CN111438780B - 一种木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置，包括窑体、风机组件、加热器组件、喷蒸组件和隔板，所述窑体内设有多个间隔设置的木材干燥区，多个所述加热器组件设置于木材干燥区的上方，多个所述风机组件位于相邻木材干燥区之间空隙的上方且所述风机组件的出风口朝向加热器组件，所述隔板水平设置于在木材干燥区和加热器组件之间，所述隔板两侧与窑体的两侧壁间隔设置且所述隔板两侧设有向下倾斜设置的导流板，所述窑体顶部两侧设有排气口，所述喷蒸组件设置于排气口和木材干燥区之间，本发明具有传热均匀、节约成本的优点。

Description

一种木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置及使用方法
技术领域
本发明涉及木材干燥和热处理技术领域，尤其涉及一种木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置及使用方法。
背景技术
过热蒸汽是通过在给定压力下向蒸汽提供额外的显热，使蒸汽的温度升高到饱和点以上而获得的。过热蒸汽可以应用于直接或间接干燥物料，消除表面硬化，提高能源效率，在无氧环境下减少氧化反应等优点，不断受到干燥领域研究人员的关注。郝晓峰、熊幸阳、韦妍蔷、李昀彦、李芸、程曦依等人的研究结果表明：在一定处理温度下，过热蒸汽干燥可以显著提高樟木、杨木、马尾松、杉木的尺寸稳定性、弹性模量及抗拉强度，同时又不改变木材本身颜色，干燥材质量可达到二级标准。与此同时，可以显著提高干燥速率，降低干燥能耗，可实现易干材全程干燥及难干材后半程（含水率低于35%）干燥。此外，过热蒸汽也可以作为木材热处理的处理介质，经过热处理的木材游离羟基数量大量减少，颜色变深，吸湿性降低而尺寸稳定性提高，木材耐腐耐候性显著提升。
目前企业里木材干燥与热处理分序进行，存在着两次码垛，两次升温，两次降温，工序繁琐，周期长等问题。传统干燥设备采用轴流风机，风机直径较大占用空间较大，而热处理设备则采用外置风机，二者在加热木材时，存在风速循环路径长，前端热量高后端热量低等问题，一般采用风机正反转来解决，但依然存在传热不均匀问题。另一方面，大部分木材采用常规干燥，常规干燥则存在着干燥周期长，能耗高，质量不稳定的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种传热均匀、节约成本的木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置及使用方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置，包括窑体、风机组件、加热器组件、喷蒸组件和隔板，其特征在于：所述窑体内设有多个间隔设置的木材干燥区，多个所述加热器组件设置于木材干燥区的上方，多个所述风机组件位于相邻木材干燥区之间空隙的上方且所述风机组件的出风口朝向加热器组件，所述隔板水平设置于在木材干燥区和加热器组件之间，所述隔板两侧与窑体的两侧壁间隔设置且所述隔板两侧设有向下倾斜设置的导流板，所述窑体顶部两侧设有排气口，所述喷蒸组件设置于排气口和木材干燥区之间。
作为对上述技术方案的进一步改进：
所述窑体底部设有蒸汽发生器。
所述一体化装置还包括余热回收装置，所述排气口与余热回收装置相连通。
所述余热回收装置包括外主体、蛇形换热器、冷却水出口端、尾气出口端、冷却水入口端和尾气入口端，所述蛇形换热器位于外主体内，所述外主体上部设有尾气入口端和冷却水出口端，所述外主体下部设有，冷却水入口端和尾气出口端，所述蛇形换热器的两端分别与尾气出口端和尾气入口端相连通。
所述排气口和余热回收装置之间的管道上设有排气阀。
所述窑体内底部装设有便于木材进出木材干燥区的滑轨。
作为一个总的发明构思，本发明提供一种木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、将木材堆垛在窑体的木材干燥区；
