CN106182282B - 一种木材热改性处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木材热改性处理方法，本发明方法包括将待热改性处理的木材放置在热处理室中，向木材供热以及当通过供热使得热处理室温度上升至木材设定热改性温度时，停止向所述木材供热，以便在所述设定改性温度的环境下进行木材的热改性。本发明方法以植源生物质为燃料，在木材热改性的不同阶段采用正烧、反烧式气化燃烧为木材改性供热，显著地降低处理成本；还通过调节热改性介质的流通量和流通速率保证热改性木材的温度场的均匀性，提高了热改性木材的品质；并且还对热改性处理产生的VOC进行收集，减少了挥发性有机物的排放及热污染，不仅节省了能源，充分利用了资源，还利于环境保护。

Description

一种木材热改性处理方法
技术领域
本发明涉及一种木材热改性处理方法，特别涉及一种利用农林废弃物、剩余物等植源生物质为燃料进行反烧向木材热改性处理提供热源的方法，属于木材加工技术领域。
背景技术
随着国家天然林保护工程的实施，人工速生林的高效、增值利用已逐渐成为国内科研机构及生产企业的研究和关注焦点。多年来，人们试图通过用化学的方法对速生材进行改性处理，并取得了一定的成果。然而，如何消除化学处理材在制备及使用过程中对人体及环境的危害，以及化学处理材木制品，能否被人们所接受，更是一个需要优先解决的问题。因此建立在物理改性方法上的热改性技术仍是当前木材各类改性方法中实用性最强、经济效益显著，且环境友好的改性方法。热改性木材以其良好的生物耐久性、耐候性、尺寸稳定性及安全、环保等一系列突出的优点，正日益广泛的应用，特别是在室外木建筑及装饰方面。
目前，常规的木材高温热改性工艺是将木材置于水蒸气保护之下，在热处理温度为180℃～220℃之间进行的，如此高的热处理温度，用高压下的饱和水蒸气作为热媒是不现实的。因此，工业化的木材高温热改性设备通常多采用导热油(油温通常大于240℃)作为加热的热媒，这样在设备的投资上，除了要考虑热处理设备本身的投资外，还需要增加导热油加热系统、蒸汽锅炉或蒸汽发生器等附属设备的投资。在个别情况下，附属设备的总投资甚至会超过热处理设备本身的投资，其运行成本较高，进而会导致热处理木材成本的大量增加。
中国专利文献号CN101745951A于2010年6月23日公开了一种改性人工林木材及其制备方法。该发明公开了人工林木材浸渍增强-热处理改性技术，步骤如下：①采用以改性脲醛树脂为浸渍主剂的浸渍液对木材进行浸渍处理；②对浸渍处理后的木材进行真空热处理。该发明方法制备的木材尺寸稳定性高，木材强度高，抗湿胀性能和耐腐蚀性能增加，提高木材的附加值，扩大热处理材的应用范围。但是，用化学方法处理后的木材虽然尺寸稳定性有所提高，由于木材内部含有化学药剂，处理后的木材不管是在使用的时候还是废弃物的处理都会给环境带来污染，对人体有害。
中国专利文献号CN101491908A于2009年7月9日公开了一种木材高温热处理设备及工艺方法，以木材加工剩余物为燃料，热处理循环介质通过反烧式燃烧、换热一体化热风炉进行一次性换热，热效率高、燃烧充分、无污染。但是其反烧炉部分功能单一，仅能实现反烧作业，不能满足不同温度阶段的工艺要求，炉排处没有考虑到冷却的问题、炉排寿命低、维修工作量大，一体炉热功率小不能满足工业化生产要求；室体内部仅有单根进、出气管致使处理室内部的温湿度场不均匀，处理质量不高；整套装置缺少挥发性有机物的收集装置，致使木材热改性过程中VOC的排放及热污染较严重。
本发明的目的在于提出了一种环保型木材热改性装备及提高均匀性的处理方法，该装备以农作物秸秆、园林废弃物、木材加工剩余物等植源生物质为燃料，通过气化反烧、高效换热实现所需的工艺条件，无需额外的蒸汽热源及传统高温热改性所必需的导热油炉系统，可在确保高温热处理木材质量的前提下，显著地降低设备投资成本及运行成本，避免了木材热改性过程中挥发性有机物的排放及热污染。
在木材热改性处理过程中，由于热处理室内热介质分布均匀性差，流动性差，因而处于热处理室不同部位的木材的热处理温度不均匀，导致木材颜色不均匀，而且处理效果不同，处理后木材的性能不同，比如力学性能和尺寸稳定性不均，影响木材材质。从而导致热处理木材的品质。
发明内容
本发明的目的是针对现有木材热改性处理方法存在的技术问题提供一种木材热改性处理方法。本发明方法以农作物秸秆、园林废弃物、木材加工剩余物等植源生物质为燃料，通过气化反烧为热改性木材提供热能；通过控制热改性处理室内热介质的流量、流动速度和流动方向实现木材热改性处理温度的均匀，确保木材热改性的品质；本发明无需额外的蒸汽热源及传统高温热改性所必需的导热油炉系统，可在确保高温热处理木材质量的前提下，显著地降低设备投资成本及运行成本，避免了木材热改性过程中挥发性有机物的排放及热污染。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种木材热改性处理方法，包括以下步骤：
1)将待热改性处理木材码放成材堆后置于热改性装置的热处理室中；
2)通过气化燃烧装置为热改性装置的热处理室内的木材供热，进行热改性处理，包括：
2A)在热改性处理的升温阶段，优先利用气化燃烧装置的反烧式气化燃烧方式为热处理室供热，直至木材材堆温度达到木材热改性温度；
2B)在热改性处理保温阶段，控制气化燃烧装置气化燃烧产生的热量流入材堆的量，为热处理室内的木材均匀供热；
其中，所述气化燃烧装置包括气化炉、热烟气通道、正烧烟气通道和位于气化炉内的炉排组件，其中：所述热烟气通道位于气化炉的后侧壁的外部且与气化炉炉体成一体连接并与所述气化炉连通；所述正烧烟气通道设置在气化炉的左右两侧壁的外部且与气化炉炉体成一体连接并与所述气化炉连通；所述炉排组件固定在气化炉的中部，将气化炉分成上、下燃烧室。
其中，气化炉包括炉体、炉胆、烟气出口、炉排组件，其中所述炉体整体呈长方体型或正方体型；炉体内部炉胆为截面呈矩形的空腔，形成气化燃烧室；所述炉排组件设置在炉胆的中部，将炉胆分成上、下燃烧室；所述烟气出口设置在下燃烧室的后侧壁上。
所述炉体的内壁由耐火材料制成，外部有保温材料制成，不仅能延长炉体的使用寿命，还可以减少炉体与环境的热交换，提高热效率。
特别是，所述炉体的前侧壁的中上部开设上炉门；中下部开设下炉门，用于实时观察炉胆内燃料的燃烧状况和向燃烧室内供氧。
其中，所述烟气出口设置在所述炉体的后侧壁的下部，即设置在下燃烧室的后侧壁上，且贯穿后侧壁，与所述热烟气通道相连通。将气化炉燃烧产生的热烟气经热烟气通道排出。
特别是，所述炉体的底部封闭，顶部设置有加料口以及封闭加料口的顶盖。
特别是，所述加料口的设置位置与炉胆相对应，即加料口的中心与炉胆的轴线相适应，利于燃料落入炉胆内。
其中，所述炉体的左、右侧壁的中下部分别设置左、右辅助进氧口，并且左、右辅助进氧口分别与2根延伸至气化炉炉体之外的左、右辅助进氧管相连接，将炉体外的空气或氧气导入炉体内部，为燃料燃烧提供氧分。
特别是，所述辅助进氧管延伸在气化炉外部的管道内分别设置辅助进氧阀，调节进氧阀阀门的开启程度，调节进氧量，提高燃料燃烧效率。
特别是，所述左、右辅助进氧口的设置位置与开设在炉体的后侧壁的下部的烟气出口位于同一水平面。利于减少热烟气流入热烟气通道的阻力，降低风机阻力，提高换热效率。
尤其是，所述左、右侧辅助进氧口的轴心与炉体的后侧壁的下部开设烟气出口的轴心位于同一水平面。
特别是，所述辅助进氧管分别与所述的正烧烟气通道相连通，将进入正烧烟气通道内的热烟气送入所述的下燃烧室，然后经所述烟气出口进入所述的热烟气通道，进而排出气化反烧装置。
其中，所述炉体的左、右侧壁的上部分别开设左、右正烧烟道口，并且正烧烟道口分别与所述左、右正烧烟气通道相连通，用于气化炉在采用正烧方式燃烧的状态下，将燃烧产生的热烟气从上燃烧室导出，流入正烧烟气通道，然后再流入下燃烧室，经过烟气出口排入热烟气通道排出气化炉。
特别是，所述正烧烟气通道位于正烧烟道口和辅助进氧口之间，将正烧烟道口与辅助进氧口连通。
