淺談國內外幾種主要干燥技術

秦囡璞

摘要：木材干燥的方法主要有常規干燥、高溫干燥、除濕干燥、太陽能干燥、微波干燥、熱泵除濕-太陽能聯合干燥等，論文著重對幾種干燥方法的原理、優缺點、節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.

關鍵詞：干燥速度干燥周期干燥介質風循環材堆

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

1.引言

干燥技術幾乎應用于所有產業，它是影響產品質量和產業效益的關鍵因素。目前木材的干燥方法主要有常規干燥、高溫干燥、除濕干燥、太陽能干燥、微波干燥、熱泵除濕-太陽能聯合干燥等。由于設備質量、配套元件及基礎研究等方面還需要進一步提高，目前常規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點和適用范圍，所以聯合干燥將是未來發展的趨勢。

干燥技術：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生揮發、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；傳質過程物料中的水分蒸發并遷徙到熱空氣中，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，傳熱傳質過程在熱空氣與物料顆粒之間和物料顆粒內部的機理并不相同，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） 干燥技術是一門跨行業、跨學科、家具有實驗科學性質的技術。

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

（3） 干燥技術種類繁多，各具用途。

2.幾種常見的干燥形式：

2.1常規干燥：是指以濕空氣作干燥介質，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，干燥介質溫度在100℃以下的干燥方法。

2.2高溫干燥：與常規干燥的區別是干燥介質的溫度在100℃以上，一般在120—140℃。其干燥介質可以是濕空氣，也可以是常壓、高壓過熱蒸汽。高溫干燥的優點是速度快，尺寸穩定性好、干燥周期短，但高溫干燥易產生干燥缺陷，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：其特點是傳熱系數大、熱效率高、節能效果顯著、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，它利用制冷工質在除濕機制冷系統循環，當濕空氣通過除濕蒸發器時，使濕空氣降溫，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器內吸收濕空氣的熱量而變成氣態，經壓縮機送至冷凝器，在此處高壓制冷劑被空氣冷卻而變成同壓下的液態，空氣吸熱后變成熱空氣再送回干燥室繼續加熱木材。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能，其節能率在40％以上，并且在干燥過程中，空氣參與的是閉路循環，不會向外界排放廢氣。因此，熱泵除濕干燥系統是一種節能、環保的干燥系統。

2.4.2雙熱源除濕干燥系統：單熱源除濕系統存在的問題是：在木材干燥過程中的預熱階段和干燥后期，干燥室內只需要升溫而不必除濕。為實現干燥室升溫的需求，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。由于我國多數地區供電不夠充足，電價偏高，因此使用單熱源除濕機常出現節能不省錢的現象，影響了除濕干燥機的推廣應用。為了克服這個問題，北京林業大學開發了雙熱源除濕干燥系統。該系統具有除濕和熱泵2個蒸發器，即有2個制冷工作循環。當需要對木材預熱和升溫是，使用熱泵循環，此時制冷工質經熱泵蒸發器從大氣環境取熱，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，此時制冷工質經除濕蒸發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。據試驗測試，當環境溫度高于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、爐氣及熱泵等聯合干燥。

2.6微波干燥：是利用介質損耗原理，采用超高頻電場對物料進行加熱處理。與常規的熱風干燥方式相比，微波加熱為內加熱方式，由于介質整體受熱形成體熱源狀態，加熱速度快，內外部溫度梯度的負效應小；微波輻射改變了傳統加熱方式單一加熱效果，具有獨特的生物學效應。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，易產生內裂和炭化。

2.7熱泵除濕與太陽能組合干燥:除濕干燥因木材干燥質量好而具有廣闊的應用前景，但因其干燥溫度低，干燥周期比較長，應用尚不夠普遍。熱泵除濕-太陽能聯合干燥系統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。雖然設備投資增加并要耗用一定量的電能，但研究表明該聯合干燥窯耗能是常規干燥窯的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--熱泵系統的供熱系數比較高，與單純用電的系統相比是相當經濟的，與單純的太陽能系統相比，可保證全年使用，并且干燥過程狀態參數穩定，資源還可被充分利用，效率高于普通太陽能干燥系統。

研究結果還發現了一些太陽能和除濕機各自單獨運行時所沒有的優點，即：窯殼和濕材的預熱過程加快，經濟效益提高，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，還能進行蒸汽調濕處理以消除應力，故格外適合用于干燥家具等級材。

3.未來展望

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

參考文獻：

[1]高建民.木材干燥學.北京：科學出版社，2008.1.

[2]胡傳坤，高建民.我國木材熱泵除濕干燥研究進展.

[3]高明菊，馮光泉，曾鴻超.微波干燥對三七皂苷有效成分的影響.

[4]張璧光，趙忠信，高建民，霍光青，伊松林.木材干燥的節能研究.

[5]劉昊，高建民，張璧光.非接觸式木材含水率檢測方法與應用.

[6]李沛虹，趙彩俊.淺析干燥技術.

[7]張璧光，趙忠信，高建民，霍光青，伊松林.木材干燥的節能研究.

[8]高建民，張璧光，伊松林.GRCT組合干燥的研究.

[9]許彩霞，張璧光，常建民，高建民，伊松林，張雙保.太陽能-熱泵聯合干燥技術的研究現狀.

[10]張璧光，趙忠信，高建民，霍光青.高溫雙熱源除濕與太陽能組合干燥技術的研究.