导热油为热介质的转子式刨花干燥机热量计算

杨兆金 

           摘要  文章阐述了利用导热油为热介质的转子式刨花干燥机优良的干燥性能，并

              对转子式刨花干燥机单位耗热量进行计算，根据耗热量计算转子的散热面积。为了便

              于导热油的传热和防止结焦现象，文章根据雷诺准则确定了导热油在管束内流速。

                关键词导热油  转子式干燥机  耗热量  雷诺准则

Heat calculation of rotor deier which heat medium is thermal oil

Yang Zhaojin  Li Xuexin

(kunming Wood Based Panel Machinery Plant,kunming  650202)

            Abstract  This acticle expounds rotor drier’s excellent drying performance,

        which uses thermal oil as heat medium. And calculates unit heat consumption of

        rotor drier. According to the result of heat consumption, dissipating heat area

        can be calculated. In this acticle , thermal oil velocity is determined in accordance                                           

        with Reynold criterion,in order to be convenient in accordance with Reynold      

        criterion, in order to be convenient for heat transfer of thermal oil and prevent

        thermal oil carbonizing.

        Keywords  thermal oil    rotor drier   heat consumption    Reynold criterion

1.  前言

转子式干燥机是目前国内常用的刨花干燥机，这类干燥机的特点是干燥温度低，工作安全，电耗与热耗都较低。但以前这类干燥机常用的加热介质都是蒸汽，其较高的工作压力给用户在操作上带来较大困难，排污带走的热量和软水的损失又给用户造成一定浪费。为了满足市场的需求，昆明人造板机器厂成功推出了利用导热油为热介质的转子式刨花干燥机。这类干燥机不仅节能高效、安全可靠，而且还能更好地控制刨花终含水率，降低干燥成本。由于导热油为热介质的转子式刨花干燥机具有许多优良的性能，从昆明人造板机器厂推出至今深受广大用户的好评，许多原用蒸汽的厂家都纷纷进行了利用导热油的改造。

转子式干燥机是刨花板生产线{zd0}的耗热点，必需进行热量的计算，根据计算结果进行产品结构设计及热油炉的选型，由于整个干燥过程是个复杂的热交换过程，笔者主要从耗热量，散热面积，热流体流速几方面作简要的计算。

2.  转子式干燥机耗热量的计算

2.1  计算初始条件的确定

⑴  确定刨花的初、终含水率：由于刨花含水率不一至，全国南北的气候不一至导致含水率差异较大，一般初含水率取{bfb}，终含水率取3%～1%计算。

⑵  确定外界新鲜空气、干燥机腔体内的湿空气、干燥机排湿口空气的温度、含湿量、焓与比容，这些数值要求在干燥机正常运转时实际测量后得出，才能保证计算的准确性。

⑶  确定冬季室外的计算温度，这个温度值全国各地差异较大，为了方便计算南方可取

0℃值， 北方可取-10℃计算。

2.2  干燥过程中耗热量

 根据热力学{dy}定理热能传递过程中能量是守恒的，整个干燥过程中刨花总耗热主要包括刨花预热﹑刨花水分蒸发﹑壳体热损﹑湿空汽热损几方面的耗热量。如下式：

        Q=q₁+q₂+q₃+q₄                                                                                      （2-1）

  式中  Q:  总耗热量   KJ

       q₁:  预热刨花耗热量   KJ

       q₂:  蒸发刨花中水分所需热量   KJ

       q₃:  干燥机壳体的热损耗量   KJ

       q₄:  排出湿空气所带走的热量   KJ

为方便计算，在计算中都以干燥一公斤刨花所需热量为计算单位，这样就能确定不同产量的干燥机的耗热量。

2.3  各项耗热量的计算

2.3.1  预热刨花的耗热量

处于常温的木质刨花输送到干燥机内，由于刨花与干燥腔体有一定温差，首先进行的是刨花的预热，这是刨花蒸发水分的前题条件，刨花吸收一定热量后才能进行水分蒸发。整个预热过程实质是热量的平衡过程，一公斤刨花预热所吸收的热量可通过以下公式计算：

