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木材干燥技术的创新与发展前景
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一)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。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。
  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。
二)木材干燥技术的现状
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)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。
3)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。然而,微波干燥设备造型美观,操作简单,大大降低了设备及人为所造成的损失,从而提高了木材产品的质量。
三)微波干燥木材原理
木材微波干燥是一项新技术,具有加热均匀、干燥速度快、不走形、质量好,有利于连续化和自动化生产一系列优点。
木材微波干燥与传统烘干木材设备不同,它是一种频率为300MHZ至300GMHZ,其对应的波长为MM至DM(10 -10M)的数量级,比光波、红外线的波长长、属高频段的电磁波。我国对工业微波加热设备常用的固定专用频率有两种:915MHZ和2450MHZ。微波具有电磁波的诸如反射、透射、和干涉、衍射、偏振,以及伴随着电磁波的能量传输等波动特性;物料的积极性分子如水分子在电磁场中以915MHZ和2450的频率重复变化排列、转化和释放能量起到加热和干燥的目的。微波加热物料内外同时进行,具有即时加热的特点,没有热惯性现象,因此干燥过程中易于控制;且没有噪音和有害气体排放,属于环保干燥技术,简易的说,就是微波透过物料内部被所含的水份和木材本身吸收直接加热。由于物料的表面水份的蒸发,因此,物料内部温度高于表面。使物料内部形成向外的压力差,加速了水份的表面迁移,所以微波干燥木材的速度远大于对流干燥速度快20 –30倍。比远红外和蒸气干燥能耗降低25%以上。
微波干燥物料可使木材内部的温度高于60℃,使用物料中寄生的虫卵很快杀灭、达到防蛀、防霉的作用。对于各种不同性质的木材要先取合适的微波加热速度,达到最佳的工艺条件,可获得最佳的效益。
四)微波烘干设备与经济效益
设备结构:
微波烘干设备结构内壁材料选择304不锈钢板材料制作。外层加保温隔热材料进行保温,有利于能源的充分利用和节能。设备外层采用折弯钢板喷塑处理。设备底部有进风气孔,以便进气。设备顶部配置排湿气孔,以作排出潮气,备有排湿风扇更有利于将微波烘干炉内的潮湿气体排出。促进木材的烘干处理。
微波操作系统:
电气操作系统安装在操作控制仪表面板上,集中操作与控制微波能设备,实现对微波能设的
操作与监测,仪表面板上配置操作开关,功率选择按钮调节微波。时间设定器,供用户操作时选择加热时间。安装功率监视表随机观察微波加热设备稳定性。同时还配置温度显示方便监督温度的变化。操作位安装保护性急停开关,保障在运行时因故障时安全停机。
经济分析如下:
通常用户在选择设备时往往只考虑设备投资如何节省。殊不知设备投资相对于被加工木材的价值来说只是"小菜一碟"。年产2000m3,性能良好的设备投资一般需要20万元,但2000m3木材的价值有时高达1000万元。良好的设备加上合理的自动控制,使木材干燥的成品率较手工操作的简易设备提高5%已是不争的事实,这5%成品率的提高意味着每年50万元的节约,单从这一点来看,花20万元添置性能良好的设备要比花10万元购买简易设备合算得多。
例如:微波烘干设备初步设计为40kw/h,增加辅助耗能估算为50kw/h来进行分析:
木版规格:长=930mm,宽=160mm,厚=130mm
烘干方法:采用堆积法。堆积要求:1)木材规格要统一、一致,不可混杂;
2)木材含水率要大致相同;
3)材质要求统一;
4)堆放侧边要平齐;
5)木材的芯材和边材要分开放置,芯材放置在中间偏上部,边材厚度在40mm~50mm范围则可以自身作为垫板。
堆放要求:木材平放置每块板之间距离间隔=20mm~30mm ,每层放置10块板材,第二层要求转位90℃放置,同放置10块木材;一直堆积11层。每层物料到微波内壁间距离=250mm~300mm累积总数=10x11=110块木版。
堆放体积计算总量:每块木材体积=960x160x130=0.0194(立方米)
堆积体积=0.0194x110=2.134(立方米)
堆放木材所占高度空间=130x11=1430mm
微波烘干室(窑)内部空间尺寸参数为:(长x宽x高)=2500x1600x1700mm
物料中含水重量: 初步设定木材初始含水率=60%
木材终止含水率=12%
设定木材基本密度=0.4t /立方米
微波设备一次处理量=2立方米
估算物料中含水总重量=1000x0.4(0.6-0.12)x2
=384Kg (水)
设备每小时耗能50kw/h,处理烘干每炉木材板料,耗时2小时,每次启动一次总耗电100Kw/h,即100度电。
分析(1)如果每度电费用模拟0.5元/每度电价,计算100度电总费用=50元,;每炉所处理板材料总数量=55块木板,每块木板材料处理均摊费用=50/55=0.9元
分析(2)如果每度电费用模拟0.4元/每度电价,计算100度电总费用=40元,;每炉所处理板材料总数量=55块木板,每块木板材料处理均摊费用=40/55=0.73元
分析(3)如果每度电费用模拟0.3元/每度电价,计算100度电总费用=30元,;每炉所处理板材料总数量=55块木板,每块木板材料处理均摊费用=30/55=0.54元
分析(4)如果每度电费用模拟0.25元/每度电价,计算100度电总费用=25元,;每炉所处理板材料总数量=55块木板,每块木板材料处理均摊费用=25/55=0.45元
以上是经济分析对比要按各地地区供电价格及供电避开用高峰情况来对比加以分析。怎样能提高经济效益,取得回报,如何利用电能最有利因素综合考虑进行技术性的投入与决策,这还是要结合实际的生产需要作出适合的选择。
 




