第11届全国木材干燥学术讨论会在榕城举行

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第11届全国木材干燥学术讨论会在榕城举行　2007-11-13　来源: 中国建材网　点击: 773　网友评论 0 条 进入论坛
第11届全国木材干燥学术讨论会暨全国木材干燥工业委员会第4届理事会于2007年11月4日至5日在福建农林大学举行。来自国内高等林业院校、科研机构、企业、有关协会和专业媒体的70余人参加了本届会议。
自本世纪以来，我国的木材供应已经出现了重大的结构性变化，其表现为，一是工业速生材的比例逐渐加大；二是进口材的比例迅速上升。在另一方面，作为木材加工业中的耗能大户，木材干燥占木材加工能耗的40-70%，而干燥的热效率普遍偏低，通常仅在30-40%之间；此外，干燥过程造成的污染又常常是我国环境污染的一个重要来源，以年干燥能力1万立方米的蒸汽干燥车间为例，每小时排出的有害物质约为：烟尘量约40Kg、二氧化碳1900立方米、二氧化硫45立方米，还有少量的氧化氮，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。由于能源对环保的贡献率可达70-80%，因此干燥技术的节能和环保问题尤显重要。
本届会议的主题是，面对木材干燥加工原料的结构和使用需求的变化，如何通过理论和技术创新来面对这种挑战；如何进一步降低干燥过程中的能耗、减少污染排放，来实现节能环保的木材干燥作业。本届会议发表了54篇论文，从这两个方面探讨了理论和技术上的进展。
会议提出，今后的木材干燥技术的创新要注意发展以下三个方面：一是加强理论创新，如在木材水分迁移机理和木材中水分三维空间流场、木材应力释放机制等基础研究方面在理论上要有所突破；二是针对我国木材资源的特点重视新技术的研究和技术集成创新，如对我国不断扩大的短周期人工林木材，要进一步深入研究木材干燥与木材改性改良相结合的组合干燥技术；三是倡导绿色干燥，进一步节能减排，如推广生物质能源利用，进一步推广太阳能干燥技术等。

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王喜明　贺勤

摘 要：以100×100mm樟子松方材为研究对象，研究高温干燥基准下，不同打孔布置形式以及两面或四面打孔对方材的干燥预热升温速度、干燥速度以及干燥质量的影响。结果表明，60℃前打孔材的预热升温速度较快，无论平均干燥速度还是阶段干燥速度素材的较打孔材的都低；不同孔的布置形式干燥速度由大到小为三线不均匀分布大于三线均匀分布，两线均匀分布次之，素材最小；四面打孔和两面打孔的干燥速度区别不大；打孔材的干燥质量较素材的干燥质量有较大的提高。
关键词：樟子松方材　干燥速度　干燥质量

Study on The Drying Technology of PinussylvestrisLinn Square Timber

Wang Ximing　He Qin

Abstract: the PinussylvestrisLinn square timber by 100×100mm were studied, with high temperature drying schedule, the speed of temperature rose, the drying speed and the drying quality of the square wood influence by various distributing of aperture and two surface or four surface aperture were investigated. The results show, below 60℃ the raise value of temperature of per-heat is compositor slowly than aperture timber; ether the average drying speed or stage drying speed of aperture timber is more quickly than the compositor; the compositor between drying speed of different distributing of aperture is asymmetry distributing of three line＞equality distributing of three line＞two line＞comparison sample; the speed of four surface drilling aperture and two surface more likely; the drying quality is the drilling aperture sample more better.

