新鲜木材含有大量的水分,在特定的环境下水分会不断蒸发。水分的自然蒸发会导致木材出现干缩、开裂、弯曲变形、霉变等缺陷,严重影响木材制品的品质,因此木材在制成各类木制品之前必须进行强制(受控制)干燥处理。正确的干燥处理可以克服上述木材缺陷,提高木材的力学强度,改善木材的加工性能。它是合理利用木材,使木材增值的重要技术措施,也是木制品生产不可缺少的首要工序。木材要实现对木材的强制干燥,必须具备三个基本功能:加热、调湿和通风。加热功能不言而喻;调湿(喷蒸汽或雾华水)用于保障干燥某些阶段所需的高湿度环境,防止木材开裂、变形等;通风设备必须保证湿热空气均匀地穿过材堆的各个部位,使干燥后的木材含水率均匀。简易的木材“烘炉”一般以热炉气直接或间接加热,难以组织合理的气流循环,湿度难以调节或无法调节,用这种简易设备获得好的干燥效果是非常困难的。木材含水率较高时,必须采用较低的温度和较高的湿度;木材含水率在30%左右是关键时期,干燥必须平缓进行;不同材堆的木材含水率差异较大时,必须进行均衡处理。木材置于一定的环境下,在足够长的时间后,其含水率会趋于一个平衡值,称为该环境的平衡含水率(EMC)。当木材含水率高于环境的平衡含水率时,木材会排湿收缩,反之会吸湿膨胀。例如,广州地区年平均的平衡含水率15.1%,北京地区年平均含水率为11.4%。干燥到11%的木材用于北京是合适的,可用于广州将会吸湿膨胀,产生变形。所以说,木材干燥要适当,并非越干越好。
二.木材干燥的方法
木材干燥可分为xx干燥和人工干燥两大类。xx干燥又称自然干燥或大气干燥,简称气干。它是最古老而又简单的干燥方法。气干是将木材堆放在空旷的场地或棚舍内,通过自然通风(普通气干)或强制通风(强制气干),木材吸收大气中的热量,蒸发木材中的水分,达到干燥的目的。气干的主要优点是简单、方便、投资少、成本低。而主要缺点是占用场地大、终含水率偏高、干燥时间长。目前已很少有单纯的气干,一般将它作为预干,或与其他干燥方法联合。目前常用的人工干燥方法有常规干燥、高温干燥、xx干燥、太阳能干燥、真空干燥、微波与高频干燥以及烟气干燥等。所有的人工干燥方法中,常规干燥由于具有历史悠久、技术成熟、故障干燥质量、易实现大型工业化干燥等优点,在国内外的木材干燥工业中均占主要地位,它在我国占80%以上。xx干燥由于能回收干燥排气的余热,是一项节能干燥技术。它在加拿大、日本、意大利及英国、美国、法国等国的木材干燥设备中已占有相对大的比例,日本2000年的统计约占26%,在我国约占1/10。其他干燥方法如真空、微波与高频、太阳能干燥等所占的比例都很小。
我国的常规干燥设备中国产设备占80%左右,其中炉气干燥几乎全部为国产设备。国内具有一定规模的常规干燥设备生产厂家有20多家,在设备的设计水平、技术性能上已接近国外产品,某些方面还具有自己的特色,符合国情需要,国内干燥设备的质量xx能满足木材干燥生产的要求。且由于国内外产品差价大,因此国内生产厂家和企业在选择干燥设备时,应立足于国内,{sx}国内产品。
我国在常规干燥设备的设计方面与国际水平相当。木材干燥工艺研究方面比国外更全面,可以认为某些方面处于先进水平。我国生产的常规干燥设备与国外先进的干燥设备相比,主要的差距在于一下几点。①检测与控制系统的精度差,可靠性差。主要是平衡含水率(或相对湿度)与木材含水率的测试误差较大。②蒸汽阀、疏水器等零配件质量差,合格率低,使蒸汽泄漏严重,能耗大。③干燥室热力计算粗放,通常按经验配换热面积。④不少干燥室密封性和保温性能差,散热损失大。
