CN113319964B - 一种常压过热蒸汽木材碳化处理的方法与设备 - Google Patents

Abstract

一种常压过热蒸汽木材碳化处理的方法及设备；其采用温度大于230℃的常压过热蒸汽为热介质，过热蒸汽在碳化罐内与码垛在碳化罐内的木材直接接触，进行热交换碳化，易实现木材深层次碳化，碳化速度快，效率高，无氧化变色现象，裂纹和曲翘减少，不产生色斑和霉变。采用常压过热蒸汽作为热介质，常压使用蒸汽压力低，设备安全性高，蒸汽含水量大于木材的平衡含水量，碳化过程不易自燃，防火安全性高。

Description

一种常压过热蒸汽木材碳化处理的方法与设备

技术领域

本发明涉及木材热改性处理的技术领域，具体是一种常压过热蒸汽木材碳化处理的方法与设备。

背景技术

木材主要由纤维素、半纤维素组成，纤维素在木材细胞壁中起骨架作用，其化学性质和超分子结构对木材的强度有重要影响。纤维素中的羟基和水分子也可形成氢键，不同部位的羟基之间存在的氢键直接影响着木材的吸湿和解吸过程。大量的氢键可以提高木材的强度，减少吸湿性，降低化学反应性等，且纤维素的吸湿性直接影响到限位的尺寸稳定性和强度。木材经过碳化工艺后，使羟基的浓度减少，化学结构发生复杂的变化，从而使木材的吸湿性降低，尺寸稳定性提高。半纤维素是细胞壁中与细胞膜紧密联结的物质，起粘结作用，是基体物质，半纤维素吸湿性强、耐热性差、容易水解，在外界条件作用下易于发生变化，是木材中吸湿性最大的组分，是使木材产生吸湿膨胀、变形开裂的因素之一。

为延长木制品的使用寿命，减缓自然资源消耗，保护生态环境，将木材人为改性，克服木制品使用中存在的不耐久、易变形等不足是木业中的技术热点。不久前出现的将木材碳化处理的办法，在增加木材的抗冲击、抗弯曲、抗变形性能及防腐、防蛀等方面都产生了有益的效果。碳化木是指在高温环境中对木材进行同质碳化处理后得到的木材，经碳化处理后的木材除表面美观外，还具有防腐及抗生物侵袭，耐高温的优点，并且由于其具有含水率低、不易吸水、材质稳定、不变形、完全脱脂不溢脂、隔热性能好、无特殊气味等特点，是理想的家具及室内外装修材料。

然而目前公开的木材碳化技术，大多是使用热风对木材进行碳化，热风碳化很难实现木材深层次的碳化，且碳化速度慢，碳化不均匀。

发明内容

本发明的目的是提供一种常压过热蒸汽木材碳化处理的方法及设备；其采用温度大于230℃的常压过热蒸汽为热介质，过热蒸汽在碳化罐内与木材直接接触，进行热交换碳化，易实现木材深层次碳化，碳化速度快，碳化均匀，且输入的蒸汽湿度可调，木材碳化过程不易开裂。

为了实现本发明的目的，所采取的技术方案为：

一种常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，采用温度大于230℃的常压过热蒸汽为热介质，过热蒸汽在碳化罐内与干木材直接接触，进行热交换碳化，步骤如下：

第一阶段：将经过烘干处理或自然晾干含水率<25%的木材堆垛在碳化罐内，关闭碳化罐密封门；木材是经过开板厚度是25mm至150mm的板材或方料，木材的堆垛要求：待处理的木材码垛在材车上，材堆的长与宽与材车的长宽相等，高度以能推进窑门为宜，两层板材间要用25×25mm的方形隔条隔开，材堆上部应压放有重物或用夹板固定避免受热变形。

第二阶段：向碳化罐内输入过热蒸汽，输入过热蒸汽湿度13-15%，使木材芯部温度从常温上升至60℃-70℃。

第三阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材芯部温度从70℃升到150℃，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，木材芯部温度达到150℃后，保温0.5h；此阶段排气阀关闭，疏水阀打开排出冷凝水，应控制板材的升温速度，注意平衡板材含水率，避免板材开裂。

第四阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材温度从150℃-165℃逐步升温，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，温度达到165℃后，温度保持在165℃-170℃，保温时间0.8-1.2h；该阶段打开碳化罐的排气阀，木材热分解气化的挥发物与蒸汽混合形成混合蒸汽，一同从排气阀中排出，进入雾化冷凝装置中，混合蒸汽中的挥发物被雾化水吸附冷凝沉降进入沉淀池中，进行回收。

第五阶段：使木材温度从170℃逐步升温至碳化温度，碳化温度选择是根据木材碳化深度的要求进行确定；轻度碳化：从170℃升温至190℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；中度碳化：从190℃升温至205℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；深度碳化：从205℃升温至220℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h。

第六阶段：碳化罐降温，停止过热蒸汽输入；木材降温速度控制在5-6℃/h；停止过热蒸汽输入后可以通入饱和蒸汽对木材进行降温，当木材表面温度低于120℃后，可以打开循环风机及循环管道的进出阀门，碳化罐内部的混合热气流在循环风机的作用下，进入冷凝装置进行冷却降温，再回到碳化罐，多次循环，达到降温目的；并根据降温速度要求，控制循环风机的风量，直至木材温度冷却至60℃以下时，方可打开碳化罐门，把木材移出，完成木材碳化。

采用温度大于230℃的常压过热蒸汽为热介质，过热蒸汽在碳化罐内与湿木材直接接触，进行热交换碳化，湿木材是未经过烘干处理或自然晾干的木材，步骤如下：

第一阶段：将木材推垛好装进罐内，关闭碳化罐密封门；木材是经过开板厚度是25mm至150mm的板材或方料，木材的堆垛要求：待处理的木材码垛在材车上，材堆的长与宽与材车的长宽相等，高度以能推进窑门为宜，两层板材间要用25×25mm的方形隔条隔开，材堆上部应压放有重物或用夹板固定避免受热变形。

第二阶段：向碳化罐内输入过热蒸汽，输入过热蒸汽含水率13-15%，使木材芯部温度从常温上升至150℃，保温0.5h。

第三阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材温度从150℃-165℃逐步升温，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，温度达到165℃后，温度保持在165℃-170℃，保温时间0.8-1.2h；该阶段打开碳化罐的排气阀，木材热分解气化的挥发物与蒸汽混合形成混合蒸汽，一同从排气阀中排出，进入雾化冷凝装置中，混合蒸汽中的挥发物被雾化水吸附冷凝沉降进入沉淀池中，进行回收。

第四阶段：使木材温度从170℃逐步升温至碳化温度，碳化温度选择是根据木材碳化深度的要求进行确定，轻度碳化：从170℃升温至190℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；中度碳化：从190℃升温至205℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；深度碳化：从205℃升温至220℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h。

第五阶段：碳化罐降温，停止过热蒸汽输入；木材降温速度控制在5-6℃/h；停止过热蒸汽输入后可以通入饱和蒸汽对木材进行降温，当木材表面温度低于120℃后，可以打开循环风机及循环管道的进出阀门，碳化罐内部的混合热气流在循环风机的作用下，进入冷凝装置进行冷却降温，再回到碳化罐，多次循环，达到降温目的；并根据降温速度要求，控制循环风机的风量，直至木材温度冷却至60℃以下时，方可打开碳化罐门，把木材移出，完成木材碳化。

进一步优选的：向碳化罐内输入过热蒸汽前，打开真空泵将碳化罐抽真空至-0.03至-0.05Mpa。

木材碳化过程采用的设备包括碳化罐、过热蒸汽发生装置和雾化冷凝装置；碳化罐包括碳化罐壳体和底座，所述的碳化罐壳体安装在底座上，碳化罐壳体上设置有密封门；碳化罐壳体上安装有测温表、测湿表、真空泵管座和泄压阀，真空泵管座连接有用于将碳化罐壳体抽真空的真空泵；碳化罐壳体的底部设置有手动排冷凝水管和自动排冷凝水管，只有设置同时设置手动排冷凝水管和自动排冷凝水管才能满足碳化的工艺要求；碳化罐壳体的内下部安装有用于导送木材的轨道，碳化罐壳体的内两侧分别设置有分汽歧管，分汽歧管通过进汽歧管连接有分汽弧管，分汽弧管通过进汽总管连接有输蒸汽管，输蒸汽管与过热蒸汽发生装置的过热蒸汽出口管连接，为碳化罐提供过热蒸汽；碳化罐壳体上还设置有排气阀，排气阀通过排气管与雾化冷凝装置的混合气体进口连通。

