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                      張璧光1  寧煒2  
 （1北京林業(yè)大學(xué)材料學(xué)院  100083；2清華同方人工環(huán)境有限公司熱泵技術(shù)研發(fā)部  100083 ）
    摘  要：本文著重從木材干燥能耗的角度對(duì)常規(guī)蒸汽干燥、除濕干燥以及二者的聯(lián)合干燥進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)表明了除濕干燥比較節(jié)能，但干燥周期長(zhǎng)，聯(lián)合干燥雖然比除濕干燥的能耗高，但比蒸汽干燥節(jié)能約27%，干燥周期比除濕干燥縮短了近一半，與蒸汽干燥時(shí)間基本相同，由此說(shuō)明了聯(lián)合干燥的優(yōu)越性。
    關(guān)鍵詞：蒸汽干燥；除濕干燥；聯(lián)合干燥；木材；實(shí)驗(yàn)研究
    Experimental study on energy consumption of conventional steam-Dehumidification combined drying wood
               ZHANG Bi-guang1   NING Wei2   ZHOU Yongdong3
(1 Beijing Forestry University Material Science and Technology Institute 100083；
2 Tsinghua Tongfang Artificial Environment Co. LTD. Heat Hump Technology Department 100083)
    Abstract：It studies on conventional steam drying, heat pump (dehumidification) drying and steam- heat pump combined drying, It indicates that heat pump (dehumidification) drying consumes the least, but its drying period is the longest, and that combined drying consumes more than the dehumidification drying, but less than the steam drying by 27.3 percent, and comparing with the dehumidification drying’s period, its period decreases by half, this shows the superiority of combined drying.
    Keywords: Steam drying  dehumidification drying  Combined drying  Wood  Test of energy consume

1.引言
    木材干燥是木材加工企業(yè)能耗很大的工序。傳統(tǒng)的干燥方法是用蒸汽為熱源的蒸汽干燥，由于干燥室換氣熱損失大，能量的利用率低，在^僅30%左右[1]。除濕干燥幾乎沒(méi)有排氣熱損失，是一種節(jié)能的干燥技術(shù)，與蒸汽干燥相比其節(jié)能率在40%左右[2]，但常規(guī)制冷工質(zhì)供風(fēng)溫度低、干燥周期長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低。而聯(lián)合干燥很大程度上能實(shí)現(xiàn)節(jié)能和提高生產(chǎn)率的統(tǒng)一，同時(shí)，聯(lián)合干燥又符合國(guó)際干燥技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)。
    本文著重從木材干燥節(jié)能的角度，對(duì)常規(guī)蒸汽干燥、除濕干燥及二者聯(lián)合干燥進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置原理見(jiàn)圖1。
                      
2  實(shí)驗(yàn)材料與方法
2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備
    試材為馬尾松，材積2m3，木材基本密度 0.431t/m3 ，材厚 30mm，木材初含水率50％；干燥試驗(yàn)在北京林業(yè)大學(xué)干燥試驗(yàn)室進(jìn)行，除濕機(jī)GGS-2/1，壓縮機(jī)額定功率為N＝1.1kW，制冷量為Q0＝4.5kW，除濕風(fēng)機(jī)的功率Nc=0.285kW，風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Va＝2×103 m3/h，輔助加熱器的功率Nd=6kw，制冷工質(zhì) R22。蒸汽干燥系統(tǒng)試驗(yàn)室用熱油系統(tǒng)來(lái)代替，熱油系統(tǒng)是RY–72電加熱油爐供應(yīng)，油泵為YG40-125（Ⅰ）型，其額定功率為1.5kW，循環(huán)泵額定功率為2.2kW，電加熱管為12kw/380V共6個(gè)；干燥室為金屬殼體，風(fēng)機(jī)布置為頂風(fēng)式，功率Ns=1.1kW，共2臺(tái)。
2.2實(shí)驗(yàn)方法與測(cè)試項(xiàng)目
    ⑴ 干燥室平均溫度Tm  干燥室內(nèi)空氣的溫度用SWB型數(shù)值溫度計(jì)測(cè)量，平均每?jī)尚r(shí)記錄一次。然后取每個(gè)干燥工藝階段記錄的干燥室溫度的平均值作該階段干燥室的Tm值。
    ⑵ 干燥室內(nèi)空氣的相對(duì)濕度φ，用SWSM-2型濕度儀測(cè)定。
    ⑶ 木材含水率W  木材含水率采用ST-85型數(shù)值式木材測(cè)試儀，布置在材堆不同的位置，取每個(gè)干燥工藝段干燥結(jié)束時(shí)四個(gè)含水率測(cè)點(diǎn)的平均值，并且用稱重法求得的檢驗(yàn)板含水率作適當(dāng)?shù)男拚?BR>    ⑷總除濕量M0  即是干燥室內(nèi)濕空氣通過(guò)除濕機(jī)降溫排出的所有水分量。它由水桶或別的容器收集定時(shí)稱重，并統(tǒng)計(jì)每個(gè)干燥段的總除濕量。
    ⑸ 除濕干燥能耗測(cè)試  除濕干燥的能耗用功率表測(cè)試。
    ⑹ 蒸發(fā)、冷凝壓力和蒸發(fā)、冷凝溫度  除濕機(jī)工作過(guò)程中，用高、低壓表每半個(gè)小時(shí)讀一次數(shù)，取每個(gè)除濕段的平均值。
    ⑺ 蒸發(fā)器前后的溫度和冷凝器前后的溫度  除濕機(jī)工作時(shí)，利用溫度傳感器每半個(gè)小時(shí)記一次數(shù)，取每個(gè)除濕段的平均值。
    (8)干燥室排氣量、排氣時(shí)間及排氣溫度。
3除濕干燥試驗(yàn)及能耗分析
3.1除濕能耗與回收能量分析[3~5]
    馬尾松干燥過(guò)程中除濕能耗與回收能量隨木材含水率階段變化關(guān)系如圖2。除濕機(jī)回收的能耗包括：①濕空氣中水蒸汽流經(jīng)蒸發(fā)器時(shí)冷凝為水而放出的汽化潛熱；②冷凝水降溫放出的熱量；③流經(jīng)蒸發(fā)器的空氣放出的熱量。由圖2可以看出干燥初期除濕能耗與回收的能量相比，除濕能耗很少，到了含水率階段26%～23％時(shí)除濕能耗與回收的能量接近，進(jìn)一步過(guò)次縱軸線，可以看出當(dāng)含水率為23％時(shí)除濕消耗的能量與回收能量相等，木材含水率在23％以下，除濕消耗的能量就大于其回收的能量，說(shuō)明在含水率23％以下除濕不合算。
                      