家具中,特别是实木家具产品生产中,木材干燥是最头痛的问题。我国从解放初学习原苏联木材加工方式而引进的蒸气干燥木材方式一直沿用至今。这种方式虽然工艺稳定,但耗能、费时,对坚硬树种更难把握,木材干裂、变形大,导致木材的利用率下降,无法达到使用要求。针对以上情况,我们采用国内外最先进的高科技术手段——微波,来干燥木材。经过八年多时间的探索,和研究,突破了微波的强力穿透、发射场的均衡、以及微波的密封等重大课题,同时经过了小型生产性实验,和定型窑的批量生产。通过家具厂、球型门锁厂的试用,均达到客户的要求与理想水平。现介绍它的一些特点:

  1、木材内外温度基本一致。

  由于微波是穿透木材,直接激化水分子,产生热量,所以内部温度还略高于外部,这样可最大限度避免木材出现用传统加热法干燥木材的温度梯度而产生的变形、开裂、干缩等问题,能显著提高木材的利用率。

  2、木材定型好,可直接干燥木制半成品。

  经微波干燥的木材,能完全消除木材内应力,所以能干燥经初加工的木制品。打破历来家具生产工艺是先将板、木方材干燥好后再剖成零部件进行加工的工艺,改为先将板、木方料根据家具结构的需要,先加工成各种直、曲线的规格,再进入微波干燥。这样,一方面不再将加工中的边角余料(约占30%)干燥,加工中的木屑、刨花(约占15%)均不进窑,既节约能源又提高了干燥窑的利用率;另外,因先下料再干燥使木材中原有缺陷不再扩展,可提高木材利用率15%-20%,其经济效益十分显著。

  3、选择性加热,干燥速度快,节约能源。

  微波干燥木材的一个显著特点是具有选择性,含水率高的部分吸收微波多,产生的热量大,反之则产生热量小,加上木材是内部整体生热,没有热惯性,也没有热传输损耗,所以干燥速度比传统蒸气加热法快10倍以上,从而大大节约能源。

  4、可保持木材的原色泽亦能杀虫灭菌。

  传统干燥法因湿度大,时间长,普遍存在干燥后材质降低、变色、变黑的问题,用在家具上则降低了档次,微波则因时间短,在干燥的过程中同时杀虫、灭菌,且效果显著,所以木材在微波中干燥、不变色、不降等级特别是贵重木材,使用更理想。

  5、可减少干燥工艺流程,节约设备投资及场地占用,便于使用者的操作。

  因为微波干燥木材一般不需浸泡、蒸煮、喷蒸等工艺流程,仅需一台设备即可完成。因此,设备简化、占用场地少,同时工艺简便易实现自动化控制,操作时仅需将干燥时间设定好,到时自动停机。全过程没有毒气体或有毒有害液体外排,因此,属于环保设备。