高温干燥与常规干燥的区别是高温干燥介质温度在100℃以上,一般在120~140℃。其干燥介质可以是湿空气,也可能是过热蒸汽。高温干燥的优点是干燥速度快、尺寸稳定性好、周期短,但高温干燥易产生干燥缺陷,材色变深、表面硬化、不易加工。高温干燥一般用于干燥针叶树材,目前在新西兰、加拿大、澳大利亚、美国、日本等国较盛行,如用于干燥辐射松、柳、杉等建筑用材。西欧国家如德国、意大利则习惯用较低的干燥温度(一般≤80℃)干燥硬阔叶树材,干燥质量好。
xx干燥和常规干燥一样,也是以常压湿空气作干燥介质,空气对流加热木材。但常规干燥是以进、排气的方式降低干燥室的空气湿度,导致换气热损失大。xx干燥时湿空气在除湿机与干燥室间进行闭式循环,它依靠空调制冷和供热的原理,使空气冷凝脱水后被加热为热空气,再送回干燥室继续干燥木材。湿空气脱湿时放出的热量依靠制冷介质回收,又用于加热脱湿后的空气,与常规干燥相比,其节能率在40%以上。xx干燥虽然具有节能、干燥质量好、不污染环境等优点,但xx干燥通常温度低、干燥周期长,依靠电加热,电耗高,因而影响了它的推广应用。在日本、加拿大等国,一般用xx干燥作为预干。
太阳能干燥是利用太阳辐射的热能加热空气,利用热空气在集热器与材堆间循环来干燥木材。太阳能虽然是清洁的廉价能源,但它是受气候影响大的间歇能源,干燥周期长,单位材积的投资较大,故太阳能的推广受限。为缩短干燥周期,太阳能干燥通常与其他能源如蒸汽、炉气及热泵等联合使用。
真空干燥是木材在低于大气压的条件下实施干燥,其干燥介质可以是湿空气或过热蒸汽,但多数是过热蒸汽。真空干燥时,木材内外的水蒸气压差增大,加快了木材内水分迁移速度,故其干燥速度明显高于常规干燥,通常比常规干燥快3~7倍。同时由于真空状态下水的沸点低它可在不高的干燥温度(如70℃左右)下达到较高的干燥速率,干燥周期短、干燥质量好,特别适用于干燥厚的硬阔叶树材。近十几年的真空过热蒸汽干燥在丹麦、德国、法国、加拿大、日本等国已有工业应用,效果良好。但真空干燥系统复杂、投资大、电耗高,同时真空干燥容量一般比较小,否则难于维持真空度。目前我国真空干燥的应用还很少。
高频和微波干燥都是以湿木材作电介质,在交变电磁场的作用下使木材中的水分子高速频繁地转动,,水分子之间发生摩擦而生热,使木材从内到外同时加热干燥。这两种干燥方法的特点是干燥速度快,木材内温度场均匀,残余应力小,干燥质量较好。微波与高频干燥的区别是前者的频率低、波长较长,对木材的穿透深度较深,适于干大断面的厚木材。微波干燥的频率比高频更高(又称超高频)但波长较短,其干燥频率比高频快,但木材的穿透深度不及高频干燥。微波、高频干燥的优点是干燥速度很快,通常比常规干燥快几十倍甚至上百倍,其次是木材内温度均匀、干燥应力小、质量好。但这两种干燥方法的缺点是投资大、电耗高,同时若功率选择不当,功率过大或干燥工艺控制不当,易产生内裂和炭化。由于微波、高频干燥在解决大断面髓心方材的干燥时有突出的优点,而且微波与高频干燥设备已较完善,干燥工艺已逐渐成熟,它的工艺应用与真空干燥比例差不多,而且通常是真空-微波、真空-高频联合干燥。
综合上面的特点和木材的特性,我们制定出以红外灯管的热辐射方式,先xx,预热,温度设定在80-90℃,时间在15-18秒;再加热,加蒸汽,温度设定在120-135℃,时间在15-18秒。再xx,预热,温度设定在90-100℃,时间在20-35秒;xx,预热,温度设定在70-90℃,时间在18-54秒;进出料时直接用强冷风来处理,时间在18-27秒。流程总时间在90-150秒。考虑到水分的蒸发会导致木材出现干缩、开裂、弯曲变形等缺陷,严重影响木材制品的品质,为此我们在做此方案时要加压辘这结构。加热区要有蒸汽装置,并有出口回收。加热区后要有排湿装置。
