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我國(guó)木材干燥技術(shù)的前景與發(fā)展

[2011/10/26]

　　一)木材干燥的責(zé)任與地位

　　我國(guó)木材資源的浪費(fèi)，大多數(shù)是由于濕材未經(jīng)干燥處理，或處理不當(dāng)，致使木材降等甚至失去了使用價(jià)值。木材干燥處理的目的在于：(1)防止木材的變形開(kāi)裂;(2)提高木材的力學(xué)強(qiáng)度，改善物理性能;(3)防止木材腐朽蟲(chóng)蛀;(4)減輕木材的重量。

　　從以上所述可以看出，木材干燥業(yè)的責(zé)任在于改善木材的使用性能并提高它的利用率。同時(shí)由于木材干燥是能耗最大的工序，因此無(wú)論從產(chǎn)品質(zhì)量或從經(jīng)濟(jì)效益的角度來(lái)看，干燥作業(yè)都是木制品生產(chǎn)中舉足輕重的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)之一。

　　二)木材干燥技術(shù)的現(xiàn)狀

　　1)木材干燥業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮?

　　據(jù)有關(guān)專(zhuān)家估計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有設(shè)備年干燥能力約400萬(wàn)立方米材，只占2000年需干燥鋸材的17%左右，而中等發(fā)達(dá)國(guó)家的干燥設(shè)備能力，可達(dá)所需干燥量的30%，美國(guó)則高達(dá)60%。這說(shuō)明我國(guó)干燥設(shè)備的能力與發(fā)達(dá)國(guó)家、中等發(fā)達(dá)國(guó)家相差甚遠(yuǎn)，同時(shí)也說(shuō)明我國(guó)木材干燥工業(yè)的發(fā)展?jié)摿艽蟆?

　　2)干燥能耗偏高，對(duì)環(huán)境的污染不容忽視

　　我國(guó)現(xiàn)有的各種干燥設(shè)備中，蒸汽干燥占80%以上。而爐氣和直火式煙氣干燥則在小型企業(yè)中較多。蒸汽干燥以鍋爐作供熱設(shè)備，我國(guó)工業(yè)鍋爐及其管網(wǎng)的平均熱效率只有60%，同時(shí)蒸汽干燥的進(jìn)、排氣熱損失較大，約占蒸汽熱能的40%，此外還有墻體大門(mén)等的散熱損失，故使蒸汽干燥的一次能源利用率一般低于30%。干燥能耗高，不僅使產(chǎn)品成本增加，而且使鍋爐與干燥室排出的煙塵與廢氣增多，從而增加了這些有害物質(zhì)對(duì)大氣的污染。以年干燥能力為1萬(wàn)立方米材的蒸汽干燥車(chē)間為例，約需配4噸/h的鍋爐一臺(tái)，它每小時(shí)排出的有害物質(zhì)為：煙塵量約40kg、CO2：1900立方米、SO2：45立方米，還有少量的NO2，這些物質(zhì)是造成大氣溫室效應(yīng)、酸雨和臭氧破壞的主要因素。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，在全球監(jiān)測(cè)網(wǎng)上，對(duì)40個(gè)顆粒污染最嚴(yán)重的城市排序中，沈陽(yáng)、西安、北京、上海和廣州進(jìn)入前10名。由于能源對(duì)環(huán)節(jié)的貢獻(xiàn)率可達(dá)70%~80%，故木材干燥的節(jié)能問(wèn)題必須予以重視。

　　3)陳舊簡(jiǎn)陋的設(shè)備較多，干燥的降等損失嚴(yán)重

　　目前我國(guó)多數(shù)中小型(尤其小型)木材加工廠(chǎng)，干燥設(shè)備陳舊簡(jiǎn)陋，操作人員素質(zhì)低、多數(shù)未經(jīng)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，導(dǎo)致由于干燥不當(dāng)而引起的木材降等損失相當(dāng)嚴(yán)重，一般大于20%，其中約5%的木材則完全失去使用價(jià)值。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國(guó)這類(lèi)設(shè)備的年干燥總量在100萬(wàn)立方米左右，以降等20%計(jì)，每立方米材的降等損失按50元計(jì)，則直接經(jīng)濟(jì)損失在1000萬(wàn)元以上。以5%木材失去使用價(jià)值計(jì)，則浪費(fèi)的森林資源在5萬(wàn)立方米以上。然而，微波干燥設(shè)備造型美觀，操作簡(jiǎn)單，大大降低了設(shè)備及人為所造成的損失，從而提高了木材產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　三)微波干燥木材原理

