淺談國內(nèi)外幾種主要干燥技術(shù)

秦囡璞

摘要：木材干燥的方法主要有常規(guī)干燥、高溫干燥、除濕干燥、太陽能干燥、微波干燥、熱泵除濕-太陽能聯(lián)合干燥等，論文著重對幾種干燥方法的原理、優(yōu)缺點、節(jié)能方面以及最新研究進展進行了介紹和分析，同時對未來的發(fā)展方向提出了自己的看法。

Abstract: Drying methods include conventional drying, heat drying, dehumidification drying, solar drying, microwave drying, heat pump dehumidification - solar combined drying. The paper focuses on the principles of several drying methods, advantages and disadvantages, energy efficiency and the latest research progress introduced and analyzed, while the direction of future development put forward their views.

關(guān)鍵詞：干燥速度干燥周期干燥介質(zhì)風循環(huán)材堆

Key Words: drying speed, drying period, drying media, winder circle, pile area

1.引言

干燥技術(shù)幾乎應(yīng)用于所有產(chǎn)業(yè)，它是影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)效益的關(guān)鍵因素。目前木材的干燥方法主要有常規(guī)干燥、高溫干燥、除濕干燥、太陽能干燥、微波干燥、熱泵除濕-太陽能聯(lián)合干燥等。由于設(shè)備質(zhì)量、配套元件及基礎(chǔ)研究等方面還需要進一步提高，目前常規(guī)干燥仍然是主要的干燥形式。由于每一種干燥都有各自的優(yōu)點和適用范圍，所以聯(lián)合干燥將是未來發(fā)展的趨勢。

干燥技術(shù)：是采用加熱、降溫、減壓或其他能量傳遞的方式使物料的濕分產(chǎn)生揮發(fā)、冷凝、升華等相變過程與物料分離以達到去濕的目的。干燥過程包括傳熱和傳質(zhì)兩個相互的過程：傳熱過程中熱空氣將熱量傳給物料，用于汽化其中的水分并加熱物料；傳質(zhì)過程物料中的水分蒸發(fā)并遷徙到熱空氣中，使物料中水分逐漸降低，得到干燥。在實際干燥過程中，由于物料總是具有一定的幾何尺寸，傳熱傳質(zhì)過程在熱空氣與物料顆粒之間和物料顆粒內(nèi)部的機理并不相同，因此干燥過程又有等速干燥階段和降速干燥階段之分。干燥過程的主要特點如下：

（1） 干燥技術(shù)是一門跨行業(yè)、跨學科、家具有實驗科學性質(zhì)的技術(shù)。

（2） 現(xiàn)代干燥技術(shù)至今還屬于實驗科學的范疇，大部分干燥技術(shù)目前還缺乏能夠精確指導(dǎo)實踐的科學理論和設(shè)計方法。

（3） 干燥技術(shù)種類繁多，各具用途。

2.幾種常見的干燥形式：

2.1常規(guī)干燥：是指以濕空氣作干燥介質(zhì)，以蒸汽、熱水、爐氣或熱油為熱媒，間接加熱濕空氣，濕空氣以對流換熱方式為主加熱木材，干燥介質(zhì)溫度在100℃以下的干燥方法。

2.2高溫干燥：與常規(guī)干燥的區(qū)別是干燥介質(zhì)的溫度在100℃以上，一般在120—140℃。其干燥介質(zhì)可以是濕空氣，也可以是常壓、高壓過熱蒸汽。高溫干燥的優(yōu)點是速度快，尺寸穩(wěn)定性好、干燥周期短，但高溫干燥易產(chǎn)生干燥缺陷，材色變深，表面硬化，不易加工。高溫干燥一般用于干燥針葉材，目前在新西蘭、加拿大、澳大利亞、美國、日本等國較盛行，如用于干燥輻射松，柳杉等建筑用材。

2.3常溫過熱蒸汽干燥：其特點是傳熱系數(shù)大、熱效率高、節(jié)能效果顯著、無爆炸和失火危險。這種方法對于薄而且易干的木材具有良好的干燥效果，但干燥室的氣密性和防腐性等技術(shù)問題還有待進一步研究解決。所以，這種干燥方法至今沒有得到廣泛的使用。

2.4.1熱泵除濕干燥：是一種機械式干燥方法，它利用制冷工質(zhì)在除濕機制冷系統(tǒng)循環(huán)，當濕空氣通過除濕蒸發(fā)器時，使?jié)窨諝饨禍?，排除水分而變成干冷空氣；與此同時降壓制冷劑在除濕蒸發(fā)器內(nèi)吸收濕空氣的熱量而變成氣態(tài)，經(jīng)壓縮機送至冷凝器，在此處高壓制冷劑被空氣冷卻而變成同壓下的液態(tài)，空氣吸熱后變成熱空氣再送回干燥室繼續(xù)加熱木材。由此看來，除濕干燥時利用制冷劑回收濕空氣脫濕時放出的熱量，連同壓縮機耗功所轉(zhuǎn)換的熱能，都在冷凝器處還給了空氣，所以除濕干燥比蒸汽干燥節(jié)能，其節(jié)能率在40％以上，并且在干燥過程中，空氣參與的是閉路循環(huán)，不會向外界排放廢氣。因此，熱泵除濕干燥系統(tǒng)是一種節(jié)能、環(huán)保的干燥系統(tǒng)。

