我国木材干燥技术的创新与发展的几点思考

点击数：46262014-03-24 17:31:30　来源: 临朐茂祥烘干设备厂

木材干燥的责任与地位 我国木材资源的浪费，大多数是由于湿材未经干燥处理，或处理不当，致使木材降等甚至失去了使用价值。
1、木材干燥处理的目的在于：
(1)防止木材的变形开裂；
(2)提高木材的力学强度，改善物理性能；
(3)防止木材腐朽虫蛀；
(4)减轻木材的重量，节省运输费用。 从以上所述可以看出，木材干燥业的责任在于改善木材的使用性能并提高它的利用率。同时由于木材干燥是能耗最大的工序，因此无论从产品质量或从经济效益的角度来看，干燥作业都是木制品生产中举足轻重的关键性环节之一。 
2、木材干燥技术的现状 
2.1 木材干燥业的发展潜力巨大 据有关专家估计，我国现有设备年干燥能力约400万立方米材，只占2000年需干燥锯材的17%左右，而中等发达国家的干燥设备能力，可达所需干燥量的30%，美国则高达60%。这说明我国干燥设备的能力与发达国家、中等发达国家相差甚远，同时也说明我国木材干燥工业的发展潜力很大。 
2.2 国产干燥设备尚有不足之处 据不完全统计，我国具有一定生产规模的，能生产各类干燥设备的生产厂家约20多个，产品质量能基本满足生产要求，可替代进口产品，而且某些性能指标已达国际同类产品的先进水平。现阶段，我国生产的木材干燥设备与国外的先进设备相比，主要差距在于：(1)检测与控制系统的精度差、可靠性差；(2)加工粗糙、造型不够精美；(3)蒸汽阀、疏水器等分部件质量差。以上这些问题，如果上级领导、行业协会和生产厂家给予充分的重视，是完全有能力解决的。 
2.3 干燥能耗偏高，对环境的污染不容忽视 我国现有的各种干燥设备中，蒸汽干燥占80%以上。而炉气和直火式烟气干燥则在小型企业中较多。蒸汽干燥以锅炉作供热设备，我国工业锅炉及其管网的平均热效率只有60%，同时蒸汽干燥的进、排气热损失较大，约占蒸汽热能的40%，此外还有墙体大门等的散热损失，故使蒸汽干燥的一次能源利用率一般低于30%。干燥能耗高，不仅使产品成本增加，而且使锅炉与干燥室排出的烟尘与废气增多，从而增加了这些有害物质对大气的污染。以年干燥能力为1万立方米材的蒸汽干燥车间为例，约需配4吨/h的锅炉一台，它每小时排出的有害物质为：烟尘量约40kg、CO2：1900立方米、SO2：45立方米，还有少量的NO2，这些物质是造成大气温室效应、酸雨和臭氧破坏的主要因素。据有关资料报道，在全球监测网上，对40个颗粒污染最严重的城市排序中，沈阳、西安、北京、上海和广州进入前10名。由于能源对环节的贡献率可达70%-80%，故木材干燥的节能问题必须予以重视。 
2.4陈旧简陋的设备较多，干燥的降等损失严重 目前我国多数中小型（尤其小型）木材加工厂，干燥设备陈旧简陋，操作人员素质低、多数未经专业培训，导致由于干燥不当而引起的木材降等损失相当严重，一般大于20%，其中约5%的木材则完全失去使用价值。据不完全统计，全国这类设备的年干燥总量在100万立方米左右，以降等20%计，每立方米材的降等损失按50元计，则直接经济损失在1000万元以上。以5%木材失去使用价值计，则浪费的森林资源在5万立方米以上。 
3、木材干燥技术的发展与创新 
3.1 国际干燥技术的发展趋势 国际干燥咨询委员会主席、国际干燥界权威杂志“Drying Technology”主编，加拿大的A.SMujumdar教授曾撰文指出，在设计干燥装置时，必须考虑较高的干燥质量和较低的能耗。当今干燥的总目标是：在对产品品质不利影响小，不损害环境和在设备投资与运行费用最低的条件下，实现被干物料最快的水分迁移。同时他还进一步指出了当今创新干燥设备与目前常规干燥设备的主要区别在于：创新干燥设备已由单一的干燥参数（视为稳定）的粗放型干燥，逐渐过渡到由多种干燥设备，在不同干燥参数（非稳定态）下，多级组合而成的智能型、精确性干燥。这是干燥观念上的重要突破。 
3.2 联合干燥技术的应用 联合干燥符合国际干燥技术的创新发展趋势，因为每种干燥方法都有各自的优点和适用范围，如果吸收不同干燥方法的优点，而避其缺点，就能取得良好的效果。以除湿与蒸汽联合干燥为例，首先用蒸汽热能对木材预热，避免除湿干燥用电热预热而带来的升温慢、电耗高的缺点。进入干燥初期至干燥中期阶段，干燥室的排湿量大，采用除湿干燥法回收干燥室排气的余热，可以明显地降低干燥的能耗，与蒸汽干燥相比，其节能率在40%以上。在干燥后期，当干燥室排湿量很少时，则用蒸汽干燥，可提高干燥室温度，加快干燥速度，缩短干燥周期。必须指出，联合干燥并非两种或几种干燥方式简单的组合，而是将它们进行优化组合，关键在于两种或几种干燥方法组合时，对不同的干燥对象，不同干燥方法的最佳分界点应在何处为宜。目前已有除湿与蒸汽联合干燥的应用，但是否达到优化组合还值得探讨。 除了上面列举的除湿与蒸汽联合干燥外，今后还可发展真空-除湿，除湿-微波，气干-蒸汽，太阳能-蒸汽，太阳能-除湿等各种联合干燥。 