其中，所述正烧烟道口内设置正烧烟道阀。正烧烟道阀开启，燃料在气化炉内以正烧方式燃烧；正烧烟道阀关闭，燃料在气化炉内以反烧方式燃烧，即正烧烟道阀开启时，正烧烟道口、正烧烟气通道、辅助进氧管、辅助进氧口连通，将炉胆内正烧产生的热烟气经过正烧烟道口、正烧烟气通道、辅助进氧管、辅助进氧口送入气化反烧炉的下燃烧室，然后经所述烟气出口排出；正烧烟道阀关闭时，正烧烟道口被堵塞，不能形成热烟气流动通道，气化反烧炉进行反式燃烧。
特别是，所述辅助进氧管位于正烧烟气通道的底部且与正烧烟气通道相连通。将进入正烧烟气通道内的热烟气送入所述的下燃烧室，然后经所述烟气出口排出。
尤其是，所述辅助进氧管水平设置；所述正烧烟气通道竖直设置。
其中，所述炉排组件包括呈平板状的炉排主体和分别位于主体上、下端的上钢管、下钢管，其中，所述炉排主体由多根钢管间隔平行排列组成，且相邻两根钢管之间间隔一定距离；所述上、下钢管与所述主体钢管呈一体连接，且在连接处彼此相互连通，形成通道。
上下钢管与主体钢管焊接成一体，且在焊接处彼此相互连通，形成内部通道。
特别是，所述炉排主体的相邻两根钢管之间的间隔距离为4-10mm。
尤其是，所述炉排主体由2-5根钢管平行排列组成，优选为3-4根。
其中，所述炉排组件包括炉排主体和位于主体两端的上钢管、下钢管，所述炉排主体整体呈平板状，由多根钢管组成，彼此间隔、平行排列；所述上钢管、下钢管沿着垂直于炉排主体钢管的轴向与所述主体钢管焊接成一体，且上、下钢管与炉排主体钢管在焊接处彼此相通，形成冷却水流动的内部通道。冷却水从下钢管流入，经过炉排主体钢管后从上钢管流出。
特别是，所述上钢管、下钢管的轴线与组成炉排主体的钢管的轴线相互垂直。
其中，组成炉排主体的钢管的外表面附着一层由耐火材料组成的耐火层。
特别是，所述耐火层的厚度≥10mm，耐火层不仅可防止钢管被烧坏，延长钢管实用寿命，有利于气化反烧过程的顺利进行，又可根据炉内温度和钢管表面温度(达到900℃以上)向炉排钢管内通入冷却水，对炉排进行冷却处理，降低炉排表面的温度，进一步延长炉排寿命，在气化反烧前期，由于炉内温度不是很高，不宜开启冷却水，处理后期，炉内温度太高时，对钢管的实用寿命有影响时，冷凝水可对炉排起到冷却保护的作用，且在通入冷却水对炉排进行冷却保护处理的同时，炉排内部的冷凝水由于吸收热量，部分水分可变为水蒸气，从而将炉排钢管内产生的蒸汽，通入后续需要水蒸汽处理的设备中(例如木材热改性装置内部可对木材起到加热和调湿的作用)，实现能源循环利用，提高能源使用效率。
其中，所述上钢管设置在炉体后侧壁内，沿着后侧壁水平放置；所述下钢管设置在炉体前侧壁内，沿着前侧壁水平放置。
特别是，所述上、下钢管的一端封闭，另一端开放，封闭端设置在炉体的右侧壁或左侧壁上，开放的一端从炉体左侧壁或右侧壁传出，并延伸到左侧壁或右侧壁的外面，与冷却水管相连接，将冷却水引入炉胆内的炉排组件，为炉排组件降温。
其中，所述炉排组件倾斜放置在炉胆内，所述倾斜角度为0-10°，优选为5°。利于炉排内冷却水产生的蒸汽自动往上移动且有利于后期炉排内部水分的排除。
特别是，所述下钢管设置在炉体前侧壁的中部或中部偏下位置；上钢管设置在炉体后侧壁中部或中部偏上位置。
特别是，还包括换热装置，将气化燃烧装置燃烧产生的热能经过热交换后，向热改性装置供热。
尤其是，所述气化燃烧装置的热烟气通道与所述换热装置通过管道相连接。
其中，所述换热装置包括换热本体、本体内部安装多根换热管的换热腔、安装在本体下部的热烟气进风管及热改性介质导入管；安装在本体上部的热烟气出风管及热改性介质导出管。
特别是，所述本体由绝热材料制成换热本体，整体呈圆柱型，其内部空腔为换热区；本体的上、下两端封闭。
其中，所述热烟气进风管与所述气化燃烧装置的热烟气通道通过连接管道相连接；所述热烟气出风管通过连接管道与排烟风机连接；所述热烟气进风管、热烟气出风管与所述换热装置的换热腔相连通，将所述气化燃烧装置产生的大量的热烟气导入换热装置的换热腔内进行热交换；所述热改性介质导入管、热改性介质导出管分别与所述热改性装置通过连接管道相连接。
特别是，所述热改性介质导入管与所述热改性装置的回风管通过连接管道相连接；所述热改性介质导出管与所述热改性装置的进风管通过连接管道相连接。
尤其是，所述的换热装置选择管壳式换热器。
特别是，所述多根换热管的底部通过法兰与所述热改性介质导入管相连通；其顶部通过法兰与所述热改性介质导出管相连通。
气化燃烧装置产生的热烟气在排烟风机的作用下，从换热本体下端的进风管进入换热空腔区，流过换热管，将热量传递给换热管后，再在排烟风机的带动下从位于本体上端的热烟气出风管流出。待加热的热改性处理介质在供热风机的带动下，从本体下端的热改性介质导入管进入换热空腔区内的换热管内，吸收热烟气的热量后，从位于本体上端的热改性介质导出管流出换热装置，进入热处理装置。
其中，所述热改性装置包括壳体、热处理室、进风管、回风管、改性烟气出口，其中，所述壳体整体呈长方体型或正方体型，其前侧设置可开闭的封闭门，后侧封闭；壳体内部的热处理室是截面为矩形的空腔；所述进风管固定在热处理室的上部且靠近壳体的前侧壁并沿着前侧壁水平放置；所述回风管设置热处理室内部，靠近壳体后侧壁且沿着壳体的后侧壁水平放置；所述改性烟气出口设置在壳体后侧壁的上部，排出热改性处理过程中产生的烟气。
特别是，所述进风管的一端封闭，另一端穿过壳体左侧壁或右侧壁，伸出于壳体之外，通过连接管道与换热装置相连接，将换热处理后的吸收了热源的热处理介质导入热处理装置。
其中，进风管位于热处理室内的长度与热处理室的前侧壁的长度相匹配；进风管位于热处理室内部的管道的表面上固定安装多个进风喷嘴。
特别是，所述进风喷嘴均匀分布在进风管的表面，进风喷嘴朝向待热处理材堆，向材堆喷射热改性介质，加热材堆。
其中，所述回风管的根数≥1根，优选为3根；
特别是，所述回风管的一端封闭，位于热处理室内，另一端穿过壳体左侧壁或右侧壁，伸出于壳体之外，通过连接管道与换热装置相连接，将改性处理后的处理介质导入换热装置。
尤其是，所述回风管延伸在壳体之外的一端内设置回风阀门(优选为电动阀门)；调节回风阀的开闭或开启程度，控制热处理室内的热处理介质的流动，控制热改性处理过程中热处理室温度的均匀性。
其中，所述回风管至少3根/组，沿着壳体后侧壁从上至下水平排列，3根/组回风管的安装高度分别与放置在热处理室内部的材堆的上部、中部、下部的高度相匹配，即上、中、下回风管/组。
特别是，所述与材堆上、中、下部高度相适应的3根/组回风管内分别设置回风阀门(优选为电动阀门)，通过调节回风管阀门的开闭或开启程度控制进入回风管内的热改性介质的流量，实现木材热改性处理过程中木材处理温度的均匀性的调控。
其中，所述3根/组回风管的安装高度与热处理室内材堆的上部、中部、下部位置相适应。
特别是，所述沿着壳体后侧水平放置的多根回风管按照从上而下的顺序分为上、中、下3组，即热改性处理室上回风管组、中回风管组、下回风管组。
其中，每个回风管组由至少1根回风管组成。
特别是，上、中、下回风管组的高度与待改性材堆的上、中、下部的高度相匹配。
其中，回风管位于热处理室内的长度与热处理室的后侧壁的水平方向的长度相匹配；且回风管的表面上设置多个均匀分布的回风口。收集对材堆进行热处理后的介质，便于热处理介质均匀穿过材堆并均匀流入回风管，使得热改性介质均匀分布，达到材堆热处理的均匀性。
特别是，所述延伸在壳体之外的3根回风管与热介质出风总管相连接后，再与换热装置相连接。
其中，所述热改性装置的壳体由绝热保温材料制成，整体呈长方体型或正方体型。
特别是，所述进风管通过连接管道与所述换热装置的热改性介质导出管相连接；所述回风管通过连接管道与所述换热装置的热改性介质导入管相连接。
经过换热装置的换热处理后吸收了热量的热处理介质从热改性介质导出管流出，经过进风管进入热处理室内，再经过进风喷嘴向待热改性处理的材堆均匀喷射热处理介质，热处理介质穿过并加热木材，在供热风机的作用下，经过回风管上的回风口收集，进入回风管，从换热装置的热改性介质导入管进入换热装置内，进行热交换，重新吸收热源，形成吸收了热量的热处理介质，循环进入热改性装置。
其中，所述改性烟气出口设置在壳体后侧壁的上部，用于将木材热改性处理过程中产生的热烟气排出热处理室。