进一步优选的：所述的碳化罐壳体上还设置有进气口，进气口通过循环管与雾化冷凝装置的回收主管连通，循环管上安装有循环风机，循环风机的进风口和出风口端的循环管上分别安装有进气阀和出气阀。

进一步优选的：所述的雾化冷凝装置包括分离筒，所述的分离筒的底部安置有分层沉淀分离池，分层沉淀分离池设置有分离排出口；分离筒的顶部通过回收主管与安装在分层沉淀分离池内的回收歧管连接；分离筒内设置有锥体分隔板，锥体分隔板的下部连接有直管，锥体分隔板上方的分离筒内从下往上依次设置有二级雾化歧管、扇形导流板和三级雾化歧管；锥体分隔板下方的分离筒内从上往下依次设置有混合气体进口和一级雾化歧管，三级雾化歧管、二级雾化歧管和一级雾化歧管都与进水总管连通。

进一步优选的：所述的分层沉淀分离池设置有回水口，回水口通过循环水管与进水总管的进水口连通，循环水管上安装有循环水泵。

进一步优选的：所述的分层沉淀分离池内分隔为一级沉淀区、二级沉淀区、三级沉淀区和四级沉淀区。

进一步优选的：过热蒸汽发生装置包括蒸汽发生锅筒，所述的蒸汽发生锅筒的内上部为蒸汽发生仓，蒸汽发生锅筒连通有补水管，还包括多根蒸汽过热管，所述的蒸汽发生锅筒的两端外部分别设置有前烟仓和后烟仓，后烟仓设置有烟气出口；蒸汽发生仓下方的蒸汽发生锅筒内贯穿有低温烟管和高温烟管，低温烟管和高温烟管的一端与前烟仓连通，低温烟管的另一端与后烟仓连通，高温烟管的另一端用于通入烟气；蒸汽过热管安置在低温烟管或高温烟管内，蒸汽过热管的外壁与低温烟管或高温烟管的内壁之间留有烟气通过的空隙，蒸汽过热管的进汽端通过蒸汽集管连通有蒸汽导管，蒸汽导管通过蒸汽出口管与蒸汽发生仓连通，蒸汽过热管的出汽端通过过热蒸汽集管连通有过热蒸汽出口管，过热蒸汽出口管上安装有蒸汽阀，过热蒸汽通过过热蒸汽出口管输出。前烟仓和后烟仓上可都设置有能密闭方便清灰渣的清灰门。烟气从用于通入烟气端的高温烟管进入并穿过高温烟管，烟气穿过高温烟管的过程中，与蒸汽发生锅筒内的水进行热交换在蒸汽发生仓内产生饱和蒸汽；产生的饱和蒸汽从蒸汽出口管导出，经过蒸汽导管进入蒸汽集管，再由蒸汽集管分布进入蒸汽过热管内；烟气穿过高温烟管后进入前烟仓，然后从前烟仓端的低温烟管进入并穿过低温烟管，在穿过低温烟管的过程中，对套装在低温烟管内的蒸汽过热管中的蒸汽加热，产生过热蒸汽；烟气穿过低温烟管的同时，又与蒸汽发生锅筒内的水进行热交换产生饱和蒸汽，烟气穿过低温烟管后进入后烟仓，进入后烟仓的烟气继续对布置在后烟仓内的蒸汽过热管和过热蒸汽集管加热，最后从后烟仓的烟气出口排出。

进一步优选的：所述的蒸汽发生锅筒上设置有泄压阀安装座，用于安装泄压阀。

进一步优选的：所述的蒸汽发生锅筒上设置有压力表阀门安装座，用于安装压力表阀门。

进一步优选的：所述的蒸汽发生锅筒上设置有水位计安装座，用于安装监测水位的水位计。

进一步优选的：所述的蒸汽导管包括Ⅰ号蒸汽导管、Ⅱ号蒸汽导管和Ⅲ号蒸汽导管，Ⅰ号蒸汽导管、Ⅱ号蒸汽导管和Ⅲ号蒸汽导管上都安装有控制阀门；所述的蒸汽出口管包括Ⅰ号蒸汽出口管、Ⅱ号蒸汽出口管和Ⅲ号蒸汽出口管，Ⅰ号蒸汽导管、Ⅱ号蒸汽导管和Ⅲ号蒸汽导管分别通过Ⅰ号蒸汽出口管、Ⅱ号蒸汽出口管和Ⅲ号蒸汽出口管与蒸汽发生仓连通；Ⅰ号蒸汽出口管和Ⅲ号蒸汽出口管的蒸汽发生仓端安装有汽水分离器。

进一步优选的：所述的汽水分离器包括下层底板，所述的下层底板上设置有多个大通汽孔，下层底板的四周上设置有将下层底板上围成通蒸汽仓的侧板，侧板的顶部用于与蒸汽发生锅筒的顶部内壁连接，通蒸汽仓内隔有隔板，隔板将通蒸汽仓内分隔成低含水率仓和中含水率仓，低含水率仓内的下层底板的上方设置有上层底板，上层底板上设置有多个小通汽孔，Ⅰ号蒸汽出口管与低含水率仓连通，Ⅲ号蒸汽出口管与中含水率仓连通。大通汽孔的孔径大于小通汽孔的孔径。

进一步优选的：所述的蒸汽发生锅筒的内下部设置有燃烧通道，燃烧通道的出烟端通过通烟仓与高温烟管的用于通入烟气端连通。燃烧通道可安装用于燃烧天然气或燃油的燃烧机，利用天然气或燃油燃烧产生的热辐射与蒸汽发生锅筒内的水进行热交换，产生饱和蒸汽；或所述的蒸汽发生锅筒可安装在蒸汽炉的炉膛上，利用蒸汽炉的炉膛内燃料燃烧产生的热辐射与蒸汽发生锅筒内的水进行热交换，产生饱和蒸汽。

进一步优选的：所述的低温烟管和高温烟管的数量为多根；所述的蒸汽集管设置在前烟仓内，过热蒸汽集管设置在后烟仓内，每一根蒸汽过热管在三以上的奇数根低温烟管或高温烟管内往复布置。

进一步优选的：所述的低温烟管和高温烟管的数量为多根；所述的蒸汽集管和过热蒸汽集管都设置在后烟仓内，每一根蒸汽过热管在二以上的偶数根低温烟管或高温烟管内往复布置。

还可以将低温烟管的数量设为一根、高温烟管的数量设为多根或所述的低温烟管的数量设为多根、高温烟管的数量设为一根，数量为一根的低温烟管或高温烟管的管径大，每一根蒸汽过热管在数量为一根的低温烟管或高温烟管内往复布置。

本常压过热蒸汽木材碳化处理技术的优点：

1、在碳化过程碳化罐内可先抽真空再通入过热蒸汽，能蒸汽快速穿透加木材，减少芯部和外部的温差，过热蒸汽直接热交换，碳化速度快，效率高，无氧化变色现象，裂纹和曲翘减少，不产生色斑和霉变。

2、采用的过热蒸汽发生装置在蒸汽发生锅筒的本体内，能够产生高达13%含水率、温度大于230℃的过热蒸汽，蒸汽含水量大于木材的平衡含水量，确保木材受热时不易开裂。对于常压过热蒸汽木材碳化处理而言，采用常压过热蒸汽作为热介质，常压使用蒸汽压力低，设备安全性高，碳化过程不易自燃，防火安全性高。

3、采用的过热蒸汽发生装置在低温烟管内或高温烟管内套装有蒸汽过热管结构，蒸汽过热管的外壁与低温烟管或高温烟管的内壁之间留有烟气通过的空隙，利用烟气在空隙中的流动，对蒸汽过热管进行加热产生过热蒸汽，同时又与蒸汽发生锅筒内的水进行热交换，产生饱和蒸汽。蒸汽发生锅筒承压性能较好，能在常压过热蒸汽木材碳化处理的方法使用，也能在承压常压过热蒸汽木材碳化处理的方法使用，可适用于固体层燃蒸汽锅炉，也可以适用于天然气或燃油蒸汽锅炉，适用性广。

