一种木材干燥与热改性联合处理方法及装置

摘要

本发明公开了一种木材干燥与热改性联合处理方法及装置，该方法包含将木材堆积到封闭的干燥窑体中，向干燥窑体中通入湿空气或常压过热水蒸汽作为干燥介质，以生物质裂解气体为热源加热干燥介质，对木材进行干燥处理，使木材含水率降至5%以内之后，将干燥介质温度升高至160℃‑220℃，对木材进行热改性处理，随后对热改性后的木材进行降温调湿和平衡处理等步骤，该装置的通风循环系统、裂解气体供热系统均与木材堆积区域连通，检测控制系统用于检测干燥窑体内的干燥和热改性参数并分别与通风循环系统、裂解气体供热系统和排湿孔电连接，本发明具有工艺简单、能源消耗和生产成本少、劳动强度低、生产效率高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及木材加工技术领域，尤其涉及一种木材干燥与热改性联合处理方法及装置。

背景技术

干燥是木材加工中的重要工序，干燥能耗约占木材总加工能耗的40-70%，且干燥质量的好坏直接决定着木材利用率的高低与木质品质量的优劣。高温热处理是近年来兴起的一项木材改性技术，其基本原理是在高温、缺氧、水蒸汽（或惰性气体、热油等）参与的特定条件下，对木材进行高温热处理，使木材内部的半纤维素成分部分分解，淀粉、糖类等营养物质反应、挥发，木材内部重新形成新的化学键结合，从而达到提高木材尺寸稳定性、耐候耐久性的目的。目前，在实际生产中，木材干燥处理与高温热处理皆为分两个步骤在不同设备中进行，即先将木材堆积在干燥窑中进行干燥处理，其干燥温度一般控制在100℃以内；将木材含水率干燥到10%以内后，重新将木材堆积到炭化窑中进行高温热处理，其处理温度一般控制在160-220℃。现有的干燥和热处理分步进行的两步处理法存在着工艺繁琐、劳动强度大（需要两次堆垛和两次拆垛）、工作效率低、处理时间长和能耗损失大（需要两次升温和两次降温）的缺陷，且在炭化窑的高温热处理过程中，其加热介质一般为导热油或者直接采用电加热，热改性处理成本高。

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，提供一种工艺简单、能源消耗和生产成本少、劳动强度低、生产效率高的木材干燥与热改性联合处理方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种木材干燥与热改性联合处理方法，将木材堆积到封闭的干燥窑体中，向干燥窑体中通入湿空气或常压过热水蒸汽作为干燥介质，以生物质裂解气体为热源加热干燥介质，对木材进行干燥处理，使木材含水率降至5%以内之后，将干燥介质温度升高至160℃-220℃，对木材进行热改性处理，随后对热改性后的木材进行降温调湿和平衡处理。

作为上述技术方案的进一步改进：

针对难干锯材，具体步骤包括：

S1、木材堆积：将难干锯材堆积至干燥窑体内的木材堆积区域内；

S2、木材干燥：关闭干燥窑体大门，采用湿空气作为干燥介质，开启轴流通风机和循环风机，打开轴流通风机正压侧排湿孔，关闭轴流通风机负压侧排湿孔，开启裂解气化供热系统将干燥介质的温度快速提升到35℃-45℃，并保温0.5h-2.0h，使难干锯材充分热透，然后将干燥介质温度继续升高到选定干燥基准的第一阶段温度，对锯材进行预热处理，预热保持时间控制在1h-2h/cm锯材厚度，预热结束后按照选定干燥基准对锯材进行干燥、中间处理和后期处理，将锯材干燥至含水率为5%以下，当干燥介质的湿度低于干燥基准的设定湿度时，开启蒸汽发生器，增加干燥介质的湿度，在升温和预热过程中，保持干燥介质的湿度在90%以上；

S3、木材热改性处理：将干燥介质中的空气含量控制在5%以下，继续提高干燥介质的温度至设定温度T，其中，160℃≤T≤220℃，保持设定温度T对木材进行热改性处理，处理时间为0.2h-2h/cm锯材厚度；

