干材干燥是木材加工过程中的一个重要环节,是确保木制品质量,或使木制品能进入国际市场的先决条件。但木材干燥效果的好坏及干燥成本的高低,则与干燥方法和干燥设备的选用,以及工艺操作是否合理有关。笔者应一些企业和部门的要求,撰写此文,作为木材干燥技术决策之参考。
1 木材干燥方法的选择木材干燥的方法多,已应用于生产的有蒸汽干燥、炉气干燥、除湿干燥、真空干燥,还有太阳能干燥、微波干燥和高频干燥等。现就常用的几种干燥方法的特点及适用范围简介如下。
(1)蒸汽干燥 用低压 (P≤0.4MPa)饱和水蒸汽供热和词湿的一种对流干燥方法。该法的主要优点是:①工艺成熟,干燥介质状态容易调节和控制,干燥质量有保证,②容易撮作。劳动强度低,可实施 自动控制,集中操作和统一管理③设备完好率高,维修保养方使,使用寿命长④设备容量大,产量高,能耗和干燥成本适中或较低。因此,蒸汽干燥是国内外应用最普遍的、主要的木材干燥方法。对于年干燥量较大的企业,通常必须采用蒸汽干燥。即使年干燥最不大,但已有锅炉设备可提供蒸汽的,也应采用蒸汽干燥。对于没有锅炉设备的中、小型企业,如对干燥质量要求较高,当地又可建锯炉,并有煤炭资源或块状的木材加工剩余物或采伐剩余物可作燃料,也应首先考虑采用蒸汽干燥。如锯材年干燥量为5OOO~1OO00m。/a时,可配/h的低压锅炉,干燥量2O00—5O00m。/a,配2t/h快装钱炉I干燥量1000—2O00m。/a,配1t/h快装锅炉I5OO一·1oocm。/a的小 型企业,可配0.3--0.st/h的低压生活锅炉。
(2)炉气干燥 用燃烧废木料生成的炉气供热的对流干燥方法。有以下几种方式:①在窑内地坑中直接铺木屑点火燃烧的熏烟干燥,干燥温度由调节进排气量控制,干燥周期由所铺木屑数量及其燃烧快慢决定,无调湿处理设施。此法极不安全,干燥质量无保证,并易熏黑木材。②炉灶设在窑的后端地下,在窑内地下乃至墙壁内部砌筑烟道,或在地面上铺放烟管,并设有喷水词湿的间接加热自然循环干燥,干燥温度由炉灶控制。该法同样极易引起火灾,并因温度易失控,干燥质量难保证。③炉灶设在窑的后端地下,在窑内地下的烟室道易锈蚀,一旦腐蚀无法更换, 安全性虽比前两中铺设循环空气吸气管组的间接加热喷气式干燥,也有喷水词湿装置,温度由炉灶控制 此法热风管种有所改善,但在炉温过高或炉灶及烟室破裂或热风管锈蚀穿孔时,仍易发生火灾I能量利用率、干燥效率和干燥质量也不佳。④旋风燃烧炉气直接加热的木材干燥,是用特制旋风燃烧炉将木屑、刨花或块状木料燃烧生成炉气,经沉降除灰、词湿、调温后直接进入窑内作为干燥介质的强制循环干燥。因旋风燃烧比较充分,热效率高,并可调温调湿,从而可避免火灾,确保安全,保证千燥质量。但因炉气直接干燥,会使被干木材有一定程度的污染.⑤沸腾炉燃烧间接加热的木材干燥,以木屑为燃料,用特制的沸腾燃烧炉,生成的炉气经沉降除尘和凋温后进入窑内的炉气管道加热干燥介质(空气)的强制循环干燥,有涸湿装置。此法可靠安全,干燥贾量有保证,并无污染,但沸腾炉相对较复杂,建造麻烦,造价较高,动力消耗也较火。⑥旋风燃烧炉气间接加热的木材干燥,是旋风燃烧直接加热改进设计的第三代产品,即由旋风燃烧炉生成的炉气经除尘加热空气介质的强制循环干燥,也配有调湿处理、调温后进入窑内炉气管组装置。此法是迄今设计最合理的炉气干燥设备,安全可靠,干燥质量有保证,干燥效率高,干燥成本低。该法为南京林业大学研制,溧阳平陵林机厂制造专营,是近年来推广应用最广泛的木材干燥技术成果,也是炉气干燥法中唯一批量生产的商品化设备。炉气干燥一般适用于木材 年干燥量不大于3ooom。/a并有充足的废木料尚未综合利用的中、小型企业。上述各种方式中以采用旋风燃烧间接干燥为宜,其它方式须慎用。
采用炉气干燥还应注意以下问题