S2、开启风机组件和加热器组件，对木材进行干燥预热处理，先升温至80～90℃，保温1～2h，按预设时间间隔开启和关闭喷蒸组件，使得窑体内湿度处于饱和状态且木材被充分热透，开启蒸汽发生器、排气阀和余热回收装置，当蒸汽发生器产生的蒸汽将窑体内空气排空，窑体内介质为饱和水蒸气后关闭蒸汽发生器；继续升温至102～110℃，保温0.5～1h，按预设时间间隔开启和关闭喷蒸组件，使得窑体内湿度在98%以上且木材内部温度分布均匀；
S3、升温至110～120℃保温6～8h，对木材进行干燥处理，窑体内蒸气压力为0.1MP，当木材芯部温度达到103～110℃时，以5～10℃/h的升温速率将窑体内温度升温至120～160℃，保温直至木材的含水率达到预设值；
S4、关闭加热器组件，对木材进行冷却处理，；
S5、开启加热器组件，维持窑体内温度为80～90℃，按预设要求开启和关闭喷蒸组件对木材进行高湿平衡处理；
S6、当窑体内监测点间的含水率偏差小于5%后，关闭风机组件和加热器组件，当木材温度与窑体外温度的温差不超过15℃后出窑后，关闭余热回收装置。
作为对上述技术方案的进一步改进：
所述步骤S2中，在开启蒸汽发生器前的升温速率为15～20℃/h；开启蒸汽发生器后的升温速率为20℃/h。
所述步骤S3中，当木材的含水率预设值为10%时，保温温度为120～150℃；
当木材的含水率预设值为2%时，先升温至130℃，保温1h，继续升温至150℃，保温1h，最后升温至160℃。
当木材的含水率预设值为2%时，所述步骤S3之后和步骤S4之前还包括热处理步骤，具体包括：以5～10℃/h的升温速率将窑体内温度升温至180℃，保温4～8h。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1. 本发明木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置及使用方法，利用风机组件及导流板形成双向循环气流，大大降低介质循环路径长度，循环周期变短，加快了介质循环速度，窑体内各处温差小且均匀，解决了传统轴流风机竖置空间大、气流循环不均匀等问题。
2. 本发明木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置及使用方法，在窑体底部产生饱和水蒸气，利用饱和水蒸气压力将窑体内空气排空，窑体内水蒸气分压为0.1MPa左右，在此压力下继续加热水蒸气，在常压下产生过热蒸气，干燥过程中木材内部水分以水蒸气形式排除，会影响窑体内压力，在压力作用下多余的水蒸气会自动排出。
3. 本发明木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置及使用方法，窑体以过热蒸汽为干燥或热处理介质，因此干燥或热处理隔条尺寸可以相同，在干燥后无需重新码垛升温干燥，本发明干燥完成后，继续进行热处理，实现了干燥与热处理一体化工艺，一次装窑完成干燥与热处理，节时、降耗、适用性广、成本低、运营费用低、工艺步骤简单等优点。
4. 本发明木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置及使用方法，由于尾气为100℃的饱和蒸汽，废热量大，采用简单的冷凝方式（余热回收装置）即可回收尾气中的余热，且干燥全程不需要换气，只有少量排气过程，大大降低干燥能耗，无需定期排湿换气。
附图说明
图1是本发明过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置主视结构剖视图。
图2是本发明过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置的左视结构剖视图。
图3是本发明过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置的俯视结构剖视图。
图中各标号表示：
1、窑体；2、排气口；3、风机组件；4、加热器组件；5、喷蒸组件；6、蒸汽发生器；7、滑轨；8、余热回收装置；81、外主体；82、蛇形换热器；83、冷却水出口端；84、尾气出口端；85、冷却水入口端；86、尾气入口端；9、窑门；10、导流板；11、木材干燥区；12、隔板；13、排气阀。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。除非特殊说明，本发明采用的仪器或材料为市售。
