木材干燥学 第五章 木材干燥室及其主要设备

第五章木材干燥室及其主要设备 本章主要内容5 1木材干燥室的分类5 2典型常规干燥室的结构5 3干燥室设备5 4干燥室设备的维护与保养5 5炉气间接加热常规干燥室设备 5 1常规木材干燥室的分类常规干燥指以常压湿空气作干燥介质 以蒸汽 热水 炉气或热油作载热体 热媒 干燥介质温度在100 以下的一种室干方法 室干是指在特制的容器或建筑物内 人为控制干燥介质温度 湿度及气流速度 方向等 利用气体介质对流换热对木材进行干燥加工处理 或采用非对流加热等特种干燥方法对木材进行干燥处理的生产活动 干燥室 机 窑 是指具有加热 通风 密闭 保温 防腐蚀等性能 在可控制干燥介质条件下干燥木材的建筑物或容器 木材干燥室的分类根据干燥作业方式 载热体种类及干燥介质循环特性等特征 木材干燥室可分为许多不同的类型 1 干燥作业方式分周期式干燥室和连续式干燥室 周期式干燥室是同时装满木料 干好后干燥过程停止 同时卸出木料 再装入一批新木料 此干燥作业是周期性的 连续式干燥室做成隧道状 部分干好的木料由窑的一端 干端 卸出 同时由窑的另一端 湿端 装入部分湿木料 装卸料时干燥过程不停止 此干燥作业是连续的 2 干燥介质 湿 空气 过热蒸汽 炉气 3 干燥介质循环特性分为自然循环干燥室和强制循环干燥室 自然循环是因冷热气体密度上的差异引起的 热气体轻而上升 冷气体重而下降 在自然循环干燥室内 干燥介质的流动方向大体是垂直的 循环速度很低 强制循环是用通风机械强制干燥介质流动 干燥介质流过材堆的理论循环速度为1m s以上 为干燥均匀起见 强制循环最好是可逆 定期改变干燥介质流过材堆的方向 干燥室的类型 是把它的主要特征组合起来称谓的 如周期式强制循环蒸汽干燥室 周期式自然循环炉气干燥室 目前 生产中使用的干燥室基本上均为周期式干燥室 根据风机在干燥室内的位置和干燥介质循环特性 周期式强制循环干燥室又可分为顶部风机干燥室 端部风机干燥室和侧面风机干燥室 4 换热方式空气对流换热 非对流加热 电介质加热 辐射加热 热板接触式加热 5 按热源 载热体 蒸汽供热 热水供热 导热油供热 电加热 炉气直接加热 炉气间接加热 太阳能供热等 蒸汽是一种传统的热源 由蒸汽锅炉提供 木材干燥用的炉气热源 是燃烧煤 油 天然气和木质燃料产生的 6 通风机安装位置长轴型 顶风机 短轴型 顶风机 端风机型 侧风机型 喷气型 7 干燥温度 低温干燥室干燥介质温度范围为21 48 一般不超过43 常温干燥室干燥介质温度范围为43 82 大多数阔叶材和针叶材都采用 加速干燥室干燥介质温度范围为43 99 最后阶段的干燥温度通常为87 93 高温干燥室干燥介质干燥温度超过100 温度范围通常为110 140 这类干燥室主要干燥结构材 干燥室的类型 是把它的主要特征组合起来称谓的 如周期式强制循环蒸汽干燥室 周期式自然循环炉气干燥室 目前 生产中使用的干燥室基本上均为周期式干燥室 根据风机在干燥室内的位置和干燥介质循环特性 周期式强制循环干燥室又可分为顶部风机干燥室 端部风机干燥室和侧面风机干燥室 5 2典型常规干燥室的结构5 2 1顶风机型干燥室 长轴型强制循环空气干燥室 已不使用 短轴型强制循环空气干燥室 风机直连型顶部风机干燥室 短轴型顶部风机干燥室5 2 2侧风机型干燥室5 2 3端风机型干燥室 5 2 1顶部风机型干燥室是将轴流通风机横向的安装在材堆的上部 现在一般都用室内耐高温防腐蚀电机 干燥室容量从20 400立方米 