　　木材微波干燥是一項(xiàng)新技術(shù)，具有加熱均勻、干燥速度快、不走形、質(zhì)量好，有利于連續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)一系列優(yōu)點(diǎn)。

　　木材微波干燥與傳統(tǒng)烘干木材設(shè)備不同，它是一種頻率為300MHZ至300GMHZ,其對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為MM至DM(10-10M)的數(shù)量級(jí)，比光波、紅外線(xiàn)的波長(zhǎng)長(zhǎng)、屬高頻段的電磁波。我國(guó)對(duì)工業(yè)微波加熱設(shè)備常用的固定專(zhuān)用頻率有兩種：915MHZ和2450MHZ。微波具有電磁波的諸如反射、透射、和干涉、衍射、偏振，以及伴隨著電磁波的能量傳輸?shù)炔▌?dòng)特性;物料的積極性分子如水分子在電磁場(chǎng)中以915MHZ和2450的頻率重復(fù)變化排列、轉(zhuǎn)化和釋放能量起到加熱和干燥的目的。微波加熱物料內(nèi)外同時(shí)進(jìn)行，具有即時(shí)加熱的特點(diǎn)，沒(méi)有熱慣性現(xiàn)象，因此干燥過(guò)程中易于控制;且沒(méi)有噪音和有害氣體排放，屬于環(huán)保干燥技術(shù)，簡(jiǎn)易的說(shuō)，就是微波透過(guò)物料內(nèi)部被所含的水份和木材本身吸收直接加熱。由于物料的表面水份的蒸發(fā)，因此，物料內(nèi)部溫度高于表面。使物料內(nèi)部形成向外的壓力差，加速了水份的表面遷移，所以微波干燥木材的速度遠(yuǎn)大于對(duì)流干燥速度快20–30倍。比遠(yuǎn)紅外和蒸氣干燥能耗降低25%以上。

　　微波干燥物料可使木材內(nèi)部的溫度高于60℃，使用物料中寄生的蟲(chóng)卵很快殺滅、達(dá)到防蛀、防霉的作用。對(duì)于各種不同性質(zhì)的木材要先取合適的微波加熱速度，達(dá)到最佳的工藝條件，可獲得最佳的效益。

　　四)微波烘干設(shè)備與經(jīng)濟(jì)效益

　　設(shè)備結(jié)構(gòu)：

　　微波烘干設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)壁材料選擇304不銹鋼板材料制作。外層加保溫隔熱材料進(jìn)行保溫，有利于能源的充分利用和節(jié)能。設(shè)備外層采用折彎鋼板噴塑處理。設(shè)備底部有進(jìn)風(fēng)氣孔，以便進(jìn)氣。設(shè)備頂部配置排濕氣孔，以作排出潮氣，備有排濕風(fēng)扇更有利于將微波烘干爐內(nèi)的潮濕氣體排出。促進(jìn)木材的烘干處理。

　　微波操作系統(tǒng)：

　　電氣操作系統(tǒng)安裝在操作控制儀表面板上，集中操作與控制微波能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)微波能設(shè)的

　　操作與監(jiān)測(cè)，儀表面板上配置操作開(kāi)關(guān)，功率選擇按鈕調(diào)節(jié)微波。時(shí)間設(shè)定器，供用戶(hù)操作時(shí)選擇加熱時(shí)間。安裝功率監(jiān)視表隨機(jī)觀察微波加熱設(shè)備穩(wěn)定性。同時(shí)還配置溫度顯示方便監(jiān)督溫度的變化。操作位安裝保護(hù)性急停開(kāi)關(guān)，保障在運(yùn)行時(shí)因故障時(shí)安全停機(jī)。

