有關木材常規(guī)干燥過程中熱濕處理問題的討論

艾沐野

(生物質材料科學與技術教育部重點實驗室(東北林業(yè)大學)，黑龍江 哈爾濱 150040)

在采用常規(guī)干燥方法對木材進行干燥過程中，除了按事先選擇或擬定或編制的干燥基準執(zhí)行外，還要對木材進行必要的熱濕處理(也稱調濕、噴蒸或加濕處理)。其目的是防止木材在干燥過程中產生缺陷，或控制木材在干燥過程中出現(xiàn)的缺陷繼續(xù)發(fā)展。在擬定或編制干燥基準時，必須把熱濕處理條件融入到干燥基準中，即合理且能夠執(zhí)行的干燥基準在生產中是由干燥基準表本身和相應的熱濕處理條件兩大部分組成的[1-2]。在這兩部分中，干燥基準表是按木材含水率實際變化執(zhí)行，熱濕處理條件則是按時間執(zhí)行，這在行業(yè)內眾人皆知，但在實際生產中對木材如何進行合理的熱濕處理，筆者認為很有必要進行探討。

長期以來，在木材干燥生產中很多人把木材干燥過程中對木材的熱濕處理叫做調濕、噴蒸或加濕處理。這部分內容由三個階段組成，主要是初期處理(有的也叫預熱處理、初期預熱等)、中間處理(或中期處理)和最終處理(終了處理)。從曾經出版的相關教科書和一些資料中能夠看到，木材在干燥過程中經過這幾個階段處理時基本或全部都要進行噴蒸，即通過干燥室內的噴蒸管向室內噴射蒸汽，以提高室內干燥介質的相對濕度，隨之也提高了室內溫度[3-4]。筆者自20世紀80年代初接觸木材干燥生產操作技術以來，工作期間去過國內許多大型木材加工廠或木器制造廠的木材干燥生產車間，當時的工人師傅大多都是這樣操作，在學校和科研單位的木材干燥實驗室進行試驗研究時基本也是這么操作。究其原因，一是教科書中有相關的敘述要求這么做，而且還有具體的數(shù)據(jù)表格(此數(shù)據(jù)表在近些年出版的教科書中已經不用)；二是對木材處理需要提高干燥室內的相對濕度，而提高相對濕度只有依靠噴蒸才能做到。20世紀八九十年代，筆者經常到本行業(yè)的生產企業(yè)進行干燥設備調試和生產操作，在操作過程中逐漸發(fā)現(xiàn)，干燥過程中如果不依賴噴蒸，也能收到與其相近或符合要求的效果。