类型特征是循环风机安装在干燥室的顶部风机间 根据风机的传动方式又分为风机直连型顶部风机干燥室 短轴型顶部风机干燥室及长轴型顶部风机干燥室 已不使用 5 2 1 1风机直连型顶风机干燥室图8 1为目前我国使用最为普遍的风机直连型顶风机干燥室 整个干燥室由风机间隔板分成上下两个部分 上部为风机间 下部为干燥间 在风机间 轴流风机与耐高温 防潮电机直连 安装在风机导流圈上 风机间距一般为2m左右 风机为金属模压铸铝质风机 风机的直径一般为800 900mm 以800mm较常用 风机叶片为机翼型扭曲对称叶片 一般为6 8片 风机两侧设有挡风板 在干燥室顶部风机前后设有进 排气道 进 排气道的大小和数量视干燥室容积大小而定 进 排气窗的开启与关闭一般由进 排气用伺服电机驱动实现 在风机间的风机前后 安装有整体轧制式钢铝或铜铝复合翅片管加散热器 散热器的散热面积与干燥室的容量成正比 一般来说 常规蒸汽加热木材干燥室的散热面积的配置为1 3 即1m3木材配置3m2散热面积的散热器 一般在40 500m2不等 在风机间还设有喷蒸管 必要时 由喷蒸管向干燥室内喷射蒸汽 以增加干燥室内干燥介质的湿度 在干燥间放置木堆 当干燥室内轴流风机开动时 空气 干燥介质 被吹向风机的一边 在挡风板的导流下 经散热器加热 向下流到干燥间 横向流过材堆 加热 干燥木材 流出材堆的湿 冷空气 在风机的吸引下 向上流到风机间 同时经散热器加热 再被风机所吸取 如此形成 垂直一横向 的往复循环 必要时在风机产生正压的一侧 打开排气窗 使干燥室部分潮湿空气通过排气窗排出室外 当干燥室内湿度太大 仅打开排气窗还不足以排除室内的湿空气时 可在室内轴流风机产生负压的另一侧 打开进气窗 使窑外的干 冷新鲜空气经进气窗进入窑内 与往复循环的室内热湿空气混合 当风机反转时 进 排气窗随之互换功能 即原先排气的一侧改为进气 而原先进气的一侧改为排气 如此进行换气 室内干燥介质流过材堆的循环速度 约为1 5m s左右 进口风速一般1 5 3m s 出口风速0 8 1m s 干燥室内的散热器除按图所示的垂直安装外 也可水平安装 图8 2 散热器水平安装时 须安装在风机间隔板与干燥室前后端墙或侧墙间的风道处 木料装卸方式可分为叉车和轨道车装卸两种形式 采用叉车装卸时 被干木料事先堆成一定规格的小单元 由叉车将小单元按要求堆放在干燥室内 干燥结束后 再由叉车将干燥好了的小单元材堆运出室外 采用轨道小车装室时 被干木料在室按一定的要求堆放在装料小车上 堆放好的木料连同小车一起被送人干燥室内进行干燥处理 干燥结束后 将干燥好的木料和轨道小车一起拉出室外 一般地说 叉车装卸的干燥室容积较大 适合干燥长度规格较为单一的木料 图8 2为叉车装载式风机直连型顶部风机干燥室 图8 3为轨道小车装载式风机直连型顶部风机干燥室 风机直连型顶风机干燥室的优点室内空气循环比较均匀 干燥质量较高 能够满足高质量的干燥要求 安装和维修方便 干燥窑的容量较大 能适合较大规模干燥作业的要求 动力消耗较小 风机直连型顶风机干燥室的缺点设备 设施 建造投资相对较高 5 2 1 2短轴型顶风机干燥室结构特点是轴流通风机横向地 与窑长方向垂直 分别安装在每根短轴上 通过皮带轮各用一台电机传动 图8 4为具有代表性的一种短轴型顶部风机干燥室 这类干燥窑主要作为高温干燥室使用 室内干燥温度可达160 180 短轴型顶部风机干燥室除了图8 4所示的形式外 还有一些变异的形式 如图8 5 图8 5所用风机为高效离心风机叶轮 