a.最好不用湿木材作燃料,以木制品车间的加工剩余物作燃料较合理。因湿木材的有效发热值只相当于气干材的一半,且着火慢,燃烧不稳定,影响干燥温度及其控制。b.同一企业以使用 1—2套燃烧 炉 较合适。若太多则司炉不方便,不如采用蒸汽干 燥集中供热,也较容易操作和控制。c.经防腐处理的木材,如橡胶木等,最好不用此法干燥。因其废木料中含有防腐剂盐分,燃烧生成的炉气中带有酸酐和水蒸汽,在窑内加热管中散热冷却至嚣点后,会在管内壁上结露为酸而腐蚀钢制加热管。
(3)除湿干燥 由专用除湿机 (热泵)的冷端将窑内一部分空气介质冷凝除湿,并经除湿机热端及辅助加热器加热后,再与窑内其余循环空气混合所进行的低温、低风速的对流干燥。干燥温度通常只有4O一5O℃,好的除湿干燥机也是在干燥后期才能使窑温达到6O。C左右。材堆内的气流速度一般低于0.5m/s。国产除湿干燥设备大都不重视干燥窑的结构设计,保温和气密性能较蹇,风速场和温湿度场分布不均,并需在窑内进行装卸堆作业。除湿干燥的优点是可回收干燥介质冷凝除湿的部分潜热,从而减少排气热损失,故具有节能效果,干燥过程自动控制,操作简单,干燥质量一般较好,不易发生开裂。除湿干燥的缺点是于燥时间长,生产率低,单位产量的投资费用较高,使用高级能源——电能,干燥成本高J设备易故障和损坏,开工率低,维修费用大,使用寿命短J没有调湿处理装置,不易消除残余干燥应力。在没有蒸汽源的条件下,只有在以下情况时采用除湿干燥才是合理的:电力供应充足旦电价较低,工厂所在地不允许建锅炉或炉气燃烧炉,干燥批量少,建锅炉或炉气燃烧炉不合算,干燥数量少的容易发生开裂的硬阔叶材薄板。应尽量避免用除湿法干燥针叶材薄板或硬阔叶材厚板,因前者可用更合理的高温快速干燥,后者则会使除湿干燥效率更低,尤其是低含水率阶段。
(4)真空干燥 其机理是利用负压条件降低水的沸点,使木材中的水分容易汽化,并加大木材内外的水蒸汽压力梯度,从而可大大加快木材干燥的速率。木材干燥的难处,主要在于内部水分的传输跟
不上表面水分蒸发的速度,从而导致干燥应力的产生和发展。真空干燥虽能加速木材内部水分向表层传输,但表层水分蒸发也将更激烈。如果表层水分蒸发速度控制不适当或不及时,就会发生开裂等干燥缺陷,使木材降等或破坏。
因此,对工艺及操作的技术要求较高。真空干燥因对机身的承压 能力和气密性要求高,一般用钢板做成直径≤2m 的圆筒状,设计装载 通常为6—15m。锯材,材堆较小,干燥变形较严重。真空干燥机的结构和设备也比较复杂,除机身外还需要有真空和冷却系统、控制和监测系统。
连续真空干燥要用数量较多的金属热隔板进行接触加热,而间歇真空干燥需要配备加热和通风设备。都需配备加热源,如小型蒸汽 锅炉 或炉 气燃烧炉
等。总造价相对较高,单位产量的比投资较大。又机身易腐蚀,维修费用高,使用寿命不长。电能消耗也较大,综合成本偏高。
对于批量少的厚板或难干材的干燥,用常规干燥法时间太长时,可采用真空干燥以缩短干燥时问。当干燥时间对于干燥成本的影响起主要作用时,真空干燥将可降低干燥成本。真空干燥一般不适合干燥易干材薄板,因易干材采用蒸汽或炉气的高温快速干燥更经济。
(5)其它干燥方法 生产上应用不多,采用须慎重。
①太阳能干燥,需要具有较大采光面积的集热器装置。虽可利用自然能源,但需消耗较大的动力驱动干燥介质流经路径较长的集热器系统以吸收太阳能。并因受光照时间限制,需要配备辅助加热源以维持连续干燥。干燥窑的构造及工作原理与常规干燥法相同,但属低温干燥,干燥效率较低。简易的温室型干燥室 (具有一定通风装置的玻璃或玻璃钢屋面的封闭式暖房)如设计合理,可用于硬阔叶材预干,或作为调温干材仓库,以维持高档用材或出口木制品较低的终含水率。
②微波干燥和高频干燥,都是利用高频振荡的
电磁波使木材中的极性水分子频繁摆动产生的摩擦作用来加热木材。此法干燥快且无干燥应力。但若工艺操作不合理,使加热温度过高,水分汽化太快,也容易产生内裂或炭化等干燥缺陷。还因设备复杂,投资费用高,维修麻烦,耗电量大,产量低,成本高等问题,尚不能在生产上推广。但可干燥少量贵重木材,尤其是特厚板 或难干的 硬阔叶材。