特别是，所述改性烟气出口与所述的VOC收集装置相连接，将木材热改性处理过程中产生的热烟气排出热处理室后导入所述的VOC收集装置。
特别是，还包括用于实时测量热改性处理过程中木材温度的温度传感器。
尤其是，所述温度传感器分别设置在待热改性处理材堆的上、中、下三个部位。
特别是，所述温度传感器设置在材堆的进、出材堆的平面上和材堆的中心面上，从上自下排列，分别测定材堆的上、中、下部的温度，其中，所述进、出材堆的平面上和材堆的中心面与壳体后侧壁相平行，即在与壳体的后侧壁相平行的材堆的进、出材堆的平面上和中心面上从上至下分别设置3组温度传感器(即在材堆的前、中、后部从上至下分别均匀设置1组温度传感器，用于测定材堆的上、中、下部木材在热改性处理过程的热改性温度T1、T2、T3)。
特别是，还包括自动控制系统，其中自动控制系统包括控制箱。
尤其上，所述自动控制系统的控制箱通过电路与温度传感器、电动回风阀门相连，通过测定材堆上、中、下部的温度，调节电动回风阀门的开闭或开启程度，调节热处理介质的流动速度，调整热处理室内热处理温度的均匀性。
通过控制安装在热改性装置的回风管管道上的回风阀门的开启程度，实现木材热改性处理过程中木材处理温度的均匀性的调控；通过控制供热风机的开启或关闭，实现向热处理室供热、热改性处理。
其中，在步骤2B)中所述为热处理室供热，按照如下步骤进行：在木材热改性保温阶段通过实时检测热改性装置的热处理室内的木材材堆的上、中、下部温度T1、T2、T3：
当T1-T2＞30℃时，关闭与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-30℃≤T1-T2≤30℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为45°-90°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为45°-90°)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T1-T2＜-30℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为90°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为90°，即阀门全开)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T3-T2＞30℃时，关闭与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-30℃≤T3-T2≤30℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为45°-90°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为45°-90°)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T3-T2＜-30℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为90°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为90°，即阀门全开)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变。
特别是，在步骤2B)中所述为热处理室供热，按照如下步骤进行：在木材热改性保温阶段通过实时检测热改性装置的热处理室内的木材材堆的上、中、下部温度T1、T2、T3：
当T1-T2＞30℃时，关闭与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当10℃＜T1-T2≤30℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为45°(即与阀门关闭时所处的位置的夹角为60°)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-10℃≤T1-T2≤10℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为60°(即与阀门关闭时所处的位置的夹角为60°)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-30℃≤T1-T2＜-10℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为75°(即与阀门关闭时所处的位置的夹角为75°)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T1-T2＜-30℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为90°(即与阀门关闭时所处的位置的夹角为90°，即阀门全开)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T3-T2＞30℃时，关闭与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当10℃＜T3-T2≤30℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为45°(即与阀门关闭时所处的位置的夹角为45°)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-10℃≤T3-T2≤10℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为60°(即与阀门关闭时所处的位置的夹角为60°)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-30℃≤T3-T2＜-10℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为75°(即与阀门关闭时所处的位置的夹角为75°)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T3-T2＜-30℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为90°(即与阀门关闭时所处的位置的夹角为90°，即阀门全开)，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变。
特别是，步骤2A)中所述在热改性处理的升温阶段通过开启与材堆上、中、下部位置相对应的上、中、下回风管内的回风阀门为热处理室供热。
尤其是，步骤2A)中将与材堆上、中、下部位置相对应的上、中、下回风管内的回风阀门开启并保持开启角度为60°(即与阀门关闭时所处的位置的夹角为60°)，将气化燃烧装置产生的热量供给所述热改性装置的热处理室内的木材，直至材堆的中心温度升高到设定改性温度。
特别是，在热改性处理过程中与材堆中部位置相对应的中回风管内的回风阀门始终开启并保持开启角度为60°。
其中，步骤2B)中所述在热改性处理保温阶段通过调节与材堆上、下部位置相对应的上、下回风管内的回风阀门的开启程度以及始终使与材堆中部位置相对应的中回风管内的回风阀门始终开启并保持开启角度为60°为热处理室供热。
特别是，在步骤2B)中即在木材热改性处理保温阶段在温度保持为T的条件下，按照每厘米厚度木材保温处理2h进行保温热改性处理。
通过与材堆上、中、下部位置相对应的上、中、下回风管内的回风阀门的开启以及调节上、中、下回风管内的回风阀门的开启程度，即回风阀门的开启大小，来调节进入材堆的热改性介质的流量、流动方向、流动速度，从而控制进入材堆的热量的高低，达到使材堆热改性处理的温度均匀性的目的。