Key words: PinussylvestrisLinn square timber, drying speed, drying quality
　　樟子松 (PinussylvestrisLinn.var.mongolicaLitv.) 是欧洲赤松的一个地理变种，属常绿乔木，结构中而略均匀，有浓的树脂气味，材质轻且密度小（0.457～0.477g/cm3），木材干缩性中接近小（0.491%），是一种易干材。主要分布在大兴安岭海拔400～900m山地，北达黑龙江岸，南至阿尔山，西接额尔古纳河，东抵黑河附近[1]。目前有绝大部分的樟子松从俄罗斯进口，据2004年的统计数据为800万立方米[2]。
　　20世纪后期，能源与环境问题已成人类关注的重要课题。传统的干燥技术，耗能巨大，污染严重，干燥费用大。如何提高干燥速度，减少干燥成本，降低能耗，减缓环境污染有着重要的作用。在生产中在提高干燥温度、降低相对湿度和增大气流速度，但是对于特定的树种和特定规格的木材，这样的处理是受到限制的，处理不当会增加木材发生开裂的可能性，造成木材的降等[3，4] 。另外目前已有很多新的干燥技术，例如真空干燥，微波干燥，这些干燥技术不仅干燥质量好，而且干燥时间短，但是，目前这些干燥技术还未大量的投入使用，传统的干燥方式仍占主导地位。
1 材料和方法
1.1 试验材料及设备
1.1.1 试验材料
　　樟子松，采自俄罗斯，胸径为42cm，在呼和浩特市加工成方材，规格长×宽×厚为500mm×100mm×100mm。
1.1.2 试验设备
　　干燥室（WT、DT的范围：0～400℃）、干燥箱、电子秤（0～60kg）、热电偶、电钻、电子天平（0～5g）。
1.2 试验方法及步骤
　　干燥前先将方材的端头用强力地板胶和塑料布密封，钻孔，孔径为1.5mm，孔深为35mm，每种孔的布置形式孔的总数均为192个，做两个重复。孔的布置形式如图1。

                               
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　　埋入热电偶，称量方材的初重，装窑，同一孔布置形式保持在同一行上，两面打孔、四面打孔分别放在同一列上。中间采用1.5cm的隔条，上边加压重物，装窑布置如图2。

                               
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　　室干，采用高温干燥基准，如表1，干燥在预热时，即时测量木材的心层温度，当心层温度达到85℃左右，进入第一干燥阶段。在干燥过程中每隔一段时间测量一次方材的质量，当终含水率达到6％左右停止干燥。然后利用终含水率倒推出方材在干燥过程中的含水率。

                               
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　　测量方材的终含水率、含水率梯度和残余应力值。检测试件的锯切如图3所示。

                               
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　　终含水率和分层含水率的测定依照GB/T6491-1999进行，残余应力的测试采用切片法，每块切片的厚度为7mm。
2 结果和分析
2.1 预热阶段升温速度

                               
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　　从图4可以看出，总体的变化趋势大致相同，在22～60℃先升温速度上升较快，随后上升速度减缓直到最终的85℃左右。预热木材的介质是饱和湿空气或接近饱和的湿空气,空气中的水蒸气将有一部分穿过界面层到达湿木材的表面，并在表面上凝结成水，此时水蒸气所含的汽化潜热变为显热，传给木材表面，并由表面传入内部，木材温度逐渐升高，当木材表面温度等于介质温度时，木材表面的水蒸气分压力等于循环蒸汽流的分压力，互相传递的水蒸气数量处于平横状态，同时，由于木材内部的温度低于表面温度，干燥介质中的热将通过表面向内部传递，心层升温速度减缓。60℃之前素材的升温速度不如打孔材的升温快，打孔材的速度基本相同，主要是由于孔充当了温度传递的通道，所以打孔材的升温速度快，而孔的数量相同，所以他们之间没有明显的差异；60℃之后素材的升温速度逐渐加快，这主要是由于孔在这一阶段的作用减弱。
2.2 干燥时间和速度

                               
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　　由表2，素材的平均干燥速度较打孔材的要低，主要是由于孔充当的干燥时水分蒸发的通道。当方材含水率从20%下降到6%的过程中打孔材的干燥速度明显比素材材的快。这主要是因为在这一阶段木材的中的自由水蒸发完毕，孔的存在相当于破坏的无数的纹孔膜，大幅度加速了水分的蒸发。但不同的打孔形式对于提高木材干燥速度的影响不同。
2.3 干燥速度

                               
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　　通过试验，初始时素材的干燥速度较打孔材快，但是到了含水率低于20％左右素材的干燥速度明显下降，低于打孔材。图5和图6绘出两线均匀分布两面打孔A2和三线不均匀分布四面打孔C4的干燥速度随时间的变化曲线，从图中更直观的看出，初始素材的干燥速度与打孔材的基本相当，因为此时为预热阶段，但到了后来，素材的干燥速度明显不如打孔材的，主要因为孔成为传热传质有效通道的重要作用。
2.4 含水率为6～20％干燥速度

