formel zur Bestimmung der insgesamt erforderlichen Wärmeeinheiten (IB), um das Holz, die Feuchtigkeit und die Luft auf die Entzündungstemperatur von Kohlenstoff zu bringen (der 50% des Trockenholzes ausmacht) , folgendermaßen geschrieben werden:

IB = W [1757 (626,7 - AT) + WM (100 - AT) +

2,254 - 10⁶ · WM + WM · 2008 (626,7 - 100) +

A . 1004 (626,7 - AT)], (1)

1757 die spezifische Wärme von Holz (in Joule/kg ⁰C),

626,7 die Entzündungstemperatur (°C) von Kohlenstoff,

100⁰C den Siedepunkt von Wasser,

2,254 · 10 die Verdampfungswärme von Wasser (pro kg),

2008 die spezifische Wärme von Dampf und

1004 die spezifische Wärme von Luft

bedeuten.

(In den Einheiten BTU, Ib und ⁰F ergibt sich folgende Formel:

IB = WF* [0.42* (1160-AT) +WM* (212-AT) + (1) 969.7* WM + WM* 0.48* (1160-212) + A*0.24* (1160-AT)]

0.42 die spezifische Wärme von Holz (in BTU/lb ⁰F),

1160 die Entzündungstemperatur (⁰F) von Kohlenstoff,

212 den Siedepunkt von V/asser,

969.7 die Verdampfungswärme von Wasser (pro Ib),

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0.48 die spezifische Wärme von Dampf und 0.24 die spezifische Wärme von Luft

bedeuten).

Die erforderliche Luftmenge in kg, durch die eine vollständige Verbrennung eines Kilogramms des brennfähigen Materials erfolgt, ist durch folgende Formel gegeben:

^{β 11}'^{25 C}

C den als Dezimalzahl ausgedrückten Bruchteil an Kohlenstoff pro kg des brennbaren Materials,

H den als Dezimalzahl ausgedrückten Bruchteil an Wasserstoff pro kg des brennbaren Materials und

0 den als Dezimalzahl ausgedrückten Bruchteil an Sauerstoff pro kg des brennbaren Materials

bedeuten.

Die chemische Zusammensetzung von Eiche und Fichte und deren Borke bautet: 50,2% Kohlenstoff, 6,1% Wasserstoff, 43,2% Sauerstoff und 0,5% Asche. Wenn diese Prozentsätze für Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff in die Form von in Dezimalzahlen ausgedrückten Bruchteilen umgerechnet werden, so wird die Gleichung (2):

= "^ ' ⁰^ ♦ 34,56 (0,061 -

= 6,0, (3)

was bedeutet, daß 6 kg Luft für eine vollständige Verbrennung von 1 kg trockenen Holzbrennstoffs erforderlich sind. Die Menge überschüssiger Luft, die vorgesehen ist, um eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten, kann im Bereich

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von 20 - 100% der erforderlichen Menge liegen. Eine lere Menge für die Überschußluft kann bei 60% der erforderlichen Menge liegen, d.h. 3,6 kg Luft pro kg trockenen Brennstoffs. Wenn ein mittlerer Überschuß von 60% angenommen wird, so kann der Ausdruck A in Gleichung (1) zu 9,6 kg Luft bestimmt werden. Da alle Ausdrücke in Gleichung (1) entweder konstante, meßbare oder sonst bekannte Werte sind, kann die Anzahl der erforderlichen Wärmeeinheiten in Joule (bzw. BTU) für die Erwärmung des Holzbrennstoffs, der Feuchtigkeit und der Luft auf eine Temperatur von 626,7°C (1160⁰F) berechnet werden.

Um den Temperaturbeitrag der Feuerung 12 zu der Endtemperatur aufgrund der Erhitzung der Gase in der Feuerung zu bestimmen, müssen das Gewicht und die spezifische Wärme der in der Feuerung während der Verbrennung vorhandenen Gase berechnet werden. Das Gesamtgewicht WG der Verbrennungsgase in kg/h, die beim Verbrennen von Holzbrennstoff bei 60% Überschußluft erzeugt werden, ist eine Funktion des Gewichts des verbrannten trockenen Holzes, des Gesamtgewichts der Verbrennungsgase, die pro kg Holzbrennstoff erzeugt werden, des Gewichts der Überschußluft während der Verbrennung und des Feuchtigkeitsgehalts des Holzbrennstoffs in kg pro kg trockenen Holzes.