特别是，还包括挥发性有机物(VOC)收集装置，热改性处理产生的挥发性有机物通过所述热改性装置的改性烟气出口导入所述VOC收集装置。
其中，所述挥发性有机化合物(VOC)收集装置，包括盛放VOC吸收液的水箱、至少1个VOC水洗管道、至少1台循环水泵和多根连接水管，其中：
所述水箱用于放置吸收VOC的吸收液；所述VOC水洗管道用于向流入水洗通道的含有VOC的气体喷射VOC吸收液，吸收其中的VOC，并将VOC吸收液导入水箱；所述循环水泵用于将盛放在水箱内的VOC吸收液泵送至所述的VOC水洗管道内；所述连接水管用于将水箱、水洗管道、循环水泵彼此连接并输送VOC吸收液。
其中，所述VOC水洗管道竖立在水箱的上部，与水箱的顶部固定连接；VOC水洗管道的一端浸没在水箱内盛放的VOC吸收液的液面之下，形成VOC吸收封闭通道；其另一端为VOC气体入口与改性装置的改性烟气出口通过管道相连，将热改性处理产生的含义VOC的改性烟气导入VOC水洗管道。
特别是，所述VOC水洗管道的下端呈喇叭状。
尤其是，VOC水洗管道的呈喇叭状的一端浸没在水箱内的VOC吸收液的液面之下。
特别是，所述VOC水洗管道内部至少设置一个喷头，向VOC水洗管道内喷射水流，使水流与含有VOC的气体充分接触，吸收气体中的VOC。
尤其是，所述喷头选择旋转喷头。
特别是，所述VOC水洗管道内部设置的喷头的安装高度位于水箱内的液面之上；所述喷头的个数为3-5个。也可以根据水洗管道的高度增减喷头数目。
尤其是，所述喷头自上而下竖直排列。使得VOC吸收液与VOC气体全方位接触，有利于将挥发性有机化合物充分吸收。
其中，所述的VOC水洗管道内的喷头与所述循环水泵的出水口通过连接水管相连通，将所述水箱内盛放的VOC吸收液泵送至所述VOC水洗管道内的喷头。
特别是，与所述VOC水洗管道内的喷头相连通的连接水管和与所述循环水泵的出水口相连通的连接水管之间通过三通阀或四通阀相互连接，将循环水泵泵送的水流配送至所述水洗管道内的喷头处，进行喷射。
其中，所述循环水泵的进水口通过连接水管与水箱相连接，其出水口通过连接水管与VOC水洗管道相连接。
特别是，水箱的中下部开设有水箱出水口，出水口通过连接水管与循环水泵的进水口连接。
其中，所述水箱为封闭的容器。
特别是，所述VOC吸收液选择水或弱酸性溶液，优选为水，用于吸收VOC。
特别是，还包括由供热风机和排烟风机组成的风机组件。
其中，所述供热风机设置在所述热改性装置的回风管与所述换热装置的热改性介质导入管相连通的连接管道上，通过供热风机的作用，将热改性处理后介质从热改性装置的回风管抽出，经热改性介质导入管进入换热装置，进行热交换，换热后的介质再从热改性介质导出管抽出，经进风管进入热改性装置的热处理室，加热木材；所述排烟风机设置在与所述热烟气出风管相连通的连接管道上，将进入所述换热装置的由气化燃烧装置产生的热烟气在热交换后排出换热装置。
特别是，所述供热风机还具有将所述热处理室内经过热处理后的热处理介质从热处理室抽出，输送至所述换热装置的作用；所述排烟风机还具有将所述气化燃烧装置产生的热烟气从热烟气排出通道抽出，输送至所述换热装置的作用。
与现有技术相比，本发明的木材热改性处理设备具有如下优点：
1、本发明设备的气化燃烧装置以农作物秸秆、园林废弃物、木材加工剩余物等植源生物质为燃料，原料来源广泛，与以导热油炉为供热系统的热改性设备相比，设备投资少、运行成本低、操作的安全性高。
2、本发明热改性设备的气化燃烧装置既具有反烧功能，又具有正烧功能，可根据木材热改性工艺的需要，灵活实现正、反烧作业，以满足不同处理阶段和场合的用能需求；例如在木材改性处理的预热、升温等用热能较多的阶段通过气化反烧，充分燃烧，提供大量而且充分的热量，且供热效率高、无污染；在保温或系统停电的情况下，可实现缓慢正烧，不至于急剧的升降炉温，影响热改性木材的品质；
3、本发明热改性设备的气化燃烧装置的炉排组件的外表面附着耐火材料层，保持材料外表面的温度，有利于气化反应，又可通过水冷的方式降低了炉排表面的温度，进一步延长炉排寿命，且可实现少量自产蒸汽，以提供给木材热加工的需要。
4、本发明热改性设备的热改性装置的回风管管路上的回风管阀门，通过调节回风管阀门开闭或开闭程度，调节热改性介质在热处理室内不同部位的流通量、流动速度，既可以调整单根回风管又可以多根回风管组合调整，以保证热处理室内木材热改性的温度的均匀性，减少了热改性木材的缺陷，提高热改性木材的品质。
5、本发明热改性设备的VOC(挥发性有机物)收集装置，通过多层水膜的循环过滤，可将高温热改性过程中产生的挥发性有机物进行有效的收集，显著减少了热改性过程中挥发性有机物的排放及热污染，同时对挥发性有机物的进一步利用提供了可能，还减少了污染。
6.本发明可使生物质进行两次燃烧，燃烧充分，污染小，换热效率高。
附图说明
图1为本发明木材热改性处理设备的结构示意图；
图2为本发明木材热改性处理设备的气化燃烧装置的结构示意图；
图3为图2中沿A-A的剖视示意图；
图4为图3中沿B-B的剖视示意图；
图5为气化燃烧装置的炉排组件的结构示意图；
图6为本发明木材热改性处理设备的气化燃烧装置反烧式气化时的工作状态示意图；
图7为本发明木材热改性处理设备的气化燃烧装置正烧式气化时的工作状态示意图；
图8为本发明木材热改性处理设备的换热装置结构的剖视示意图；
图9为本发明木材热改性处理设备的换热装置结构的左侧示意图；
图10为本发明木材热改性处理设备的换热装置结构的右侧示意图；
图11为本发明木材热改性处理设备的热改性装置的剖视示意图；
图12为图11中沿C-C的剖视示意图；
图13为本发明木材热改性处理设备的VOC收集装置的主视示意图；
图14为VOC收集装置的侧面示意图。
附图标记说明
1、气化燃烧装置；11、反烧式气化炉；110、炉体；111、炉胆；1111、上燃烧室；1112、下燃烧室；112、上炉门；113、下炉门；114、烟气出口；115、炉排组件；1151、炉排主体；1152、上钢管；1153、下钢管；116、左辅助进氧口；117、右辅助进氧口；118、左辅助进氧管；、119、右辅助进氧管；120、辅助进氧阀；121、加料口；122、顶盖；12、热烟气通道；13、左正烧烟气通道；14、右正烧烟气通道；15、左正烧烟道入口；16、右正烧烟道入口；17、正烧烟道阀；2、换热装置；21、换热本体；22、换热腔；23、换热管；24、热烟气进风管；25、热烟气出风管；26、热改性介质导入管；27、热改性介质导出管；3、热改性装置；30、热改性烟气出口；31、热改性处理壳体；32、热处理室；33、封闭门；34、进风管；35、进风喷嘴；36、回风管；361、回风阀；37、回风口；38、材堆；39、回风总管；4、VOC(挥发性有机物)收集装置；41、水箱；42、水洗管道；43、水泵；44、水管；45、喷头；46、水箱出水口；47、VOC气体入口；48、水；49、水面；51、排烟风机；52、供热风机。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的具体实施例，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
如图1所示，本发明的木材热改性处理设由通过连接管路6依次连接的气化燃烧装置1、换热装置2、热改性装置3、挥发性有机物(VOC)收集装置4以及与换热装置相连接的排烟风机51和供热风机52组成。本发明的气化燃烧装置以农林废弃物、剩余物、木材加工剩余物等植源生物质为燃料，通过气化反烧/正烧释放热量，在风机系统的作用下热量进入换热装置，加热改性处理介质；加热后的改性处理介质对热改性装置内的木材进行热改性处理；最后热改性处理过程中释放的含有VOC的改性烟气，经过VOC收集装置的收集后进行处理，既有效利用了农林废弃物，又降低了木制品加工过程中的污染问题。
如图1、2、3、4所示，本发明的气化燃烧装置1包括整体成长方体形或正方体形的气化反烧炉11、设置在气化反烧炉炉体110的后侧壁外部与气化反烧炉炉胆111相连通且与炉体呈一体连接的热烟气通道12，设置在炉体左、右侧壁外部的与气化反烧炉炉胆相连通且与炉体呈一体连接的左、右正烧烟气通道13、14，设置在炉胆中部的炉排组件115，炉排组件将炉胆分为上、下燃烧室1111、1112。
