CN105180640B - 多参数监控的木材干燥方法 - Google Patents

Abstract

多参数监控的木材干燥方法，属于木材干燥技术领域。本发明是为了解决现有常压过热蒸汽干燥中由于无法控制木材的升温速度和内外温差，造成木材内裂或表裂的问题。它包括以下步骤：选定干湿球温度监测点和材芯监测点；采集所有监测点传感器的初始检测数据；进入升温阶段；进入干燥阶段和中间处理阶段，并使两个阶段交替进行，在干燥阶段根据干燥窑内当前干球温度平均值和干燥窑内当前湿球温度平均值，对待干燥木材的含水率采用含水率基准进行控制；在中间处理阶段；根据预设定此阶段干燥窑内预期湿球温度值，对干燥窑内当前湿球温度采用时间基准进行控制；再依次进入平衡处理阶段、终了处理阶段、降温阶段。本发明用于木材干燥。

Description

多参数监控的木材干燥方法

技术领域

本发明涉及多参数监控的木材干燥方法，属于木材干燥技术领域。

背景技术

木材干燥是木材加工生产的重要环节，直接影响木材的质量和利用率，在森林资源日见短缺的情况下显得尤为重要。采用合理的木材干燥方法和改进木材干燥控制技术是保证木材干燥质量、降低能源消耗和成本的重要措施，也是国内外学者广泛关注的研究课题之一。

近年来，随着科技的发展，越来越多的木材干燥方法应运而生，常见的有太阳能干燥、微波干燥、过热蒸汽干燥、高频真空干燥及各种组合干燥等，其中常压过热蒸汽干燥被广泛的推广应用。目前，木材干燥企业的常压过热蒸汽干燥大部分采用时间基准，利用干球温度、湿球温度、平衡含水率或相对湿度参与控制，这种方式控制精度低、控制手段落后、原始数据资料积累匮乏、对经验的依赖度较高。少部分企业已经采用含水率基准，利用干球温度、湿球温度、木材含水率参与控制，这种方式控制精度较高，摆脱了对经验和原始数据的依赖，但是在整个干燥过程中无法控制升温速度及内外温度差，造成干燥后木材的表面及内部有不同程度的开裂，从而大大降低了木材的利用率，并造成资源和能源的极大浪费。

发明内容

本发明目的是为了解决现有常压过热蒸汽干燥中由于无法控制木材的升温速度和内外温差，造成木材内裂或表裂的问题，提供了一种多参数监控的木材干燥方法。

本发明所述多参数监控的木材干燥方法，它包括以下步骤：

步骤一：选定木材干燥窑内长度方向上靠近前壁面和靠近后壁面的两个位置点作为两个干湿球温度监测点；沿待干燥木材长度方向上均匀选定六个材芯监测点；每个干湿球温度监测点设置一个干球温度传感器和一个湿球温度传感器；每个材芯监测点设置一个材芯温度传感器和一个木材含水率传感器；设定待干燥木材的干燥基准及其在升温阶段、干燥阶段、中间处理阶段、平衡处理阶段、终了处理阶段和降温阶段中分别欲实现的控制参数；

步骤二：采集所有监测点传感器的初始检测数据；

步骤三：使待干燥木材的材芯温度为0度以上，进入升温阶段；在升温阶段中，根据干燥窑内干球温度初始平均值、干燥窑内湿球温度初始平均值、材芯温度初始平均值及材芯含水率初始平均值，确定待干燥木材的内外应力控制值、升温目标值及升温速率，并采用时间基准进行控制；

步骤四：进入干燥阶段和中间处理阶段，并使两个阶段交替进行，直至实现预期干燥基准控制目标；

在干燥阶段根据干燥窑内当前干球温度平均值和干燥窑内当前湿球温度平均值，对待干燥木材的含水率采用含水率基准进行控制；

在中间处理阶段；根据预设定此阶段干燥窑内预期湿球温度值，对干燥窑内当前湿球温度采用时间基准进行控制；

步骤五：进入平衡处理阶段，根据待干燥木材的树种、厚度、材芯含水率初始平均值确定当前干燥窑内预期干球温度值、当前干燥窑内预期湿球温度值和当前待干燥木材的材芯温度控制值，并采用时间基准进行控制；