S4、降温调湿和平衡处理：关闭裂解气化供热系统，关闭轴流通风机正压侧排湿孔，打开轴流通风机负压侧排湿孔，使干燥介质温度缓慢降低到80℃-90℃，再开启裂解气化供热系统，使干燥介质温度保持在80℃-90℃，并开启蒸汽发生器，使干燥介质相对湿度维持在85%-95%，并在此状态下保持1h-2h/cm锯材厚度，然后关闭裂解气化供热系统和循环风机，保持轴流通风机继续运转4h-8h后，闷窑4h-8h，使木材自然冷却和平衡；

S5、冷却出窑：待木材芯层温度降低到高于室外温度不超过20℃后，开启干燥窑体大门，将干燥和热改性处理后的木材出窑，并在干料棚中密堆存放10-20天。

针对易干锯材，具体步骤包括：

S1、木材堆积：将易干锯材堆积至干燥窑体内的木材堆积区域内；

S2、木材干燥：关闭干燥窑体大门，开启轴流通风机、循环风机和裂解气化供热系统，打开轴流通风机正压侧排湿孔，关闭轴流通风机负压侧排湿孔，将干燥介质温度快速提升到35℃-45℃，并保温0.5h-2.0h对锯材进行预热，使锯材充分热透，然后继续将处理介质温度升高到70-80℃对锯材进行预热，并保温0.5h-1.0h/cm锯材厚度，再次使锯材充分热透，升温过程中，升温速度控制在5℃-10℃/h，保温结束后，进一步升高干燥介质温度，将其温度升高到110℃-160℃，在此状态下对锯材进行干燥处理，直至锯材含水率降低到5%以下，在本步骤中，预热和升温过程中，当干燥介质的温度低于100℃，开启蒸汽发生器向经过裂解气体供热系统的燃烧炉内的湿空气通入饱和水蒸气，保持干燥介质的湿度在90%以上，当干燥介质温度超过100℃后，继续向干燥窑体内通入饱和水蒸气，用水蒸气逐步替换干燥窑体内的剩余空气，使干燥介质由高温湿空气转化为常压过热蒸汽，当窑内的空气含量小于5%后，关闭蒸汽发生器；

S3、木材热改性处理：将干燥介质中的空气含量控制在5%以下，继续提高干燥介质的温度至设定温度T，其中，160℃≤T≤220℃，保持设定温度T对木材进行热改性处理，处理时间为0.2h-2h/cm锯材厚度；

S4、降温调湿和平衡处理：关闭裂解气化供热系统，关闭轴流通风机正压侧排湿孔，打开轴流通风机负压侧排湿孔，使干燥介质温度缓慢降低到80℃-90℃，再开启裂解气化供热系统，使干燥介质温度保持在80℃-90℃，并开启蒸汽发生器，使干燥介质相对湿度维持在85%-95%，并在此状态下保持1h-2h/cm锯材厚度，然后关闭裂解气化供热系统和循环风机，保持轴流通风机继续运转4h-8h后，闷窑4h-8h，使木材自然冷却和平衡；

S5、冷却出窑：待木材芯层温度降低到高于室外温度不超过20℃后，开启干燥窑体大门，将干燥和热改性处理后的木材出窑，并在干料棚中密堆存放10-20天。

在所述步骤S1中，按照LY/T1068-2012标准对木材进行堆积处理，材堆的高度为1.2m-2m，材堆的宽度为1.2m-3m，隔条的厚度为15mm-35mm，隔条的宽度为20mm-45mm。

一种木材干燥与热改性联合处理装置，包括干燥窑体、通风循环系统、裂解气体供热系统和检测控制系统，所述干燥窑体内设有木材堆积区域，所述干燥窑体上的两侧均开设有可开启或关闭的排湿孔，所述通风循环系统、裂解气体供热系统均与所述木材堆积区域连通，所述检测控制系统用于检测所述干燥窑体内的干燥和热改性参数并分别与所述通风循环系统、裂解气体供热系统和排湿孔电连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述裂解气体供热系统包括燃烧炉、裂解炉和引风装置，所述燃烧炉具有夹层壁，所述裂解炉、引风装置均与燃烧炉连通，所述燃烧炉的夹层壁与所述干燥窑体连通。

所述通风循环系统包括轴流通风机和循环风机，所述轴流通风机装设在所述干燥窑体内部，所述循环风机通过管道装设在所述干燥窑体与所述燃烧炉的夹层壁之间。

所述木材干燥与热改性联合处理装置还包括两个蒸汽发生器，两个所述蒸汽发生器分别与所述裂解炉和引风装置连通。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明的木材干燥与热改性联合处理方法，在同一干燥窑体内先后连续完成木材干燥和热改性处理，仅需要一次堆垛和一次拆垛，且不需要进行多次升温和降温，从而降低了能源消耗量和劳动强度，提高了生产效率。