气化反烧炉炉体110内部的炉胆111为截面呈矩形的空腔，炉体内壁由耐火保温材料制成，外壁由保温材料制成。炉体下端封闭，上端开设有燃料加料口121以及封闭加料口的顶盖122，加料口的设置位置与炉胆的中心线相适应，利于向炉胆内添加燃料。炉体的下端、上端的内侧由耐火材料组成，外侧由保温材料组成(附图中未标示)，阻止并减少炉体与周围环境的热交换，耐火材料主要用于保护炉体不被烧坏。
如图2，炉体前侧壁的中上部、中下部开设用于观察炉体内燃料燃烧状况的上、下炉门112、113，利于实时调节燃料的添加以及调节炉胆内的氧气的进氧量。
炉体后侧壁的下部开设烟气出口114；紧贴着炉体后侧壁的外部设置竖立的热烟气通道12，热烟气通道与烟气出口连通(如图3)，将气化反烧炉内燃料燃烧产生的热烟气导出反烧炉。热烟气通道与炉体后侧壁的外部紧密贴合成一体。热烟气通道的内壁由耐火材料制成，外侧包裹保温材料，减少热量损失。
如图4，炉体左、右侧壁的外部分别竖直设置与炉体紧密贴合呈一体的左、右正烧烟气通道13、14；炉体左、右侧壁的上部开设左、右正烧烟道口15、16，左、右正烧烟道口靠近炉体顶端，分别贯穿炉体的左、右侧壁，形成通孔，分别与左、右正烧烟气通道13、14相连通，将正烧状态下燃烧产生的热烟气从炉体的上部分别导入到左、右正烧烟气通道。炉体左、右侧壁的中下部，与烟气出口同一水平高度的位置分别开设贯穿炉体的左、右侧壁的左、右辅助进氧口116、117。左、右辅助进氧口与2根辅助进氧管118、119相连，分别贯穿炉体的左、右侧壁并延伸至气化反烧炉的炉体之外。左辅助进氧管水平放置，位于竖直的左正烧烟气通道的底部且与与左正烧烟气通道相连通；右辅助进氧管水平放置，位于右正烧烟气通道的底部且与右正烧烟气通道相连通。左、右辅助进氧管延伸在气化炉外部的管道内分别设置辅助进氧阀120，将气化炉外部的氧气输送至炉胆内，为炉胆内的燃料燃烧提供氧气。左、右正烧烟道口内分别设置正烧烟道阀17，正烧烟道阀开启时将气化反烧炉与左、右正烧烟气通道相连通，将燃烧产生的热烟气从炉体的上部经过左、右正烧烟道口导入左、右正烧烟气通道，经辅助进氧管、辅助进氧口流入燃烧炉的下燃烧室；随后经烟气出口、热烟气通道排出；当正烧烟道阀关闭时，气化反烧炉与左、右正烧烟气通道被阻断。左、右辅助进氧口的设置位置与烟气出口位于同一水平面高度，即左、右辅助进氧口的轴心与炉体后侧壁下部开设的烟气出口的轴心位于同一水平面，减少了将热烟气抽出炉体的风机阻力，更利于换热。
辅助进氧阀无论气化燃烧装置处于正烧状态还是反烧状态，当炉体内部氧气不足，燃烧过程中出现黑烟等缺氧条件下均可打开辅助进氧口，向炉体内供氧，使燃烧更充分、完全。
如图5，固定安装在炉胆中部的炉排组件115由呈平板状的炉排主体1151和位于主体上下两端的上、下钢管1152、1153组成，将炉胆分成上、下燃烧室。炉排主体由多根(本发明具体实施方式中选择4根，通常选择2-5根)平行排列且彼此间隔的钢管组成，相邻两根钢管之间的间隔距离为4-10mm(优选为6mm)。上、下钢管位于炉排主体钢管的两端，与构成炉排主体的钢管相互垂直，并且上、下钢管与构成炉排主体的钢管彼此相互连通，内部形成通道。炉排组件在炉胆内以0-10°(优选为5°)倾斜角度放置，即炉排主体平面与水平面的夹角为0-10°，这样有利于炉排内通入冷却水冷凝过程中产生的蒸汽自动往上移动且有利于后期炉排内部水分的排除，下钢管设置在炉体前侧壁的中部偏下位置，上钢管设置在炉体后侧壁中部偏上位置。上、下钢管的一端封闭，另一端开放，封闭端分别设置在炉体的右侧壁或左侧壁，开放端延伸到炉体左侧壁或右侧壁之外(如图1)，与冷却水管相连接，冷却水从下钢管流入，将冷却水引入炉胆内的炉排组件，从上钢管流出，为炉排组件降温。
本发明炉排组件的上、下钢管与构成炉排主体的多根钢管焊接成一体，且上、下钢管与组成炉排主体的钢管在焊接处彼此相互连通，形成通道，即与炉排主体钢管焊接在一起的上钢管、下钢管的轴线与组成炉排主体的钢管的轴线相互垂直，且在焊接处彼此连通。炉排组件的钢管内通入冷却水，
组成炉排主体的钢管的外表面附着一层由耐火材料组成的厚度≥10mm的耐火层(图中未标示)，耐火层不仅可保持钢管外表面的温度，延长炉排的使用寿命(耐火层的作用是保护炉排)，
有利于气化反烧过程的进行，又可通过水冷的方式，根据炉内温度和钢管表面温度向炉排钢管内通入冷凝水，对炉排进行冷却处理，降低了炉排表面的温度，进一步延长炉排寿命。当炉内温度太高(≥900℃)时，影响钢管的使用寿命，对钢管内通入冷凝水可对炉排起到冷却、保护的作用，并且在保护炉排的同时，炉排内部的冷凝水由于吸收热量，部分水分可变为水蒸气，由于炉排有一定的倾斜角度，产生的蒸汽会自动往上移动，从而从炉排的上钢管中排除，然后将产生的蒸汽通入木材热改性装置内部可对木材起到加热和调湿的作用。其他反烧炉内的炉排里面不能通入冷却水，不能起到自身保护和自产蒸汽的作用。
燃料从进料口落入炉胆，在炉排组件的支撑下，燃料在炉排组件上方的上燃烧室内进行燃烧，没有燃烧完全的燃料以及燃烧过程中产生的灼热的炭在重力的作用下进入下燃烧室继续燃烧，燃烧过程中上燃烧室内产生的烟气在排烟风机51的作用下，进入下燃烧室进行二次燃烧，将上燃烧室内没有完全燃烧的部分再次燃烧，使得燃料充分燃烧，不会产生黑烟气，进而产生大量清洁的的热烟气。燃料(农、林、牧业中的废弃物、剩余物等)通过两次燃烧可使其充分燃烧，燃烧完全，减少污染物的排放。
如图1、8、9、10，换热装置2包括由绝热材料制成的整体呈圆柱型的换热装置本体21、本体内部的换热区空腔22、设置在换热腔内的多根换热管23、以及与本体下端固定连接的热烟气进风管24、热改性介质导入管26，与本体上端固定连接的热烟气出风管25、热改性介质导出管27。圆柱型本体的上、下两端封闭，换热管沿着本体的轴向均匀排列。热烟气进风管、热烟气出风管与本体内的换热腔相连通；热改性介质导入管、热改性介质导出管与换热腔内的换热管通过法兰相连通。
如图9、10，设置在本体下端的热烟气进风管24、热改性介质导入管26彼此分开，互不干扰；热改性介质导入管与换热管位于本体下端的一端通过法兰相连通，将热改性装置内的热改性介质导入换热装置，进行热交换，获得热改性处理的热介质；设置在本体上端的热烟气出风管25、热改性介质导出管27彼此分开，互不干扰；热改性介质导出管与换热管位于本体上端的另一端通过法兰相连通，将换热后即吸收了热烟气热量后的热改性处理的热介质导出换热装置，在供热风机的带动下，换热后的热改性介质进入热改性装置内，进行木材的热改性处理。
气化燃烧装置产生的热烟气在排烟风机51的作用下，从本体下端的热烟气进风管24进入换热腔，从下自上流过换热管，与换热管内的热改性介质进行热交换，再在排烟风机的带动下从位于本体上端的热烟气出风管25流出；待加热的热改性处理介质在供热风机52的带动下，从本体下端的热改性介质导入管26进入换热腔的换热管内，吸收热烟气的热量后，从位于本体上端的热改性介质导出管27流出换热装置，进入热处理装置。
本领域中现有的已知任何可进行气体热交换的换热器均适用于本发明。本发明使用的气体换热器选用管壳式换热器。
如图1、11、12，热改性装置3包括由绝热保温材料制成的、整体呈长方体型或正方体型的热改性处理壳体31、壳体内部的热处理室32是截面为矩形空腔、设置在热处理室上部并靠近壳体前侧的进风管34和位于热处理室后部的回风管36、开设在壳体后侧壁上部的改性烟气出口30。
壳体前侧设置可开闭的封闭门33，其后侧封闭。进风管水平放置在热处理室内、靠近封闭门的上部，即进风管固定安装在热处理室的上部、靠近封闭门(即壳体前侧)的一侧，与壳体的前侧相平行(即进风管沿着封闭门水平放置)。进风管的一端封闭，另一端通过由保温材料制成的连接管道与换热装置的热改性介质导出管27相连通，将换热装置内吸收了热量的热处理介质导入热改性装置。