步骤六：进入终了处理阶段；根据预设定的此阶段干燥窑内预期干湿球温度差值，确定欲控制实现的干燥窑内空气介质状态的平衡含水率与待干燥木材的最终含水率差值，并采用时间基准进行控制；

步骤七：进入降温阶段；根据待干燥木材的树种、厚度及当前干燥窑内干球平均温度，确定当前欲控制实现的干燥窑内干球温度平均值、当前干燥窑内湿球温度平均值和材芯温度平均值，并采用时间基准进行控制。

步骤三中升温阶段的具体控制方法为：启动循环风机，关闭排湿，保持干燥窑内相对湿度为100％，使干燥窑内当前干球温度平均值和当前材芯温度平均值保持为预设的基准值，调整干燥窑内当前干球温度平均值和当前材芯温度平均值的温差b，实现对待干燥木材的内外应力控制，及至按照升温速率达到此阶段的升温目标值。

步骤四中干燥阶段和中间处理阶段的具体控制方法为：

在干燥阶段，关闭喷蒸，使干燥窑内当前干球温度平均值维持在此阶段的基准设定值，当干燥窑内当前湿球温度平均值与预设基准湿球温度值的差大于阈值a时，关闭加热，开风道，排湿启动；当预设基准湿球温度值与干燥窑内当前湿球温度平均值的差大于阈值a时，停止排湿，关风道，开启加热；

在中间处理阶段，关闭排湿，使干燥窑内当前干球温度平均值和当前材芯温度值维持在此阶段的基准设定值，当此阶段预设基准湿球温度值与干燥窑内当前湿球温度平均值的差大于阈值a时，启动喷蒸；当此阶段预设基准温球温度值与干燥窑内当前湿球温度平均值的差小于阈值a时，停止喷蒸；

两个阶段交替进行，直至实现预期干燥基准控制目标。

每个干湿球温度监测点的干球温度传感器和湿球温度传感器设置在相应壁面的中间位置，二者之间相距80mm，二者均与壁面相距60mm。

六个材芯监测点的设置方位为：

将干燥窑内沿高度方向均匀选定高、中、低三个位置点，沿长度方向均匀选定前、中、后三个位置点，六个材芯监测点分别沿长度方向均匀处于前位置点的中、低位置，中位置点的高、中位置，及后位置点的高、低位置；

其中材芯温度传感沿垂直于木材纹理方向插入木材内部相应的中心位置；一个木材含水率传感器包括两个含水率检测钉，两个含水率检测钉相距30mm，插入待干燥木材的1/2厚度处。

本发明的优点：本发明在现有木材干燥的基础上加入对木材材芯的控制，它选取待干燥木材上的6个点做为材芯温度检测点，然后通过温度传感器采集窑内材芯温度数据，将得到的数据应用于木材干燥的各个阶段。通过干球温度传感器获得的窑内温度值和材芯温度传感器获得的材芯温度当前值，使木材在干燥过程中特性明确，能够实现对木材升温速度的控制和其内外温差的控制，由此提高了控制精度，有效的提高了木材干燥质量，能够加快木材干燥过程，节约干燥成本，并有效缓解木材内裂或表裂。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是材芯温度传感器插入木材内部的位置示意图；图中A表示材芯温度传感器，B表示二分之一木材厚度，C表示二分之一木材宽度，D表示二分之一木材长度；