4、采用的过热蒸汽发生装置设置有三根蒸汽导管和三根蒸汽出口管，三根蒸汽导管均设置有控制阀门，有两根蒸汽出口管的蒸汽发生仓端安装有蒸汽导管，通过对控制阀门的控制可以实现饱和蒸汽输出的蒸汽含水率和过热蒸汽输出的蒸汽含水率实现高中低三档可调，适应和满足不同蒸汽含水率的需求。

5、设置有雾化冷凝装置使木材热分解气化的松节油、焦油等挥发物，进入循环散热回收系统中雾化冷凝装置，进行层回收，更加环保。

6、设置有循环风机和循环管，对唐内的木材强制冷却，加快木材碳化后的冷却速度，提高效率。

附图说明

图1是实施例1中过热蒸汽发生装置的结构示意图；

图2是图1的左视示意图；

图3是图1的A-A向示意图；

图4是图2的B-B向示意图；

图5是实施例1中过热蒸汽发生装置立体结构示意图；

图6是实施例2中过热蒸汽发生装置的结构示意图；

图7是实施例2中过热蒸汽发生装置的立体结构示意图；

图8是实施例3中过热蒸汽发生装置的结构示意图；

图9是图8的左视示意图；

图10是图8的C-C向示意图；

图11是图9的D-D向示意图；

图12是实施例3中过热蒸汽发生装置的立体结构示意图；

图13是汽水分离器的结构示意图；

图14是图13的E-E向示意图；

图15是汽水分离器的立体结构示意图；

图16是图8在实施例4中的左视图；

图17是碳化处理设备的结构示意图；

图18是碳化处理设备的立体结构示意图；

图19是碳化罐的结构示意图；

图20是图19中F-F向示意图；

图21是图19中G-G向示意图；

图22是雾化冷凝装置的结构示意图；

图23是雾化冷凝装置的立体结构示意图；

图中序号对应的名称为：

1、前烟仓，2、Ⅰ号蒸汽导管，3、Ⅱ号蒸汽导管，4、控制阀门，5、Ⅰ号蒸汽出口管，6、Ⅱ号蒸汽出口管，7、水位计安装座，8、泄压阀安装座，9、压力表阀门安装座，10、补水管，11、蒸汽发生锅筒，12、过热蒸汽出口管，13、后烟仓，14、烟气出口，15、Ⅲ号蒸汽导管，16、Ⅲ号蒸汽出口管，17、汽水分离器，18、低温烟管，19、蒸汽过热管，20、高温烟管，21、蒸汽发生仓，22、蒸汽集管，23、过热蒸汽集管，24、燃烧通道，25、通烟仓，26、下层底板，27、侧板，28、上层底板，29、小通汽孔，30、低含水率仓，31、隔板，32、中含水率仓，33、大通汽孔，34、密封门，35、碳化罐壳体，36、测温表，37、测湿表，38、手动排冷凝水管，39、进汽歧管，40、自动排冷凝水管，41、真空泵，42、真空泵管座，43、泄压阀，44、分汽弧管，45、进汽总管，46、输蒸汽管，47、过热蒸汽发生装置，48、底座，49、轨道，50、木材，51、分汽歧管，52、排气阀，53、排气管，54、雾化冷凝装置，55、进气阀，56、循环风机，57、出气阀，58、循环管，59、进气口，60、分离筒，61、三级雾化歧管，62、扇形导流板，63、二级雾化歧管，64、锥体分隔板，65、混合气体进口，66、一级雾化歧管，67、进水总管，68、进水口，69、直管，70、分层沉淀分离池，71、回收歧管，72、回收主管，73、回水口，74、循环水管，75、循环水泵，76、四级沉淀区，77、三级沉淀区，78、分离排出口，79、二级沉淀区，80、一级沉淀区。

具体实施方式

为了使本申请的技术方案和优点更加清楚，下面结合实施例和附图，对本常压过热蒸汽木材碳化处理的方法的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

采用温度大于230℃的常压过热蒸汽为热介质，过热蒸汽在碳化罐内与干木材直接接触，进行热交换碳化，步骤如下：

第一阶段：将经过烘干处理或自然晾干含水率<25%的木材堆垛在碳化罐内，关闭碳化罐密封门；木材是经过开板厚度是25mm至150mm的板材或方料，木材的堆垛要求：待处理的木材码垛在材车上，材堆的长与宽与材车的长宽相等，高度以能推进窑门为宜，两层板材间要用25×25mm的方形隔条隔开，材堆上部应压放有重物或用夹板固定避免受热变形。

第二阶段：向碳化罐内输入过热蒸汽，输入过热蒸汽湿度13-15%，使木材芯部温度从常温上升至60℃-70℃。

第三阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材芯部温度从70℃升到150℃，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，木材芯部温度达到150℃后，保温0.5h；此阶段排气阀关闭，疏水阀打开排出冷凝水，应控制板材的升温速度，注意平衡板材含水率，避免板材开裂。

第四阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材温度从150℃-165℃逐步升温，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，温度达到165℃后，温度保持在165℃-170℃，保温时间0.8-1.2h；该阶段打开碳化罐的排气阀，木材热分解气化的挥发物与蒸汽混合形成混合蒸汽，一同从排气阀中排出，进入雾化冷凝装置中，混合蒸汽中的挥发物被雾化水吸附冷凝沉降进入沉淀池中，进行回收。

第五阶段：使木材温度从170℃逐步升温至碳化温度，碳化温度选择是根据木材碳化深度的要求进行确定，轻度碳化：从170℃升温至190℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；中度碳化：从190℃升温至205℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；深度碳化：从205℃升温至220℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h。

第六阶段：碳化罐降温，停止过热蒸汽输入；木材降温速度控制在5-6℃/h；停止过热蒸汽输入后可以通入饱和蒸汽对木材进行降温，当木材表面温度低于120℃后，可以打开循环风机及循环管道的进出阀门，碳化罐内部的混合热气流在循环风机的作用下，进入冷凝装置进行冷却降温，再回到碳化罐，多次循环，达到降温目的；并根据降温速度要求，控制循环风机的风量，直至木材温度冷却至60℃以下时，方可打开碳化罐门，把木材移出，完成木材碳化。

木材碳化过程采用的设备包括碳化罐、过热蒸汽发生装置47和雾化冷凝装置54；碳化罐包括碳化罐壳体35和底座48，所述的碳化罐壳体35安装在底座48上，碳化罐壳体35上设置有密封门34；碳化罐壳体35上安装有测温表36、测湿表37、真空泵管座42和泄压阀43，真空泵管座42连接有用于将碳化罐壳体35抽真空的真空泵41；碳化罐壳体35的底部设置有手动排冷凝水管38和自动排冷凝水管40，只有设置同时设置手动排冷凝水管38和自动排冷凝水管40才能满足碳化的工艺要求；碳化罐壳体35的内下部安装有用于导送木材50的轨道49，碳化罐壳体35的内两侧分别设置有分汽歧管51，分汽歧管51通过进汽歧管39连接有分汽弧管44，分汽弧管44通过进汽总管45连接有输蒸汽管46，输蒸汽管46与过热蒸汽发生装置47的过热蒸汽出口管连接，为碳化罐提供过热蒸汽；碳化罐壳体35上还设置有排气阀52和进气口59，排气阀52通过排气管53与雾化冷凝装置54的混合气体进口65连通，进气口59通过循环管58与雾化冷凝装置54的回收主管72连通，循环管58上安装有循环风机56，循环风机56的进风口和出风口端的循环管58上分别安装有进气阀55和出气阀57。

所述的雾化冷凝装置54包括分离筒60，所述的分离筒60的底部安置有分层沉淀分离池70，分层沉淀分离池70设置有分离排出口78；分离筒60的顶部通过回收主管72与安装在分层沉淀分离池70内的回收歧管71连接；分离筒60内设置有锥体分隔板64，锥体分隔板64的下部连接有直管69，锥体分隔板64上方的分离筒60内从下往上依次设置有二级雾化歧管63、扇形导流板62和三级雾化歧管61；锥体分隔板64下方的分离筒60内从上往下依次设置有混合气体进口65和一级雾化歧管66，三级雾化歧管61、二级雾化歧管63和一级雾化歧管66都与进水总管67连通。