在壳体左侧壁或右侧壁的上部、靠近封闭门(即壳体前侧)的一侧固定安装至少1根热介质进风管，进风管沿着封闭门33水平放置，固定在热处理室的上部。进风管的一端封闭，另一端从壳体左侧壁或右侧壁的上部穿出，与由保温材料制成的连接管道相连，通过连接管道与换热装置的热改性介质导出管相连通，形成热改性介质的流通通道，将换热后的热改性介质导入热改性装置。
热处理室内进风管的长度与热处理室前侧壁的长度相匹配；且进风管管道的表面上均匀安装多个朝向待热改性材堆38的进风喷嘴35，用于向材堆喷射热处理介质，加热材堆。
本发明具体实施方式中进风管与连接管道相连通的一端从壳体左侧壁的上部穿出，与热改性介质导出管相连接，将换热后的热处理介质送入热处理室内部，加热木材。
进风管朝向材堆的方向上均匀安装的进风喷嘴与进风管固定连接，均匀地向材堆喷射热处理介质，以确保将从进风管引入热处理室内的热处理介质均匀流向材堆38，提高材堆热处理过程中温度场的均匀性。
在热处理室内部、靠近壳体后侧(即封闭端)水平设置多根(至少3根)回风管36，回风管沿着壳体后侧从上至下水平排列(图11、12)。多根回风管从壳体后侧的中上部至底部均匀排列，分为上、中、下回风管/组，上、中、下回风管/组的排列高度与待处理材堆的上、中、下部的高度相匹配。本发明热处理室内沿着壳体后侧水平放置的多根回风管按照从上而下的顺序分为上、中、下3组，即热改性处理室上、中、下回风管组。本发明具体实施方式中的热改姓处理室内设置3根回风管，即上、中、下回风管。
回风管沿着热处理室的后侧从上至下水平排列，位于热处理室内部，一端封闭，另一端穿过壳体左侧壁或右侧壁，伸出于壳体之外，与由保温材料制成的热介质回风总管39连通，经回风总管将热改性介质导出热处理装置。
热处理室内的回风管的长度与热处理室的后侧壁的长度相匹配；且回风管位于热处理室内部的管道的表面上开设多个回风口37，回风口均匀分布在回风管的表面，均匀收集通过材堆后的热处理介质。
本发明热处理室内沿着壳体后侧水平放置的多根回风管按照从上而下的顺序分为上、中、下3组，即热改性处理室上回风管组、中回风管组、下回风管组。本发明具体实施方式中的热改姓处理室内设置3根回风管，即上回风管、中回风管、下回风管，自下而上依次水平排列。上、中、下回风管的排列高度与待处理材堆的上、中、下部相对应；上、中、下回风管组的排列高度与待处理材堆的上、中、下部相对应。
每根回风管伸出于壳体之外的一端的内部设置有回风阀361，通过控制系统(图中未示出)控制回风阀的开闭或开启程度，调节流入和通过材堆的改性介质的流量，调节材堆的改性温度的均匀性，即通过各回风管管路上的回风阀开闭或开启程度，实现单根/组回风管单独调整及多根/组回风管组合使用，以保证热处理室内木材改性处理温度的均匀性。
换热装置的热改性介质导出管通过连接管道(图中未示出)与热改性装置的进风管相连通；换热装置的热改性介质导入管通过连接管道与热改性装置的回风总管相连(也可以分别与回风管直接相连)。经过换热处理后吸收了热量的热改性介质从热改性介质导出管流出，从热改性装置壳体上部的进风管进入热处理室内，经过进风喷嘴向待热改性处理的材堆均匀喷射热处理介质，热处理介质穿过并加热材堆，在供热风机的作用下，经过回风管上的回风口的收集，进入回风管，流入热介质回风总管，再经过换热装置的热改性介质导入管进入换热装置的换热管，进行热交换，重新吸收热量，形成木材改性处理热介质，再进入热改性装置。
在壳体后侧壁的上部开设至少1个改性烟气出口30，改性烟气出口与所述挥发性有机物(VOC)收集装置4的水洗管道相连通，将木材在热改性处理过程中释放的含有VOC的烟气导出热改性装置。
热处理室内还设置有温度传感器，用于测量热改性处理过程中木材的温度。温度传感器分别设置在与壳体后侧壁相平行的材堆的进、出材堆的平面上和材堆的中心面上，从上自下排列，分别测定材堆的上、中、下部的温度，即在与壳体的后侧壁相平行的材堆的进、出材堆的平面上和中心面上从上至下分别设置3组温度传感器(即在材堆的中间位置从上至下，在材堆的上部、中部、下部分别设置1组温度传感器，用于测定材堆的上、中、下部木材在热改性处理过程的热改性温度T1、T2、T3)。
还包括调控回风阀开启/关闭，回风阀开启程度的控制系统(图中未示出)，控制系统由设置在热改性装置外部的控制箱组成，控制箱通过电路和温度传感器、电动回风阀门相连，通过测定材堆上、中、下部的温度，调节电动回风阀门的开闭或开启程度，调节热处理介质的流动速度，调整热处理室内热处理温度的均匀性。通过控制安装在热改性装置的回风管管道上的回风管阀门的开启程度，实现木材热改性处理过程中木材处理温度的均匀性的调控；通过控制供热风机的开启或关闭，实现向热处理室供热、热改性处理。
如图1、13、14所示，挥发性有机物(VOC)收集装置4由盛放VOC吸收液的水箱41、至少1根固定在水箱顶部的圆柱形VOC(挥发性有机化合物)水洗管道42、至少1台水泵43和多根连接水管44组成，连接水管将水箱、水洗管道、水泵彼此连接并输送VOC吸收液。。
盛放及收集VOC吸收液的水箱为封闭的长方体或圆柱体容器，顶部密封，一方面可防止污染，另一方面可使气体更好溶解。本发明中水箱为长方体型。
水箱内存放吸收VOC的吸收液(本发明实施例中的VOC吸收液为水)，水箱的中下部设有水箱出水口46，出水口通过连接水管与水泵相连通，水在水泵的带动之下，从水箱下部的出水口流出，通过连接水管进入水泵，即VOC吸收液(水)在水泵的作用下，从水泵的出水口流出后，通过连接水管进入VOC水洗管道，在水洗管道内喷洒水，吸收气体中的VOC，使得VOC溶于水，回落到水箱。
VOC水洗管道用于向流入水洗通道的含有VOC的气体喷射水液，吸收其中的VOC，并将水液导入水箱；VOC水洗管道竖立在水箱的上部，VOC水洗管道的一端浸没在水箱内的水面49之下，形成VOC吸收封闭通道；其另一端为VOC气体入口47与热改性装置的改性烟气出口相连，将木材热改性处理产生的含有VOC的气体导入所述的VOC水洗管道。
VOC水洗管道浸没在水面之下的一端呈喇叭状，喇叭状顶端可防止倒吸，且增加吸收面积；VOC水洗管道内部设置至少一个旋转喷头45，向VOC水洗管道内喷水，用于吸收VOC；喷头的安装高度位于水箱内的水面之上，即喷头位于水箱水面的上部。
本发明VOC收集装置中VOC水洗管道选择2根，通过焊接方式固定在水箱顶部，竖立在水箱上部。每根VOC水洗管道内从上至下分别设置3个旋转喷头，在向水洗管道内喷水时，增大水液与VOC的接触面积，可以任意角度旋转，全方位吸收VOC，不留任何死角，吸收效率高。除了旋转喷头之外，其他任何现有的喷头均适用于本发明。
泵送VOC吸收液的水泵的进水口通过连接水管与水箱下部的出水口相连接；出水口通过连接水管与VOC水洗管道内的喷头相连接。水箱内的VOC吸收液(水液)在水泵的作用下从水箱下部出水口流经水泵，从水泵出水口流出，再经连接水管导流，将位于下部的水泵送至高处的喷头，即再经过安装在连接水管上的至少一个三通阀或四通阀(附图中未标示)将连接水管中的水分流至位于高处的水洗管道内喷头，水液喷射后再沿着水洗管道回落至水箱。
喷头喷射的水液不仅在水洗管道内与含有VOC的气体充分混合，吸收并收集VOC，落回到水箱后再经水泵泵送至水洗管道内，再吸收VOC，如此循环往复，反复收集VOC，还能将木材高温热感性释放的含有VOC的混合气体冷却降温，使得水溶性、酸性挥发性有机物易被吸收液吸收，增大在水中的溶解度。
风机系统包括供热风机和排烟风机。供热风机设置在所述热改性装置的回风管与所述换热装置的热改性介质导入管相连通的连接管道上，通过供热风机的作用，将热改性处理后介质从热改性装置的回风管抽出，经热改性介质导入管进入换热装置，进行热交换，换热后的介质再从热改性介质导出管抽出，经进风管进入热改性装置的热处理室，加热木材；所述排烟风机设置在与所述热烟气出风管相连通的连接管道上，将进入所述换热装置的由气化燃烧装置产生的热烟气在热交换后排出换热装置。
下面结合附图1-13详细说明本本发明木材热改性处理设备的工作过程。
一、气化燃烧供能
在木材预热、升温等用热能较多的阶段，如图6，关闭气化燃烧炉左右两侧的正烧烟道入口内的正烧烟道阀，打开顶盖，将生物质燃料(例如农林废弃物、木材加工剩余物等)从加料口添加到气化炉内，开启排烟风机和打开左右两侧的辅助进氧管内的辅助进氧阀；新鲜空气从加料口进入，燃料在上燃烧室内气化反烧，连续生成可燃气和植源生物质炭；