图3是两个干湿球温度监测点和六个材芯监测点的传感器设置俯视图；

图4是两个干湿球温度监测点和六个材芯监测点的传感器设置沿干燥窑长度方向的排布图；图中，DT1为第一干球温度传感器，WT1为第一湿球温度传感器；DT2为第二干球温度传感器，WT2为第二湿球温度传感器；MC1为第一木材含水率传感器，T1为第一材芯温度传感器；MC2为第二木材含水率传感器，T2为第二材芯温度传感器；MC3为第三木材含水率传感器，T3为第三材芯温度传感器；MC4为第四木材含水率传感器，T4为第四材芯温度传感器；MC5为第五木材含水率传感器，T5为第五材芯温度传感器；MC6为第六木材含水率传感器，T6为第六材芯温度传感器。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述多参数监控的木材干燥方法，它包括以下步骤：

步骤一：选定木材干燥窑内长度方向上靠近前壁面和靠近后壁面的两个位置点作为两个干湿球温度监测点；沿待干燥木材长度方向上均匀选定六个材芯监测点；每个干湿球温度监测点设置一个干球温度传感器和一个湿球温度传感器；每个材芯监测点设置一个材芯温度传感器和一个木材含水率传感器；设定待干燥木材的干燥基准及其在升温阶段、干燥阶段、中间处理阶段、平衡处理阶段、终了处理阶段和降温阶段中分别欲实现的控制参数；

步骤二：采集所有监测点传感器的初始检测数据；

步骤三：使待干燥木材的材芯温度为0度以上，进入升温阶段；在升温阶段中，根据干燥窑内干球温度初始平均值、干燥窑内湿球温度初始平均值、材芯温度初始平均值及材芯含水率初始平均值，确定待干燥木材的内外应力控制值、升温目标值及升温速率，并采用时间基准进行控制；

步骤四：进入干燥阶段和中间处理阶段，并使两个阶段交替进行，直至实现预期干燥基准控制目标；

在干燥阶段根据干燥窑内当前干球温度平均值和干燥窑内当前湿球温度平均值，对待干燥木材的含水率采用含水率基准进行控制；

在中间处理阶段；根据预设定此阶段干燥窑内预期湿球温度值，对干燥窑内当前湿球温度采用时间基准进行控制；

步骤五：进入平衡处理阶段，根据待干燥木材的树种、厚度、材芯含水率初始平均值确定当前干燥窑内预期干球温度值、当前干燥窑内预期湿球温度值和当前待干燥木材的材芯温度控制值，并采用时间基准进行控制；

步骤六：进入终了处理阶段；根据预设定的此阶段干燥窑内预期干湿球温度差值，确定欲控制实现的干燥窑内空气介质状态的平衡含水率与待干燥木材的最终含水率差值，并采用时间基准进行控制；

步骤七：进入降温阶段；根据待干燥木材的树种、厚度及当前干燥窑内干球平均温度，确定当前欲控制实现的干燥窑内干球温度平均值、当前干燥窑内湿球温度平均值和材芯温度平均值，并采用时间基准进行控制。

所述温度传感器可以采用二线制热电偶温度传感器，

木材干燥的全过程中，还可以包括预热阶段，该阶段针对寒冷地区，使待干燥木材进入升温阶段前，进行预热解冻，以达到0度以上。在木材干燥的预热阶段、升温阶段采用时间基准，利用干球温度、湿球温度和材芯温度参与控制；在干燥阶段采用含水率基准，利用干球温度、湿球温度和木材含水率参与控制；在中间处理阶段、平衡处理阶段、终了处理阶段、降温阶段采用时间基准，利用干球温度、湿球温度和材芯温度参与控制。干燥窑内干球温度平均值根据干球温度传感器采集的数据获得，干燥窑内湿球温度平均值由湿球温度传感器采集的数据获得，材芯温度平均值由材芯温度传感器采集的数据获得，含水率平均值由木材含水率传感器采集的数据获得。

步骤三中升温阶段的具体控制方法为：启动循环风机，关闭排湿，保持干燥窑内相对湿度为100％，使干燥窑内当前干球温度平均值和当前材芯温度平均值保持为预设的基准值，调整干燥窑内当前干球温度平均值和当前材芯温度平均值的温差b，实现对待干燥木材的内外应力控制，及至按照升温速率达到此阶段的升温目标值。