1 在初期處理前增加低溫預熱階段

在實際操作中發(fā)現(xiàn)，木材干燥初期，干燥室內經常濕度很大，有時甚至存在大量積水，很多干燥室內的地面都有排水坑與室外相連，操作人員要在這個階段的某一時間段用水桶掏水，而且這個階段即使全部打開進排氣道，相對濕度下降也很緩慢，同時也時常出現(xiàn)一些干燥缺陷。這個過程完全是操作者認真按照教科書指導的內容進行，尤其是預熱或初期處理過程，當干燥室的溫度達到后就開始噴蒸，并按規(guī)定時間保持噴蒸的狀態(tài)，待時間達到要求后才停止噴蒸。當然，這個過程的溫度既依靠加熱器，也依靠噴蒸來維持。但出現(xiàn)前邊所講的問題后，筆者逐漸對這個操作辦法產生了疑問。木材在剛開始干燥前是要對其進行預熱處理，但在什么情況下進行噴蒸，噴蒸是否需要按時間保持，這些都需要考慮，一定要結合木材自身的狀態(tài)來考慮。樹種和厚度不同，溫濕度條件也不同，操作方法絕對不能都一樣，應根據(jù)具體情況分別對待。經過在實驗室和在不同企業(yè)進行多次反復調試試驗研究發(fā)現(xiàn)，木材在剛剛進入干燥室后，需要進行必要的低溫預熱，而且這個低溫預熱需要維持一定的時間，并不是過去所說“當溫度達到預熱溫度就開始噴蒸”，這是不切合實際的。通過觀察和檢測得知，干燥設備啟動運行后，當干燥室內的溫度達到預熱溫度后，如果很快就進行噴蒸處理且維持噴蒸的時間，這樣的操作效果并不好。因為這時溫度計所顯示的溫度并不是木材自身的溫度，而是干燥室內空間干燥介質的溫度，此時的木材實際溫度遠低于干燥介質的溫度，木材整體還是比較涼的。如果這時就對木材進行噴蒸處理，蒸汽遇到涼的木材很快就會產生大量的凝結水，這也是干燥室內地面在干燥初期產生大量水和相對濕度下降緩慢的主要原因，同時也是延長干燥周期和產生干燥缺陷的原因之一。再者，現(xiàn)在的干燥室一次裝載木材的數(shù)量大都是100 m3或以上大空間，在這樣大的空間內木材自身溫度的提升需要一定的時間?；谶@種情況，可以在木材初期處理前增加一個低溫預熱階段，這個階段需要一定的時間。根據(jù)木材樹種和厚度不同，此階段維持的時間也不同，但最多不要超過24 h。在維持過程中最好不要用噴蒸來提高干燥介質的相對濕度，而是依靠關閉進排氣道(排潮閥)來逐漸提高相對濕度。通過這樣的改進，取得了良好的效果 。

2 初期處理的噴蒸問題

木材在進入正常干燥階段之前需要對木材進行初期處理，初期處理的溫濕度條件基本是在保證溫度穩(wěn)定的情況下使相對濕度盡量接近100%。當溫濕度條件達到后，還要按規(guī)定時間進行保持。有不少操作者在這個階段的操作中經常是無論濕度是否達到要求，始終是噴蒸，有的至少也要保持噴蒸1 h或更多。即便是采用自動控制噴蒸裝置，也是頻繁進行噴蒸，這種做法似乎不合理。當干燥室內干燥介質的相對濕度達到100%后完全可以停止噴蒸，若相對濕度不夠或下降了，可以采用點噴的方式進行維持。其實，在這個過程中如果相對濕度經常需要點噴進行維持，尤其是采用噴蒸自動控制裝置的，噴蒸閥門頻繁啟動，說明木材在干燥室內還沒有被熱透，木材自身的溫度與干燥室內干燥介質的溫度還有較大的差異，噴射的蒸汽噴到干燥室內后，尤其是接觸到木材板材后很快就形成了凝結水，結果造成干燥室內地面出現(xiàn)大量的積水。當初期處理過程結束后木材進入初期干燥階段時，由于干燥室內的相對濕度始終很高，需要長時間的排潮。這期間，為了降低相對濕度需要長時間打開進排氣道進行排潮，同時為了保持干燥室內干燥介質的溫度，又需要打開加熱器閥門進行加熱。這就導致一定量的熱能浪費，而且這種浪費很多企業(yè)沒有注意到。更為嚴重的是，木材在這樣的操作方式下出現(xiàn)了不該出現(xiàn)的問題，而且很多是木材進入后期干燥時才顯現(xiàn)出來。木材所產生的問題主要有表裂、表面干縮、濕心和最終含水率不均等，如果后期干燥過程中，木材含水率下降緩慢或基本不下降而提高溫度促使含水率下降，木材往往會出現(xiàn)內裂。所述這些情況，有的是筆者親歷的，大部分都是生產一線操作者反映給筆者，并請筆者幫助解決的?；谶@些情況，筆者經過多年的不斷實踐總結認為，若在干燥開始對木材先進行低溫預熱，并保持一段時間，當木材進入初期處理階段時基本可以不用噴蒸也能滿足要求。因為木材在低溫預熱過程中，其自身的溫度逐漸與干燥室內干燥介質的溫度接近，木材會釋放出一定量的水分，這些水分自然會提高干燥介質的相對濕度。如果操作合理，干燥室內的地面經常會出現(xiàn)水印或一定厚度的水膜或水層，這些水會隨著干燥室內的溫度逐漸提高而蒸發(fā)，補充或提高了干燥介質的相對濕度。這時干球溫度和濕球溫度可能存在溫差，但因干燥室內地面存在水印或積水，基本不會導致木材出現(xiàn)問題。在這個過程中進排氣道始終是處于關閉狀態(tài)，根本不需要排潮降濕。如果木材此時的實際含水率高于35%，不開啟進排氣道，木材的實際含水率也是在有規(guī)律地下降，達到干燥的目的。所以，初期處理階段盡量少噴蒸或不噴蒸是可行的，其效果可能比按一定時間進行噴蒸且保持要好很多。