干燥室内的干燥介质首先被叶轮沿轴向吸入 随后沿径向吹出 流经散热器而被加热 再水平横向地流过材堆 实现对木材的加热干燥 由于离心风机的叶轮只能使干燥介质实现单向不可逆循环 因此 图8 5所示的干燥室沿气流循环方向的材堆宽度尺寸不宜太大 否则影响木树干燥的均匀性 5 2 2侧风机型强制循环空气干燥室结构特征是将轴流风机安装在材堆的侧边 每台风机配用一台电动机 根据风机位置高度可分为风机位于堆高中部的侧风机型干燥室和风机位于堆高下半部的侧下风机型干燥室 图为轴流风机位于堆高中部的侧风机型干燥室 风机直径接近堆高 一般采用14 16 风机 一个6m长的材堆一般配置2台 每台风机配备一台电动机 在风机与风机之间及风机对面的侧墙与材堆之间设有散热器 排气窗位于风机一侧材堆与侧墙间的窑顶 进气窗位于风机对侧材堆与侧墙间的窑顶 为了尽量使气流循环均匀 此类型干燥室风机均为吸风式的 当风机开动时 干燥介质被风机吸入 水平流经散热器加热后 横向经过材堆 以加热 干燥木材 流出材堆的湿空气再经散热器加热后在风机的吸引下 再流经材堆而被风机吸人 形成如此的 水平一横向 气流循环 当室内介质湿度太高时 可打开排气窗排除部分湿空气 必要时可打开进气窗 引入部分新鲜空气 此类型的干燥室 材堆高度不宜太大 一般不超过2m 故干燥室的容量较小 10m3 为了增加侧风机型干燥室的干燥容量 其风机可布置在材堆高度的下部 图为轴流风机位于堆高下半部的侧下风机型干燥室 风机直径接近堆高的一半 一般采用12 风机 室内干燥介质的循环是 垂直一横向 的 即干燥介质在材堆外面的流动是垂直的 通过材堆是横向的 侧风机型干燥室 风机不论位于材堆高度的中部或下半部 气流通过风机一次 都可以流过材堆两次 与其他窑型相比 在材堆尺寸相同 循环风量相同的情况下 材堆高度上的通风断面 风机位于堆高下半部 或材堆长度上的通风断面 风机位于堆高中部 等于减少一半 干燥介质的循环速度提高近一倍 为了提高生产面积的利用率 可将耐高温 防潮电机与轴流风机直连置于窑内 如图进气窗及排气窗设在侧壁上 进气窗位于风机下部 开口在风机前边负压区 排气窗位于风机侧上部 开口在风机后正压区 加热器在侧气道内大约材堆高度的中部 呈水平放置 为了使侧风机型干燥室实现可逆循环 提高被干燥木料的干燥均匀性 侧风机型干燥室可改进为图8 13的形式 图为双轨道干燥室 风机位于两列材堆之间 约堆高中部 呈水平布置 风机与电机直连 气流循环为 垂直一横向 排气窗位于靠侧墙的窑顶上 进气窗位于风机下部的端墙上 此改进型的侧风机型干燥室 循环速度分布较为均匀 干燥质量较高 每单位材积的装机功率较小 经济性较好 侧风机型干燥室的优点结构比较简单 干燥室的容积利用系数较高 投资相对较少 安装维修较为方便 容易获得较大的气流循环速度 侧风机型干燥室的缺点若采用室外型电机 每两间干燥室须配置一个管理间 生产面积利用不经济 气流速度分布不均 有气流v 0的区域即 死区 存在 干燥质量低于长轴型 气流一般为不可逆流动 不如可逆循环干燥效果好 材堆循环速度分布不均 被干木料的干燥均匀性较差 5 2 3端风机型强制循环空气干燥室端部风机型干燥室的后部由竖向挡板将干燥室分成风机间和干燥间两部分 在风机间 根据材堆的高度 可布置一台或两台轴流风机 干燥间的两侧壁自后部或中部向前逐渐倾斜 成为斜壁或折壁形 散热器一般布置在风机间轴流风机的前后 进 排气窗设在风机间轴流风机前后的室顶上 图8 7为单风机单轨端部风机型干燥室 