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6種木材快速干燥法,一文看懂干燥技術(shù)發(fā)展史!时间:2020-06-29 【转载】 阅读 木材干燥是改善木材物理力學(xué)性能,減少木材降等損失,提高木材利用率,保障木制品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。同時(shí),木材干燥的重要性和經(jīng)濟(jì)效益也愈來愈被人們所認(rèn)識(shí)。 近10年來我國木材干燥生產(chǎn)的范圍與規(guī)模迅速擴(kuò)大,木材干燥設(shè)備制造企業(yè)逐漸增多,干燥設(shè)備性能漸趨完善。近幾年還出現(xiàn)了一些專業(yè)化的大、中型木材干燥廠。 特別是我國的常規(guī)干燥和除濕干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)水平和技術(shù)性能方面已接近國外先進(jìn)產(chǎn)品。我國研制的常規(guī)爐氣干燥設(shè)備獨(dú)具特色,可利用木廢料作燃料,適合中國國情。 但我國木材干燥行業(yè)在技術(shù)規(guī)范、設(shè)備質(zhì)量、配套元器件及基礎(chǔ)研究等多方面,與國際水平還有一定差距,需要進(jìn)一步改進(jìn)提高。 而且我國人工干燥設(shè)備的干燥能力與需求量相比嚴(yán)重不足,據(jù)估計(jì),2000年我國鋸材干燥的需求量為2400萬m3,而我國人工干燥設(shè)備的總干燥能力約占需求量得25%左右。 美國干燥設(shè)備能力可達(dá)60%;中等發(fā)達(dá)國家達(dá)30%左右。由此說明我國木材干燥行業(yè)蘊(yùn)藏著巨大的發(fā)展?jié)摿。本文著重介紹近10幾年來我國木材干燥技術(shù)的研究成果,與國外的差距及木材干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 常規(guī)干燥技術(shù) 常規(guī)干燥是指以常壓濕空氣作干燥介質(zhì),以蒸汽、熱水、爐氣或熱油作熱源,間接加熱空氣,干燥介質(zhì)溫度在100℃以下。若干燥介質(zhì)溫度在100℃以上,則稱為高溫干燥。 常規(guī)蒸汽干燥在我國木材干燥中占主導(dǎo)地位,約占80%以上,其次是以爐氣和熱水為能源的常規(guī)干燥,以熱油作熱源的常規(guī)干燥應(yīng)用較少。 我國在常規(guī)干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)水平與技術(shù)性能方面,已接近國外先進(jìn)水平,某些方面還有自己的特點(diǎn)。目前國內(nèi)多數(shù)廠家生產(chǎn)的常規(guī)干燥設(shè)備質(zhì)量已能滿足木材生產(chǎn)的需求,而價(jià)格卻遠(yuǎn)低于國外產(chǎn)品,因此在選擇木材干燥設(shè)備時(shí)應(yīng)首選國內(nèi)產(chǎn)品。 常規(guī)木材干燥室內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備之一是耐高溫、高濕風(fēng)機(jī)的電機(jī)。近10年來,以沈陽新華電機(jī)廠為首的幾個(gè)電機(jī)生產(chǎn)廠家經(jīng)過反復(fù)試制、不斷改進(jìn)產(chǎn)品,如今產(chǎn)品質(zhì)量已能滿足木材干燥生產(chǎn)的需求。 