Es ist bekannt, daß die Verbrennung eines Kilogramms Kohlenstoff "in Luft 3,667 kg Kohlendioxid und 8,85 kg Stickstoff erzeugt, während die Verbrennung eines Kilogramms Wasserstoff in Luft 9,0 kg Wasser und 26,56 kg Stickstoff erzeugt. Bei der Verbrennung eines Kilogramms Trockenholz werden also die nachstehend aufgeführten Mengen an Kohlendioxid, Wasser und Stickstoff aufgrund der Verbrennung von Kohlenstoff und Wasserstoff erzeugt:

- 15 909818/0399

V«, Γ ^kS ^e0P ^kS ^C0

0 006 ^k*^C . 9 0 ϊ**2° - 0 54 ⁰⁾⁰⁰⁶ kg Holz ⁹'° ^gTT- - °'⁵⁴

9 0 ϊ 0 54 ^ kg Holz ⁹'° ^gTT- - °'⁵⁴ kg Holz

°>5°2 HtwZi ■ ⁸'⁸5 EU ⁺ °'⁰⁰⁶ SfTJSE

S&J = 4 595 fc

,56 S&J = 4
»?^D EgH ⁴⁾

g H ~ ^'-^ kg Holz

Die Gesamtgewichte der trockenen Verbrennungsgase pro kg Trockenholzes, wie sie vorstehend berechnet wurden, werden mit der Anzahl von kg der Überschußluft (3,6) bei 60% Überschuß kombiniert, so daß insgesamt 10,575 kg Gas pro kg Holz erzeugt werden.

Wenn Erdgas als Brennstoff verwendet wird, so werden 25,84 kg Gas pro kg Erdgas erzeugt.

Das Gesamtgewicht der Gase in kg/Std. enthält nicht nur das Gewicht der trockenen Verbrennungsgase und das Gewicht der Überschußluft, sondern auch das Gewicht der Feuchtigkeit in dem verbrannten Holz. Wenn WF das Trockengewicht des Holzbrennstoffs in kg/Std. und WM der Feuchtigkeitsgehalt dieses Holzes in kg Feuchtigkeit pro kg Trockenholz ist, so kann das Gesamtgewicht der erhitzten Gase folgendermaßen berechnet werden:

WG = WF- (10,575 + WM)-Si₃- (5)

Die spezifische Wärme der Gase in der Feuerung während der Verbrennung ist eine proportionale Summe der spezifischen Wärmen der einzelnen betroffenen Gase, einschließlich der Überschußluft. Die proportionale Summe für jedes

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Gas ist das Produkt der spezifischen Wärme dieses Gases mit seinem Gewicht, das pro kg trockenen Holzbrennstoffs erzeugt wird. Die spezifischen Wärmen der in der Feuerung vorhandenen Gase sind:

Spezifische Wärme von CO₂ = 832,6 Joule/kg ⁰C

Spezifische Wärme von Dampf)

(O.i99 BTU/lb ⁰F)

= 2008 Joule/kg ⁰C (0.480 BTU/lb ⁰F)

= 1038 Joule/kg ⁰C (0.248 BTU/lb ⁰F)

Spezifische Wärme von Luft = 1008 Joule/kg ⁰C

(0.241 BTU/lb ⁰F)

Spezifische Wärme von N

(6)

Wenn auf Gleichung (4) zurückgegriffen wird, um die Mengen der einzelnen Gase zu erhalten, die während der Verbrennung eines Kilogramms trockenen Holzbrennstoffs erzeugt werden, bei der Annahme, daß ein Mittelwert von 3,6 kg Überschußluft vorliegt, so beträgt die Gesamtwärme für die Gase:

Gesamtwärme = 1,84 · 832,6 + 0,54 · 2008 +

4,595 · 1038 + 3,6 ♦ 1008 = 11014,7 (7)

(In den Einheiten BTU, Ib und ⁰F ergibt sich:

*» 1.84 * 0.199 + 0.54*0.48 +

4.595 * 0.248 + 3.6* 0.241 - 2.63l) Das Gesamtgewicht der Gase ist:

(7)

Gesamtgewicht = 1,84 + 0,54 + 4,595 +3,6

= 10,575 kg (8)

- 17

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Die spezifische wärme der kombinierten Gase ist das Verhältnis der Gesamtwärme zu dem Gesamtgewicht, d.h. 11014,7/10,575 = 1041,58 Joule/kg ⁰C (0.248 BTU/lb ⁰F) für trockenen Holzbrennstoff.

