CN106871593B - 一种木材主动干燥方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种木材主动干燥方法，其排湿方法包括内循环除湿的方法，沿气流内循环路径上设置一个除湿点，在所述除湿点上接收湿介质并排出干介质。干燥得到的木材皱缩、开裂、变形显著减小，木材保持原有的色泽，特别适合杨木、桉木、浸渍改性木材的干燥。具有干燥效率高、能耗低、干燥质量高的优点。很好的解决了桉木、杨木干燥易皱缩、变形和开裂的技术问题。

Description

一种木材主动干燥方法

技术领域

本申请涉及木材干燥技术领域，具体涉及木材主动干燥的排湿方法，特别当适用于速生材、轻质木材的干燥时可提高干燥效率、避免干燥缺陷。

背景技术

木材是四大基础原材料中唯一的可再生材料，具有再生快、天然、环保和优秀的使用性能的特点，木材以其不可取代的功能贯穿于人类生活的各个方面。木材的干燥处理几乎是木材加工制造过程中耗时最长、耗能最大的一道工序，特别是现有的干燥工艺多采用高温高湿的干燥方式。举例如中国专利CN 103017485A所公开的一种木材高温高湿快速干燥工艺方法，包括：加湿升温步骤，把木材置于干燥窑中关闭窑门，打开加湿阀门向里快速加湿直接加湿到相对湿度≥98%，使干燥窑内充满水蒸气；加热加湿预处理步骤，保持加湿阀门打开，保持相对湿度≥98%，然后首次打开加热阀门快速加热到干球温度大于湿球温度1~2℃并保持3~24h；高温高湿干燥步骤，持续加湿控制干燥窑里的相对湿度达99~100%，然后加热升温到103~135℃对木材进行干燥2~15天。上述技术方案虽然有效提高了干燥效率和干燥质量，但仍然是基于高温高湿的干燥方式，首先制造高温、高湿的干燥环境需要耗费较大的能耗；其次高温高湿的环境不利于木材内水分的排出，延长了干燥的周期，一般在20~30天（因材种差异而定），进一步增加了干燥的能源消耗。长的干燥周期和高的干燥能耗对木制企业而言，加重了原材料库存的负担和现金流的压滞、增加了产品生产成本。

上述问题在速生材的干燥处理中更加明显，为得到可以使用的速生材锯材，速生材的干燥周期尤为长，大约需要2~3个月。其原因主要是以下两点：一、速生材生长速度快，初含水率高（通常超过100%），现有的干燥技术无法快速排出前期干燥窑内大量的水分，因而干燥周期长；二、速生材天然具有细胞壁薄、生长应力大、材间材性差异大等的缺陷，干燥中易皱缩、开裂和变形，进一步限制了速生材的干燥速度。现有的多种干燥方法，如常规蒸汽干燥方法、除湿干燥方法、真空干燥方法、热压干燥方法、高频微波干燥等，均无法兼顾干燥质量和干燥效率。举例如中国专利CN 105716373A所公开的杨木在干燥窑内的干燥方法，包括：预干燥，以干燥窑的冷凝水作为热源加热预干燥杨木，并且将刚采伐的杨木板材预干燥到含水率为25~32%，再进入木材干燥窑进行干燥；预干窑温度调节至：冬季28~32℃，夏季38~42℃；干燥风速，干燥窑内板与板之间风速保持在0.8~1.2m/s。上述技术方案中，为了保证杨木板材的干燥质量，前期进行长时间的预干燥处理，经常需要1~2个月，影响了速生材的实木化利用。

因而，如何缩短木材干燥周期和干燥能耗具有现实意义，提供一种木材尤其是可适用于速生材的快速高效干燥方法十分迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种木材的主动干燥方法，可有效缩短干燥周期、降低干燥能耗；特别当应用于速生材的干燥时，可大幅提高干燥效率、缩短干燥周期并兼顾干燥质量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种木材主动干燥方法，其排湿方法包括内循环除湿的方法，沿气流内循环路径上设置除湿点，在所述除湿点上接收湿介质并排出干介质。