在预热阶段和升温阶段，调整b便可调整干燥木材的内外温差，从而控制干燥木材的内外应力和升温速度。根据干燥工艺要求，不同的木材可设置不同的b，这样可以克服因为升温过程中内外温差过大而造成的木材内部或表面开裂。以干燥柞木为例，若干燥木材起始温度为27.5℃，根据实际应用的要求，此阶段窑内温度每小时升3℃，即干球温度每小时升3℃；若初始含水率为23％-25％，根据干燥工艺要求，此阶段应升温到54℃，b为3；共需要530分钟。

步骤四中干燥阶段和中间处理阶段的具体控制方法为：

在干燥阶段，关闭喷蒸，使干燥窑内当前干球温度平均值维持在此阶段的基准设定值，当干燥窑内当前湿球温度平均值与预设基准湿球温度值的差大于阈值a时，关闭加热，开风道，排湿启动；当预设基准湿球温度值与干燥窑内当前湿球温度平均值的差大于阈值a时，停止排湿，关风道，开启加热；

在中间处理阶段，关闭排湿，使干燥窑内当前干球温度平均值和当前材芯温度值维持在此阶段的基准设定值，当此阶段预设基准湿球温度值与干燥窑内当前湿球温度平均值的差大于阈值a时，启动喷蒸；当此阶段预设基准温球温度值与干燥窑内当前湿球温度平均值的差小于阈值a时，停止喷蒸；

两个阶段交替进行，直至实现预期干燥基准控制目标；对于一些在干燥阶段后无需进行中间处理的待干燥木材，可在中间处理阶段中不设置基准值

在干燥阶段，根据干燥工艺，设置a的值便可以控制木材出水速率及排湿频率。干燥过程中对出水速率要求较高的木材，可以将材芯温度参与控制；设置b的值控制木材的内外温差，从而控制木材的出水速率。以干燥柞木为例，根据木材干燥工艺及实际应用要求，a一般为0.5或1。同样调整b的值便可控制干燥木材的内外应力和升温速度。

平衡处理阶段、终了处理阶段、降温阶段与此中间处理阶段的执行方法一致。中间处理的时机和次数，与树种、厚度、初含水率及干燥基准的软硬度有关，以上述的柞木为例，应处理2次，可考虑在含水率20％、15％附近进行；处理时间对于规格为1000mm×35mm×90mm的柞木来说，可为6h左右；干球温度比当时干燥阶段的温度高8-10℃，干湿球温度差为2-3℃。以上述的柞木为例，平衡处理阶段干球温度可以比基准最后阶段高5-8℃，干湿球温度差为1-2℃，处理时间与初含水率状况的不均匀程度、干燥窑的干燥均匀性、含水率检验板在材堆中的位置，以及树种、厚度和干燥质量要求等诸多因素有关，不能硬性规定，凭经验可按每1cm厚度维持2-6h估计，并在窑干结束后进行检验修正，使整窑木材含水率均匀的达到要求的终含水率。以上述的柞木为例，终了处理阶段干球温度比基准最后阶段高5-8℃，干湿球温度差为2-4℃，处理时间与树种、厚度、基准软硬程度、有无中间处理和平衡处理，以及干燥质量要求等因素有关，凭经验可按每1cm厚处理2-4h。以上述的柞木为例，降温阶段窑内温度低于50-60℃时停风机，低于40℃时可以开窑门出窑。

每个干湿球温度监测点的干球温度传感器和湿球温度传感器设置在相应壁面的中间位置，二者之间相距80mm，二者均与壁面相距60mm。

六个材芯监测点的设置方位为：

将干燥窑内沿高度方向均匀选定高、中、低三个位置点，沿长度方向均匀选定前、中、后三个位置点，六个材芯监测点分别沿长度方向均匀处于前位置点的中、低位置，中位置点的高、中位置，及后位置点的高、低位置；