过热蒸汽发生装置47包括蒸汽发生锅筒11，所述的蒸汽发生锅筒11可安装在蒸汽炉的炉膛上，所述的蒸汽发生锅筒11的内上部为蒸汽发生仓21，蒸汽发生锅筒11连通有补水管10，还包括多根蒸汽过热管19，所述的蒸汽发生锅筒11的两端外部分别设置有前烟仓1和后烟仓13，后烟仓13设置有烟气出口14；蒸汽发生仓21下方的蒸汽发生锅筒11内贯穿有多根低温烟管18和高温烟管20，低温烟管18和高温烟管20的一端与前烟仓1连通，低温烟管18的另一端与后烟仓13连通，高温烟管20的另一端用于通入烟气；蒸汽过热管19安置在低温烟管18内，蒸汽过热管19的外壁与低温烟管18的内壁之间留有烟气通过的空隙，蒸汽过热管19的进汽端通过蒸汽集管22连通有蒸汽导管，蒸汽导管通过蒸汽出口管与蒸汽发生仓21连通，蒸汽过热管19的出汽端通过过热蒸汽集管23连通有过热蒸汽出口管12，过热蒸汽出口管12上安装有蒸汽阀，过热蒸汽通过过热蒸汽出口管12输出。前烟仓1和后烟仓13上可都设置有能密闭方便清灰渣的清灰门。

所述的蒸汽发生锅筒11上设置有泄压阀安装座8，用于安装泄压阀。所述的蒸汽发生锅筒11上设置有压力表阀门安装座9，用于安装压力表阀门。所述的蒸汽发生锅筒11上设置有水位计安装座7，用于安装监测水位的水位计。

所述的蒸汽集管22设置在前烟仓1内，过热蒸汽集管23设置在后烟仓13内，每一根蒸汽过热管19在三以上的奇数根低温烟管18或高温烟管20内往复布置。

所述的蒸汽导管包括Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15，Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15上都安装有控制阀门4；所述的蒸汽出口管包括Ⅰ号蒸汽出口管5、Ⅱ号蒸汽出口管6和Ⅲ号蒸汽出口管16，Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15分别通过Ⅰ号蒸汽出口管5、Ⅱ号蒸汽出口管6和Ⅲ号蒸汽出口管16与蒸汽发生仓21连通；Ⅰ号蒸汽出口管5和Ⅲ号蒸汽出口管16的蒸汽发生仓21端安装有汽水分离器17。

所述的汽水分离器17包括下层底板26，所述的下层底板26上设置有多个大通汽孔33，下层底板26的四周上设置有将下层底板26上围成通蒸汽仓的侧板27，侧板27的顶部用于与蒸汽发生锅筒11的顶部内壁连接，通蒸汽仓内隔有隔板31，隔板31将通蒸汽仓内分隔成低含水率仓30和中含水率仓32，低含水率仓30内的下层底板26的上方设置有上层底板28，上层底板28上设置有多个小通汽孔29，Ⅰ号蒸汽出口管5与低含水率仓30连通，Ⅲ号蒸汽出口管16与中含水率仓32连通。大通汽孔33的孔径大于小通汽孔29的孔径。

过热蒸汽发生装置47的工作原理为：补水管10为蒸汽发生锅筒11提供水源，并通过安装在蒸汽发生锅筒11侧边的水位计安装座7上的水位计，监测蒸汽发生锅筒11内水位，用于控制保证蒸汽发生锅筒11内水位维持在一定范围内；利用蒸汽炉炉膛内燃料燃烧产生的辐射热对蒸汽发生锅筒11内的水进行热交换，在烟气出口管上的烟气引风机的作用下，炉膛中燃烧产生的烟气从后烟仓13端的高温烟管20烟气进口进入并穿过高温烟管20，在穿过高温烟管20的过程中与蒸汽发生锅筒11内的水进行热交换产生饱和蒸汽；蒸汽发生锅筒11内的饱和蒸汽从蒸汽发生仓21上的蒸汽出口管导出，通过蒸汽导管上的控制阀门4，将饱和蒸汽的含水率调整到设定的范围，然后进入前烟仓1内的蒸汽集管22，通过蒸汽集管22分入蒸汽过热管19内，烟气从前烟仓1内的高温烟管20烟气出口排出进入前烟仓1，然后从前烟仓1端的低温烟管18烟气进口进入并穿过低温烟管18，烟气从低温烟管18的内壁与蒸汽过热管19的外壁之间的空隙通过，在穿过低温烟管18的过程中，对套装在低温烟管18内蒸汽过热管19中的蒸汽加热产生过热蒸汽，过热蒸汽经过后烟仓13内的过热蒸汽集管23汇集后，通过过热蒸汽出口管12输出；低温烟管18内的烟气也与蒸汽发生锅筒11内的水继续进行热交换，烟气最后进入后烟仓13，从烟气出口14排出。泄压阀安装座4上安装的泄压阀保证蒸汽发生锅筒11的压力在设计安全范围值内。

实施例2

采用温度大于230℃的常压过热蒸汽为热介质，过热蒸汽在碳化罐内与干木材直接接触，进行热交换碳化，步骤如下：

第一阶段：将经过烘干处理或自然晾干含水率<25%的木材堆垛在碳化罐内，关闭碳化罐密封门；木材是经过开板厚度是25mm至150mm的板材或方料，木材的堆垛要求：待处理的木材码垛在材车上，材堆的长与宽与材车的长宽相等，高度以能推进窑门为宜，两层板材间要用25×25mm的方形隔条隔开，材堆上部应压放有重物或用夹板固定避免受热变形。

第二阶段：打开真空泵将碳化罐抽真空至-0.03至-0.05Mpa。

第三阶段：向碳化罐内输入过热蒸汽，输入过热蒸汽湿度13-15%，使木材芯部温度从常温上升至60℃-70℃。

第四阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材芯部温度从70℃升到150℃，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，木材芯部温度达到150℃后，保温0.5h；此阶段排气阀关闭，疏水阀打开排出冷凝水，应控制板材的升温速度，注意平衡板材含水率，避免板材开裂。

第五阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材温度从150℃-165℃逐步升温，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，温度达到165℃后，温度保持在165℃-170℃，保温时间0.8-1.2h；该阶段打开碳化罐的排气阀，木材热分解气化的挥发物与蒸汽混合形成混合蒸汽，一同从排气阀中排出，进入雾化冷凝装置中，混合蒸汽中的挥发物被雾化水吸附冷凝沉降进入沉淀池中，进行回收。

第六阶段：使木材温度从170℃逐步升温至碳化温度，碳化温度选择是根据木材碳化深度的要求进行确定，轻度碳化：从170℃升温至190℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；中度碳化：从190℃升温至205℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；深度碳化：从205℃升温至220℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h。

第七阶段：碳化罐降温，停止过热蒸汽输入；木材降温速度控制在5-6℃/h；停止过热蒸汽输入后可以通入饱和蒸汽对木材进行降温，当木材表面温度低于120℃后，可以打开循环风机及循环管道的进出阀门，碳化罐内部的混合热气流在循环风机的作用下，进入冷凝装置进行冷却降温，再回到碳化罐，多次循环，达到降温目的；并根据降温速度要求，控制循环风机的风量，直至木材温度冷却至60℃以下时，方可打开碳化罐门，把木材移出，完成木材碳化。

木材碳化过程采用的设备包括碳化罐、过热蒸汽发生装置47和雾化冷凝装置54；碳化罐包括碳化罐壳体35和底座48，所述的碳化罐壳体35安装在底座48上，碳化罐壳体35上设置有密封门34；碳化罐壳体35上安装有测温表36、测湿表37、真空泵管座42和泄压阀43，真空泵管座42连接有用于将碳化罐壳体35抽真空的真空泵41；碳化罐壳体35的底部设置有手动排冷凝水管38和自动排冷凝水管40，只有设置同时设置手动排冷凝水管38和自动排冷凝水管40才能满足碳化的工艺要求；碳化罐壳体35的内下部安装有用于导送木材50的轨道49，碳化罐壳体35的内两侧分别设置有分汽歧管51，分汽歧管51通过进汽歧管39连接有分汽弧管44，分汽弧管44通过进汽总管45连接有输蒸汽管46，输蒸汽管46与过热蒸汽发生装置47的过热蒸汽出口管连接，为碳化罐提供过热蒸汽；碳化罐壳体35上还设置有排气阀52和进气口59，排气阀52通过排气管53与雾化冷凝装置54的混合气体进口65连通，进气口59通过循环管58与雾化冷凝装置54的回收主管72连通，循环管58上安装有循环风机56，循环风机56的进风口和出风口端的循环管58上分别安装有进气阀55和出气阀57。