现有技术中，出于干燥质量和干燥效率的平衡，如前述两项对比文件中所公开的技术方案：通常采用较高的干燥温度、配以反复的中间处理以及终了处理的方式进行干燥，配合外循环除湿的排湿方式。采用提高温度来降低干燥介质的相对湿度的方式时，会引起干燥介质的水蒸气分压的增加，使得木材表层的含水率提高，或在木材内部形成内低外高的水蒸气分压差，水分是在被动条件下由木材内向外移动，不利于木材中水分的迁移，降低了木材内水分向外移动的速度，以挤压的方式将木材中的水分排出，是一种被动式的干燥方式，需要较长的干燥周期；且干燥过程在相对的高温和高湿下进行，耗费较大的干燥能耗。上述问题在速生材木材的干燥过程中，尤为明显，在高湿度下干燥，更难排出干燥前期窑内的大量水分，且得到的终含水率偏高。

本申请的排湿方法包括内循环除湿的方法，沿气流内循环路径上设置除湿点，在干燥窑的内部对携带木材中排出的水分的干燥介质（湿介质）进行干燥处理，并将处理后的干燥介质（干介质）释放回干燥窑中，使干燥窑内的干燥介质始终保持在干燥基准设定的相对湿度下，且排出的干介质仍沿原来的气流路径流动。本申请的内循环除湿的方法可在等温条件下或不以干燥温度的升高为代价的条件下实现干燥介质相对湿度的降低。这样所带来的好处是，在常压下，干燥介质的水蒸气分压同时降低，并使得木材的厚度方向上始终形成内高外低的水蒸气分压差，形成主动条件，从而使水分在主动条件下有木材内先外移动，利于木材中水分的迁移，促进了水分的向外移动，并由此提高了干燥效率，且干燥过程在相对的低温和低湿下进行，有效降低了干燥耗能。本技术方案，材堆外部的干燥介质以一种顺应木材内部含水率梯度、温度梯度的方式引导水分离开木材，因而是一种主动的干燥方式。所述的气流内循环路径是由风机在干燥窑内形成的干燥介质的气流的流动路径，一般的，该路径为封闭循环路径，流经木材层与层之间的通道、木材材堆与材堆之间的通道以及材堆与窑壁之间的通道，并在上述通道的交汇（点①、②、③、④、⑤处）处转向；如图1所示的气流内循环路径的一种可能，其由顶风机产生。

作为进一步的技术方案，所述除湿点位于气流内循环路径的底部气路上。内循环除湿点，或称较高水蒸气分压的干燥介质的接收与处理点以及较低水蒸气分压的干燥介质的释放点。由风机等鼓风设备所形成的干燥介质的气流流经各水平气道，干燥木材并带走木材排出的水分，变成具有较高水蒸气分压的干燥介质，后沉降至底部气流通道，湿空气在内循环除湿点上被干燥后释放，复为具有较低水蒸气分压的干燥介质，并上行重新回入干燥气流循环中。因而内循环除湿点在底部干燥气流通道上设置，可更为高效和节能地完成排湿工作。点①、②、③、④、⑤以及该5个点所在的气路通道为所述的底部气路。

作为进一步的技术方案，该种木材干燥方法的升温阶段和保温阶段的排湿方法包括所述内循环除湿的方法。在整个干燥过程中，内循环除湿的方法和外循环除湿的方法可交替使用，也可同时使用，本领域普通技术人员可以得知，根据排湿量的需要以及所述的干燥阶段的干燥温度的条件，择一使用或同时使用。干燥的整个阶段是升温和保温的循环过程，因而从温度角度可将干燥阶段划分为升温阶段和保温阶段，而从湿度角度可以将干燥阶段划分为利用内循环除湿的方法控制或调节湿度的阶段、利用外循环除湿的方法控制或调节湿度的阶段（现有的湿度调节方法）、以及同时利用利用内和外循环除湿的方法控制或调节湿度的阶段，而本技术方案的内循环除湿的方法作为现有技术的外循环除湿的方法的一种补充或配合方法，其穿插在升温和保温阶段中。