可燃气和生物质炭经过炉排组件进入下燃烧室，经辅助进氧管从辅助进氧口进入下燃烧室的氧气，使得可燃气和生物质炭进行充分燃烧，产生的大量热烟气。在排烟风机的带动下，依次经过烟气出口、热烟气通道、热烟气进风管进入换热装置进行热交换处理。
在需要正烧工作时或在仅需要保温或设备停电的情况下，如图7，关闭顶盖，打开左右两侧的正烧烟道入口内的正烧烟道阀，同时关闭左右两侧的辅助进氧管内的辅助进氧阀，打开炉体的上、下炉门，正烧过程中的氧气从上、下炉门供给；燃料在上燃烧室内进行正烧式气化燃烧，产生的热烟气在排烟风机或热烟气通道的自然抽风的作用下，从位于炉胆上部的左、右正烧烟道口分别依次流经左、右正烧烟气通道、左右两侧的辅助进氧管，左、右辅助进氧口进入下燃烧室，然后在依次经过烟气出口、热烟气通道、热烟气进风管进入换热装置进行热交换处理。
二、热交换处理
本领域中现有的已知任何可进行气体热交换的换热器均适用于本发明。本发明使用的气体换热器选用表面式换热器进行热交换，通常选用管壳式换热器。
气化燃烧装置产生热烟气和热改性装置的热处理介质在换热装置(即气体热交换的换热器)内进行换热处理，热改性处理介质在换热装置内吸收由气化燃烧装置产生热烟气的热量后，流入热改性装置，对热改性装置内的木材进行热改性处理。
三、木材热改性处理
本发明的木材热改性装置的热处理室内木材热改性处理的温度设定为T；自动控制系统的温度传感器(选择热电偶温度传感器)测定设置在待热改性处理材堆的上、中、下三个不同部位的木材的温度(T1、T2、T3)。
1、将锯切成木段的待热改性处理木材按照本领域木材干燥方式码放在热改性装置的热处理室内，堆成材堆，关闭封闭门；
2、按照热处理介质流动的方向(即从热处理室的前侧到后侧的方向，也就是热介质进风管到回风管的方向)，在进、出材堆的平面、材堆中间平面的位置分别设置至少一组温度传感器组(即在材堆的平行于热处理室前侧或后侧壁的进出材堆的平面、以及平行于热处理室前侧或后侧壁的材堆的中间平面的位置从上至下，在材堆的上、中、下部分别设置至少1组温度传感器)，用于测定材堆的上、中、下三个不同部位的木材在热改性处理过程的实时温度，测定的相应的实时温度取平均值测，记为材堆上、中、下三个不同部位的热改性温度T1、T2、T3；
3、开启供热风机、自动控制系统，通过自动控制系统设定热处理室内木材热改性处理的温度T，通过温度传感器实时测定材堆上、中、下3个部位的木材的实时温度(T1、T2、T3)。将上、中、下部分的回风管内的回风阀门开启，保持开启角度为60°(即与阀门关闭时所处的位置的夹角为60°)，直至材堆的中心温度升高到设定改性温度T；木材中部温度T2与设定的木材热改性温度相一致后始终保持与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风阀的开启角度为60°，即保持中部回风管内的回风阀的开启角度始终为60°，以保持木材中部温度T2与设定的木材热改性温度T相一致。
4、在热改性装置内木材温度达到T后，在温度保持为T的条件下，按照每厘米厚度木材保温处理2h进行保温热改性处理，保温过程中自动控制系统根据测定的温度T1、T2、T3与木材设定热改性温度T进行比较，然后调节回风管内回风阀的开闭或开启程度的，为热改性处理木材供热、改性处理木材，保持热改性温度的均匀性；
①当T1-T2＞30℃时，关闭与材堆上部位置相对应的上部回风管内的电动回风阀门，迅速减少流入木材上部的热改性介质的流量，快速降低木材上部热改性温度，使得木材上部热改性温度与中部木材温度相一致，提高热改性温度的均匀性；
②当10℃＜T1-T2≤30℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的电动回风阀门开启角度为45°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为45°)，关小回风阀门的开启程度，减少流入木材上部的热改性介质的流量，降低木材上部热改性温度，使得木材上部热改性温度与中部木材温度相一致，提高热改性温度的均匀性；
③当-10℃≤T1-T2≤10℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的电动回风阀门开启角度为60°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为60°)，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内回风阀的开启程度与材堆中部位置相对应的中部回风管内的电动控制阀相一致；
④当-30℃≤T1-T2＜-10℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的电动回风阀门开启角度为75°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为75°)，增大流入木材上部的热改性介质的流量，提高木材上部热改性温度，使得木材上部热改性温度与中部木材温度相一致，提高热改性温度的均匀性；
⑤当T1-T2＜-30℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的电动回风阀门开启角度为90°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为90°，即阀门全开)，迅速增大流入木材上部的热改性介质的流量，提高木材上部热改性温度；
⑥当T3-T2＞30℃时，关闭与材堆下部位置相对应的下部回风管内的电动回风阀门，迅速减少流入木材下部的热改性介质的流量，快速降低木材下部热改性温度，使得木材下部热改性温度与中部木材温度相一致，提高热改性温度的均匀性；
⑦当10℃＜T3-T2≤30℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的电动回风阀门开启角度为45°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为45°)，关小回风阀门的开启程度，减少流入木材下部的热改性介质的流量，降低木材下部热改性温度，使得木材下部热改性温度与中部木材温度相一致，提高热改性温度的均匀性；
⑧当-10℃≤T3-T2≤10℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的电动回风阀门开启角度为60°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为60°)，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内回风阀的开启程度与材堆中部位置相对应的中部回风管内的电动控制阀相一致；
⑨当-30℃≤T3-T2＜-10℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的电动回风阀门开启角度为75°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为75°)，增大流入木材下部的热改性介质的流量，提高木材下部热改性温度，使得木材下部热改性温度与中部木材温度相一致，提高热改性温度的均匀性；
⑩当T3-T2＜-30℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的电动回风阀门开启角度为90°(即与关闭时阀门所处的位置的夹角为90°，即阀门全开)，迅速增大流入木材下部的热改性介质的流量，快速提高木材上部热改性温度。
5、热改性处理过程中，按照每厘米厚度木材热改性保温处理2h后，关闭供热风机，进行降温，调湿，当温度低于60℃时，出窑。
四、VOC收集处理