　　經(jīng)濟(jì)分析如下：

　　通常用戶(hù)在選擇設(shè)備時(shí)往往只考慮設(shè)備投資如何節(jié)省。殊不知設(shè)備投資相對(duì)于被加工木材的價(jià)值來(lái)說(shuō)只是"小菜一碟"。年產(chǎn)2000m3，性能良好的設(shè)備投資一般需要20萬(wàn)元，但2000m3木材的價(jià)值有時(shí)高達(dá)1000萬(wàn)元。良好的設(shè)備加上合理的自動(dòng)控制，使木材干燥的成品率較手工操作的簡(jiǎn)易設(shè)備提高5%已是不爭(zhēng)的事實(shí)，這5%成品率的提高意味著每年50萬(wàn)元的節(jié)約，單從這一點(diǎn)來(lái)看，花20萬(wàn)元添置性能良好的設(shè)備要比花10萬(wàn)元購(gòu)買(mǎi)簡(jiǎn)易設(shè)備合算得多。

　　例如：微波烘干設(shè)備初步設(shè)計(jì)為40kw/h，增加輔助耗能估算為50kw/h來(lái)進(jìn)行分析：

　　木版規(guī)格：長(zhǎng)=930mm，寬=160mm，厚=130mm

　　烘干方法：采用堆積法。堆積要求：1)木材規(guī)格要統(tǒng)一、一致，不可混雜;

　　2)木材含水率要大致相同;

　　3)材質(zhì)要求統(tǒng)一;

　　4)堆放側(cè)邊要平齊;

　　5)木材的芯材和邊材要分開(kāi)放置，芯材放置在中間偏上部，邊材厚度在40mm~50mm范圍則可以自身作為墊板。

　　堆放要求：木材平放置每塊板之間距離間隔=20mm~30mm，每層放置10塊板材，第二層要求轉(zhuǎn)位90℃放置，同放置10塊木材;一直堆積11層。每層物料到微波內(nèi)壁間距離=250mm~300mm累積總數(shù)=10x11=110塊木版。

　　堆放體積計(jì)算總量：每塊木材體積=960x160x130=0.0194(立方米)

　　堆積體積=0.0194x110=2.134(立方米)

　　堆放木材所占高度空間=130x11=1430mm

　　微波烘干室(窯)內(nèi)部空間尺寸參數(shù)為：(長(zhǎng)x寬x高)=2500x1600x1700mm

　　物料中含水重量：初步設(shè)定木材初始含水率=60%

　　木材終止含水率=12%

　　設(shè)定木材基本密度=0.4t/立方米

　　微波設(shè)備一次處理量=2立方米

　　估算物料中含水總重量=1000x0.4(0.6-0.12)x2

　　=384Kg(水)

　　設(shè)備每小時(shí)耗能50kw/h，處理烘干每爐木材板料，耗時(shí)2小時(shí)，每次啟動(dòng)一次總耗電100Kw/h，即100度電。

　　分析(1)如果每度電費(fèi)用模擬0.5元/每度電價(jià)，計(jì)算100度電總費(fèi)用=50元，;每爐所處理板材料總數(shù)量=55塊木板，每塊木板材料處理均攤費(fèi)用=50/55=0.9元

　　分析(2)如果每度電費(fèi)用模擬0.4元/每度電價(jià)，計(jì)算100度電總費(fèi)用=40元，;每爐所處理板材料總數(shù)量=55塊木板，每塊木板材料處理均攤費(fèi)用=40/55=0.73元

　　分析(3)如果每度電費(fèi)用模擬0.3元/每度電價(jià)，計(jì)算100度電總費(fèi)用=30元，;每爐所處理板材料總數(shù)量=55塊木板，每塊木板材料處理均攤費(fèi)用=30/55=0.54元

　　分析(4)如果每度電費(fèi)用模擬0.25元/每度電價(jià)，計(jì)算100度電總費(fèi)用=25元，;每爐所處理板材料總數(shù)量=55塊木板，每塊木板材料處理均攤費(fèi)用=25/55=0.45元

　　以上是經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比要按各地地區(qū)供電價(jià)格及供電避開(kāi)用高峰情況來(lái)對(duì)比加以分析。怎樣能提高經(jīng)濟(jì)效益，取得回報(bào)，如何利用電能最有利因素綜合考慮進(jìn)行技術(shù)性的投入與決策，這還是要結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)需要作出適合的選擇。