散热器布置在风机一侧 轴流风机通过皮带轮由电机传动 轴流风机一般选用12 或14 转速500 550r min 风机叶轮外围设有风圈 进 排气道位于风机前后的窑顶 轴流风机可以正反方向旋转 当风机旋转时 驱动干燥介质 造成 水平一横向 的气流循环 当风机反转时 进 排气道功能互换 端部风机型干燥室的优点 在材堆高度上气流循环比较均匀 气流循环为 水平 横向 的可逆循环 特别适合于毛边板的干燥 安装 维修方便 其缺点 干燥室内材堆长度不宜过长 一般不超过6m 故干燥室的容量均不太大 一般适合于中 小型企业的干燥 斜壁角度 气道宽度不当或气道内的挡风板设置不妥 将会影响沿材堆长度方向气流循环的均匀性 为扩大干燥室的容量 端部风机型干燥室可建设为双轨道的 但材堆的总宽度尺寸一般不超过4m 图为双轨道端部风机型干燥室 端部风机型干燥室所用轴流风机也可与耐高温防潮电机直连 安装在风机间 直连型轴流风机的机号较小 一般为8 或10 端部风机型干燥室除采用轨道小车进窑外 也可采用叉车进窑 采用叉车进窑时 窑门较宽 且安装在干燥室的侧面 图8 9为风机直连叉车进窑端部风机型干燥室 叉车进窑可减少干燥设备投资 还可减少干燥作业周转所占用场地 5 2 4干燥室空气流动循环的类型与分析 木材干燥室类型结构 关系到干燥室内气体动力学特性 最终影响木材干燥效果 现代周期式强制循环干燥室在类型结构上的基本要求是室内干燥介质能实现均匀的横向循环 按照空气动力学特性 周期式强制循环干燥室在类型结构上分为三类 风机安装在干燥室顶的顶部风机型干燥室 风机安装在干燥室端部的端部风机型干燥室 风机安装在干燥室侧面的侧风机型干燥室 实践证明 风机安装在干燥室侧面的侧风机型干燥室 干燥室内干燥介质在材堆长度上及高度上不能得到均匀分配 循环速度差异明显 干燥后的板材含水率差异相对较大 同时单位材积的装机功率相对较大 干燥成本也较大 风机安装在干燥室端部的端部风机型干燥室 基本可消除干燥室内干燥介质在材堆长度和高度上分配不匀的缺陷 干燥后的板材含水率均匀性较好 风机安装在于燥室顶部的顶部风机型干燥室 气体动力特性最好 在材堆整个迎风断面上 干燥介质的循环速度分布比较均匀 干燥后的板材含水率均匀性也最好 研究指出 为使干燥质量和生产量能够获得最好的效果 干燥室内干燥介质的设计计算循环速度应有4m s或以上 有的资料建议采用下列计算循环速度 非高温干燥时为4m s 高温干燥时为5m s 干燥硬阔叶树材时为2 5 3m s 5 3干燥室设备木材干燥设备主要由壳体 通风设备 供热与调湿设备 木材运载装卸设备 检测和控制设备等组成 5 3 1干燥室壳体结构与建筑木材干燥室壳体除满足坚固 耐久 造价低等要求 还须保证干燥室对密闭性 保温性 耐腐蚀性的要求 干燥室壳体保温的原则是在高温高湿工艺条件下室内表面不结露 干燥室壳体主要有三种结构形式 即砖混结构土建壳体 金属装配式壳体和砖混结构铝内壁壳体 5 3 1 1砖混结构室体砖混结构是最常用的干燥室壳体结构 它造价低 施工容易 但在建筑结构的设计和施工时 要防止墙壁 天棚开裂 通常采用的室体结构及施工要求如下 1 墙体大 中型室最好采用框架式结构 墙体采用内外墙带保温层结构 即内墙一砖 240mm 外墙一砖 240mm 中间保温层100mm 在高寒地区 干燥室应建在室内 如建在室外 应根据当地冬季温度 重新计算确定室内壁不结露所需的保温层厚度 为保证壳体内部抗腐蚀能力 内表面可涂刷沥清或环氧树脂涂料 2 