                               
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　　从图7可以看出，两线均匀分布两面打孔与素材的干燥速度基本相同，但是其他打孔材的干燥速度较素材的有明显的提高。说明当含水率6％～20％时，两线均匀分布两面打孔对于干燥速度的影响并不显著。
2.5 孔的布置形式对干燥速度的影响

                               
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　　从图8看出，对于四面打孔布置形式在含水率小于20％以后，干燥速度由大到小为：三线不均匀分布＞三线均匀分布＞两线均匀分布＞素材。从图9看出，对于两面打孔布置形式也和四面有同样的趋势。这主要是由于，三线不均匀分布中间一条线的孔分布较多，有利于方材中央部分水分的蒸发，加快了干燥速度，而两均匀分布的中间部分没有打孔，中央部分的水分只能传导到方材表层或孔表面来蒸发，干燥速度显然要慢。
2.6 两面打孔与四面打孔干燥速度的对比

                               
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　　由图10～12，两面打孔和四面打孔的干燥速度没有很大的区别。主要是因为在装窑时，垂直通道过窄，使四面打孔中两侧的孔起不到作用。
2.7 干燥质量

                               
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　　参照GB/T6491-1999，以上指标均达到了国标规定的一级水平。从表3看出， 打孔材的干燥质量较素材的有明显的提高。可以看出四面打孔的干燥质量最好，因为四面打孔水分从四个方向蒸发，有利于干燥的均匀性和应力的释放。
3 结论
1) 60℃之前素材的升温速度明显不如打孔材的升温快，打孔材的速度基本相同；60℃之后素材的升温速度逐渐加快。
2) 打孔材较素材的平均干燥速度都有了较大的提高。
3) 含水率为6％～20％时，两线均匀分布两面打孔与素材的干燥速度基本相同，但是其他打孔材的干燥速度较素材有明显的提高。
4) 无论两面打孔还是四面打孔，不同线型的干燥速度的排序为：三线不均匀分布＞三线均匀分布＞两线均匀分布＞素材。
5) 两面打孔和四面打孔的干燥速度没有明显的差异。
6) 打孔材的干燥质量较素材的干燥质量有较大的提高。四面打孔的干燥质量最好。
参考文献
[1] 成俊卿,杨家驹,刘鹏. 中国木材志. 北京:中国林业出版社,1992
[2] 2004年中国红松和樟子松进口年度分析报告.2004
[3] 顾炼百. 木材干燥学[M]. 南京:南京林业出版社.2001
[4] 朱政贤. 木材干燥[M]. 北京:中国林业出版社.1992
[5] Kobayashi Y,Kawai Y,Miuraa L.Hybrid. Drying with High-Frequency and Hot Air under Atmospheric Pressure Ⅰ:Condition of Pressure and Moisture in Cryptomeria japonica square lumber.The Japan wood research society.2000,46(4):282-290
[6] T Uehara, M Watahiki, Y Nishino, T Sakuno. Control of Internal Cracks in Sugi Square Lumber During High Temperature Drying. Relationships between inner strains and internal cracks. Journal of Japan Wood Research Society. 2004,50(5):310-315
[7] Avramidis, S., Oliveira, L., Aune, J. E. Exploring pre-sorting and re-drying strategies for Pacific Coast Hemlock square timbers. Journal of the Institute of Wood Science, 2003,16 (4): 189-198
[8] H. S. Jung, W. Kang, C. D. Eom, B. J. So. Comparison of Vacuum Drying Characteristics of Red Pine Square Timber Using Different Heating Methods. 8th International IUFRO Wood Drying Conference.2003
[9] 李晓玲,小林功,黑田尚宏,高瑞清. 日本柳杉髓心方材高频真空干燥试验. 第十次全国木材干燥学术讨论会论文集. 272-277
[10] 涂登云,顾炼百,杜国兴. 高温水供热干燥速生杉木方材. 木材工业. 2001,15(5):32-34

转载自《第十一次全国木材干燥学术研讨会论文集》

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苗 平
(南京林业大学木材工业学院 江苏 南京210037)

摘 要：在木材加工企业，木材干燥所消耗的热量占整个企业总能耗的70%左右。因此在木材干燥过程中进行节能，其意义十分重大。本文是将蒸汽喷射式热泵技术应用于木材干燥，可以降低木材干燥的能耗，提高干燥质量和经济效益；蒸汽喷射式热泵以水蒸汽为工质，因此冷凝温度可以较高，适用于各种木材在不同的温度下的干燥以及高温干燥。它兼有蒸汽干燥适应性广和除湿干燥节能的优点避免了除湿干燥不能喷蒸、干燥温度低的缺点。
关键词：节能；木材干燥；蒸汽喷射式热泵；蒸汽供热系统

