三种木材干燥特性及其能耗研究

作     者：束建宏 

作者单位：内蒙古农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于建芳;陈宝

授予年度：2023年

学科分类：082902[工学-木材科学与技术] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：常规干燥 太阳能干燥 联合干燥节点 能耗研究 含水率分级 

摘      要：木材干燥一直以来都是十分耗能并且无法被替代的一个木材加工生产环节,我国木材干燥行业依然存在干燥能耗高、能源浪费严重、干燥周期漫长以及干燥质量不高等问题。对不同情况下干燥过程中的能耗进行分析研究可以更好地预测木材的能耗,同时合理制定干燥基准从而减少一部分能耗并且缩短干燥周期。随着我国环保与节能的政策措施实施,利用太阳能这一清洁能源和常规蒸汽干燥相结合,可以实现节约能源、高效利用资源等目标。本研究以樟子松、新疆杨、榆木三种树种锯材为对象,采用百度试验法研究了基本干燥特性,制定了干燥基准并对其进行合理化改进;采用优化的干燥基准对三种锯材从三个不同角度进行能效研究,包括不同材种的能效(针叶材、软阔叶材、硬阔叶材)研究、不同厚度樟子松的能效研究、不同初含水率樟子松的能效研究;通过优化太阳能-常规联合干燥工艺确定了太阳能预干燥和常规干燥的转换干燥含水率节点,同时保证研究中干燥质量达到国家锯材质量二级以上标准。主要研究结果如下:(1)采用百度试验法研究了樟子松、新疆杨和榆木三种试材的基本干燥特性,结果为樟子松、杨木和榆木的初期开裂、内裂、截面变形、扭曲和干燥速度等级分别为1、1、1、2、1;2、4、1、3、1;3、2、2、3、2。根据干燥特性结果初步制定三种锯材的干燥基准。(2)对两种不同厚度的樟子松进行常规干燥,20mm厚樟子松总干燥速率为1.19%/h,40mm厚樟子松总干燥速率为0.62%/h,20mm厚樟子松的干燥速率是40mm樟子松的1.9倍,两种厚度的樟子松干燥质量均达到了国家锯材质量二级标准。通过对锯材的实际干燥情况进行调温调湿,制定了更为合理的樟子松常规干燥基准。40mm厚樟子松电能消耗是20mm的1.9倍,此时干燥系统的热损率57.4%。20mm厚樟子松的蒸汽损耗率为34.3%,40mm厚樟子松蒸汽损耗率为36.5%。常规蒸汽干燥干燥1m樟子松大约需要544.08kg的蒸汽。(3)对相同规格樟子松、杨木和榆木进行常规干燥,杨木总干燥速率为2.50%/h,榆木总干燥速率为1%/h,樟子松的总干燥速率为1.19%。杨木的干燥速率最快,榆木的干燥速率最慢。其干燥质量都符合国家锯材质量二级以上标准。榆木所消耗的电能是樟子松的4.3倍,是杨木的1.4倍。制定了杨木和榆木更加合理的常规干燥基准表。干燥杨木材堆系统的热损率41.2%,干燥榆木材堆系统的热损率为58%。干燥杨木的蒸汽损耗率为20.8%,干燥榆木的蒸汽损耗率为39.8%。每干燥1m的杨木需要消耗蒸汽869.44kg。每干燥1m的榆木需要消耗897.2kg的蒸汽。(4)对樟子松锯材进行含水率分级干燥,初含水率89.6%的樟子松所消耗的电能是初含水率30.2%樟子松所消耗的电耗的3.71倍。初含水率为30.2%的樟子松锯材的蒸汽损耗率为16.3%,与初含水率89.60%樟子松的蒸汽损耗率相比损耗率低了18.0%。(5)研究了完全太阳能干燥的干燥速率与干燥质量,确定了含水率28%为联合干燥转换节点。完全太阳能干燥的总体干燥速率为1.88%/h,太阳能-常规联合干燥的总干燥速率为2.51%/h,比完全太阳能干燥的速率快0.63%/h,速度提升了33.5%。太阳能干燥消耗电能33.3k Wh/m,太阳能-常规联合干燥消耗电能133.6k Wh/m,与常规干燥相比其电能节省率为83.4%。太阳能-常规联合干燥消耗的总蒸汽量为411.67kg/m,与常规干燥相比节省率为43.1%。太阳能-常规联合干燥的干燥质量达到国家锯材质量二级标准。