2.4.2雙熱源除濕干燥系統(tǒng)：單熱源除濕系統(tǒng)存在的問題是：在木材干燥過程中的預(yù)熱階段和干燥后期，干燥室內(nèi)只需要升溫而不必除濕。為實現(xiàn)干燥室升溫的需求，單熱源木材除濕機一般使用輔助電加熱器，其功率通常是壓縮機功率的3倍左右，少則幾千瓦，多則上百千瓦。由于我國多數(shù)地區(qū)供電不夠充足，電價偏高，因此使用單熱源除濕機常出現(xiàn)節(jié)能不省錢的現(xiàn)象，影響了除濕干燥機的推廣應(yīng)用。為了克服這個問題，北京林業(yè)大學開發(fā)了雙熱源除濕干燥系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有除濕和熱泵2個蒸發(fā)器，即有2個制冷工作循環(huán)。當需要對木材預(yù)熱和升溫是，使用熱泵循環(huán)，此時制冷工質(zhì)經(jīng)熱泵蒸發(fā)器從大氣環(huán)境取熱，向干燥室輸送熱風；當需要降低空氣的相對濕度時，使用除濕循環(huán)，此時制冷工質(zhì)經(jīng)除濕蒸發(fā)器從干燥室的濕空氣中取熱，使干燥室的水蒸汽冷凝，便達到干燥的目的。據(jù)試驗測試，當環(huán)境溫度高于10℃時，雙熱源除濕機的能耗明顯低于單熱源除濕機，一般前者比后者節(jié)能1/3左右。

2.5太陽能干燥：是利用太陽輻射的熱能加熱空氣，利用熱空氣在集熱器與材堆間循環(huán)來干燥木材。太陽能雖然是清潔的廉價能源，但他是受氣候影響大的間歇能源，干燥周期長，單位材積的投資較大，故太陽能的推廣受限。為縮短干燥周期，太陽能干燥通常與其他能源如蒸汽、爐氣及熱泵等聯(lián)合干燥。

2.6微波干燥：是利用介質(zhì)損耗原理，采用超高頻電場對物料進行加熱處理。與常規(guī)的熱風干燥方式相比，微波加熱為內(nèi)加熱方式，由于介質(zhì)整體受熱形成體熱源狀態(tài)，加熱速度快，內(nèi)外部溫度梯度的負效應(yīng)?。晃⒉ㄝ椛涓淖兞藗鹘y(tǒng)加熱方式單一加熱效果，具有獨特的生物學效應(yīng)。微波干燥的不足是：投資大、電耗高，同時若功率選擇不同，功率過大或干燥工藝控制不當，易產(chǎn)生內(nèi)裂和炭化。

2.7熱泵除濕與太陽能組合干燥:除濕干燥因木材干燥質(zhì)量好而具有廣闊的應(yīng)用前景，但因其干燥溫度低，干燥周期比較長，應(yīng)用尚不夠普遍。熱泵除濕-太陽能聯(lián)合干燥系統(tǒng)是一種以高溫熱泵除濕為主、以太陽能干燥為輔的組合干燥系統(tǒng)。雖然設(shè)備投資增加并要耗用一定量的電能，但研究表明該聯(lián)合干燥窯耗能是常規(guī)干燥窯的1/2--1/3。在干燥初期利用太陽能加熱空氣以減少除濕器的開動時間，降低能耗費用，并且太陽能--熱泵系統(tǒng)的供熱系數(shù)比較高，與單純用電的系統(tǒng)相比是相當經(jīng)濟的，與單純的太陽能系統(tǒng)相比，可保證全年使用，并且干燥過程狀態(tài)參數(shù)穩(wěn)定，資源還可被充分利用，效率高于普通太陽能干燥系統(tǒng)。

研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)了一些太陽能和除濕機各自單獨運行時所沒有的優(yōu)點，即：窯殼和濕材的預(yù)熱過程加快，經(jīng)濟效益提高，干燥時間縮短，干燥工況對氣候的依賴性減少。這種太陽能—除濕干燥機在高達82.2℃的溫度下工作，還能進行蒸汽調(diào)濕處理以消除應(yīng)力，故格外適合用于干燥家具等級材。

3.未來展望

節(jié)能環(huán)保是未來科學發(fā)展的主題。高溫、高效的木材熱泵除濕干燥是未來的發(fā)展趨勢。從根本上解決熱泵除濕干燥系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保的要求，需改進制冷工質(zhì)，提高換熱效率，回收余熱等。從過程來看，聯(lián)合干燥則是最佳選擇，尤其是太陽能-熱泵聯(lián)合干燥系統(tǒng)。隨著太陽能發(fā)電、太陽能儲存技術(shù)的深入研究，將其用于熱泵除濕干燥系統(tǒng)既能解決系統(tǒng)用電，也能解決夜間供熱問題，將會是未來發(fā)展的一大趨勢。

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