所述的雾化冷凝装置54包括分离筒60，所述的分离筒60的底部安置有分层沉淀分离池70，分层沉淀分离池70设置有分离排出口78；分离筒60的顶部通过回收主管72与安装在分层沉淀分离池70内的回收歧管71连接；分离筒60内设置有锥体分隔板64，锥体分隔板64的下部连接有直管69，锥体分隔板64上方的分离筒60内从下往上依次设置有二级雾化歧管63、扇形导流板62和三级雾化歧管61；锥体分隔板64下方的分离筒60内从上往下依次设置有混合气体进口65和一级雾化歧管66，三级雾化歧管61、二级雾化歧管63和一级雾化歧管66都与进水总管67连通。

所述的分层沉淀分离池70设置有回水口73，回水口73通过循环水管74与进水总管67的进水口68连通，循环水管74上安装有循环水泵75。所述的分层沉淀分离池70内分隔为一级沉淀区80、二级沉淀区79、三级沉淀区77和四级沉淀区76。

过热蒸汽发生装置47包括蒸汽发生锅筒11，所述的蒸汽发生锅筒11可安装在蒸汽炉的炉膛上，所述的蒸汽发生锅筒11的内上部为蒸汽发生仓21，蒸汽发生锅筒11连通有补水管10，还包括多根蒸汽过热管19，所述的蒸汽发生锅筒11的两端外部分别设置有前烟仓1和后烟仓13，后烟仓13设置有烟气出口14；蒸汽发生仓21下方的蒸汽发生锅筒11内贯穿有多根低温烟管18和高温烟管20，低温烟管18和高温烟管20的一端与前烟仓1连通，低温烟管18的另一端与后烟仓13连通，高温烟管20的另一端用于通入烟气；蒸汽过热管19安置在低温烟管18内，蒸汽过热管19的外壁与低温烟管18的内壁之间留有烟气通过的空隙，蒸汽过热管19的进汽端通过蒸汽集管22连通有蒸汽导管，蒸汽导管通过蒸汽出口管与蒸汽发生仓21连通，蒸汽过热管19的出汽端通过过热蒸汽集管23连通有过热蒸汽出口管12，过热蒸汽出口管12上安装有蒸汽阀，过热蒸汽通过过热蒸汽出口管12输出。前烟仓1和后烟仓13上可都设置有能密闭方便清灰渣的清灰门。

所述的蒸汽发生锅筒11上设置有泄压阀安装座8，用于安装泄压阀。所述的蒸汽发生锅筒11上设置有压力表阀门安装座9，用于安装压力表阀门。所述的蒸汽发生锅筒11上设置有水位计安装座7，用于安装监测水位的水位计。

所述的蒸汽集管22和过热蒸汽集管23都设置在后烟仓13内，每一根蒸汽过热管19在二以上的偶数根低温烟管18或高温烟管20内往复布置。

所述的蒸汽导管包括Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15，Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15上都安装有控制阀门4；所述的蒸汽出口管包括Ⅰ号蒸汽出口管5、Ⅱ号蒸汽出口管6和Ⅲ号蒸汽出口管16，Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15分别通过Ⅰ号蒸汽出口管5、Ⅱ号蒸汽出口管6和Ⅲ号蒸汽出口管16与蒸汽发生仓21连通；Ⅰ号蒸汽出口管5和Ⅲ号蒸汽出口管16的蒸汽发生仓21端安装有汽水分离器17。

所述的汽水分离器17包括下层底板26，所述的下层底板26上设置有多个大通汽孔33，下层底板26的四周上设置有将下层底板26上围成通蒸汽仓的侧板27，侧板27的顶部用于与蒸汽发生锅筒11的顶部内壁连接，通蒸汽仓内隔有隔板31，隔板31将通蒸汽仓内分隔成低含水率仓30和中含水率仓32，低含水率仓30内的下层底板26的上方设置有上层底板28，上层底板28上设置有多个小通汽孔29，Ⅰ号蒸汽出口管5与低含水率仓30连通，Ⅲ号蒸汽出口管16与中含水率仓32连通。大通汽孔33的孔径大于小通汽孔29的孔径。

过热蒸汽发生装置47的工作原理为：补水管10为蒸汽发生锅筒11提供水源，并通过安装在蒸汽发生锅筒11侧边的水位计安装座7上的水位计，监测蒸汽发生锅筒11内水位，用于控制保证蒸汽发生锅筒11内水位维持在一定范围内；利用蒸汽炉炉膛内燃料燃烧产生的辐射热对蒸汽发生锅筒11内的水进行热交换，在烟气出口管上的烟气引风机的作用下，炉膛中燃烧产生的烟气从后烟仓13端的高温烟管20烟气进口进入并穿过高温烟管20，在穿过高温烟管20的过程中与蒸汽发生锅筒11内的水进行热交换产生饱和蒸汽；蒸汽发生锅筒11内的饱和蒸汽从蒸汽发生仓21上的蒸汽出口管导出，通过蒸汽导管上的控制阀门4，将饱和蒸汽的含水率调整到设定的范围，然后进入后烟仓13内的蒸汽集管22，通过蒸汽集管22分入蒸汽过热管19内，烟气从前烟仓1内的高温烟管20烟气出口排出进入前烟仓1，然后从前烟仓1端的低温烟管18烟气进口进入并穿过低温烟管18，烟气从低温烟管18的内壁与蒸汽过热管19的外壁之间的空隙通过，在穿过低温烟管18的过程中，对套装在低温烟管18内蒸汽过热管19中的蒸汽加热产生过热蒸汽，过热蒸汽经过后烟仓13内的过热蒸汽集管23汇集后，通过过热蒸汽出口管12输出；低温烟管18内的烟气也与蒸汽发生锅筒11内的水继续进行热交换，烟气最后进入后烟仓13，从烟气出口14排出。泄压阀安装座4上安装的泄压阀保证蒸汽发生锅筒11的压力在设计安全范围值内。

实施例3

采用温度大于230℃的常压过热蒸汽为热介质，过热蒸汽在碳化罐内与湿木材直接接触，进行热交换碳化，湿木材是未经过烘干处理或自然晾干的木材，步骤如下：

第一阶段：将木材推垛好装进罐内，关闭碳化罐密封门；木材是经过开板厚度是25mm至150mm的板材或方料，木材的堆垛要求：待处理的木材码垛在材车上，材堆的长与宽与材车的长宽相等，高度以能推进窑门为宜，两层板材间要用25×25mm的方形隔条隔开，材堆上部应压放有重物或用夹板固定避免受热变形。

第二阶段：将堆垛好木材在碳化罐内装好后，打开真空泵将碳化罐抽真空至-0.03至-0.05Mpa。

第三阶段：向碳化罐内输入过热蒸汽，输入过热蒸汽含水率13-15%，使木材芯部温度从常温上升至150℃，保温0.5h。

第四阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材温度从150℃-165℃逐步升温，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，温度达到165℃后，温度保持在165℃-170℃，保温时间0.8-1.2h；该阶段打开碳化罐的排气阀，木材热分解气化的挥发物与蒸汽混合形成混合蒸汽，一同从排气阀中排出，进入雾化冷凝装置中，混合蒸汽中的挥发物被雾化水吸附冷凝沉降进入沉淀池中，进行回收。

第五阶段：使木材温度从170℃逐步升温至碳化温度，碳化温度选择是根据木材碳化深度的要求进行确定，轻度碳化：从170℃升温至190℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；中度碳化：从190℃升温至205℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；深度碳化：从205℃升温至220℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h。

第六阶段：碳化罐降温，停止过热蒸汽输入；木材降温速度控制在5-6℃/h；停止过热蒸汽输入后可以通入饱和蒸汽对木材进行降温，当木材表面温度低于120℃后，可以打开循环风机及循环管道的进出阀门，碳化罐内部的混合热气流在循环风机的作用下，进入冷凝装置进行冷却降温，再回到碳化罐，多次循环，达到降温目的；并根据降温速度要求，控制循环风机的风量，直至木材温度冷却至60℃以下时，方可打开碳化罐门，把木材移出，完成木材碳化。