其中材芯温度传感沿垂直于木材纹理方向插入木材内部相应的中心位置；一个木材含水率传感器包括两个含水率检测钉，两个含水率检测钉相距30mm，插入待干燥木材的1/2厚度处。

六个材芯监测点的木材含水率传感器通过含水率分析仪和含水率检测钉实现。

下面给出一个具体实施的完整过程：

一、输入控制参数及干燥基准，采集窑内的干球温度、湿球温度、木材含水率、材芯温度。

二、进入预热、升温阶段，该阶段采用时间基准，利用干球温度和材芯温度。

三、关闭排湿，启动循环风机，加热、喷蒸投入自动，喷蒸保持相对湿度100％，干球温度和材芯温度维持在此阶段的基准值，设干球温度和材芯温度差是b，通过调整b便可调整干燥木材的内外温差，从而控制干燥木材的内外应力和升温速度。根据干燥工艺要求，不同的木材可设置不同的b，这样可以克服因为在升温过程中内外温差过大而造成的木材内部或表面开裂。

四、判断循环风机换向时间是否到，是则循环风机换向，关闭所有执行器，整个窑处于闷窑状态，换向结束返回三；否则判断基准段时间是否到，是则执行五，否则返回三。

五、进入干燥阶段，该阶段采用含水率基准，利用干球温度、湿球温度。

六、关闭喷蒸，加热、排湿投入自动，干球温度维持在基准设定值。

七、判断实际湿球温度值减去基准湿球设定值是否大于a，否则返回上一步六。是则关闭加热，开风道，排湿启动。

八、判断基准湿球设定值减去实际湿球温度值是否大于a，是则停止排湿，关风道；否则返回上一步七。根据干燥工艺，设置a的值便可以控制木材出水速率及排湿频率。干燥过程中对出水速率要求较高的木材，可以将材芯温度参与控制，设置b的值控制木材的内外温差，从而控制木材的出水速率。

九、判断循环风机换向时间是否到，是则循环风机换向，关闭所有执行器，整个窑处于闷窑状态，换向结束返回六；否则判断含水率是否降到下一段，是则进入中间处理阶段，否则返回六。

十、进入中间处理阶段，采用时间基准，利用干球温度、湿球温度、材芯温度。

十一、关闭排湿，加热、喷蒸自动投入，干球温度、材芯温度维持在基准设定值。同样调整b的值便可控制干燥木材的内外应力和升温速度。

十二、判断基准湿球设定值减去实际湿球温度值是否大于a，否则返回上一步十一；是则启动喷蒸。

十三、判断基准湿球设定值减去实际湿球温度值是否小于a，否则返回上一步十二；是则停止喷蒸。

十四、判断基准段时间是否到，否则返回十一，是则进入干燥阶段。

十五、进入平衡处理阶段、终了处理阶段、降温阶段，采用时间基准，利用干球温度、湿球温度、材芯温度。其他步骤如十一和十三；

十六、判断基准段时间是否到，否则返回十一，是则干燥结束。

Claims (5)

1.一种多参数监控的木材干燥方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤一：选定木材干燥窑内长度方向上靠近前壁面和靠近后壁面的两个位置点作为两个干湿球温度监测点；沿待干燥木材长度方向上均匀选定六个材芯监测点；每个干湿球温度监测点设置一个干球温度传感器和一个湿球温度传感器；每个材芯监测点设置一个材芯温度传感器和一个木材含水率传感器；设定待干燥木材的干燥基准及其在升温阶段、干燥阶段、中间处理阶段、平衡处理阶段、终了处理阶段和降温阶段中分别欲实现的控制参数；