三.红外灯管的工作原理及结构
红外线灯管的结构与工作原理:所谓红外线灯,是将钨丝置在充有氢气与相关惰性气体的石英管中,钨丝在交流电压作用下发热并加热石英管中的气体,由此产生红外线电磁波,其以光的速度传递能量,太阳带给地球的能量主要就是通过红外线传递。红外线是波长比可见光长的电磁波,波长在0.76um到1000um之间,色温可达2450K以上,在光谱上位于红色光外侧,具有很强热效应,透过云雾能力比可见光强,并易于被物体吸收,被作为热源也是近年来的事情。红外灯管的涂层因其表面黑度高,故能吸收大量的辐射热能,同时将吸收的辐射热能转换成物体易吸收的远红外热能,以电磁波的形式传递。微米级电热涂料的涂层厚、热阻大、反射率高,用于光固箱板表面,将散失的热能转换成远红外热能以电磁波的形式辐射光固箱内,为光固箱内的被加热物体所吸收,而不易被潮气吸收,从而将热能留在光固箱内,不仅降低了排潮温度,而且使光固箱内的温度升高,使光固箱内的温度得到了充分的利用。纳米级电热涂料的涂层薄、热阻小,用于光固箱中受热导温的金属材料表面,在传热过程中,该涂料层不仅将吸收的辐射热能转换成远红外热能传递,其自身变成远红外辐射热源,而且也因其表面温度的提高,导致温度梯度增大,使被加热物体的热能传导强度增强,吸热能力大大提高.总之,通过电热涂料将幅射热能转换成远红外热能产生的直接作用是:提高了光固箱内的温度,降低了排潮损失的温度,增强了被加热物体的热能吸收速度;减少了热能损失,达到节能的目的。
四.木制品红外光固烘干机
1.技术条件:
a.木制品含有水分较高,达到80﹪以上,烘干后在10-15﹪左右;
b.烘干箱的温度在70-135℃之间;
c.木制品的外形尺寸:900*1300*1.7 (长*宽*高);
d.传动速度:5米/分钟;
e.整机外形尺寸:12000*1600*1300.
2.技术要求:
a.烘干机分为8节,其中1节加热,3节预热,2节冷风,2节冷强风;每节长度为1500,共1500*8=12000;机架高度设定在800,宽度为1600,长度为12000,烘箱和机架的总高度为1300.
b.采用红外灯管加热方式,每节红外灯管12支,分上下各6支,两节共24支,每支灯管的规格是750W/AC220V;红外灯管总功率为750*24=18KW;
c.行走减速电机的配比是11:1,电机功率为2.2KW/AC380V(三相),经链轮、链条传动,达到传动线速度为21.7米/分钟,同时用变频来调其大小。
d. 每节红外烘箱设置一个温度控制器来显示温度和湿度。
e.两节烘箱的热风由热风机送到预热箱内,并且上下都有热风管道;
f.冷风段的上下要有冷风电机来冷却木制品。
3.结构与工作原理:
红外光固由机架、进料、出料、烘箱、传动部件等组成。结构见图:
木制品从进料口开始,由行走减速电机通过链条来传动,送到烘箱的预热段,再到烘箱的红外加热段,木制品上面的水分由于红外灯管的加热而蒸发,同时温度控制在一定范围内;到了烘箱的冷风段,一是吹散木制品上面的蒸汽,二是冷却木制品表面的温度,这样就可以到出料段,木制品被烘干。
五.结论
如果能够按照上面的几点要求来实施,木制品红外光固烘干机的节能效果比较明显的,而且工作时间越长越明显。同时木制品的产能也有所增加。可直接为用户减低了生产成本,提高了产能,增加了利润。
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