（2）本发明的木材干燥与热改性联合处理装置，结构紧凑，能同时实现木材干燥和木材热改性处理，用于实现本发明的木材干燥与热改性联合处理方法，从而降低了能源消耗量和劳动强度，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明木材干燥与热改性联合处理装置的主视图。

图2是本发明木材干燥与热改性联合处理装置的俯视图。

图中各标号表示：

1、干燥窑体；11、木材堆积区域；2、排湿孔；31、轴流通风机；32、循环风机；41、燃烧炉；42、裂解炉；43、引风装置；5、蒸汽发生器。

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。

本发明的木材干燥与热改性联合处理方法，将木材堆积到封闭的干燥窑体中，向干燥窑体中通入湿空气或常压过热水蒸汽作为干燥介质，以生物质裂解气体为热源加热干燥介质，对木材进行干燥处理，使木材含水率降至5%以内之后，将干燥介质温度升高至160-220℃，对木材进行热改性处理，随后对热改性后的木材进行降温调湿和平衡处理，在同一干燥窑体内先后连续完成木材干燥和热改性处理，仅需要一次堆垛和一次拆垛，且不需要进行多次升温和降温，从而降低了能源消耗量和劳动强度，提高了生产效率，采用生物质裂解气体为热源加热干燥介质，可将工厂内的废弃木竹废料或其它农林生物质剩余物回收利用，从而降低生产成本。

实施例1

一种针对难干锯材的干燥与热改性联合处理方法，包括以下步骤：

S1、木材堆积：选用长度为1.0m，厚度为22mm，宽度为180mm，初含水率约为52%的湿柞木锯材，按照LY/T1068-2012标准对柞木锯材堆积处理，材堆的高度为1.2m，材堆宽度为1.2m，隔条厚度为20mm，隔条宽度为30mm，长度为1.3m；

S2、木材干燥：关闭干燥窑体大门，采用湿空气作为干燥介质，开启轴流通风机和循环风机，打开轴流通风机正压侧排湿孔，关闭轴流通风机负压侧排湿孔，开启裂解气化供热系统将干燥介质的温度快速提升到40℃，并保温1.5小时，使难干锯材充分热透，然后将干燥介质温度继续升高到60℃，对锯材进行预热处理，预热保持时间控制在1.5h/cm锯材厚度，预热结束后按照选定干燥基准（LY/T1068-2012中14-10号基准）对锯材进行干燥、中间处理和后期处理，将锯材干燥至含水率为4%，当需要增加干燥介质的湿度时，开启蒸汽发生器，增加干燥介质的湿度，在升温和预热过程中，保持干燥介质的湿度在90%以上；

S3、木材热改性处理：将干燥介质中的空气含量控制在5%以下，继续提高干燥介质的温度至设定温度170℃，保持170℃对木材进行热改性处理，处理时间为2.2h；

S4、降温调湿和平衡处理：关闭裂解气化供热系统，关闭轴流通风机正压侧排湿孔，打开轴流通风机负压侧排湿孔，使干燥介质温度缓慢降低到80℃，再开启裂解气化供热系统，使干燥介质温度保持在85℃，并开启蒸汽发生器，使干燥介质相对湿度维持在90%，并在此状态下保持2.2h，然后关闭裂解气化供热系统和循环风机，保持轴流通风机继续运转6h后，闷窑4-8小时，使木材自然冷却和平衡；

S5、冷却出窑：待木材芯层温度降低到高于室外温度15℃后，开启干燥窑体大门，将干燥和热改性处理后的木材出窑，并在干料棚中密堆存放16天。

在实施例1中，对初含水率为52%的柞木锯材进行干燥和热改性联合处理，仅需要一次堆垛和一次拆垛，整个干燥和热改性处理过程所需时间仅为14天，具有工艺简单、劳动强度低、处理时间短、能源消耗和生产成本少、生产效率高等优点。