木材碳化过程采用的设备包括碳化罐、过热蒸汽发生装置47和雾化冷凝装置54；碳化罐包括碳化罐壳体35和底座48，所述的碳化罐壳体35安装在底座48上，碳化罐壳体35上设置有密封门34；碳化罐壳体35上安装有测温表36、测湿表37、真空泵管座42和泄压阀43，真空泵管座42连接有用于将碳化罐壳体35抽真空的真空泵41；碳化罐壳体35的底部设置有手动排冷凝水管38和自动排冷凝水管40，只有设置同时设置手动排冷凝水管38和自动排冷凝水管40才能满足碳化的工艺要求；碳化罐壳体35的内下部安装有用于导送木材50的轨道49，碳化罐壳体35的内两侧分别设置有分汽歧管51，分汽歧管51通过进汽歧管39连接有分汽弧管44，分汽弧管44通过进汽总管45连接有输蒸汽管46，输蒸汽管46与过热蒸汽发生装置47的过热蒸汽出口管连接，为碳化罐提供过热蒸汽；碳化罐壳体35上还设置有排气阀52和进气口59，排气阀52通过排气管53与雾化冷凝装置54的混合气体进口65连通，进气口59通过循环管58与雾化冷凝装置54的回收主管72连通，循环管58上安装有循环风机56，循环风机56的进风口和出风口端的循环管58上分别安装有进气阀55和出气阀57。

所述的雾化冷凝装置54包括分离筒60，所述的分离筒60的底部安置有分层沉淀分离池70，分层沉淀分离池70设置有分离排出口78；分离筒60的顶部通过回收主管72与安装在分层沉淀分离池70内的回收歧管71连接；分离筒60内设置有锥体分隔板64，锥体分隔板64的下部连接有直管69，锥体分隔板64上方的分离筒60内从下往上依次设置有二级雾化歧管63、扇形导流板62和三级雾化歧管61；锥体分隔板64下方的分离筒60内从上往下依次设置有混合气体进口65和一级雾化歧管66，三级雾化歧管61、二级雾化歧管63和一级雾化歧管66都与进水总管67连通。

过热蒸汽发生装置47包括蒸汽发生锅筒11，所述的蒸汽发生锅筒11的内上部为蒸汽发生仓21，蒸汽发生锅筒11连通有补水管10，还包括多根蒸汽过热管19，所述的蒸汽发生锅筒11的两端外部分别设置有前烟仓1和后烟仓13，后烟仓13设置有烟气出口14；蒸汽发生仓21下方的蒸汽发生锅筒11内贯穿有多根低温烟管18和高温烟管20，低温烟管18和高温烟管20的一端与前烟仓1连通，低温烟管18的另一端与后烟仓13连通，高温烟管20的另一端用于通入烟气；蒸汽过热管19安置在低温烟管18或高温烟管20内，蒸汽过热管19的外壁与低温烟管18或高温烟管20的内壁之间留有烟气通过的空隙，蒸汽过热管19的进汽端通过蒸汽集管22连通有蒸汽导管，蒸汽导管通过蒸汽出口管与蒸汽发生仓21连通，蒸汽过热管19的出汽端通过过热蒸汽集管23连通有过热蒸汽出口管12，过热蒸汽出口管12上安装有蒸汽阀，过热蒸汽通过过热蒸汽出口管12输出。前烟仓1和后烟仓13上可都设置有能密闭方便清灰渣的清灰门。

所述的蒸汽发生锅筒11上设置有泄压阀安装座8，用于安装泄压阀。所述的蒸汽发生锅筒11上设置有压力表阀门安装座9，用于安装压力表阀门。所述的蒸汽发生锅筒11上设置有水位计安装座7，用于安装监测水位的水位计。

所述的蒸汽集管22设置在前烟仓1内，过热蒸汽集管23设置在后烟仓13内，每一根蒸汽过热管19在三以上的奇数根低温烟管18或高温烟管20内往复布置。所述的蒸汽导管包括Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15，Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15上都安装有控制阀门4；所述的蒸汽出口管包括Ⅰ号蒸汽出口管5、Ⅱ号蒸汽出口管6和Ⅲ号蒸汽出口管16，Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15分别通过Ⅰ号蒸汽出口管5、Ⅱ号蒸汽出口管6和Ⅲ号蒸汽出口管16与蒸汽发生仓21连通；Ⅰ号蒸汽出口管5和Ⅲ号蒸汽出口管16的蒸汽发生仓21端安装有汽水分离器17。

所述的汽水分离器17包括下层底板26，所述的下层底板26上设置有多个大通汽孔33，下层底板26的四周上设置有将下层底板26上围成通蒸汽仓的侧板27，侧板27的顶部用于与蒸汽发生锅筒11的顶部内壁连接，通蒸汽仓内隔有隔板31，隔板31将通蒸汽仓内分隔成低含水率仓30和中含水率仓32，低含水率仓30内的下层底板26的上方设置有上层底板28，上层底板28上设置有多个小通汽孔29，Ⅰ号蒸汽出口管5与低含水率仓30连通，Ⅲ号蒸汽出口管16与中含水率仓32连通。大通汽孔33的孔径大于小通汽孔29的孔径。

所述的蒸汽发生锅筒11的内下部设置有燃烧通道24，燃烧通道24的出烟端通过通烟仓25与高温烟管20的用于通入烟气端连通。燃烧通道24可安装用于燃烧天然气或燃油的燃烧机，利用天然气或燃油燃烧产生的热辐射与蒸汽发生锅筒11内的水进行热交换，产生饱和蒸汽。

过热蒸汽发生装置47的工作原理为：补水管10为蒸汽发生锅筒11提供水源，并通过安装在蒸汽发生锅筒11侧边的水位计安装座7上的水位计，监测蒸汽发生锅筒11内水位，用于控制保证蒸汽发生锅筒11内水位维持在一定范围内；利用燃烧机燃烧天然气或燃油产生热量，通过燃烧通道24的辐射热对蒸汽发生锅筒11内的水进行热交换，在烟气出口管上的烟气引风机的作用下，炉膛中燃烧产生的烟气从后烟仓13端的高温烟管20烟气进口进入并穿过高温烟管20，在穿过高温烟管20的过程中与蒸汽发生锅筒11内的水进行热交换产生饱和蒸汽；蒸汽发生锅筒11内的饱和蒸汽从蒸汽发生仓21上的蒸汽出口管导出，通过蒸汽导管上的控制阀门4，将饱和蒸汽的含水率调整到设定的范围，然后进入后烟仓13内的蒸汽集管22，通过蒸汽集管22分入蒸汽过热管19内，烟气从前烟仓1内的高温烟管20烟气出口排出进入前烟仓1，然后从前烟仓1端的低温烟管18烟气进口进入并穿过低温烟管18，烟气从低温烟管18的内壁与蒸汽过热管19的外壁之间的空隙通过，在穿过低温烟管18的过程中，对套装在低温烟管18内蒸汽过热管19中的蒸汽加热产生过热蒸汽，过热蒸汽经过后烟仓13内的过热蒸汽集管23汇集后，通过过热蒸汽出口管12输出；低温烟管18内的烟气也与蒸汽发生锅筒11内的水继续进行热交换，烟气最后进入后烟仓13，从烟气出口14排出。泄压阀安装座4上安装的泄压阀保证蒸汽发生锅筒11的压力在设计安全范围值内。

实施例4

采用温度大于230℃的常压过热蒸汽为热介质，过热蒸汽在碳化罐内与湿木材直接接触，进行热交换碳化，湿木材是未经过烘干处理或自然晾干的木材，步骤如下：

第一阶段：将木材推垛好装进罐内，关闭碳化罐密封门；木材是经过开板厚度是25mm至150mm的板材或方料，木材的堆垛要求：待处理的木材码垛在材车上，材堆的长与宽与材车的长宽相等，高度以能推进窑门为宜，两层板材间要用25×25mm的方形隔条隔开，材堆上部应压放有重物或用夹板固定避免受热变形。

第二阶段：将堆垛好木材在碳化罐内装好后，打开真空泵将碳化罐抽真空至-0.03至-0.05Mpa。

第三阶段：向碳化罐内输入过热蒸汽，输入过热蒸汽含水率13-15%，使木材芯部温度从常温上升至150℃，保温0.5h。

第四阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材温度从150℃-165℃逐步升温，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，温度达到165℃后，温度保持在165℃-170℃，保温时间0.8-1.2h；该阶段打开碳化罐的排气阀，木材热分解气化的挥发物与蒸汽混合形成混合蒸汽，一同从排气阀中排出，进入雾化冷凝装置中，混合蒸汽中的挥发物被雾化水吸附冷凝沉降进入沉淀池中，进行回收。