木材热改性处理过程中产生的热改性烟气从热改性装置的改性烟气出口排出后经过连接管道进入VOC水洗管道，含有VOC的改性烟气沿着水洗管道从上向下流动的过程中，水洗管道内的喷头喷射VOC的吸收液(通常为水)，吸收改性烟气中的VOC，吸收了VOC后的吸收液沿着水洗导管回落至水箱中，水箱内的吸收液在循环水泵的作用下，将水箱中的水不断从低处泵送至水洗管道内的喷头，再喷射，再吸收VOC，反复循环，直至热改性处理结束，即完成VOC的收集。

Claims (8)

1.一种木材热改性处理方法，其特征是，包括以下步骤：
1）将待热改性处理木材码放成材堆后置于热改性装置的热处理室中，其中，所述热改性装置包括壳体、热处理室、进风管、回风管、改性烟气出口，其中，所述壳体整体呈长方体型或正方体型，其前侧设置可开闭的封闭门，后侧封闭；壳体内部的热处理室为截面为矩形的空腔；所述进风管固定在热处理室的上部且靠近壳体的前侧壁并沿着前侧壁水平放置；所述回风管设置在热处理室内部，靠近壳体后侧壁且沿着壳体的后侧壁水平放置；所述改性烟气出口设置在壳体后侧壁的上部，将热改性处理产生的烟气排出所述的热改性装置，所述回风管至少3根/组，回风管沿着壳体后侧壁从上至下水平排列，至少3根/组回风管的设置高度分别与放置在热处理室内部的材堆的上部、中部、下部的高度相匹配；
2）通过气化燃烧装置为热改性装置的热处理室内的木材供热，进行热改性处理，其中包括：
2A）在热改性处理的升温阶段，利用气化燃烧装置的反烧式气化燃烧方式为热处理室供热，直至木材材堆温度达到木材热改性温度；
2B）在热改性处理保温阶段，控制气化燃烧装置气化燃烧产生的热量流入材堆的量，为热处理室内的木材均匀供热；
其中，所述气化燃烧装置包括气化炉、热烟气通道、正烧烟气通道和位于气化炉内的炉排组件，其中：所述热烟气通道位于气化炉的后侧壁的外部且与气化炉炉体成一体连接并与所述气化炉连通；所述正烧烟气通道设置在气化炉的左右两侧壁的外部且与气化炉炉体成一体连接并与所述气化炉连通；所述炉排组件固定在气化炉的中部，将气化炉分成上、下燃烧室。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述与材堆上、中、下部高度相匹配的至少3根/组回风管内分别设置回风管阀门，通过调节回风管阀门的开闭或开启程度控制进入回风管内的热改性介质的流量，实现木材热改性处理过程中木材处理温度的均匀性的调控。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在木材热改性保温阶段通过实时检测热改性装置的热处理室内的木材材堆的上、中、下部温度T1、T2、T3，按照如下步骤控制向热处理室供热：
当T1- T2＞30℃时，关闭与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-30℃≤T1- T2≤30℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为45°-90°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T1- T2＜-30℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为90°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T3- T2＞30℃时，关闭与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-30℃≤T3- T2≤30℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为45°-90°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T3- T2＜-30℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为90°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在木材热改性保温阶段通过实时检测热改性装置的热处理室内的木材材堆的上、中、下部温度T1、T2、T3，按照如下步骤控制向热处理室供热：
当T1- T2＞30℃时，关闭与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当10℃＜T1- T2≤30℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为45°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-10℃≤T1- T2≤10℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为60°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-30℃≤T1- T2＜-10℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为75°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T1- T2＜-30℃时，调节与材堆上部位置相对应的上部回风管内的回风管阀门开启角度为90°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T3- T2＞30℃时，关闭与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当10℃＜T3- T2≤30℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为45°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-10℃≤T3- T2≤10℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为60°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当-30℃≤T3- T2＜-10℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为75°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变；
当T3- T2＜-30℃时，调节与材堆下部位置相对应的下部回风管内的回风管阀门开启角度为90°，与材堆中部位置相对应的中部回风管内的回风管阀门保持不变。
5.根据权利要求1-4任意所述的方法，其特征是，所述气化炉包括炉体、炉胆、烟气出口、炉排组件，其中所述炉体整体呈长方体型或正方体型；炉体内部的炉胆为截面呈矩形的空腔；所述炉排组件设置在炉胆的中部，将炉胆空腔分成上、下燃烧室；所述烟气出口设置在下燃烧室的后侧壁上。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述炉排组件包括呈平板状的炉排主体和分别位于主体上、下端的上钢管、下钢管，其中，所述炉排主体由多根钢管平行排列组成，且相邻钢管之间彼此间隔排列；所述上钢管、下钢管与所述炉排主体的钢管呈一体连接，且在连接处彼此相互连通，形成通道。
7.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征是，还包括换热装置，将气化燃烧装置燃烧产生的热能经过热交换后，再向热改性装置的热处理室供热。
8.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征是，还包括挥发性有机物（VOC）收集装置，热改性处理产生的挥发性有机物通过所述热改性装置的改性烟气出口导入所述VOC收集装置。
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