实施例1：
如图1至3所示，本实施例的一种木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置，包括窑体1、风机组件3、加热器组件4、喷蒸组件5和隔板12，窑体1内设有多个间隔设置的木材干燥区11，多个加热器组件4设置于木材干燥区11的上方，多个风机组件3位于相邻木材干燥区11之间空隙的上方且风机组件3的出风口朝向加热器组件4，隔板12水平设置于在木材干燥区11和加热器组件4之间，隔板12两侧与窑体1的两侧壁间隔设置且隔板12两侧设有向下倾斜设置的导流板10，窑体1顶部两侧设有排气口2，喷蒸组件5设置于排气口2和木材干燥区11之间。本发明利用风机组件3及导流板10形成双向循环气流，大大降低介质循环路径长度，循环周期变短，加快了介质循环速度，窑体内各处温差小且均匀，解决了传统轴流风机竖置空间大、气流循环不均匀等问题。
窑体1底部设有蒸汽发生器6。蒸汽发生器6在窑体1底部产生饱和水蒸气，利用饱和水蒸气压力将窑体1内空气排空，窑体1内水蒸气分压为0.1MPa左右，在此压力下继续加热水蒸气，在常压下产生过热蒸汽，干燥过程中木材内部水分以水蒸气形式排除，会影响窑体1内压力，在压力作用下多余的水蒸气会自动排出。
本实施例中，蒸汽发生器6与加热器组件4通过管道与外部热源导热油锅炉连接。蒸汽发生器6与导热油锅炉相连接，使用时通过开启连通蒸汽发生器6和导油油锅炉的管道上的阀门，加热蒸汽发生器6内的水分，产生饱和蒸汽，不使用时关闭阀门不供热油即可。
一体化装置还包括余热回收装置8，排气口2与余热回收装置8相连通。由于本发明的尾气为100℃的饱和蒸汽，废热量大，采用余热回收装置8即可回收尾气中的余热，且干燥全程不需要换气，只有少量排气过程，大大降低干燥能耗，无需定期排湿换气。
余热回收装置8包括外主体81、蛇形换热器82、冷却水出口端83、尾气出口端84、冷却水入口端85和尾气入口端86，蛇形换热器82位于外主体81内，外主体81上部设有尾气入口端86和冷却水出口端83，外主体81下部设有，冷却水入口端85和尾气出口端84，蛇形换热器82的两端分别与尾气出口端84和尾气入口端86相连通。排气口2和余热回收装置8之间的管道上设有排气阀13。
窑体1内底部装设有便于木材进出木材干燥区11的滑轨7。滑轨7可用于承载木材。
本实施例中，加热器组件4、喷蒸组件5也设置于窑体1顶部两侧，风机组件3设置于窑体1顶部中间。
本实施例的木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置的使用方法，包括如下步骤：
S1：木材进干燥窑：材堆高度为2m，材堆宽度为2m，金属隔条断面尺寸厚度为30mm，隔条断面尺寸宽度为30mm，分成两堆，材堆通过窑门9依托滑轨7进入木材干燥及热处理窑内，并放置于木材干燥区11，关闭窑门9。
S2：高湿预热：开启风机组件3和加热器组件4，风机组件3通过轴向进气，气体流经叶轮时改变成径向，在窑体1内形成介质双向通道（图1中箭头所示为气体流向）。采用梯度升温法对木材进行干燥预热处理，先以15℃/h的升温速率升至80℃，保温1h，每60分钟开启喷蒸组件5喷蒸一次后关闭，确保干燥室1内环境湿度处于饱和状态且木材被充分热透；在80℃时，开启蒸汽发生器6、排气阀13和余热回收装置8，利用窑体1底部蒸汽发生器6产生蒸汽将窑内空气排空，使窑内介质为饱和水蒸气，关闭蒸汽发生器6；再以20℃/h的升温速率升温至105℃，保温1h（在其他实施例中，0.5～1h均可取得相同或相似技术效果），每30分钟开启喷蒸组件5喷蒸一次后关闭，确保高温干燥室内湿度保持在98%以上，使木材内部温度分布均匀。
本实施例中，在窑体1内温度未达到80℃时，并未开启蒸汽发生器6、排气阀13和余热回收装置8，当开启蒸汽发生器6时，也需要开启排气阀13和余热回收装置8，以确保窑内空气被排出，空气排出后关闭蒸汽发生器6，排气阀13和余热回收装置8依然处于开启状态使得余热被回收，一直持续到干燥结束。