The Heating System with the Steam-jet Heat Pump in Wood Drying
Miao ping
(Wood Industry College, Nanjing Forestry University Jiangsu Nanjing China 210037)

As the heat energy co ume account for 60-70% at total in wood drying proce compare with others proce in wood product manufacture, energy saving is vary important during wood drying. This paper introduces a steam-jet heating unit using in wood drying kiln of steam heating, which can reduce the energy co uming and reform the quality of wood during wood drying. In the Steam-jet heat pump steam and water is the working su tance, so conde ing temperature is higher than the refrigerant normally using in heat pump. It suitable to all kinds of ecies wood drying in different temperature, conclude high temperature drying. It po e es the merit of steam drying kiln and dehumidification drying as the same time avoid the demerit of no steaming and low temperature of dehumidification drying.

1前言
近年来，国内外木材加工工业化的程度不断提高，生产规模进一步扩大，对于优质锯材的需求量越来越多，对木材干燥的要求越来越高，木材干燥的能源消耗约占木制品生产所需总能耗的60—70%，目前仍以蒸汽干燥为主，其主要优点是工艺成熟，干燥容量大，干燥周期短，但其最大的缺点是热损失大，而且能量利用率低，一般仅为30%左右。因此如何提高木材干燥中能源的利用率、降低能源消耗，对节约能源、降低成本具有重要意义，是木材加工企业面临的一个重大课题。寻找和开发新的干燥方法和工艺，是解决节能问题的有效途径：如太阳能干燥、除湿干燥（热泵干燥）、等。除湿与太阳能干燥在节能方面都具有显著效果，但太阳能干燥由于受气候条件影响以及低成本的有效贮能问题没有解决，故单一的太阳能干燥技术发展较慢。与之相比除湿干燥则具有明显优势，近年来在我国的发展较快。除湿干燥大多是采用蒸气压缩式热泵，其供热温度仍然受到制冷剂的限制，其最高供热温度也只有70℃左右。因而木材干燥缓慢，周期较长，特别是干燥厚板材、且终含水率要求低于20%时，这个缺点就更加突出，从而限制了这种节能技术的使用范围。另外采用二次能源电作为能源，与一次能源相比存在能源转换的效率问题。同时除湿干燥没有蒸汽不能进行喷蒸处理，木材表面硬化，会引起表裂。为了节约能源，提高以蒸汽为介质的干燥窑的热效率，设计了一套蒸汽喷射式热泵的蒸汽干燥窑供热系统。
2 蒸汽喷射式热泵工作原理
热泵的工作原理是从低温区（冷源）吸收热能，并使此热能拌随着某些功的输入，一并传递到高温区（热源），从而得到较高的温度的可利用的热能。喷射式热系统流程图及其基本循环的温熵图和压焓图见图1和图2。在锅炉中被定压加热后的工质（状态6）进入喷嘴，等熵膨胀至状态7，形成高速低压气流，因而能自蒸发器中吸入（状态8）工质，两者在混合器中混和（成状态2）后进入扩压器增压、升温（状态3），然后再进入冷凝器向高温热源定压排出热能，因而 被冷凝成（状态4的）液体。部分液态工质经节流阀，降温降压（至状态1）后流经蒸发器，自环境中定压吸取热能（成状态8）后重被吸入混合器；另一部分液态工质则被泵送（加压至状态5后）进入锅炉再次被定压加热（而回复至状态6）。

                               
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对蒸汽喷射式热泵系统的工作进行分析，看出该热泵系统可以分成两个部分，第一部分是提供机械能的热机，参与运行的质量为m1的工质按正向的动力循环5-6-9-4-5工作，第二部分是消耗机械功的热泵，参与运行的质量为m2的工质按逆向的蒸汽压缩循环1-2-3-4-1工作，参与运行的工质必须是同一种工质。其质量比动力循环5-6-9-4-5与蒸汽循环1-2-3-4-1组成整个热泵系统与蒸汽喷射式热泵系统的组成形式虽然不同，而其客观效果却完全相同，即两者的制热量及热力系数完全相等。