這項(xiàng)技術(shù)是我國常規(guī)干燥設(shè)備中的一個(gè)突破點(diǎn),它使過去的長(zhǎng)軸型干燥室逐漸被短軸型替代,使干燥室的布置及干燥容量的變化更靈活,頂風(fēng)式的大型木材干燥室逐漸增多。 南京林業(yè)大學(xué)從20世紀(jì)80年代以來,研制了用旋風(fēng)燃燒爐燃燒木廢料的爐氣(又稱熱風(fēng))干燥設(shè)備,它由初期的爐氣直接加熱,改為爐氣間接加熱濕空氣的常規(guī)干燥.“八五”國家科技攻關(guān)期間,該校又研制了預(yù)干與二次窯干結(jié)合的木廢料能源聯(lián)合干燥設(shè)備,并配有自動(dòng)控制系統(tǒng)。 由于爐氣(熱風(fēng))干燥以木廢料為熱源,它既能處理木材加工廠內(nèi)的鋸末、刨花、下角料等垃圾,又能降低干燥成本,故此種干燥設(shè)備在我國南方非采暖地區(qū)的中小型工廠,占有相當(dāng)?shù)谋壤。但隨著環(huán)保要求的提高,爐氣干燥在大城市的推廣受到一些限制。 近年來南京大學(xué)又致力于以熱水為熱源的常規(guī)干燥技術(shù)的研究。由于熱水鍋爐的價(jià)格比蒸汽鍋爐低很多,故在一些不需高溫干燥、且干燥量不大的工廠中的應(yīng)用有上升趨勢(shì)。 為滿足小型木材加工廠規(guī)模小、分布散的需要,北京林業(yè)大學(xué)研制了小型移動(dòng)式熱風(fēng)干燥設(shè)備。它與常規(guī)爐氣干燥的區(qū)別在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活、可整體運(yùn)輸。設(shè)備到貨后幾天內(nèi)即可投入生產(chǎn)。 這種小型干燥設(shè)備已在南方和北方一些工廠應(yīng)用,效果較好。目前,我國生產(chǎn)的常規(guī)干燥設(shè)備與國外先進(jìn)設(shè)備相比,其主要差距在于: ①檢測(cè)與控制系統(tǒng)的精度和可靠性差; ②蒸汽閥、疏水器等零配件質(zhì)量差、合格率低; ③加工粗糙、造型不美; ④干燥室密封性和保溫性能差。 除濕干燥 除濕干燥和蒸汽干燥的干燥介質(zhì)相同,都是濕空氣,兩者不同的是干燥室降濕方式不同。蒸汽干燥時(shí)室內(nèi)空氣采取開式循環(huán),即定期從干燥室的排氣道排出一部分濕度大的熱空氣,同時(shí)經(jīng)吸收道吸入等量的冷空氣,冷空氣經(jīng)加熱器加熱變?yōu)闊峥諝猓龠M(jìn)入材堆干燥木材。 蒸汽干燥的這種進(jìn)、排氣換氣熱損失較大,以北京地區(qū)為例,這種損失約占蒸汽供熱量的40%左右。而除濕干燥時(shí),濕空氣在除濕機(jī)與干燥室間進(jìn)行閉式循環(huán),以制冷脫水的方法使干燥室排濕,其工作原理見參考文獻(xiàn)。 由除濕機(jī)回收干燥室排濕放出的熱量,節(jié)約了能源,與蒸汽干燥相比其節(jié)能率在40%~70%,是一種節(jié)能設(shè)備。 由于除濕干燥具有節(jié)能效果顯著、干燥質(zhì)量好、用電作能源不污染環(huán)境以及干燥技術(shù)比較成熟等優(yōu)點(diǎn),目前已成為常規(guī)干燥之后處于第二位的干燥技術(shù)。它在加拿大、日本、意大利及美、英、法等國的干燥設(shè)備中已占有相當(dāng)大的比例。 我國自1980年后開始引進(jìn)國外的除濕干燥機(jī),20世紀(jì)80年代中期開始由仿制國外產(chǎn)品逐漸走向獨(dú)立設(shè)計(jì)制造。目前我國生產(chǎn)除濕機(jī)的廠家有8個(gè),正在生產(chǎn)中應(yīng)用的各種除濕機(jī)的總干燥能力約占全國總干燥能力的1/10。除濕機(jī)干燥的國產(chǎn)設(shè)備約占70%左右。 