第五阶段：使木材温度从170℃逐步升温至碳化温度，碳化温度选择是根据木材碳化深度的要求进行确定，轻度碳化：从170℃升温至190℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；中度碳化：从190℃升温至205℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；深度碳化：从205℃升温至220℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h。

第六阶段：碳化罐降温，停止过热蒸汽输入；木材降温速度控制在5-6℃/h；停止过热蒸汽输入后可以通入饱和蒸汽对木材进行降温，当木材表面温度低于120℃后，可以打开循环风机及循环管道的进出阀门，碳化罐内部的混合热气流在循环风机的作用下，进入冷凝装置进行冷却降温，再回到碳化罐，多次循环，达到降温目的；并根据降温速度要求，控制循环风机的风量，直至木材温度冷却至60℃以下时，方可打开碳化罐门，把木材移出，完成木材碳化。

木材碳化过程采用的设备包括碳化罐、过热蒸汽发生装置47和雾化冷凝装置54；碳化罐包括碳化罐壳体35和底座48，所述的碳化罐壳体35安装在底座48上，碳化罐壳体35上设置有密封门34；碳化罐壳体35上安装有测温表36、测湿表37、真空泵管座42和泄压阀43，真空泵管座42连接有用于将碳化罐壳体35抽真空的真空泵41；碳化罐壳体35的底部设置有手动排冷凝水管38和自动排冷凝水管40，只有设置同时设置手动排冷凝水管38和自动排冷凝水管40才能满足碳化的工艺要求；碳化罐壳体35的内下部安装有用于导送木材50的轨道49，碳化罐壳体35的内两侧分别设置有分汽歧管51，分汽歧管51通过进汽歧管39连接有分汽弧管44，分汽弧管44通过进汽总管45连接有输蒸汽管46，输蒸汽管46与过热蒸汽发生装置47的过热蒸汽出口管连接，为碳化罐提供过热蒸汽；碳化罐壳体35上还设置有排气阀52和进气口59，排气阀52通过排气管53与雾化冷凝装置54的混合气体进口65连通，进气口59通过循环管58与雾化冷凝装置54的回收主管72连通，循环管58上安装有循环风机56，循环风机56的进风口和出风口端的循环管58上分别安装有进气阀55和出气阀57。

所述的雾化冷凝装置54包括分离筒60，所述的分离筒60的底部安置有分层沉淀分离池70，分层沉淀分离池70设置有分离排出口78；分离筒60的顶部通过回收主管72与安装在分层沉淀分离池70内的回收歧管71连接；分离筒60内设置有锥体分隔板64，锥体分隔板64的下部连接有直管69，锥体分隔板64上方的分离筒60内从下往上依次设置有二级雾化歧管63、扇形导流板62和三级雾化歧管61；锥体分隔板64下方的分离筒60内从上往下依次设置有混合气体进口65和一级雾化歧管66，三级雾化歧管61、二级雾化歧管63和一级雾化歧管66都与进水总管67连通。

所述的分层沉淀分离池70设置有回水口73，回水口73通过循环水管74与进水总管67的进水口68连通，循环水管74上安装有循环水泵75。所述的分层沉淀分离池70内分隔为一级沉淀区80、二级沉淀区79、三级沉淀区77和四级沉淀区76。

过热蒸汽发生装置47包括蒸汽发生锅筒11，所述的蒸汽发生锅筒11的内上部为蒸汽发生仓21，蒸汽发生锅筒11连通有补水管10，还包括多根蒸汽过热管19，所述的蒸汽发生锅筒11的两端外部分别设置有前烟仓1和后烟仓13，后烟仓13设置有烟气出口14；蒸汽发生仓21下方的蒸汽发生锅筒11内贯穿有低温烟管18和高温烟管20，低温烟管18和高温烟管20的一端与前烟仓1连通，低温烟管18的另一端与后烟仓13连通，高温烟管20的另一端用于通入烟气；蒸汽过热管19安置在低温烟管18或高温烟管20内，所述的低温烟管18的数量为一根、高温烟管20的数量为多根，所述的蒸汽集管22设置在前烟仓1内，过热蒸汽集管23设置在后烟仓13内，每一根蒸汽过热管19在低温烟管18内往复布置。 蒸汽过热管19的外壁与低温烟管18内壁之间留有烟气通过的空隙，蒸汽过热管19的进汽端通过蒸汽集管22连通有蒸汽导管，蒸汽导管通过蒸汽出口管与蒸汽发生仓21连通，蒸汽过热管19的出汽端通过过热蒸汽集管23连通有过热蒸汽出口管12，过热蒸汽出口管12上安装有蒸汽阀，过热蒸汽通过过热蒸汽出口管12输出。前烟仓1和后烟仓13上可都设置有能密闭方便清灰渣的清灰门。

所述的蒸汽发生锅筒11上设置有泄压阀安装座8，用于安装泄压阀。所述的蒸汽发生锅筒11上设置有压力表阀门安装座9，用于安装压力表阀门。所述的蒸汽发生锅筒11上设置有水位计安装座7，用于安装监测水位的水位计。

所述的蒸汽导管包括Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15，Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15上都安装有控制阀门4；所述的蒸汽出口管包括Ⅰ号蒸汽出口管5、Ⅱ号蒸汽出口管6和Ⅲ号蒸汽出口管16，Ⅰ号蒸汽导管2、Ⅱ号蒸汽导管3和Ⅲ号蒸汽导管15分别通过Ⅰ号蒸汽出口管5、Ⅱ号蒸汽出口管6和Ⅲ号蒸汽出口管16与蒸汽发生仓21连通；Ⅰ号蒸汽出口管5和Ⅲ号蒸汽出口管16的蒸汽发生仓21端安装有汽水分离器17。

所述的汽水分离器17包括下层底板26，所述的下层底板26上设置有多个大通汽孔33，下层底板26的四周上设置有将下层底板26上围成通蒸汽仓的侧板27，侧板27的顶部用于与蒸汽发生锅筒11的顶部内壁连接，通蒸汽仓内隔有隔板31，隔板31将通蒸汽仓内分隔成低含水率仓30和中含水率仓32，低含水率仓30内的下层底板26的上方设置有上层底板28，上层底板28上设置有多个小通汽孔29，Ⅰ号蒸汽出口管5与低含水率仓30连通，Ⅲ号蒸汽出口管16与中含水率仓32连通。大通汽孔33的孔径大于小通汽孔29的孔径。

所述的蒸汽发生锅筒11的内下部设置有燃烧通道24，燃烧通道24的出烟端通过通烟仓25与高温烟管20的用于通入烟气端连通。燃烧通道24可安装用于燃烧天然气或燃油的燃烧机，利用天然气或燃油燃烧产生的热辐射与蒸汽发生锅筒11内的水进行热交换，产生饱和蒸汽。

上述说明并非是对本申请的限制，本申请也并不限于上述实例，本技术领域的普通技术人员，在本申请的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，都应属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，其特征在于：采用温度大于230℃的常压过热蒸汽为热介质，过热蒸汽在碳化罐内与木材直接接触，进行热交换碳化，步骤如下：

第一阶段：将经过烘干处理或自然晾干含水率<25%的木材堆垛在碳化罐内，关闭碳化罐密封门；

第二阶段：向碳化罐内输入过热蒸汽，输入过热蒸汽湿度13-15%，使木材芯部温度从常温上升至60℃-70℃；

第三阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材芯部温度从70℃升到150℃，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，木材芯部温度达到150℃后，保温0.5h；

第四阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材温度从150℃-165℃逐步升温，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，温度达到165℃后，温度保持在165℃-170℃，保温时间0.8-1.2h；该阶段打开碳化罐的排气阀，木材热分解气化的挥发物与蒸汽混合形成混合蒸汽，一同从排气阀中排出，进入雾化冷凝装置中，混合蒸汽中的挥发物被雾化水吸附冷凝沉降进入沉淀池中，进行回收；