Eine Hinzufügung von 100% Feuchtigkeit zu dem Brennstoff erhöht das Gesamtgewicht der Gase um 1 kg pro kg Brennstoff, also auf 11,575 kg. Die Gesamtwärme in den Gasen erhöht sich dann um die proportionale Summe der hinzugefügten Feuchtigkeit, also um 1,0- 2008 = 2008 (1.0 · 0.48 = 0.480) Die Gesamtwärme geht also von 11014,7 (2,631) auf 13022,7 (3,111). Die spezifische Wärme bei 100% Feuchtigkeit beträgt also 13022,7/11,575 = 1125,1 (bzw. 3.11/11.575 = 0.268). Da sich die spezifische Wärme linear ausgehend von einem Minimum von 1038 (0.248) für trockenen Holzbrennstoff bis zum Maximum von 1125,1 (0.268) für Brennstoff mit 100% Feuchtigkeit erhöht, kann die spezifische Wärme bei irgendeinem Feuchtigkeitsgehalt WM berechnet werden zu 1038 + 87,1 WM (0.248 + 0.02 WM).

Die Endtemperatur der Verbrennungsgase, Feuchtigkeit und Luft in der Feuerung können geschrieben werden als Summe der Temperatur, die bei Verbrennung des Holzbrennstoffs erhalten wird, plus der Temperatur, die bei Erhitzung der Verbrennungsgase, Feuchtigkeit und Luft erhalten wird. Wie vorstehend angegeben, beträgt die beim Verbrennen des Holzes erhaltene Temperatur 626,7°C (1160°F). Die bei Erhitzung der Gase, Feuchtigkeit und Luft erhaltene Temperatur (TG) kann geschrieben werden als:

₌ 20,2 -TO⁶ ^ IB

WG o038 + 87,i wm; (Ausgedrückt in Einheiten BTU, Ib und ⁰F ergibt sich:

• 8700*WF - IB * (9) \

TG = WG (0.248 + 0.02 WM)^

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worin der Zähler die verfügbare Gesamtwärzne minus der Wärme, die zur Erhöhung der Temperatur des Holzbrennstoffs, der Feuchtigkeit und der Luft auf die Kohlenstoff-Entzündungstemperatur von 626,7⁰C (1060⁰P) erforderlich ist, darstellt, während der Nenner das Produkt aus dem Gesamtgewicht der Gase und dar spezifischen Wärme dieser Gase ist.

Die Endtemperatur TF in der Feuerung bzw. in dem Ofen ist gleich TG + 626,7⁰C (TG + 1160⁰F).

Sobald die in der Feuerung erzielte Endtemperatur berechnet ist und die Ausgangstemperatur des Trockners ausgewählt ist, kann die Eintrittstemperatur des Trockners berechnet werden als Funktion der Wärmeenergie, die erforderlich ist, um eine gegebene Feuchtigkeitsmenge aus einer gegebenen Holzmenge pro Stunde zu entfernen, und der Wärmeenergie, die erforderlich ist, um die Temperatur der Trocknergase bis zu der festgelegten Auslaßtemperatur des Trockners zu ändern.

Die Menge der erforderlichen Wärmeeinheiten in Joule (bzw. BTU), um Feuchtigkeit aus Holzprodukten in dem Trockner zu entfernen, ist eine Funktion des Gewichts der pro Stunde zu verarbeitenden Holzprodukte, des Feuchtigkeitsgehalts der Holzprodukte auf der Eintrittssexte und nach dem Trocknen, der gewählten Trockner-Austrittstemperatur und der Anfangs temperatur der zu verarbeitenden Holzprodukte. Wenn die Anfangstemperatur bzw. Umgebungstemperatur unter dem Gefrierpunkt liegt (O⁰C bzw. 32°F), so kann die Gesamtzahl DB der Wärmeeinheiten, die zum Verdampfen der Feuchtigkeit aus dem Holzprodukt erforderlich sind, ausgedrückt werden als:

DB = WR ♦ MI · 2050,2 (0 - AT) + WR · MI · 0,5978 .1O⁶ + WR . MI . (DO - 0) + WR ♦ (MI - MO) · 4,057 . 10⁶ + WR · 1757,3 · (DO - AT), (10)

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WR den Durchsatz an Holzprodukten in kg/Std.,

MI den Feuchtigkeitsgehalt der Holzprodukte an der Einlaßseite des Trockners in % des Trockenholzgewichts ,

MO den Feuchtigkeitsgehalt der Holzprodukte am Auslaß des Trockners in % des Trockenholzgewichts,

AT die Umgebungstemperatur, die niedriger als 0°C ist, sowie

2050.2 die spezifische Wärme von Eis von -29°C bis O⁰C, 0,5978 χ 10 die Schmelzwärme von Wasser, 4,057 χ 10 die Verdampfungswärme von Wasser und

1757.3 die spezifische Wärme von Holz

bedeuten.