3.2除濕干燥總能耗分析[2\6\7]
    馬尾松除濕干燥周期為12.83天，干燥過(guò)程中單位總能耗隨木材含水率的變化關(guān)系如表1。從表中數(shù)據(jù)可看出，除濕干燥過(guò)程中，木材從含水率50%干燥到23%，每m3木材約消耗188.9kW.h的電能。平均每降低1%的含水率消耗6.99kW.h的電能。進(jìn)一步從含水率23%干燥到終含水率12%，需要再消耗200.3kW.h的電能。平均每降低1%的含水率消耗18.20kW.h的電能，為干燥前期的2.6倍。
    以上數(shù)據(jù)也說(shuō)明除濕干燥在后期是不經(jīng)濟(jì)的。從而影響了它的推廣應(yīng)用。因此除濕干燥用作預(yù)干或與其他能源聯(lián)合干燥更合適。
                      
4.蒸汽干燥試驗(yàn)及能耗分析[5,6,8]
    馬尾松蒸汽干燥周期為7.04天，干燥過(guò)程中每個(gè)放出的熱干燥工藝階段能耗與排氣熱損的失如表2。
    從表2可知，蒸汽干燥每個(gè)階段排氣熱損失都是非常嚴(yán)重的，每個(gè)階段排氣熱損失的總和為546.69kW.h，干燥過(guò)程總的能耗為1205.7kW.h，可以算出排氣熱損失占干燥過(guò)程中總供給能量的546.69/1205.7=45.3％。可見(jiàn)蒸汽干燥排氣熱損失很大，造成能量的極大浪費(fèi)。
             
5.蒸汽-除濕聯(lián)合干燥試驗(yàn)及能耗分析[2、6、8]
    馬尾松聯(lián)合干燥周期為6.80天，干燥過(guò)程中的試驗(yàn)記錄及整理數(shù)據(jù)如表3：從表中可以看出聯(lián)合干燥的總能耗為946.78kW.h，干燥過(guò)程中回收的總能量為136.49kW.h，占整個(gè)干燥過(guò)程中總供給能量的136.49/946.78=14.4%，整個(gè)過(guò)程中排氣熱損失為17.69kW.h，占干燥過(guò)程中總能耗的1.9％。
    由此可以看出雖然聯(lián)合干燥過(guò)程中有排氣熱損失，但占整個(gè)過(guò)程中總供能的比例很小，與蒸汽干燥相比，聯(lián)合干燥的排氣熱損失幾乎可以忽略不計(jì)，大量節(jié)約了能量。并且聯(lián)合干燥的周期比除濕干燥的周期縮短了近一半。由此可以看出聯(lián)合干燥的優(yōu)點(diǎn)。
    國(guó)際干燥咨詢委員會(huì)主席，國(guó)際干燥界權(quán)威性雜志“Drying Technology”主編、加拿大的A.S Mujumdar教授在談到干燥技術(shù)的創(chuàng)新時(shí)曾指出：創(chuàng)新干燥設(shè)備已由單一的干燥參數(shù)（視為穩(wěn)定）的粗放型，逐漸過(guò)度到由多種干燥設(shè)備、不同干燥參數(shù)（非穩(wěn)定）下、多級(jí)組合而成的智能型、^型干燥。[11]
    蒸汽-除濕聯(lián)合干燥符合國(guó)際干燥技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)。因此，今后聯(lián)合干燥必將有更大的發(fā)展。
6．結(jié)束語(yǔ)
    熱泵（除濕）干燥是一種節(jié)能的干燥技術(shù)，但是由于用R22作工質(zhì)干燥室溫度低，延長(zhǎng)了干燥時(shí)間，降低了生產(chǎn)率，如果改用高溫制冷工質(zhì)可明顯縮短干燥時(shí)間。而常規(guī)蒸汽干燥雖具有技術(shù)成熟、干燥周期短、適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，但能量的利用率低。聯(lián)合干燥能避其缺點(diǎn)，而揚(yáng)其優(yōu)點(diǎn)，因此聯(lián)合干燥是今后干燥技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。
    從上面三種干燥方式的能耗分析中可以看出，除濕干燥的能耗少，但其周期長(zhǎng)；蒸汽-除濕聯(lián)合干燥的能耗比除濕能耗高18％，但比蒸汽干燥節(jié)能27.3%，且干燥周期比除濕干燥縮短了近一半，與蒸汽干燥基本相同，由此從試驗(yàn)方面說(shuō)明了聯(lián)合干燥的優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)
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