作为进一步的技术方案，该种木材干燥方法的降温阶段的排湿方法包括所述内循环除湿的方法。现有的干燥方法，采用闷窑或自然冷却的方法结束干燥，因而在降温（冷却）过程中，介质湿度因温度的降低而增加，木材含水率回升，造成出窑时木材的含水率偏高；同时，木材的降温速度慢，影响生产效率。在本技术方案中，在降温过程中通过内循环除湿的方法进行排湿，使得降温期间的干燥介质不因介质温度的降低而相对湿度升高，干燥介质保持较低的相对湿度，进而降低了其水蒸气分压，由此使木材内部的水蒸气分压差增加，加速后期的干燥速度。此时，降温阶段成为本技术方案的干燥方法的一个干燥阶段，而不是含水率回升的阶段，由此，进一步提高了干燥效率、减少干燥能耗，且出窑后的木材保持低含水率。

作为前一技术方案的进一步的技术方案，处理材表层含水率在所述降温阶段开始时的值大于所述降温阶段结束后的值。当降温阶段利用了内循环除湿的方法进行排湿时，木材被持续的干燥，因而在降温阶段开始时木材的表层含水率是大于干燥结束时的表层含水率的。这一结果在生产上的实际意义是，根据木材的目标含水率更易于干燥基准的设计和控制，同时不会因为表层含水率偏高影响木材整体含水率的判断。

作为进一步的技术方案，当处理初含水率在40%以上（多数情况下含水率为100%~40%）的速生材时，采用35~40 ℃的干燥温度，利用风机等鼓风设备在干燥窑内形成流速为3~5m/s的循环气流，并在该循环气流的底部路径上，设置内循环除湿点，并以内循环除湿的方法排出干燥窑内木材蒸发出来的水分，以将干燥窑内的干燥介质的相对湿度控制在70~85%。与现有的干燥温度相比，本技术方案在含水率40%以上的阶段中采用了35~40℃的低温干燥，结合内循环除湿的方法的快速排湿，在木材内部形成良好的含水率梯度（即始终的内高外低且小于木材强度的水蒸气分压差），良好的含水率梯度利于木材中水分的排出，且不引起过大的干燥应力，从而实现木材的快速干燥。即使是在处理难干材时，也可以以高的干燥速度得到无变形、开裂的干燥锯材。上述技术效果在处理速生材时尤为明显，内循环除湿的方法配合较高的风速可快速排出干燥窑内因速生材初含水率过高产生的大量水分；同时结合低的干燥温度，可控制干燥过程中速生材木材细胞腔内真空度，减小速生材细胞腔内的水蒸气分压，从而有效防止速生材在干燥前期产生皱缩的技术问题。较高的风速还可同时防止木材在低温高含水率条件下发霉。

作为进一步的技术方案，当利用任意一种干燥基准对木材进行干燥至含水率15~25%时，控制干燥介质的温度为45~55℃，在循环气流的底部路径上设置内循环除湿点，并以内循环除湿的方法排出干燥窑内木材蒸发出来的水分，同时开启外循环除湿，以将干燥窑内的干燥介质的相对湿度控制在30~50%。所述的外循环除湿的方法，是利用设置于干燥窑墙体上的排湿窗进行的。当木材被干燥至15~25%的含水率时，启用内循环除湿的方法作为辅助排湿的方法，可维持窑内温度的稳定，并促进干燥介质相对湿度的降低。

作为进一步的技术方案，当利用任意一种干燥基准对木材进行干燥至含水率＜15%时，即干燥进入降温阶段，在循环气流的底部路径上设置内循环除湿点，并以内循环除湿的方法排出干燥窑内木材蒸发出来的水分，以降低或保持介质相对湿度。现有干燥技术，在干燥后期，高的干燥温度带来大的木材部分含水率梯度，需要多次反复提高干燥介质的水蒸气分压，使木材表层吸湿，减缓降低木材内部含水率梯度，以消除木材干燥应力。在木材干燥后期结束后，采用闷窑或自然冷却方法结束干燥，在降温阶段中介质湿度增加，木材含水率回升，因而在干燥后期木材需要干燥到更低的含水率，以补偿降温阶段的回潮，避免产品含水率偏高；并且湿度的增加会导致木材降温速度减缓，因而现有的干燥技术在干燥后期和结束阶段花费时间长。在本技术方案中，采用内循环除湿的方法排出降温过程中干燥窑内的水分，使得降温过程中干燥介质保持较低的相对湿度，降低水蒸气分压，木材内部内高外低的水蒸气分压差增加，实现了木材在降温阶段一边冷却一边干燥，因而可以在干燥后期木材仍处于较高含水率的情况下即进入降温阶段，不仅节约了干燥后期的干燥时间，还节约了降温阶段的干燥时间，从而加速木材干燥速度，并得到更为精准的终了含水率。