(In den Einheiten BTU, Ib und ⁰F ausgedrückt lautet die Beziehung:

DB * WR * MI * 0.49 (32-AT) + WR * MI * 142.9 + WR * MI * (DO-32) + WR * (MI-MO) * 969-7 (10) +WR * 0.4$ * (DO-AT)

WR den Durchsatz an Holzprodukten in lb/Std., MI den Feuchtigkeitsgehalt der Holzprodukte auf der Einlaßseite des Trockners in % des Trockenholzgewichts ,

MO den Feuchtigkeitsgehalt der Holzprodukte an der Auslaßseite des Trockners in % des Trockenholzgewichts ,

AT die Umgebungstemperatur, die niedriger ist als 32⁰F, 0.49 die spezifische Wärme von Eis von -20°F bis 32⁰F, 142.9 die Schmelzwärme von Wasser, 969.7 die Verdampfungswärme von Wasser und 0.42 die spezifische Wärme von Holz

bedeuten.)

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¹ t

~ 20 -

In dieser Gleichung stellt der erste Ausdruck die Anzahl der erforderlichen Wärmeeinheiten dar, die erforderlich ist, um die Temperatur des Eises in dem Holz auf seinen Schmelzpunkt anzuheben, während der zweite Ausdruck die Wärme bedeutet, die zum Schmelzen des Eises erforderlich ist. Der dritte Ausdruck stellt die Wärme dar, die erforderlich ist, um die Wassertemperatur vom Gefrierpunkt bis zur Auslaßtemperatur des Trockners anzuheben, während der vierte Ausdruck die Energie darstellt, die zum Verdampfen dieser Wassermenge erforderlich ist. Der fünfte Ausdruck stellt die Energie dar, die erforderlich ist, um das Holz von der Anfangs- bzw. Umgebungstemperatur bis zur Austrittstemperatur des Trockners anzuheben.

Gleichung (10) wird bedeutend vereinfacht, wenn die Umgebungstemperatur oberhalb 0⁰C (32°F) liegt, da weder die spezifische Wärme von Eis noch die Schmelzwärme eine Rolle spielt. Wenn die Umgebungstemperatur AT größer ist als O⁰C (32°F), so kann die zur Verdampfung der Feuchtigkeit erforderliche Wärmemenge geschrieben werden als:

DB = WR · MI . (DO- AT) + WR · 1757,3 (DO - AT)

+ WR . (MI - MO) . 4,057 · 106 (11)

(in den Einheiten BTU, Ib und ⁰F ausgedrückt lautet diese Beziehung:

DB = WR * MI * (DO-AT) + WR * 0.42 (DO-AT) [ + WR * (MI-MO)* 969.7) ^¹¹*

Die Eintrittstemperatur des Trockners muß auf einen Wert eingestellt werden, der nicht nur dazu führt, daß die erforderliche Feuchtigkeitsmenge verdampft wird, sondern daß auch die Temperatur der Gase innerhalb des Trockners bis zu der festgelegten Austrittstemperatur des Trockners geändert

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wird. Die erforderliche Wärmeenergie zur Temperaturänderung der Trocknergase ist abhängig vom Gewicht der eintretenden Gase und der spezifischen Wärme dieser Gase. Das
Gewicht der eintretenden Gase, die verfügbar sind, um
Wärme in den Trockner zu überführen, ist gleich dem Gesamtgewicht der Gase, die durch den Trockner strömen,
minus dem Gewicht des verdampften Wassers, d.h.

IW = WT - WR · (MI - MO) (12)

v/o r in

IW das Gewicht der am Trocknereinlaß verfügbaren Gase, die Wärme in den Trockner überführen, und zwar in

kg/Std.(lb/Std.),
WT das Gesamtgewicht der durch den Trockner strömenden

Gase in kg/Std. (lb/Std.) und
WR (MI-MO) die entfernte Feuchtigkeitsmenge in kg/Std. (lb/Std.)

bedeuten.

