木材节能干燥技术的研究【批木网】

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  本文综述了当前木材节能干燥技术的近况以及木材常规干燥存在的主要问题，并提出相应的解决措施及建议。太阳能干燥技术适用于木材预干，太阳能与热泵联合干燥是比较理想的组合干燥方式，其节能率可达70%左右。目前常规木材干燥的排气余热回收技术常采用热泵干燥机，其节能率在40%左右。木材节能干燥技术以及常规干燥的热能回收技术，在生产中推广具有巨大的潜力。

  1、概述

  在木材工业领域里，要提高木材利用率和产品质量，木材人工干燥是必要的手段之一。据有关专家统计[1]，近年来我国全年实木板材的用量约六千多万立方米，然而真正通过人工干燥的木材仅占22%左右，故木材干燥的发展潜力很大。木材干燥在木材加工企业中，通常是能耗最大的工序，一般占企业能耗的40%~70%，而且我国木材干燥行业中，多数处在小、散、落后的状态，能量利用率很低，大约在30%左右[2]。因此我国木材干燥的节能减排任务十分艰巨。本文将介绍我国在木材干燥的节能减排技术方面所作的一些研究工作。

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  目前，木材常规干燥存在的主要问题有:（1）干燥能耗大;（2）干燥设备壳体热损失严重;（3）干燥过程废气排放、热损失大等。而木材节能干燥技术研究的主要目的则是降低常规干燥的能耗和减少热损失。

  2、木材节能干燥技术

  2.1热泵除湿干燥

  热泵除湿干燥与常规干燥的原理基本相同，在除湿干燥过程中，制冷剂从蒸发器处吸收湿空气中的热量，使干燥室内的空气升温，空气在干燥室、除湿机之间形成闭式循环。利用回收干燥室排湿放出的热量，除湿干燥比常规干燥节能40%~70%[3]。干燥1 m3木材大约可以节省标准煤近50 kg。目前热泵干燥木材在我国约占10%[4]左右，采用热泵干燥技术，每年可节省近7万t的标准煤。在热泵除湿干燥后期，干燥室内循环空气的相对湿度较低、温度较高，除湿机中的大部分制冷剂被循环空气的降温而消耗掉，出现了只降温不除湿的现象，影响了木材的干燥质量。通过分析木材热泵除湿干燥中的临界除湿状态，减少流经蒸发器的空气流量，则可提高系统的除湿效率[5]。

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  2.2太阳能干燥

  太阳能是一种清洁、廉价、永不衰竭的可再生能源。我国有较丰富的太阳能资源，约有2/3的国土年辐射时间超过2200 h，年辐射总量超过5000MJ/m2。全年照射到我国广大面积的太阳能相当于目前全年的煤、石油、天然气和各种柴、草等全部常规能源所提供能量的2000多倍[6]。太阳能干燥的研究在1975年以后逐渐展开，主要是进行了平板太阳能集热器的研究，提出了集热器性能测试方法。开发的开式循环太阳能储热装置，采用天然沸石作为吸附剂，水作为吸附质,沸石床集储热和供热于一体。对该装置进行吸附/脱附循环的动态特性研究表明，热效率超过30%[7]。石蜡相变储热系统在太阳能干燥室中的应用研究表明，随着储热系统管排数的增加，放热时间逐渐缩短，换热系数增加；其他参数相同时，风速增加，换热系数增大[8]。“十一五”期间，对整体式空气集热系统、新型热管空气集热系统和石蜡相变蓄热系统进行了研究，组成的太阳能预干房热效率高，可实现昼夜连续运行[9]。

  2.3排气热能回收技术

  冼海珍、商福民、刘登瀛等[10-12]进行了振荡流热管的传热性能及其强化的试验研究。实验热管是由内径3mm、外径4.2 mm、总长度为4.9 m的黄铜管弯曲而成的回路型热管，有8个直管段，分为加热段、绝热段、冷凝段3部分。实验热管以二次蒸馏水为工作液体，冷凝段采用水冷却，冷却水由高位水箱流入。实验结果表明，无论是采用脉冲加热代替传统的连续加热，还是采用非均匀热管流通截面，这两种强化振荡流热管都能增强热管内的振荡过程，并使传热性能显著改善。脉冲加热的振荡流热管比相同功率下连续加热时的传热热流量提高15%~38%，当量导热系数提高12%~63%。当加热功率大于100 W时，非均匀截面振荡流热管比均匀截面振荡流热管的热流量和当量导热系数也有明显提高。此课题组与山东省天力干燥设备有限公司合作研制出的振荡流热管换热器可用于常规木材干燥室的排气热能回收，其节能率在有限换热面积条件下可达20%左右。虽然它的节能率只有热泵的1/2，但它的设备投资仅接近同容量干燥室热泵干燥机价格的1/2，而且它运行不耗能，几乎不需要运行维护费用，这是振荡流热管换热器的突出优点。因此可预见它有较好的应用前景和市场潜力。

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  2.4联合干燥

  联合干燥技术是指整合常规干燥与节能干燥技术，或者利用几种节能干燥技术的优点进行组合。如太阳能-除湿干燥、太阳能预干-除湿-常规干燥等。中高温、高温除湿和常规蒸汽联合干燥系统及其最佳匹配条件的研究，始于2004年，利用蒸汽预热，当木材含水率在22%以上时，开启除湿机回收能量，在含水率降到22%以下时，采用常规蒸汽干燥。结果表明，除湿与常规蒸汽联合干燥系统比常规蒸汽干燥节能17.6%，干燥周期比只用除湿干燥缩短了55%[13-14]。

  3、木材节能干燥技术的应用

  目前我国热泵(除湿)干燥机的总干燥能力，已占各类干燥机总干燥能力的1/10左右，居热风(以蒸汽为热源)干燥之后。尽管热泵、太阳能用于木材干燥可以节约能源，减少环境污染问题，但前期投资较大，且太阳能能源密度低、昼夜间差别大，故均未得到很好的工业化应用。联合干燥多以太阳能-热泵联合干燥为主，其投资更大，工业化应用极少。但随着能源、环境问题的日益突出，木材节能干燥技术以及常规干燥的热能回收技术，在生产中推广仍具有巨大潜力。

  4、总结与建议

  （1）木材干燥的节能潜力大。目前木材干燥能量利用率很低，节能潜力大，应该引起有关主管部门和木材干燥行业的重视。

  （2）具有节能潜力的木材联合干燥方法，如木材太阳能-常规干燥、太阳能-热泵除湿干燥等，可有效解决常规干燥的高耗能问题，同时也可以弥补太阳能、热泵干燥的不足。加大采用太阳能干燥的政策支持和宣传力度，提高生产企业节能和环保意识，挖掘木材联合干燥潜力。

  （3）木材干燥过程的废气排放控制与热能回收技术。常规蒸汽干燥过程中,排气热损失达到蒸汽供给热量的40%左右。预计振荡流热管换热器用于干燥排气余热回收有较好的应用前景。振荡流热管换热器投资不太高、不耗能又容易维护管理，因此适用于技术水平比较低的木材干燥行业余热回收。同时也可以考虑推广到其它工业余热的回收。

  （4）建议在我国太阳能丰富的地区推广太阳能预干木材。今后应该着重提高太阳能空气集热器热效率和太阳能的高效储热问题的研究。太阳能-热泵联合干燥技术适于在我国南方气温高、湿度大的地区推广。太阳能干燥技术也适于农副产品等物料的干燥。
  
  

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