室顶采用现浇钢筋混凝土板 作保温 防水屋面 保温层用干燥的松散或板状的无机保温材料 常用膨胀珍珠岩 但不能用潮湿的水泥膨胀珍珠岩 3 基础基础必须有良好的稳定性 不允许发生不均匀沉降 通常采用刚性条形砖基础 并做钢筋混凝土圈梁 地面基础必须作防水 防潮 隔热处理 4 地面地面做法一般分三层 基层素土夯实 垫层为100mm的厚碎石 面层120mm厚素混凝土随捣随光 单轨干燥室的地面开一条排水明沟 双轨干燥室开两条 坡度为2 以便排水 干燥室地面也要根据需要做防水和保温处理 对于采用轨道车进出室的干燥室 干燥室地面载荷应按材堆及材堆装入 运出设备确定 其轨道通常埋在混凝土中 使轨头标高与地坪相同 这样可防止室内介质对钢轨的腐蚀 而叉车装干燥室 通常要求地面平整 并具有足够的承载能力 5 3 1 2金属装配式室体金属装配式室体构件先在工厂加工预制 现场组装 施工期短 需消耗大量合金铝材 壳体内壁应用厚度为0 8 1 5mm纯度较高的铝板或用厚度不小于0 6mm的不锈钢板制造 外壁用厚度不小于0 6mm的一般铝板或镀锌钢板制造 内 外壁间填以对壳体无腐蚀作用的保温材料 壳体内壁一般采用焊接连接 焊缝不得漏气 渗水 用于常温干燥 高温干燥的内壁 在制造时要压制成凸凹形表面 对组合壳体要用有机硅密封膏等密封材料对结合处进行密封 组装后的壳体内壁表面在最不利的工况下不得结露 5 3 1 4大门干燥室大门要求有较好保温和气密性能 耐腐蚀 不透水及开关操作灵活 轻便 安全 可靠 大门型式有5种类型 单扇 双扇铰链门 多扇折叠门 多扇吊拉门 单扇吊挂门 单扇升降门 常用的大门是铰链门和吊挂门 以金属门使用效果较好 以型钢或铝型材制成骨架 双面包上0 8 l 5mm厚的铝板或外表面包以镀锌钢板 用超细玻璃棉或离心玻璃棉板作保温材料 也可用彩塑钢板灌注耐高温聚氨酯泡沫塑料 内面板拼缝用硅胶涂封 门扇四周应嵌密封圈 室门密封圈通常用耐高温橡胶特制的 形空心垫圈 装于门扇内表面四周 嵌槽 中 门内缝隙用耐腐 耐温与耐湿密封材料做密封处理 砖混结构室 用钢筋混凝土门框 也可在混凝土门框上嵌装合金角铝或角钢门框 5 3 2干燥室通风设备对流换热方法干燥木材必须有干燥介质的流动 木材干燥室安装通风机能促使气流强制循环 加强室内热交换和木材中水分蒸发过程 通风机按其作用原理与形状可分离心式通风机和轴流式通风机两种 根据其压力可分为高压 3kPa以上 中压 1 3kPa 和低压 不大于1kPa 三种 木材干燥室一般多采用低压和中压通风机 通风机性能以气体流量Q m3 h 风压H Pa 主轴转速n 转 分 轴功率N kW 效率 等参数表示 5 3 2 1轴流式通风机如图 是以与回转面成斜角的叶片转动产生压力使气体流动 气体流动方向和机轴平行 叶轮由数个叶片组成 有Y系列低压轴流通风机和B系列轴流风机 叶片数目为6 12片 叶片安装角为20 23 Y系列 或30 35 B系列 木材干燥室所采用的轴流式风机可分为可逆转 双材堆 和不可逆转 单材堆 两类 可逆转风机的叶片横断面的形状是对称的 正转或逆转都产生相同的风量和风压 5 3 3干燥室的供热设备木材干燥室内供热与调湿设备主要包括 加热器 喷蒸管或喷水管 疏水器 进排气口和连接管路等 5 3 3 1加热器用于加热室内空气 使空气成为含有足够热量的干燥介质 或使室内水蒸气过热 形成常压过热汽作为干燥介质干燥木材 根据设计干燥室时热力计算配备 保证散热面积和传热系数 1 加热器的分类分为铸铁肋形管 平滑钢管和螺旋翅片三种 