Sobald das Gewicht IW der Gase auf der Eingangsseite berechnet ist, kann die Eintrittstemperatur DI des Trockners als Funktion der Wärmemenge berechnet werden, die zum Verdampfen der Feuchtigkeit erforderlich ist, des Gewichts
und der spezifischen Wärme der Gase auf der Eintrittsseite. Die Gleichung für die Eintrittstemperatur lautet:

Tvr DB + (IW . 1020,1 . DO)
DI = IW . iö2ö,1

(In den Einheiten BTU, Ib und ⁰F lautet die Beziehung:

(13)

DB + (IW * 0.244 * DO)
DI = IW * 0.244

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Anmerkung:

WT = Gewicht der gesamten Gase, die aus dem Trockner austreten und durch das Gebläse laufen. Weil ein spezifisches Volumen und eine spezifische Geschwindigkeit erforderlich sind, um die Holzspäne in irgendeinem festgelegten Trocknersystem zu trocknen und zu befördern, ist das aus dem Trockner austretende und durch das Gebläse laufende Gasvolumen vorbestimmt und konstant. In diesem besonderen Fall wurde das Gasvolumen auf 1415,8 nr/min (50000 cubic feet/min) eingestellt. Dieser Wert muß in kg/Std. (Ib pro Std.) umgewandelt werden.

60 = 60 min pro Std.

1,2004 kg/m³ = unter Normalbedingungen (15,56⁰C bzw.60⁰F) (0.07488 Ib/ft?)

1415,8 m = pro Minute aus dem Trockner (eine (50000 ft³) Konstante)

520 = Standardtemperatur in absoluten Graden DO = Trockner-Austrittstemperatur in ⁰C (⁰F) 460 = Absolutnull.

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Darin bedeutet die Zahl 1020,1 (0.244) eine mittlere spezifische Wärme für die Gase auf der Eintrittsseite, "bei denen es sioh im allgemeinen um eine Kombination aus den Verbrennungsgas en der Feuerung und aus umlaufenden Gasen handelt.

Da die Verbrennungstemperatur der Feuerung wesentlich höher ist als die Eintritts temperatur des Trockners, ist es erforderlich, die Feuerungsluft durch Hinzufügung von Umgebungsluft am Einlaß des Trockners abzukühlen. Das Gewicht WA der erforderlichen Umgebungsluft ist abhängig vom Gewicht der Verbrennungsgase, der spezifischen Wärme dieser Gase, der Menge der verwendeten Umlaufgase, der spezifischen Wärme dieser Umlaufgase und von den Eintritts- und Austrittstemperaturen des Trockners sowie der Umgebungstemperatur.

Die Menge der verwendeten, im Umlauf geführten Gase (RC) beginnt bei Null und wird in Schritten von 20$ der gesamten Gase, die bei dem vorhergehenden Durchlauf durch den Trockner strömten, erhöht, bis die Menge der zugefügten Umgebungsluft weniger als 20% wird. Die spezifische Wärme der im Umlauf geführten Gase (RH) weist einen Anfangswert von 1012,5 (0.242) auf. Der Wert für die spezifische Wärme steigt um 20,92 für jede 20% Steigerung der Menge der verwendeten Umlaufgase.

Die Gleichung für das Gewicht der Umgebungsluft, die erforderlich ist, um die Eintritts temperatur DI des Trockners herbeizuführen, lautet:

WA- WG » 1037,6 - (TF"- DI) - RC . RH « (DI - DO) /_1Z,\ WA- ■ 1ÖÖ3 . (DT - Af) » ^ ¹^'

(oder ausgedrückt in den Einheiten BTU, Ib und ⁰F:

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WG * 0.248 * (TF-DI) - RC*RH*_ (DI-DO) WA = 0.241 * (DI-AT)

worin RC die Menge der Umlaufgase in kg/Std.(lb/Std.) bedeutet. Alle anderen Ausdrücke sind bereits vorstehend definiert.

Die in dem Trockner verfügbare Wärmeenergie ist abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß des Trockners und von den Gewichten und spezifischen Wärmen der Umgebungsluft, der Umlaufgase und der Verbrennungsgase. Die verfügbare Wärmeenergie TB kann berechnet werden zu:

TB = (DI - DO) . (WA . 1008,3) + (DI - DO) . (RC . RH) + (DI - DO) . WG · (1037,6 + 83,68 · WM),

(oder ausgedrückt in Einheiten BTU, Ib und ⁰F:

TB = (DI-DO) * (WA * 0.241J + (DI-DO)

(15) * (RC*RII) + (DI-DO) *WG* (0.248 +

0.02*WM)) !