作为进一步的技术方案，依次包括第一内循环除湿阶段、外循环除湿阶段、内循环除湿联合外循环除湿阶段、以及第二内循环除湿阶段。当木材处于较高含水率的状态下，采用内循环除湿的方法对窑内进行排湿，形成第一内循环除湿阶段；当木材含水率降至纤维饱和点或接近纤维饱和点附近时，采用外循环除湿的方法对窑内进行排湿，形成外循环除湿阶段；当木材含水率下降速度进一步缓慢之后，同时采用内循环除湿和外循环除湿的方法对窑内进行排湿，形成内循环除湿联合外循除湿阶段；当完成干燥进程，进入降温阶段时，复用内循环除湿的方法对窑内进行排湿，形成第二内循环除湿阶段。

作为前一技术方案的进一步的技术方案，当干燥材料为速生材，尤其是初含水率在80%以上的速生材木材时，采用的技术方案依次包括以下阶段，如图2所示：

S1. 第一内循环除湿阶段，当处理材含水率＞40%时，干燥温度为35~40℃，气流循环速度为3~5m/s，并利用所述内循环除湿的方法控制介质相对湿度为70~85%；

S2. 外循环除湿阶段，当处理材含水率降至35~45%时，干燥温度为45~55℃，并利用所述外循环除湿的方法控制介质相对湿度为55~65%；

S3. 内循环除湿联合外循环除湿阶段，当处理材含水率降至15~25%时，干燥温度为45~55℃，并利用所述外循环除湿的方法和所述外循环除湿的方法控制介质相对湿度为30~50%；

S4. 第二内循环除湿阶段，当处理材含水率降至＜15%时，进行降温处理，并利用所述内循环除湿的方法降低或保持介质相对湿度。

作为前一技术方案的进一步的技术方案，所述的速生材木材为杨木、桉木、轻木、浸渍树脂改性木，其厚度为10~70mm。

当这一方案应用于速生材的干燥处理时，采用内循环除湿的方法，可有效避免因木材高含水率使干燥窑内相对湿度难易降低的技术问题；并由此在干燥的前期、中期和后期加速速生材木材干燥进程，缩短速生材干燥周期。同时，由于内循环除湿的方法其降低干燥介质的相对湿度、水蒸气分压不以干燥介质温度的升高为前提，因而使低温干燥成为可能，最高不超过55℃的低温干燥工艺，其有益效果为，速生材在高含水率下（一般为100%~40%阶段）时不需要进行气干，可直接在干燥窑中进行干燥，大大缩短了速生材的干燥周期；进一步的，有利于速生材的干燥质量，即使在快速干燥的情况下，也可有效避免速生材木材产生皱缩的干燥缺陷。

综上所述，本技术方案的一种木材干燥方法可基于该阶段的干燥特性，适应性的克服该阶段的干燥不足，缩短了干燥周期、降低了干燥能耗；当适用于速生材的干燥时，有效解决了速生材干燥速度极慢、干燥成本高、干燥能耗大、以及干燥过程中如皱缩和开裂变形等干燥问题；从而实现了木材尤其是速生材的快速高效干燥。

附图说明

图1是气流内循环路径的一种示意图；

图2是干燥阶段示意图；

图中：1-干燥窑，2-风机，3-材堆，虚线表示气流内循环路径。

具体实施方式

下面结合附图以及优选的方案对本发明做进一步详细的说明。

实施例1：本实施例所选取的树种为速生杨木，初含水率92%。锯制成厚度30mm，长度为2000mm，宽度为200mm。按照以下步骤对速生杨木进行干燥处理。

（1）堆垛、装窑，用厚度为25mm的隔条将木材隔开堆垛成材堆长2000mm，宽1000mm，高1000mm的小材堆，然后采用叉车将材堆装入干燥窑，待干燥。

（2）当杨木锯材含水率大于40%，在材堆之间放置除湿机，采用除湿机内循环除湿排出干燥窑内木材蒸发出来的水分，干燥介质温度为40℃、相对湿度70%，气流循环速度5米/秒。