新建干燥室 几乎全采用双金属挤压型复合铝翅片型或螺旋绕片型加热器 2 加热器散热面积的计算放热量 加热器散热面积 式中 F 加热器表面积M2 Q 加热器应放出的热量 kJ h t蒸 加热器材管道内蒸汽的平均温度 t空气 干燥介质的平均温度 C 后备系数 取为1 1 1 3 K 加热器的传热系数 W m2 K 3 加热器的配备与安装加热器散热面积配备 因被干木材树种 厚度及选用加热器类型而异 用光滑管或绕片式散热器时一般每立方米实际材积需要2 6m2散热面积 用铸铁散热器时一般需要7 10m2 如果采用高温干燥时 散热器的面积要增加一倍 加热器安装时应注意几个问题 保证干燥室长度方向散热均匀 加热器一般应从大门端进气 对热量的漏失可得以补偿 加热器布置在循环阻力小 散热效果好 便于维修的位置 各种热媒加热器安装时不可与支架成刚性连接 蒸汽为热媒的加热器以加热器上方接口为蒸汽进端 下方接口为冷凝水出端 按蒸汽流动方向向下留有0 5 1 的坡度 热水或热油为热媒的加热器以加热器下方接口为热媒进端 上方接口为热媒出端 按热媒流动方向上扬0 5 1 的坡度 加热器超过散热片以上适当位置加放气阀 大型干燥室加热器宜分组安装 自成回路 可根据所需干燥温度 全开或部分打开加热器 加热器管线在温度变化时 长度上应能自由伸缩 长度超过40m的主管道应设有伸缩装置 1 阀盖2 阀片3 阀座4 阀体 5 3 3 2疏水器疏水器是安装在蒸汽供热的加热系统管道上必须设备之一 其作用是排除加热器中的冷凝水 阻止蒸汽损失 提高加热器传热效率 节省蒸汽 S19H 16热动力式疏水器说明 S代表疏水器 1代表内螺纹 9代表热动力式 H代表密封件材料 16代表能承受的压力 它适用于蒸汽压力不大于16kg cm2 1 6MPa 温度不大于200 的蒸汽管路及蒸汽设备上 安装位置在室内或室外皆可 不受气候限制 水流量Q 蒸汽设备开始使用时 管道积存大量凝结水和冷空气 如按出水常量选用 则管道中积存凝结水和冷空气不能在短时间内排出 因此 按凝结水常量加大2 3倍选用 即实际的Q比计算的Q计大2 3倍 疏水器选用根据疏水器进出口压力差 P P1 P2及最大排水量而定 疏水器进出口压力差 P P1 P2P1取比加热器进口压力小 1 10 1 20 0 1MPa的数值P2取P2 0 排入大气 P2 0 03 0 06MPa 排入回水系统 疏水器安装安装时 疏水器位置低于凝结水排出点 以便及时排出凝结水 使用疏水器时应注意 要定期检查严密性 要及时清除阀片或阀座上面的水锈及过滤网中的污物 长期使用后 其阀片和阀座会有磨损 造成漏汽 可用金刚砂进行研磨 疏水器中断使用后 再次使用前应进行分解 清洗 喷蒸管或喷水管安装 喷孔或喷头的射流方向与干燥室内介质循环方向一致 在干燥室长度方向上喷射应均匀 不应将蒸汽或水直接喷到被干燥的木材上 否则 将使木材发生开裂或污斑 通常在强制循环干燥室内两侧各设一条喷蒸管 根据气流循环方向使用其中的一根 喷蒸管的喷孔容易被水垢和污物堵塞 应当经常检查及时清除 5 3 4 2进排气系统木材干燥过程中 进气口用于向干燥室导入新鲜空气 排气口用于排放湿空气 进 排气口大小 数量及位置是影响木材干燥的重要因素 直接影响到干燥室的技术性能 通常进 排气口成对地布置在风机的前 后方 根据干燥室的结构 可以设在室顶 也可设在室壁上 对进排气系统的要求 木材中释放出来的酸性物质腐蚀性较强 进排气口应用铝板制作 进排气口需设可调节阀门 进气