3.3 开发精确性干燥技术 如前所述，我国目前的干燥技术水平已基本能满足现阶段生产的要求，但仍有许多不足之处。在新世纪中的干燥技术需要增加科技含量，由粗放型，向精确性、高科技的方向发展，才能跟上时代发展的步伐。木材干燥的精确性应包括设备、工艺、测试与控制等几个方面： 
3.3.1 干燥设备 干燥设备的精确性应包括设计与加工精度两个方面。干燥室设计的精确性应该是在建立干燥室设计数据库的基础上，开发计算机辅助设计，以代替传统的手工计算，才可能做到为每一个具体干燥对象的干燥室“量体裁衣”，使干燥室的性能尽可能完美。 关于干燥设备加工的精确性，除了需要制定检验设备加工精度的待业标准外，期望通过市场的竞争，来促使干燥设备的优胜劣汰。 
3.3.2 干燥工艺 由国家林业局批准发布的锯材窑干工艺规程（LY/T1068-92）和锯材气干工艺规程（LY/T1069-92），虽已涉及60余种木材，但我国有2000余种木材，加上天然林禁伐后出现了新的情况，使干燥工艺的研究任务仍十分艰巨。今后干燥工艺的研究一方面集中在人工速生材、小径材、难干阔叶林及进口材的干燥工艺；另一方面则是精确性干燥工艺的研究，它是指在现有干燥设备中的每一具体干燥对象，都有一套最佳匹配的工艺方案。 
3.3.3 干燥参数的检测与控制 木材干燥工艺参数的检测与控制仪表犹如人的眼睛和大脑，直接关系到干燥的质量和经济效益。以木材含水率的检测为例，目前干燥生产上普通采用电阻法，这种检测仪在高含水率（>30%）和低含水率阶段（<10%）测试误差都很大。于是生产上对干燥质量要求高的木材，一般采用比预定的终含水率降低1至2个百分点，即用延长干燥时间的办法来保障干燥质量。以某除湿干燥机的生产为例，干燥1立方米材每天的平均能耗为6KW.h，终含水率降低1-2个百分点至少需要耗10KW.h的能量，加上工人的工资、管理等费用，每立方米材的干燥成本大约要增加10元左右。由此可看出高精度的检测与控制系统的重要性。 
3.4  干燥供热设备燃烧技术的改进 众所周知，太阳能、电能是清洁能源。但我国目前仍以蒸汽干燥为主，其次是利用工厂木废料的炉气及简易直火式烟气干燥。这些供热设备对大气造成的污染十分严重，因此在新的世纪必须逐渐采用新的洁净燃烧技术对现有污染严重的燃烧设备给予治理。 煤或木废料的气化、液化是一种洁净燃烧技术，早在十几年前虽然已经有少数工厂采用发生炉煤气作为干燥介质，但至今未能很好推广的原因除干燥室设计不合理外，煤气发生炉的安全性及火灾隐患未能圆满解决是主要的因素。据了解，近来北京及外地一些单位对燃料的气化燃烧技术已有较大的改进。例如东北电力学院孙健教授研制的煤洁净燃烧技术已在吉林、山东、辽宁等有数百余台锅炉中推广使用，效果很好。这项技术在理论和结构上都有创新，它将煤气发生炉与层燃炉有机的结合，在一个炉膛内一并完成，还附有炉内除尘功能。它的锅炉热效率可达82%，除尘效果则符合国家环保标准GWPB-1999中的一类地区要求。 
3.5 创新需要加强基础理论研究 
3.5.1 基础研究的重要性与现状 干燥理论的基础研究是产生高新技术的基石和摇篮。中国科学院院长路甬祥在分析百年诺贝尔获奖规律后指出，近几十年科学发展的中心移向美国的原因之一在于，美国重视基础研究，有充实的研究经费和优越的研究条件。 我国在木材干燥理论研究方面的基础十分薄弱，尚在起步阶段，其研究经费很少，大约只有发达国家的0.2%。为解决研究经费的不足，今后除希望增加国家投资外，还希望一些有远见的干燥设备生产厂与有关的高等院校和科研院所合作，搞一些有应用前景及当前急需解决的技术疑点与难点的基础研究。 
3.5.2  基础研究的重点与范围 笔者分析了第5届、第6届国际木材干燥学术会议论涉及的研究内容，以及目前欧洲一些大学及研究所的研究内容，结合我国的实际情况，认为我国在新世纪里木材干燥理论基础研究应侧重以下几个方面：
（1）干燥过程的数值模拟 
（2）木材干燥过程的传热传质 
（3）干燥过程中木材内的应力分布及影响因素 
（4）高精度的木材含水率分布的无损检测方法 
（5）干燥室气体动力学与气流循环的优化 
（6）木材干燥与环境问题