实施例2

一种针对易干锯材的干燥与热改性联合处理方法，包括以下步骤：

S1、木材堆积：选用长度为2.2m，厚度为25mm，宽度为自然宽，锯材初含水率约为63%的湿马尾松锯材，按照LY/T1068-2012标准对马尾松锯材堆积处理，材堆的高度为1.5m，材堆宽度为1.5m，隔条厚度为25mm，隔条宽度为35mm，长度为1.6m；

S2、木材干燥：关闭干燥窑体大门，开启轴流通风机、循环风机和裂解气化供热系统，打开轴流通风机正压侧排湿孔，关闭轴流通风机负压侧排湿孔，将干燥介质温度快速提升到40℃，并保温1h对锯材进行预热，使锯材充分热透，然后继续将处理介质温度升高到75℃对锯材进行预热，并保温0.6h/cm锯材厚度，再次使锯材充分热透，升温过程中，升温速度控制在10℃/h，保温结束后，进一步升高干燥介质温度，将其温度升高到140℃，在此状态下对锯材进行干燥处理，直至锯材含水率降低到5%以下。在本步骤中，预热和升温时，当干燥介质的温度低于100℃，开启蒸汽发生器向经过生物质气燃烧炉的湿空气通入饱和水蒸气，保持干燥介质的湿度在90%以上。当干燥介质温度超过100℃后，继续向窑内通入饱和水蒸气，用水蒸气逐步替换窑内的剩余空气，使干燥介质由高温湿空气转化为常压过热蒸汽，当窑内的空气含量小于5%后，关闭蒸汽发生器。S3、木材热改性处理：将干燥介质中的空气含量控制在5%以下，继续提高干燥介质的温度至设定温度200℃，保持设定温度200℃对木材进行热改性处理，处理时间为1.25h；

S4、降温调湿和平衡处理：关闭裂解气化供热系统，关闭轴流通风机正压侧排湿孔，打开轴流通风机负压侧排湿孔，使干燥介质温度缓慢降低到85℃，再开启裂解气化供热系统，使干燥介质温度保持在80-90℃，并开启蒸汽发生器，使干燥介质相对湿度维持在90%，并在此状态下保持3.75h，然后关闭裂解气化供热系统和循环风机，保持轴流通风机继续运转6h后，闷窑5h，使木材自然冷却和平衡；

S5、冷却出窑：待木材芯层温度降低到高于室外温度18℃后，开启干燥窑体大门，将干燥和热改性处理后的木材出窑，并在干料棚中密堆存放14天。

在本实施例中，对初含水率为63%的马尾松锯材进行干燥和热改性联合处理，仅需要一次堆垛和一次拆垛，整个干燥和热改性处理过程时间仅为62h，具有工艺简单、劳动强度低、处理时间短、能源消耗和生产成本少、生产效率高等优点。

图1和图2示出了本发明的木材干燥与热改性联合处理装置的一种实施例，该木材干燥与热改性联合处理装置包括干燥窑体1、通风循环系统、裂解气体供热系统和检测控制系统，干燥窑体1内设有木材堆积区域11，干燥窑体1上的两侧各开设有可开启或关闭的排湿孔2，通风循环系统、裂解气体供热系统均与木材堆积区域11连通，检测控制系统用于检测干燥窑体1内的干燥和热改性参数并分别与通风循环系统、裂解气体供热系统和排湿孔2电连接，该装置结构紧凑，能同时实现木材干燥和木材热改性处理，用于实现本发明的木材干燥与热改性联合处理方法，从而降低了能源消耗量和劳动强度，提高了生产效率。

本实施例中，裂解气体供热系统包括燃烧炉41、裂解炉42和引风装置43，燃烧炉41具有夹层壁，裂解炉42、引风装置43均与燃烧炉41连通，燃烧炉41的夹层壁与干燥窑体1连通，工厂废弃的木竹废料或其他生物质剩余物通过裂解炉42裂解为可燃气，可燃气进入燃烧炉41燃烧，产生高温对干燥介质进行加热。

本实施例中，通风循环系统包括轴流通风机31和循环风机32，轴流通风机31装设在干燥窑体1内部，循环风机32通过管道装设在干燥窑体1与燃烧炉41的夹层壁之间，使干燥介质在燃烧炉41的夹层壁和干燥窑体1内往复循环，使干燥介质不断被加热。

本实施例中，木材干燥与热改性联合处理装置还包括两个蒸汽发生器5，两个蒸汽发生器5分别与裂解炉42和引风装置43连通。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，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。