       q₁=G(C+W)Δt                                                   （2-2）

  式中 G：预热刨花的质量1Kg

       C：干木材的比热1.6KJ/Kg·K

       W：刨花的初含水率{bfb}

     Δt：干燥腔体与环境温差K，干燥机工作时腔体温度110℃，环境温度10℃。

     代入（2-2）式计算得q₁=1x（1.6+1）x（110-10）=260 KJ

2.3.2  蒸发刨花中水分耗热量

 蒸发刨花中水分是刨花干燥中{zd0}耗热量，以蒸发一公斤刨花水分耗热量为计算单位,由于初含水率以{bfb}计算,干燥1Kg刨花蒸发水分为一公斤,所带走热量就是汽化潜热,在数值上等于湿空气的焓与定压质量比热之差。如下式：

        q₂=1000(h₂-h₀)/(d₂-d₀)-cΔt                                     （2-3）

 式中 d₂、d₀：湿空气、干空气的含湿量   g/Kg

      设实地测得干空气t=10℃ d₀=13 g/Kg，湿空气t=90℃ d₂=350 g/Kg。

      h₂、h₀：湿空气、干空气的焓 KJ/Kg

      根据公式 h=1.01t+0.001d（2500+1.84t）

      计算得   h₀=1.01x10+0.001x13（2500+1.84x10）=42.8 KJ/Kg

               h₂=1.01x90+0.001x350（2500+1.84x90）=1023.9 KJ/Kg

          c ： 湿空气的质量比热1KJ/Kg·K

     Δt ：为湿空气、干空气的温差K，湿空气温度90℃，干空气温度10℃。

     代入（2-3）式计算得q₂=1000(1023.9-42.8)/（350-13）-（90-10）=2831KJ

2.3.3  干燥机壳体的热量损耗

干燥机也是一个导热体整个干燥过程中都有热量损耗，透过壳体传递热量满足传热方程式 q=FKΔt,折算成干燥一公斤刨花透过干燥机壳体热量为：

       q₃=FKΔtC/M                                                    （2-4）

式中 F：干燥机壳体的表面积 m­²,以年产30000 m­³干燥机计算，其表面积为85.6m­²。

     K：壳体的传热系数 75KJ/m²·K

   Δt：干燥腔体与环境温差K，干燥机工作时腔体温度110℃，环境温度10℃。   

       M：每小时产量3000Kg，以年产30000 m­³干燥机计算。

       C：补偿系数1.2～1.5

   代入（2-4）式计算得q₃=85.6x75x（110-10）x1.35/3000=289 KJ

2.3.4  排xx空气所带走的热量

整个干燥过程中必然产生湿空气，湿空气的温度约为100℃，排xx空气过程中就有热量扩散到环境中去。所以排xx空气所带走的热量等于湿空气的定压体积比热与湿空气温差之积。

       q₄=VCΔt/M                                                     （2-5）

式中   V：干燥机每小时的排湿量15000m³，以年产30000 m­³干燥机计算。

       C：湿空气的定压体积比热 1.3 KJ/m³·K

     Δt：湿空气与环境的温差 K，湿空气温度90℃，环境温度10℃。

       M：每小时产量3000Kg，以年产30000 m­³干燥机计算。

     代入（2-5）式计算得q₄=15000x1.3x（90-10）/3000=520KJ

     四项计算代入（2-1）式计算得Q=260+2831+289+520=3900 KJ

根据以上四项计算得干燥一公斤绝干刨花所需热量大约为3900KJ(936Kcal)。其中q₁ ﹑q₂是有效利用热量，而q₃ ﹑q₄ 是损失热量，所以这类转子式刨花干燥机热效率为：