S3：干燥与余热回收：升温至110℃保温6h（在其他实施例中，6～8h均可取得相同或相似技术效果），木材开始干燥，此时窑内水蒸气压力为0.1MPa左右，当木材内部水分蒸发至窑内，引起窑内压力升高，多余水蒸气会通过排气口2自动排气，排气口2与余热回收装置8相连接，余热回收装置8回收窑内排出尾气中的余热；待木材芯部温度升至103℃以上时，以5℃/h（在其他实施例中，5～10℃/h均可取得相同或相似技术效果）的升温速率将温度升至120℃（在其他实施例中120～150℃均可取得相同或相似技术效果），保温8h（在其他实施例中8～10h均可取得相同或相似技术效果），将木材干燥到含水率10%左右。
S4：冷却处理：关闭加热器组件4，降低外部热源导热油锅炉的热油温度，使干燥介质温度降低至80℃（在其他实施例中80～90℃均可取得相同或相似技术效果）。
S5：高湿平衡处理：开启加热器组件4，使窑体1内温度维持在80℃（在其他实施例中80～90℃均可取得相同或相似技术效果），开启喷蒸组件5喷蒸一次后关闭，并在此温度下对木材进行高湿平衡处理。
S6：木材出窑：当高温干燥室内监测点间的含水率偏差小于5%后，结束整个过程，关闭风机组件3和加热器组件4，待木材温度冷却到高于室外环境温度不超过15℃后出窑，并将干燥后的木材置于干料棚中进行养生处理，关闭余热回收装置8，停止尾气余热收集工作。
实施例2：
本实施例采用的一体化装置相同。
本实施例木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置的使用方法，包括如下步骤：
S1：木材进干燥窑：材堆高度为2m，材堆宽度为2m，隔条断面尺寸厚度为25mm，隔条断面尺寸宽度为30mm，分成两堆，材堆通过窑门9依托滑轨7进入木材干燥及热处理窑内，并放置于木材干燥区11，关闭窑门9。
S2：高湿预热：开启风机组件3和加热器组件4，风机组件3通过轴向进气，气体流经叶轮时改变成径向，在窑体1内形成介质双向通道。采用梯度升温法对木材进行干燥预热处理，先以15℃/h的升温速率升至80℃，保温1h，每60分钟开启喷蒸组件5喷蒸一次后关闭，确保干燥室1内环境湿度处于饱和状态且木材被充分热透；在80℃时，开启蒸汽发生器6、排气阀13和余热回收装置8，利用窑体1底部蒸汽发生器6产生蒸汽将窑内空气排空，使窑内介质为饱和水蒸气，关闭蒸汽发生器6；再以20℃/h的升温速率升温至105℃，保温0.5小时，每30分钟开启喷蒸组件5喷蒸一次后关闭，确保高温干燥室内湿度保持在98%以上，使木材内部温度分布均匀。
S3：干燥与余热回收：升温至110℃保温8h，木材开始干燥，此时窑内水蒸气压力为0.1MPa左右，当木材内部水分蒸发至窑内，引起窑内压力升高，多余水蒸气会通过排气口2自动排气，排气口2与余热回收装置8相连接，余热回收装置8回收窑内排出尾气中的余热；待木材芯部温度升至103℃以上时，在10℃/h的升温速率将窑内温度升至160℃，升温过程以20℃为跨度分3个梯度升温，当放置于木材内的温度传感器采集的木材内温度与窑内温差小于±4℃时，调至下一梯度升温，当木材内温度达到130℃与150℃时，各保温1小时，将木材干燥到含水率2%左右。
S4：热处理：以5℃/h（在其他实施例中，5～10℃/h均可取得相同或相似技术效果）的升温速率将窑内温度升至180℃，处理4h（在其他实施例中，4～8h均可取得相同或相似技术效果）。
S5：冷却处理：关闭加热器组件4，降低外部热源导热油锅炉的热油温度，以10℃为跨度分8个梯度降温，当放置于木材内的温度传感器采集的浸渍材内温度与窑内温差小于±4℃时，调至下一梯度段降温，使干燥介质温度降低至80℃。
S6：高湿平衡处理：开启加热器组件4，使窑温维持在80℃，开启喷蒸组件5喷蒸一次后关闭，并在此温度下对木材进行高湿平衡处理。