（3）当杨木锯材含水率干燥至40%，停止内循环除湿干燥，采用干燥窑排湿窗外循环的排出木材内蒸发出来的水分。将干燥介质温度控制为55℃，相对湿度55%，将木材含水率干燥至25%。

（4）当杨木锯材含水率干燥至25%时，打开除湿机和排湿窗，采用内循环除湿联合外循环除湿的方法共同排出干燥窑内木材中蒸发出来的水分。控制介质温度为55℃，相对湿度50%。

（5）当杨木锯材含水率降至15%时，关闭排湿窗，停止加热，打开除湿机，采用内循环除湿法将木材干燥至含水率8%。干燥过程中控制介质相对湿度为35%。

（6）将干燥结束后的杨木锯材用叉车从干燥窑内叉出，取出隔条，堆放于仓库内。

实施例1的技术效果：采用本方法干燥30mm厚杨木锯材从初含水率92%干燥至8.3%，干燥周期为8天，将干燥的杨木锯材，按用GB-T6491-2012锯材干燥质量标准试验方法进行干燥质量检测。检测结果如表1所示。

实施例2：本实施例所选取的树种为速生桉木，初含水率86%。锯制成厚度45mm，长度为2000mm，宽度为150mm。

（1）堆垛、装窑，用厚度为25mm的隔条将木材隔开堆垛成材堆长2000mm，宽1000mm，高1000mm的小材堆，然后采用叉车将材堆装入干燥窑，待干燥。

（2）当桉木锯材含水率大于40%，在材堆和干燥窑墙体之间放置除湿机，采用除湿机内循环除湿排出干燥窑内木材蒸发出来的水分，干燥介质温度为35℃、相对湿度85%，气流循环速度3米/秒。

（3）当桉木锯材含水率干燥至40%，停止内循环除湿干燥，采用干燥窑排湿窗排出木材内蒸发出来的水分。将干燥介质温度控制为45℃，相对湿度65%，将木材含水率干燥至20%。

（4）当桉木锯材含水率干燥至20%时，打开除湿机和排湿窗，采用干燥窑排湿窗和内循环除湿共同排出干燥窑内木材中蒸发出来的水分。控制介质温度为45℃，相对湿度35%。

（5）当桉木锯材含水率降至15%时，关闭排湿窗，停止加热，打开除湿机，采用内循环除湿法将木材干燥至含水率8%。干燥过程中控制介质相对湿度为40%。

（6）将干燥结束后的桉木锯材用叉车从干燥窑内叉出，取出隔条，堆放于仓库内。

实施例2的技术效果：采用本方法干燥30mm厚桉木锯材从初含水率86%干燥至8.8%，干燥周期为10天，将干燥的桉木锯材，按用GB-T6491-2012锯材干燥质量标准试验方法进行干燥质量检测。检测结果如表2所示。

实施例3：本实施例所选取的树种为速生桉木，初含水率90%。锯制成厚度30mm，长度为2000mm，宽度为150mm。

（1）堆垛、装窑，用厚度为25mm的隔条将木材隔开堆垛成材堆长2000mm，宽1000mm，高1000mm的小材堆，然后采用叉车将材堆装入干燥窑，待干燥。

（2）当桉木锯材含水率大于40%，在材堆和干燥窑墙体之间放置除湿机，采用除湿机内循环除湿排出干燥窑内木材蒸发出来的水分，干燥介质温度为38℃、相对湿度80%，气流循环速度4米/秒。

（3）当桉木锯材含水率干燥至40%，停止内循环除湿干燥，采用干燥窑排湿窗排出木材内蒸发出来的水分。将干燥介质温度控制为50℃，相对湿度60%，将木材含水率干燥至20%。

（4）当桉木锯材含水率干燥至20%时，打开除湿机和排湿窗，采用干燥窑排湿窗和内循环除湿共同排出干燥窑内木材中蒸发出来的水分。控制介质温度为50℃，相对湿度35%。