從整體來看,我國除濕干燥機(jī)的生產(chǎn)水平與國外尚有一定差距,主要是外觀設(shè)計(jì)、加工精度、安裝質(zhì)量不好,電磁閥、膨脹閥等零部件質(zhì)量差。 但從設(shè)計(jì)水平來看,我國某些產(chǎn)品的性能已達(dá)到國際水平,如北京林業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的RCG系列中溫、高溫雙熱源除濕機(jī),在制冷劑過冷方式、熱泵進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及二次風(fēng)補(bǔ)充方式等方面有創(chuàng)新,使除濕機(jī)的節(jié)能效率提高了15%~20%,而制造成本降低了5%~10%。 該技術(shù)于1991年獲得了國家專利,1996年RCG15中溫?zé)岜贸凉窀稍餀C(jī)獲林業(yè)部三等獎(jiǎng),RCG30高溫?zé)岜贸凉窀稍餀C(jī)于同年獲北京市三等獎(jiǎng)。 我國生產(chǎn)的一些性能較好的除濕干燥機(jī),如北京林業(yè)大學(xué)與原北京冷凍機(jī)廠聯(lián)合研制的RCG30G高溫?zé)岜贸凉窀稍餀C(jī),上海桑菱環(huán)境能源所生產(chǎn)的SRG熱泵干燥機(jī),除在國內(nèi)銷售外還有部分出口。 除濕干燥雖然具有許多優(yōu)點(diǎn),但也存在干燥溫度低、干燥時(shí)間長(zhǎng)、電耗較高、調(diào)濕不靈活等缺點(diǎn),從而影響了它的推廣應(yīng)用。今后除濕干燥的應(yīng)用前景在于作預(yù)干或與其他能源聯(lián)合干燥。 太陽能干燥 太陽能是一種清潔、廉價(jià)的可再生能源,我國和世界上許多國家都有豐富的太陽能資源,但目前各國應(yīng)用太陽能的木材干燥室規(guī)模都很小,我國太陽能干燥室的總干燥能力約占全國總干燥能力的0.2%。 影響太陽能推廣應(yīng)用的重要原因是太陽能屬間歇性能源,能流密度低、受氣候條件的影響大,干燥周期長(zhǎng),大、中型太陽能干燥室的初投資較高,而且低成本的有效貯能問題尚未解決。 同時(shí)由于太陽能的間歇性供熱使它作為干燥木材的單一熱源受到限制,常需要與蒸汽或煙氣等熱能配合使用,但在產(chǎn)生蒸汽或煙氣的過程中,將帶來燃料燃燒產(chǎn)生的CO2和SO2及煙塵對(duì)大氣的污染。 近20年在日本、美國、中國等國家開發(fā)并推廣應(yīng)用的太陽能與熱泵除濕機(jī)的聯(lián)合干燥技術(shù),是一種比較理想的聯(lián)合干燥方法。這種聯(lián)合干燥中,干燥室的供熱和排濕,由太陽能供熱系統(tǒng)和除濕機(jī)聯(lián)合承擔(dān),既可單獨(dú)使用,又可聯(lián)合運(yùn)行。 如果天氣晴好、氣溫高,可單獨(dú)使用太陽能供熱;陰天或夜間,則啟動(dòng)除濕機(jī)(或熱泵)。北京林業(yè)大學(xué)于1990年,1995年先后研制成功了TRCW中溫型和GRCT高溫型的太陽能-熱泵除濕機(jī)聯(lián)合干燥系統(tǒng)(林業(yè)部和國家的重點(diǎn)課題),其供熱效率、干燥能耗等方面的性能指標(biāo),達(dá)到了同類產(chǎn)品的國際先進(jìn)水評(píng)。 其成果推廣到廣西、廣東、北京、云南等省市,這兩項(xiàng)成果曾先后獲得國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng),林業(yè)部科技進(jìn)步三等、二等獎(jiǎng)。 真空干燥 木材干燥的速率取決于內(nèi)部水分遷移的速度,研究資料表明,木材表面水分的蒸發(fā)速度要比木材內(nèi)部快100~1000倍。