第五阶段：使木材温度从170℃逐步升温至碳化温度，碳化温度选择是根据木材碳化深度的要求进行确定：

轻度碳化：从170℃升温至190℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；

中度碳化：从190℃升温至205℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；

深度碳化：从205℃升温至220℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；

第六阶段：碳化罐降温，停止过热蒸汽输入；木材降温速度控制在5-6℃/h，直至木材温度冷却至60℃以下时，方可打开碳化罐门，把木材移出，完成木材碳化。

2.一种常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，其特征在于：采用温度大于230℃的常压过热蒸汽为热介质，过热蒸汽在碳化罐内与木材直接接触，进行热交换碳化，步骤如下：

第一阶段：将木材推垛好装进罐内，关闭碳化罐密封门；

第二阶段：向碳化罐内输入过热蒸汽，输入过热蒸汽含水率13-15%，使木材芯部温度从常温上升至150℃，保温0.5h；

第三阶段：输入过热蒸汽湿度要求达到8-10%，使木材温度从150℃-165℃逐步升温，按木材的厚度计25mm厚的木材升温需要1h，温度达到165℃后，温度保持在165℃-170℃，保温时间0.8-1.2h；该阶段打开碳化罐的排气阀，木材热分解气化的挥发物与蒸汽混合形成混合蒸汽，一同从排气阀中排出，进入雾化冷凝装置中，混合蒸汽中的挥发物被雾化水吸附冷凝沉降进入沉淀池中，进行回收；

第四阶段：使木材温度从170℃逐步升温至碳化温度，碳化温度选择是根据木材碳化深度的要求进行确定：

轻度碳化：从170℃升温至190℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；

中度碳化：从190℃升温至205℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；

深度碳化：从205℃升温至220℃，升温时间按木材的厚度计，10mm厚的木材升温需要1h；

第五阶段：碳化罐降温，停止过热蒸汽输入；木材降温速度控制在5-6℃/h，直至木材温度冷却至60℃以下时，方可打开碳化罐门，把木材移出，完成木材碳化。

3.根据权利要求1或2所述的常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，其特征在于：向碳化罐内输入过热蒸汽前，打开真空泵将碳化罐抽真空至-0.03至-0.05Mpa。

4.根据权利要求1或2所述的常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，其特征在于：木材碳化过程采用的设备包括碳化罐、过热蒸汽发生装置（47）和雾化冷凝装置（54）；碳化罐包括碳化罐壳体（35）和底座（48），所述的碳化罐壳体（35）安装在底座（48）上，碳化罐壳体（35）上设置有密封门（34）；碳化罐壳体（35）上安装有测温表（36）、测湿表（37）、真空泵管座（42）和泄压阀（43），真空泵管座（42）连接有用于将碳化罐壳体（35）抽真空的真空泵（41）；碳化罐壳体（35）的底部设置有手动排冷凝水管（38）和自动排冷凝水管（40）；碳化罐壳体（35）的内下部安装有用于导送木材（50）的轨道（49），碳化罐壳体（35）的内两侧分别设置有分汽歧管（51），分汽歧管（51）通过进汽歧管（39）连接有分汽弧管（44），分汽弧管（44）通过进汽总管（45）连接有输蒸汽管（46），输蒸汽管（46）与过热蒸汽发生装置（47）的过热蒸汽出口管连接，为碳化罐提供过热蒸汽；碳化罐壳体（35）上还设置有排气阀（52），排气阀（52）通过排气管（53）与雾化冷凝装置（54）的混合气体进口（65）连通。

5.根据权利要求4所述的常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，其特征在于：所述的雾化冷凝装置（54）包括分离筒（60），所述的分离筒（60）的底部安置有分层沉淀分离池（70），分层沉淀分离池（70）设置有分离排出口（78）；分离筒（60）的顶部通过回收主管（72）与安装在分层沉淀分离池（70）内的回收歧管（71）连接；分离筒（60）内设置有锥体分隔板（64），锥体分隔板（64）的下部连接有直管（69），锥体分隔板（64）上方的分离筒（60）内从下往上依次设置有二级雾化歧管（63）、扇形导流板（62）和三级雾化歧管（61）；锥体分隔板（64）下方的分离筒（60）内从上往下依次设置有混合气体进口（65）和一级雾化歧管（66），三级雾化歧管（61）、二级雾化歧管（63）和一级雾化歧管（66）都与进水总管（67）连通。

6.根据权利要求5所述的常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，其特征在于：所述的分层沉淀分离池（70）设置有回水口（73），回水口（73）通过循环水管（74）与进水总管（67）的进水口（68）连通，循环水管（74）上安装有循环水泵（75）；所述的分层沉淀分离池（70）内分隔为一级沉淀区（80）、二级沉淀区（79）、三级沉淀区（77）和四级沉淀区（76）。

7.根据权利要求4所述的常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，其特征在于：所述的过热蒸汽发生装置（47）包括蒸汽发生锅筒（11），所述的蒸汽发生锅筒（11）的内上部为蒸汽发生仓（21），蒸汽发生锅筒（11）连通有补水管（10），其特征在于：还包括多根蒸汽过热管（19），所述的蒸汽发生锅筒（11）的两端外部分别设置有前烟仓（1）和后烟仓（13），后烟仓（13）设置有烟气出口（14）；蒸汽发生仓（21）下方的蒸汽发生锅筒（11）内贯穿有低温烟管（18）和高温烟管（20），低温烟管（18）和高温烟管（20）的一端与前烟仓（1）连通，低温烟管（18）的另一端与后烟仓（13）连通，高温烟管（20）的另一端用于通入烟气；每一根蒸汽过热管（19）都安置在低温烟管（18）或高温烟管（20）内，蒸汽过热管（19）的进汽端通过蒸汽集管（22）连通有蒸汽导管，蒸汽导管通过蒸汽出口管与蒸汽发生仓（21）连通，蒸汽过热管（19）的出汽端通过过热蒸汽集管（23）连通有过热蒸汽出口管（12），过热蒸汽出口管（12）上安装有蒸汽阀；所述的蒸汽发生锅筒（11）上设置有用于安装泄压阀的泄压阀安装座（8）；所述的蒸汽发生锅筒（11）上设置有用于安装压力表阀门的压力表阀门安装座（9）；所述的蒸汽发生锅筒（11）上设置有水位计安装座（7）。

8.根据权利要求7所述的常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，其特征在于：所述的蒸汽导管包括Ⅰ号蒸汽导管（2）、Ⅱ号蒸汽导管（3）和Ⅲ号蒸汽导管（15），Ⅰ号蒸汽导管（2）、Ⅱ号蒸汽导管（3）和Ⅲ号蒸汽导管（15）上都安装有控制阀门（4）；所述的蒸汽出口管包括Ⅰ号蒸汽出口管（5）、Ⅱ号蒸汽出口管（6）和Ⅲ号蒸汽出口管（16），Ⅰ号蒸汽导管（2）、Ⅱ号蒸汽导管（3）和Ⅲ号蒸汽导管（15）分别通过Ⅰ号蒸汽出口管（5）、Ⅱ号蒸汽出口管（6）和Ⅲ号蒸汽出口管（16）与蒸汽发生仓（21）连通；Ⅰ号蒸汽出口管（5）和Ⅲ号蒸汽出口管（16）的蒸汽发生仓（21）端安装有汽水分离器（17）。

9.根据权利要求8所述的常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，其特征在于：所述的汽水分离器（17）包括下层底板（26），所述的下层底板（26）上设置有多个大通汽孔（33），下层底板（26）的四周上设置有将下层底板（26）上围成通蒸汽仓的侧板（27），侧板（27）的顶部用于与蒸汽发生锅筒（11）的顶部内壁连接，通蒸汽仓内隔有隔板（31），隔板（31）将通蒸汽仓内分隔成低含水率仓（30）和中含水率仓（32），低含水率仓（30）内的下层底板（26）的上方设置有上层底板（28），上层底板（28）上设置有多个小通汽孔（29），Ⅰ号蒸汽出口管（5）与低含水率仓（30）连通，Ⅲ号蒸汽出口管（16）与中含水率仓（32）连通。

10.根据权利要求4所述的常压过热蒸汽木材碳化处理的方法，其特征在于：所述的碳化罐壳体（35）上还设置有进气口（59），进气口（59）通过循环管（58）与雾化冷凝装置（54）的回收主管（72）连通，循环管（58）上安装有循环风机（56），循环风机（56）的进风口和出风口端的循环管（58）上分别安装有进气阀（55）和出气阀（57）。

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