3 中間處理的硬進行和軟進行

一般情況下，在正常干燥過程中，當木材的實際含水率接近纖維飽和點時，為了防止木材出現(xiàn)質量問題，需要對木材進行一次中間處理。若是較厚的難干材，有時在木材的實際含水率達到20%附近時還需要再進行一次中間處理。還有的操作者把中間處理當作解決木材干燥過程中出現(xiàn)問題的法寶。如木材含水率不下降、開裂、變形和平整度不好等都要進行一次或多次的中間處理。據(jù)說，在很早以前有的老師傅在操作過程中當木材的含水率在纖維飽和點以上時，每下降10%就處理一次，木材的含水率在纖維飽和點以下時，每下降5%就處理一次。在這些情況下進行的中間處理，基本都是進行噴蒸，有的甚至是一定要按照維持的時間來進行噴蒸。這種方式操作需要大量的熱能消耗，無論噴蒸量多少，最終還是需要通過進排氣道將這些濕氣排到大氣中。這個過程還需要一定的時間，有時可能還會延長干燥周期。這種主要依靠噴蒸來進行中間處理的過程，我們可以稱之為中間處理的“硬進行”。

如果在干燥過程中能夠事先或預先做好準備，依靠木材蒸發(fā)的水分來保持或逐漸提高干燥室內干燥介質的相對濕度，當需要對木材進行正式的中間處理時，可能少許的噴蒸就會滿足相對濕度的要求，這樣可以減少噴蒸的時間或蒸汽消耗。這種操作方式可以稱之為中間處理的“軟進行”。

對于易干材和厚度小于30 mm的木材板材，在干燥過程中若需要進行中間處理，完全可以不用噴蒸的方式進行。其方法是預先關閉進排氣道，使干燥室內干燥介質的相對濕度逐漸上升，待到需要處理時相對濕度也基本接近規(guī)定的要求。如果在較長時間內相對濕度沒有提升到要求數(shù)值，可以采取適當降溫的方法來提高。但根據(jù)已經掌握的經驗看，大多數(shù)情況下通過預置的方法基本能夠滿足要求。目前，在俄羅斯和我國口岸城市滿洲里、綏芬河及張家港等具有木材干燥生產的木業(yè)企業(yè)很多操作人員大都采用這種方式作業(yè)，效果良好。

采用這種預置的方法對木材進行中間處理，很多情況下還可以避免木材在干燥過程中出現(xiàn)的干燥缺陷，有時還可以縮短干燥周期。

如果操作人員具有了一定的干燥生產經驗，還可以采用白天操作時適當進行排潮降濕和保持溫度的操作方式，夜間關閉進排氣道和適當提高溫度并保持到第二天白天上班時間的方法，然后再按白天的方式進行操作。這種操作方式也可以稱之為白天作業(yè)，夜間“悶窯”。若比較熟練地掌握這種操作方式，木材的中間處理過程就可以不用專門進行。筆者所培訓的操作人員，還有他們的徒弟等，目前在木材干燥生產中大都已經采用這種方法作業(yè)。這種作業(yè)方法，避免了因蒸汽壓力不足而無法滿足中間處理需要溫濕度條件的問題，也減輕了燒鍋爐師傅的勞動強度，尤其是減輕了值夜班操作人員的疲勞強度，同時也能保證木材的干燥質量。