（5）当桉木锯材含水率降至15%时，关闭排湿窗，停止加热，打开除湿机，采用内循环除湿法将木材干燥至含水率8%。干燥过程中控制介质相对湿度为30%。

（6）将干燥结束后的桉木锯材用叉车从干燥窑内叉出，取出隔条，堆放于仓库内。

实施例3的技术效果：采用本方法干燥30mm厚桉木锯材从初含水率90%干燥至8.2%，干燥周期为7天，将干燥的桉木锯材，按用GB-T6491-2012锯材干燥质量标准试验方法进行干燥质量检测。检测结果如表3所示。

实施例4：本实施例所选取的树种为番龙眼，初含水率52%。锯制成厚度25mm，长度为920mm，宽度为130mm。对照组为采用常规番龙眼干燥基准对同规格番龙眼锯材进行干燥处理，本实施例的干燥实验替换了初始阶段的干燥工艺。

（1）堆垛、装窑，用厚度为25mm的隔条将木材隔开堆垛成材堆长920mm，宽920mm，高1000mm的小材堆，然后采用叉车将材堆装入干燥窑，待干燥。

（2）初始阶段，在材堆和干燥窑墙体之间放置除湿机，采用除湿机内循环除湿排出干燥窑内木材蒸发出来的水分，干燥介质温度为40℃、相对湿度80%，气流循环速度3米/秒。

（3）当桉木锯材含水率干燥至35%，停止内循环除湿干燥，随后采用现有的常规番龙眼干燥基准进行干燥处理。

（4）将干燥结束后的番龙眼锯材用叉车从干燥窑内叉出，取出隔条，堆放于仓库内。

采用本方法干燥25mm厚番龙眼锯材从初含水率52%干燥至10.2%所使用的时间，较对照组初始阶段耗时减少2~3天。

实施例5：本实施例所选取的树种为圆盘豆，初含水率58%。锯制成厚度25mm，长度为930mm，宽度为130mm。对照组为采用常规圆盘豆干燥基准对同规格圆盘豆锯材进行干燥处理，本实施例的干燥实验替换了降温阶段的干燥工艺。

（1）采用常规圆盘豆干燥基准进行干燥处理。

（2）干燥完成后，进入降温阶段，当桉木锯材含水率降至15%时，关闭排湿窗，停止加热，打开放置在材堆之间的除湿机，采用内循环除湿法将木材干燥至含水率12%。干燥过程中控制介质相对湿度为50%。

采用本方法干燥25mm厚圆盘豆锯材从初含水率58%干燥至12%过程中，在降温阶段的耗时较对照组初始阶段耗时减少1~2天，且当圆盘豆锯材干燥至15%即开始进入降温阶段，因而干燥中期耗时减少2~3天，整个干燥过程减少耗时2~5天。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (2)

1.一种木材主动干燥方法，其特征在于：其排湿方法包括内循环除湿的方法，沿气流内循环路径上设置除湿点，在所述除湿点上接收湿介质并排出干介质；依次包括第一内循环除湿阶段、外循环除湿阶段、内循环除湿联合外循环除湿阶段、以及第二内循环除湿阶段；依次包括以下阶段，

S1. 第一内循环除湿阶段，当处理材含水率＞40%时，干燥温度为35~40℃，气流循环速度为3~5m/s，并利用所述内循环除湿的方法控制介质相对湿度为70~85%；

S2. 外循环除湿阶段，当处理材含水率降至35~45%时，干燥温度为45~55℃，并利用外循环除湿的方法控制介质相对湿度为55~65%；

S3. 内循环除湿联合外循环除湿阶段，当处理材含水率降至15~25%时，干燥温度为45~55℃，并利用所述外循环除湿的方法和所述内循环除湿的方法控制介质相对湿度为30~50%；

S4. 第二内循环除湿阶段，当处理材含水率降至＜15%时，进行降温处理，并利用所述内循环除湿的方法降低或保持介质相对湿度；所述外循坏除湿是指利用设置于干燥窑洞墙体上的排湿窗进行。

2.根据权利要求1所述的一种木材主动干燥方法，其特征在于：所述除湿点位于气流内循环路径的底部气路上。