     η= （q₁ +q₂ ）/Q=（260+2831）/3900=79﹪                          （2-6）                              

由于冬季南北气温差异较大干燥机热效率北方会低一些而南方会高一些，保温性能好的干燥机也能提高热效率。

3.  转子式刨花干燥机散热器

3.1   散热面积

管束散热面积的大小决定干燥机的产量，所以散热面积的计算很重要，在整个干燥过程中是一个很复杂的热交换过程 。介质热量通过管壁传递给刨花及干燥机腔体的空气中，刨花与湿热空气又进行热量的传递，最终达到热量的平衡。整个过程满足传热方程式：

       Q=FKΔt                                                        （2-7）

       F_计算=Q/KΔt

       F= F_计算·C

式中   F：干燥机管束的散热面积    m²

       K：管束的传热系数    KJ/m²·K

     Δt：热流体与干燥环境温差    K

       C:考虑加热不均匀，管束阻塞的后备系数   1.1～1.3

其中传热系数K的取值为180～240 KJ/m²·K。影响管束传热系数的只要因素为：

{dy} 传热介质的物理性质，温度越高﹑焓越高越便于传热。

第二 干燥机管束的物理性质，结构形式。导热系数高越﹑管壁越薄的材料越便于传热。

第三 刨花形态。刨花越细，与管壁接触的面积越大越便于传热。

3.2  结构形式

转子式刨花干燥机的散热器主要是转子的管束部分，每组管束围绕主轴均布排列，形成木射线的结构形式，所有管束均与主轴平行，管束的组数主要由刨花的形态与堆积容重决定，形态呈纤维状堆积容重较轻的刨花，管束组数较少，这样便于让刨花与管束充分接触进行干燥，同时也便于刨花的出料。串联式的管束主要实用于焓较高的热流体，一方面保障了管束受热的均匀性，便于刨花的干燥；另一方面保障了导热油的流动性，防止导热油出现结焦现象。

4.  管束内导热油的流速

影响传热过程的因素主要有：流体的运动动力、流体的物理性质、散热面的几何形状尺寸和流体的流动速度。流体的运动动力与速度取决于循环泵的压力和流量，根据雷诺准则Re数越大热流体受迫运动越显著，越容易传热。

        Re=wd/v                                                       （2-8）

        v=wd/Re

    式中 Re：雷诺数   Re=10⁴～1.2x10⁵ 时流体处于旺盛紊流状态

         d：管束的通径  m

         v：导热油运动粘度   m²/s

         w：导热油的流速    m/s

根据上式计算得出：高温导热油在干燥机管束内的流速一般要求在1.5米/秒以上，这样导热油在干燥机管束内便于传热；高温导热油在热油炉内的流速一般要求在2米/秒以上，这样导热油在热油炉里不易结焦，从而增加了导热油的湍流程度，减少传热边界层中滞流底层厚度；减少对流传热热阻，提高对流传热系数；起到机械防焦和强化导热油流体传热的目的，延长导热油的使用寿命也有效预防了导热油因结焦而失火的可能性。在实际生产中可在导热油输送管道上加装过滤器对导热油进行清理，起到防止结焦的作用。

1. 结束语

   在导热油为热介质的转子式刨花干燥机结构设计时必须进行热量计算，计算结果表明转子式刨花干燥机每干燥一公斤绝干刨花所耗热量大约为3900KJ，根据耗热量计算散热面积才可能满足干燥机的产量。在导热油输送管道上加装过滤器，导热油在干燥机管束内的流速一般推荐1.5米/秒，这样既便于传热又能防止结焦现象。这种以导热油为热介质的转子式刨花干燥机必将成为刨花干燥的主流。

主要参考文献

[1] 陆仁书主编.刨花板制造学.北京：中国林业出版社出版，1994，53～69.

[2] 汪华福主编.木材工业实用大全·刨花板卷. 北京：中国林业出版社出版，1998，87～105.

[3] 同济大学 蒋汉文主编.热工学.高等教育中国林业出版社出版，1984，110～180.

[4] 南京林产工业学院主编.材干燥学.北京：中国林业出版社出版， 1981，197～202.