S7：木材出窑：当高温干燥室内监测点间的含水率偏差小于5%后，结束整个过程，关闭风机组件3和加热器组件4，待木材温度冷却到高于室外环境温度不超过15℃后出窑，并将干燥后的木材置于干料棚中进行养生处理，关闭余热回收装置8，停止尾气余热收集工作。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置，包括窑体（1）、风机组件（3）、加热器组件（4）、喷蒸组件（5）和隔板（12），其特征在于：所述窑体（1）内设有多个间隔设置的木材干燥区（11），多个所述加热器组件（4）设置于木材干燥区（11）的上方，多个所述风机组件（3）位于相邻木材干燥区（11）之间空隙的上方且所述风机组件（3）的出风口朝向加热器组件（4），所述隔板（12）水平设置于在木材干燥区（11）和加热器组件（4）之间，所述隔板（12）两侧与窑体（1）的两侧壁间隔设置且所述隔板（12）两侧设有向下倾斜设置的导流板（10），所述窑体（1）顶部两侧设有排气口（2），所述喷蒸组件（5）设置于排气口（2）和木材干燥区（11）之间；
所述木材过热蒸汽干燥及热处理的一体化装置具体包括以下使用步骤：
S1、将木材堆垛在窑体（1）的木材干燥区（11）；
S2、开启风机组件（3）和加热器组件（4），对木材进行干燥预热处理，先升温至80～90℃，保温1～2h，按预设时间间隔开启和关闭喷蒸组件（5），使得窑体（1）内湿度处于饱和状态且木材被充分热透，开启蒸汽发生器（6）、排气阀（13）和余热回收装置（8），当蒸汽发生器（6）产生的蒸汽将窑体（1）内空气排空，窑体（1）内介质为饱和水蒸气后关闭蒸汽发生器（6）；继续升温至102～110℃，保温0.5～1h，按预设时间间隔开启和关闭喷蒸组件（5），使得窑体（1）内湿度在98%以上且木材内部温度分布均匀；
S3、升温至110～120℃保温6～8h，对木材进行干燥处理，窑体（1）内蒸气压力为0.1MP，当木材芯部温度达到103～110℃时，以5～10℃/h的升温速率将窑体（1）内温度升温至120～160℃，保温直至木材的含水率达到预设值；
S4、关闭加热器组件（4），对木材进行冷却处理；
S5、开启加热器组件（4），维持窑体（1）内温度为80～90℃，按预设要求开启和关闭喷蒸组件（5）对木材进行高湿平衡处理；
S6、当窑体（1）内监测点间的含水率偏差小于5%后，关闭风机组件（3）和加热器组件（4），当木材温度与窑体（1）外温度的温差不超过15℃后出窑后，关闭余热回收装置（8）。
2.根据权利要求1所述的一体化装置，其特征在于：所述窑体（1）底部设有蒸汽发生器（6）。
3.根据权利要求1所述的一体化装置，其特征在于：所述一体化装置还包括余热回收装置（8），所述排气口（2）与余热回收装置（8）相连通。
4.根据权利要求3所述的一体化装置，其特征在于：所述余热回收装置（8）包括外主体（81）、蛇形换热器（82）、冷却水出口端（83）、尾气出口端（84）、冷却水入口端（85）和尾气入口端（86），所述蛇形换热器（82）位于外主体（81）内，所述外主体（81）上部设有尾气入口端（86）和冷却水出口端（83），所述外主体（81）下部设有，冷却水入口端（85）和尾气出口端（84），所述蛇形换热器（82）的两端分别与尾气出口端（84）和尾气入口端（86）相连通。
5.根据权利要求3所述的一体化装置，其特征在于：所述排气口（2）和余热回收装置（8）之间的管道上设有排气阀（13）。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的一体化装置，其特征在于：所述窑体（1）内底部装设有便于木材进出木材干燥区（11）的滑轨（7）。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的一体化装置，其特征在于：所述步骤S2中，在开启蒸汽发生器（6）前的升温速率为15～20℃/h；开启蒸汽发生器（6）后的升温速率为20℃/h。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的一体化装置，其特征在于：所述步骤S3中，当木材的含水率预设值为10%时，保温温度为120～150℃；
当木材的含水率预设值为2%时，先升温至130℃，保温1h，继续升温至150℃，保温1h，最后升温至160℃。
9.根据权利要求8所述的一体化装置，其特征在于：当木材的含水率预设值为2%时，所述步骤S3之后和步骤S4之前还包括热处理步骤，具体包括：以5～10℃/h的升温速率将窑体（1）内温度升温至180℃，保温4～8h。
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