4 最終(終了)處理操作方式討論

在木材干燥生產中，當木材的實際含水率達到或接近要求的數(shù)值時，為了避免木材在干燥后出現(xiàn)質量問題，往往要對木材進行最終(終了)處理。很多操作者通常的做法是關閉進排氣道，打開噴蒸閥門進行噴蒸，以此來提升相對濕度，直至滿足處理要求。這種操作方式，往往很難使干燥室內干燥介質的相對濕度達到要求。因為此時干燥室內的溫度相對較高，相對濕度相對較低，如果要進行噴蒸處理，蒸汽壓力最好在0.4 MPa以上，但不應超過0.6 MPa，且需要維持數(shù)小時才能基本滿足要求。此時若操作不當，木材很容易變色。

對木材的最終處理無形中延長了干燥周期，有時也會過多地消耗熱能。如果在整個干燥過程中一直操作合理而木材沒有出現(xiàn)問題，可以考慮取消這個過程，也可以采用一些輔助方法間接地對木材進行處理。

(1)木材符合要求后，停機讓木材自然降溫，依靠木材散發(fā)的熱量或水分互相進行彌補或平衡。降溫時間可以維持在12 h以上。然后再啟動風機運行一個周期，將整體材堆中心部位的熱量吹散，使其分布到前后邊部的材堆中。若條件允許，還可以重復這個過程一到兩次。

(2)將最后干燥階段的溫度降低8 ℃或10 ℃，關閉進排氣道，使相對濕度逐漸上升，不用考慮上升速度，更不要噴蒸，當干燥室內的平衡含水率接近7%～11%附近時可以按此保持6 h或8 h。這時不要擔心相對濕度高或低，大部分情況下如果進排氣道處于關閉狀態(tài)，相對濕度提升的越高越好，高了也不要急于開啟進排氣道。這種做法既對木材進行了處理，同時也對木材進行了平衡。

(3)采用波動的方式進行處理。因為此時的溫度較高，相對濕度較低，可以將此時的溫度降低6 ℃或8 ℃，事先一定要關閉進排氣道。當相對濕度逐步提升后并達到較高的數(shù)值時，可以按木材厚度計算維持時間，然后再快速將溫度提升到原來的數(shù)值，并保持到相對濕度降低到原來的數(shù)值為止。按此方法重復2或3次，然后根據(jù)木材情況適時停機。需特別注意，這些操作過程中，進排氣道始終是關閉的，一定不要開啟。

以上敘述的一些看法和操作方法，是筆者逐步摸索總結的，其操作過程基本都是依靠手動完成。就目前國內外生產的木材干燥生產設備看，完全依靠設備的自動化功能還很難滿足要求，尤其是進排氣道的操作，一定要采用手動操作，溫度的操作可以部分采用半自動方法進行。這說明木材干燥設備的自動控制系統(tǒng)或裝置還有待于改進，以滿足生產工藝要求。

需要強調的是，木材干燥過程中，在合理溫度一定的條件下，相對濕度是影響木材自身溫度是否達到要求、木材干燥的均勻性、干燥速度和質量的重要因素之一。如果能夠合理充分地利用好木材自身的水分來調整干燥室內干燥介質的相對濕度，既對木材本身有利，也對設備有利，更能節(jié)省一定數(shù)量的熱能。這是需要我們繼續(xù)逐步探討的問題。

以上介紹的操作方法是基于如何更好地利用木材自身的水分來調整干燥介質相對濕度這個思路考慮的。

非?？释嘘P專家學者及生產人員能夠探討或總結出更佳的操作方法，不斷提高我國木材干燥生產的技術水平。