影響木材內(nèi)水分移動(dòng)的諸因素中,干燥介質(zhì)的壓力影響最顯著。 木材真空干燥是將木材置于低于大氣壓的密閉容器中干燥,木材內(nèi)部的水分在內(nèi)外壓差的作用下加快了水分的遷移速度。同時(shí)由于水在真空狀態(tài)下的飽和溫度低,故真空干燥可實(shí)現(xiàn)較低溫度下的快速干燥,干燥質(zhì)量好。它特別適于難干的硬闊葉材。 木材真空干燥的應(yīng)用主要在近20年。首先在前蘇聯(lián)、意大利、德國、日本、美國有工業(yè)性應(yīng)用。我國在20世紀(jì)80年代中期,當(dāng)時(shí)的南京林學(xué)院和東北林學(xué)院都先后與有關(guān)廠家合作研制了真空干燥機(jī)。 在此期間國內(nèi)個(gè)別企業(yè)引進(jìn)了德國和意大利的真空干燥機(jī)。20世紀(jì)90年代中期,南京林業(yè)大學(xué)又研制了兼有熱能回收裝置的高效節(jié)能真空干燥機(jī)。 木材真空干燥的介質(zhì)一般有濕空氣和過熱蒸汽兩種情況,由于過熱蒸汽的比熱和傳熱系數(shù)比濕空氣的大,其傳熱效率高,而且過熱蒸汽中的水分的傳遞阻力可忽略不計(jì),故干燥速度快。 同時(shí)木材在過熱蒸汽中干燥時(shí)由于表面濕潤(rùn),它不僅可減少干燥應(yīng)力還有利于內(nèi)部水分傳送到表面。由此看來,真空過熱蒸汽干燥比用濕空氣作干燥介質(zhì)更具優(yōu)越性,它不僅比常規(guī)熱風(fēng)干燥快3~7倍,而且干燥質(zhì)量很好。 近10幾年來,在丹麥、德國、法國、加拿大等國,已有工業(yè)應(yīng)用,效果良好。我國在這方面尚處于研究階段,北京林業(yè)大學(xué)對(duì)木材真空過熱蒸汽干燥特性,真空且浮壓下的傳熱傳質(zhì)特性進(jìn)行了初步的探討,并發(fā)表了相關(guān)的研究論文。 真空干燥雖具有上述優(yōu)點(diǎn),但由于設(shè)備初投資大,電耗高和設(shè)備裝材量少等缺點(diǎn),故在我國應(yīng)用很少。目前只有少數(shù)幾個(gè)廠家生產(chǎn)真空干燥機(jī),其裝材量一般不大于10m3,且尚未形成批量生產(chǎn)。 微波與高頻干燥 微波和高頻干燥都是以濕木材作電介質(zhì),在微波或高頻的電磁場(chǎng)作用下,引起木材中水分子極化,同時(shí)由于電磁場(chǎng)的頻繁交變,使水分子高速頻繁的擺動(dòng),摩擦生熱,從而加熱干燥木材。這兩種干燥方法均屬于體積加熱,溫度梯度小、干燥速度快、應(yīng)力小。 微波和高頻的區(qū)別是前者的頻率高、波長(zhǎng)短,故加熱效率高,但對(duì)木材的穿透深度小。高頻的頻率比微波低,但波長(zhǎng)較長(zhǎng)對(duì)木材的穿透深度比微波深,更適于干燥大斷面木材。 微波和高頻干燥是20世紀(jì)60年代,由美國、日本、加拿大、德國等國學(xué)者研究開發(fā)的一種干燥技術(shù)。我國從1974年開始進(jìn)行這方面的研究和推廣工作,1977年由南京七七二廠微波所研制成功木材微波干燥機(jī)。由于微波、高頻加熱均勻、干燥速度很快,其干燥周期比常規(guī)干燥快幾十倍(易干材)至上百倍(難干材)。且具有干燥應(yīng)力小、質(zhì)量好;能夠保持木材天然色澤等優(yōu)點(diǎn),曾一度在北京、天津、上海、南京、鎮(zhèn)江、青島、哈爾濱等地推廣應(yīng)用。 后來因微波、高頻干燥投資高、電耗大,干燥成本高以及當(dāng)微波干燥工藝處理不當(dāng)時(shí)易出現(xiàn)內(nèi)裂和炭化等缺陷,到20世紀(jì)80年代中期,各廠的微波干燥先后停產(chǎn)。 