步骤二：采集所有监测点传感器的初始检测数据，所有监测点包括两个干湿球温度监测点和六个材芯监测点；

步骤三：使待干燥木材的材芯温度为0度以上，进入升温阶段；在升温阶段中，根据干燥窑内干球温度初始平均值、干燥窑内湿球温度初始平均值、材芯温度初始平均值及材芯含水率初始平均值，确定待干燥木材的内外应力控制值、升温目标值及升温速率，并采用时间基准进行控制；

步骤四：进入干燥阶段和中间处理阶段，并使两个阶段交替进行，直至实现预期干燥基准控制目标；

在干燥阶段根据干燥窑内当前干球温度平均值和干燥窑内当前湿球温度平均值，对待干燥木材的含水率采用含水率基准进行控制；

在中间处理阶段；根据预设定此阶段干燥窑内预期湿球温度值，对干燥窑内当前湿球温度采用时间基准进行控制；

步骤五：进入平衡处理阶段，根据待干燥木材的树种、厚度、材芯含水率初始平均值确定当前干燥窑内预期干球温度值、当前干燥窑内预期湿球温度值和当前待干燥木材的材芯温度控制值，并采用时间基准进行控制；

步骤六：进入终了处理阶段；根据预设定的此阶段干燥窑内预期干湿球温度差值，确定欲控制实现的干燥窑内空气介质状态的平衡含水率与待干燥木材的最终含水率差值，并采用时间基准进行控制；

步骤七：进入降温阶段；根据待干燥木材的树种、厚度及当前干燥窑内干球平均温度，确定当前欲控制实现的干燥窑内干球温度平均值、当前干燥窑内湿球温度平均值和材芯温度平均值，并采用时间基准进行控制。

2.根据权利要求1所述的多参数监控的木材干燥方法，其特征在于，步骤三中升温阶段的具体控制方法为：启动循环风机，关闭排湿，保持干燥窑内相对湿度为100％，使干燥窑内当前干球温度平均值和当前材芯温度平均值保持为预设的基准值，调整干燥窑内当前干球温度平均值和当前材芯温度平均值的温差b，实现对待干燥木材的内外应力控制，及至按照升温速率达到此阶段的升温目标值。

3.根据权利要求2所述的多参数监控的木材干燥方法，其特征在于，步骤四中干燥阶段和中间处理阶段的具体控制方法为：

在干燥阶段，关闭喷蒸，使干燥窑内当前干球温度平均值维持在此阶段的基准设定值，当干燥窑内当前湿球温度平均值与预设基准湿球温度值的差大于阈值a时，关闭加热，开风道，排湿启动；当预设基准湿球温度值与干燥窑内当前湿球温度平均值的差大于阈值a时，停止排湿，关风道，开启加热；

在中间处理阶段，关闭排湿，使干燥窑内当前干球温度平均值和当前材芯温度值维持在此阶段的基准设定值，当此阶段预设基准湿球温度值与干燥窑内当前湿球温度平均值的差大于阈值a时，启动喷蒸；当此阶段预设基准温球温度值与干燥窑内当前湿球温度平均值的差小于阈值a时，停止喷蒸；

两个阶段交替进行，直至实现预期干燥基准控制目标。

4.根据权利要求1、2或3所述的多参数监控的木材干燥方法，其特征在于，每个干湿球温度监测点的干球温度传感器和湿球温度传感器设置在相应壁面的中间位置，二者之间相距80mm，二者均与壁面相距60mm。

5.根据权利要求4所述的多参数监控的木材干燥方法，其特征在于，六个材芯监测点的设置方位为：

将干燥窑内沿高度方向均匀选定高、中、低三个位置点，沿长度方向均匀选定前、中、后三个位置点，六个材芯监测点分别沿长度方向均匀处于前位置点的中、低位置，中位置点的高、中位置，及后位置点的高、低位置；

其中材芯温度传感沿垂直于木材纹理方向插入木材内部相应的中心位置；一个木材含水率传感器包括两个含水率检测钉，两个含水率检测钉相距30mm，插入待干燥木材的1/2厚度处。