木材干燥——木材干燥技術的進展
解放前,我國工業落后,木材干燥行業根本從談起。木材干燥主要靠大氣干燥、煙熏干燥和煙道干燥。蒸汽加熱的自然循環干燥都很少,強制循環窯極少。
解放后,在北京、上海和哈爾濱等市,建了一批長軸式窯。另外,受前蘇聯影響,在東北等地區于20世紀50~60年代建了一批噴氣型窯。但這種窯對設計和安裝要求較高,電力消耗大。因此,逐漸被淘汰。為克服長軸式窯安裝、維修不方便的缺點,于50年代又在上海新建了短軸式窯,并在華東地區推廣。側向通風窯最早(1964年)見于天津機械木型廠。適宜于中、小型企業使用,在華北和南方有一定程度推廣。為解決側向通風窯氣流循環不均勻的問題,在學習芬蘭經驗的基礎上,又出現了端風機型干燥窯,1979年始建于南京,然后在中小企業較普遍地推廣。新中國成立后30年間,木材干燥工業與國民經濟同步得到了迅速的發展。興建了大量的木材干燥窯。據估計,到1979年干燥窯的設計生產能力已達到鋸材年生產量的15%。
國內各木材加工企業根據不同樹種和用途的特點,皆制定了各自的干燥基準。其中干燥質量較好且影響較大的有紡織機木配件干燥基準,造船材、車輛材、建筑材及樂器材干燥基準。中國林科院木材所在研究木材干燥工藝、制定干燥基準方面做了大量的工作,制定了我國10多種針葉樹材及40多種闊葉樹材的干燥基準。20世紀70年代作為高溫干燥的一種方式——常壓過熱蒸氣干燥在國內被研究并較普遍地推廣。實踐證明,該法用于干燥針葉樹材及軟闊葉樹材(特別是薄板)是可行的;但對硬闊葉樹材的干燥不太適用,易產生較嚴重的干燥缺陷。
近20年來,在干燥方法上,除了常規窯干之外,同時其它干燥方法也有全面發展。出現了百花齊放的繁榮局面。木材干燥窯及其設備的專業化生產企業也紛紛涌現,還出現了集中干燥木材的干燥工廠。在窯型上20世紀50和60年代建造的長軸式和短軸式窯大多被改造或新建。由于耐熱防潮電機的使用,新建窯多為電機置于窯內直接驅動風機的頂部風機式窯。結構簡單,安裝維修方便,傳動效率高,空氣動力特性好。窯殼結構上,除原有的磚混結構外,出現了許多金屬殼裝配式窯。在進料方式上,多用叉車裝窯代替過去的軌道車裝窯。新建的中小型窯中,端風機窯較多,容量10~45m3不等。窯的控制方式上,電腦自動控制逐漸增多,以代替傳統的手動控制。為了減少投資及運轉費用,以木廢料作能源的高溫水加熱干燥木材的方法,近來在地板和家具生產企業逐步增多地推廣應用,部分地代替了蒸汽干燥。另外,對廣大的中小型木材加工企業,以木廢料為能源的爐氣間接加熱干燥是一種適合國情、經濟可行的方法。除濕干燥由于節能,無環境污染,于上世紀80年代初開始在國內使用。特別是采用制冷劑142b以后,較大幅度地提高了窯內介質溫度,擴大了使用范圍,但由于使用電能,且干燥周期較長,生產上又采用除濕與熱水或其它能源聯合的方法,在一定范圍內推廣應用。真空干燥于上世紀80年代中期開始用于生產。有蒸汽加熱間歇真空干燥、熱水加熱連續真空干燥及高頻加熱聯合真空干燥等幾種形式在生產中應用,但范圍不大。
干燥工藝上,近20年來,我國研究發布了《鋸材窯干工藝規程》、《鋸材干燥質量標準》、《鋸材氣干工藝規程》和《木材干燥工程設計規范》等標準和規范,對木材干燥技術和市場起到了指導和規范作用,推動了木材干燥技術的發展。
當前,我國木材干燥技術進一步發展,需要注意原料更新,設備優化、正確導向,加強基礎4個方面的問題。
我國是人口眾多而森林資源嚴重短缺的國家,國家實施天然林保護工程之后,天然林木材產量銳減。解決木材供需缺口的主要途徑是培育速生人工林木材,如松、楊、杉、桉樹、橡膠木等。且速生的中、小徑材和幼齡材會占相當大的比例,這些木材的材性和干燥特性與天然林成熟材有較大的差異。干燥中會出現新的問題,需進一步深入研究,另一方面,近來我國木材進口量猛增。主要進口來自俄羅斯、東南亞、非洲和南美洲。俄羅斯木材與我國東北材相近,而東南亞、非洲和南美洲木材的名稱非常混亂,材性及干燥特性比較生疏。更缺乏成套的干燥基準,今后需花大力氣進行研究和推廣。
國內木材干燥設備的現狀是新老并存,良莠不齊。今后窯型、容量和窯內配置應根據被干木材的樹種、規格、數量和具體條件而定,應先行規劃與設計。窯內配置應盡量采用耐溫、防潮、防腐電機與鑄鋁軸流風機直連,以提高傳動效率,便于維修。散熱器應采用鋼鋁復合軋片式的,以利傳熱和防腐。因此,大型窯(容量50~200m3)建議采用頂風機、橫軸直接驅動型窯;中小型窯(容量45m3以下)采用端風機型。窯殼以全金屬裝配式為好。窯內介質狀態和木材含水率宜用計算機自動控制,以保證干燥基準的正確執行。木材干燥方法的選擇應正確導向。今后較長的時間內,木材干燥方法還應以常規干燥為主,同時適當采用其它干燥方法,并提倡聯合干燥。所謂常規干燥應指以濕空氣為干燥介質的溫度適中的強制循環窯干法,過去通常指蒸汽為熱源的。現生產實踐證明,采用高溫熱水加熱的常規窯干法,具有蒸汽干燥的優點,且設備投資和干燥成本不高,熱能利用率較高,是一種有前途的干燥法。對于中小型企業,干燥批量不大的,可選用以木廢料為能源的爐氣間接加熱干燥法(經濟實用),或除濕干燥法(基本無環境污染)。對于滲透性較好的硬闊葉樹材厚板或方材,中小規模干燥量,可選用真空干燥。每種干燥方法都有它的優缺點和一定的適用范圍,因此,提倡不同方法的聯合干燥,如氣干預干與常規窯干聯合,高頻與真空聯合,高頻與窯干聯合等。以取長補短,提高使用效果,當然,設備投資加大。進口干燥窯與國產窯的選擇問題也需正確導向。國產窯的總體技術性能和工藝匹配并不比進口窯差,但窯內介質溫濕度和含水率控制系統一般不如進口窯精確,窯外形不如進口的美觀。因此,大多數情況下,應推薦采用國產窯,必要時可進口一些控制元件,以減少設備投資。
木材干燥基礎理論的研究是提高干燥技術的基礎。我國在干燥理論的研究方面相當薄弱。今后木材干燥基礎理論的研究應側重以下幾方面:(1)干燥過程的數值模擬——建立數學模型;(2)木材干燥過程的傳熱傳質;(3)干燥過程中木材的應力、應變;(4)高精度的木材含水率無損檢測方法;(5)木材干燥的節能及環境問題等等。
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