In der vorstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels wurde nur ein einzelnes Trocknersystem behandelt; es können jedoch drei oder mehr Trocknersysteme die Wärme aus derselben Wärmequelle nutzen. Daher muß die Leistungsfähigkeit der Feuerung und des Boilers in einem praktisch ausgeführten System groß genug sein, um unter Bedingungen mit maximaler Anforderung an alle Trockner in dem System ausreichende Luftvolumina mit konstanter Temperatur liefern zu können. Die Feuerungsluft, die den Trocknern nicht zugeführt wird, entweicht über den Steuerschornstein des Systems.

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Claims

HERTEL PATENTANWÄLTE DR. WOLFGANG MÜLLER-BORE (PATENTANWALT VON 1927- 1975) DR. PAUL DEUFEL. DIPL.-CHEM. DR. ALFRED SCHÖN. DIPL.-CHEM. WERNER HERTEL. DIPL.-PHYS. Hl/De-er-C 3045 CHAMPION INTERNATIONAL CORPORATION Stamford, Connecticut, V. St.. A. Trocknersystera und Verfahren zur Steuerung des Systems Patentansprüche

1. Trocknersystem zur Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehalts von Holzprodukten auf vorbestimmte Werte, gekennzeichnet durch

- eine Wärmequelle (10) zur Erzeugung von erhitzten Gasen mit einer bekannten Temperatur,

- einen Abzug bzw. Schornstein (62), der zur Aufrechterhaltung eines natürlichen Zuges ausgebildet ist,

- eine Vorrats- bzw. Zufuhrkammer (60), die einen Auslaß der Wärmequelle (10) mit dem Abzug bzw. Schornstein (62) verbindet,

- einen Trockner (66, 68, 70) zur Aufnahme der zu trocknenden Holzprodukte, der an die Vorrats- bzw. Zufuhrkammer (60) über eine Trockner-Einlaßkammer (72, 74, 76) angeschlossen ist, und

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MÜNCHEN 80 · SIEBEHTSTR. 4 -POSTFACH 860720 -KABEL: ItUEDOPAT · TEL. (0S9) 474005-TELEX 3-B4285

- eine Einrichtung (78) zum Zufügen von Umgebungsluft an der Trbckner-Einlaßkammer (72, 74, 76) zur Abkühlung der erhitzten Gase derart, daß am Trocknerauslaß eine feste Temperatur "beibehalten wird, während die Trockner-Eintritts temperatur in Abhängigkeit von der zu entfernenden Feuchtigkeitsmenge variiert wird.

2. Trocknersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (88) zur Rückführung der Abgase aus dem Trocknerauslaß im Umlauf zu der Vorrats- bzw. Zufuhrkammer (60).

3. Trocknersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Hinzufügung von Umgebungsluft an der Trockner-Einlaßkammer (72, 74, 76) eine einstellbare Drosseleinrichtung (78) enthält.

4. Trocknersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle (10) eine Feuerung (12) und eine Einrichtung (14) für die Zuführung von Holzbrennstoff zu der Feuerung umfaßt.

5. Trocknersystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Boiler bzw. Heizkessel (20), der von heißen Gasen aus der Feuerung (12) erhitzt werden kann, und eine Einrichtung (30^ 32, 44) für die Zuführung von Abgasen aus dem Boiler (20) zu der Wärmequelle (10).

6. Verfahren zur Steuerung eines Trockners mit einem Einlaß und einem Auslaß zur Herabsetzung des Feuchtigkeitsgehalts von Holzprodukten auf vorbestimmte Vierte, dadurch gekennzeichnet, daß erhitzte Gase mit einer konstanten Temperatur einem Einlaß des Trockners zugeführt werden und daß die Trockner-Austritts-

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temperatur auf einem festen Wert gehalten wird, während die Trockner-Eintrittstemperatur in Abhängigkeit von der zu entfernenden Feuchtigkeitsmenge variiert wird durch Hinzufügung von veränderlichen Mengen Umgebungsluft am Trocknereinlaß zur Abkühlung der erhitzten Gase.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase aus dem Trocknerauslaß zum Trocknereinlaß im Umlauf zurückgeführt werden.

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