進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后,由于微波與高頻干燥設(shè)備不斷完善和改進(jìn),干燥工藝不斷成熟,同時(shí)由于微波、高頻干燥在解決大斷面帶髓心的方材干燥時(shí),有它突出的優(yōu)點(diǎn),從而使這兩種干燥技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用又重新恢復(fù)。 國際干燥界權(quán)威人士、DryingTechnology雜志主編、加拿大的Mujumdar教授曾撰文指出,當(dāng)今干燥的總目標(biāo)是在對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響最小,不損害環(huán)境和在設(shè)備投資與運(yùn)行費(fèi)用較低的條件下,實(shí)現(xiàn)被干物料內(nèi)最快的水分遷移。 在談到今后干燥技術(shù)的創(chuàng)新時(shí),他指出創(chuàng)新干燥設(shè)備與目前常規(guī)干燥設(shè)備的主要區(qū)別在于:創(chuàng)新干燥設(shè)備已由單一的干燥參數(shù)(視為穩(wěn)定)的粗放型,逐漸過渡到由多種干燥設(shè)備、不同干燥參數(shù)(非穩(wěn)態(tài))下、多級(jí)組合而成的智能型、精確性干燥。這是干燥觀念上的重要突破。 聯(lián)合干燥技術(shù)是今后發(fā)展的重點(diǎn) 聯(lián)合干燥符合國際干燥技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)。因?yàn)槊恳环N干燥方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和適用范圍,聯(lián)合干燥正是取其優(yōu)點(diǎn)而避其缺點(diǎn),F(xiàn)以除濕干燥與常規(guī)蒸汽聯(lián)合干燥為例,首先用蒸汽熱能對(duì)木材預(yù)熱,避免了采用除濕干燥時(shí)用電加熱預(yù)熱而帶來的升溫慢、電耗高的缺點(diǎn)。 進(jìn)入干燥初期至中期階段,干燥室的排濕量大,此期間采用除濕干燥回收干燥室排氣的余熱,可以明顯地降低干燥的能耗,與蒸汽干燥相比,其節(jié)能率在40%以上。 在干燥后期,當(dāng)干燥室排濕量很小時(shí),則用蒸汽干燥,可提高干燥室溫度,加快干燥速度,縮短干燥周期。又如日本采用高頻與常規(guī)蒸汽聯(lián)合干燥113mm×113mm的方柱柳杉,與單純蒸汽干燥相比,干燥時(shí)間快了4倍多,而干燥成本(包括設(shè)備、能耗和人工費(fèi))降低了3%[31]。 此外,還可發(fā)展高頻-蒸汽、高溫-常規(guī)蒸汽干燥、真空-微波、真空-除濕、太陽能-蒸汽、太陽能-熱泵除濕等各種聯(lián)合干燥。 必須指出,聯(lián)合干燥并非兩種干燥方法的簡(jiǎn)單組合,而是針對(duì)不同干燥對(duì)象的優(yōu)化組合。另外聯(lián)合干燥的初投資大,宜于在具有一定規(guī)模的專營木材干燥的企業(yè)推廣使用。這種專營木材干燥的企業(yè)也是今后發(fā)展的方向。據(jù)資料報(bào)道,美國僅西佛利亞州專營木材干燥的公司已達(dá)21%。 家居行業(yè)技術(shù)咨詢電話13301505755 文章來源:家居薈二零二五 歡迎關(guān)注家居薈 長(zhǎng)按二維碼即可關(guān)注家居薈公眾號(hào),了解更多有用和有趣的家居知識(shí)! |