1 概述
木材干燥是木材加工中不可缺少的重要環節 ,其所消耗的能量一般占木材加工總耗能的6 0 % 70 % ;因此 ,無論常規的蒸汽干燥還是現有的其它干燥方式 ,都要消耗大量的不可再生能源 ,造成環境的污染和破壞。在人們日益重視環保節能的今天 ,開發一種無污染 ,低消耗的木材干燥系統是十分必要的。由于我國木材加工大部分為中、小型企業 ,因而新系統主要針對這些企業研制。
2 風能與太陽能
風能是一種清潔、無污染的可再生能源 ,取之不盡 ,用之不竭。
我國的風能資源比較豐富 ,全國可利用風能資源約為2.53億ｋＷ ,而林區木材加工企業很多位于風能豐富地區 ,其風能密度一般不小于200Ｗ/ｍ。
風力發電是利用風能最常見的一種方式 ,現在我國風力發電事業發展較快,根據國家規劃,到2020年底,全國風力發電的裝機總容量將達8151224ＭＷ ,以滿足人們生活、生產的需要。
風力發電雖然具有無污染且蘊藏量巨大兩大優勢 ,但由于具有風能隨機性 ,所以與常規發電系統相比 ,風力發電機發出的電能穩定性較差 ,其電流、電壓的頻率和強度變化很大 ,必須經整流和逆變變換后才可用于直流照明或驅動各類電力設備。由于現在用于整流和逆變的蓄電池壽命只有 3年左右 ,其價格卻占風力發電系統的 1 / 3左右 ,所以整個系統經濟性大為下降 ,同時逆變器控制器質量一般也不穩定 ,使得系統可靠性也不高 ,這些都制約了現有風力發電系統的推廣應用。
但是 ,風力發電系統用于木材干燥卻是很合適的。由于一般木材干燥是緩慢加熱去濕過程 ,時間比較長 ,對所需熱能的穩定性和均衡性要求不高 ,對于相應的電加熱裝置 ,風力發電機發出的電流頻率和強度變化對其沒有什么影響 ,可以直接加以利用。一臺風力發電機和常見的電加熱裝置即可組成簡單的木材干燥加熱系統。這樣省缺了價格昂貴的蓄電裝置和逆變裝置 ,從而具有較高的應用價值 ,尤其對于用電負荷分散 ,常規電網覆蓋比較困難的邊遠林區木材加工企業更是如此。
國內生產風力發電機的廠家也較多 ,下面僅介紹二種小型風力發電機一些技術參數 ,見表 1。
有時 ,單一的風電加熱系統還不足以始終提供充足的能量以供生產 ,這時可以采用多能互補的方式加以解決。常規的做法是在大部分時間里只利用風電系統的能量 ,在不足時由普通電網補充能量。但更好的做法是利用風電系統的同時又利用太陽能。
太陽能的特點與風能相似 ,也是一種低密度和不穩定的可再生能量 ,所以用于汽車等其它場所時往往價格過高 ,但用于長期加熱卻很合適。例如 ,太陽能熱水器現在就已得到了廣泛應用。
太陽能用于木材加熱干燥也很合適 ,具體做法是 :利用現有的拼裝式平板型空氣集熱器作為太陽能收集裝置 ,采取陣列形式布置 ,可以根據需要拼成各式采光面積 ,其安裝和維修都很方便。
風能與太陽能一般又具有互補性。即在晴好的天氣里往往太陽能充足 ,風能較弱 ;惡劣的天氣或夜間則正好相反 ,風能充足 ,太陽能較弱。如果將風能與太陽能結合起來用于木材加熱干燥 ,則既提高了能量密度 ,為較大規模應用于生產創造了條件 ;又減少了其不穩定性 ,確保系統可以全天候工作。
3 新型干燥系統的工作原理新型木材干燥系統主要由加熱系統 ,保溫系統 (干燥室 )及監測 ,控制系統組成。加熱系統工作原理的不同是新型干燥系統與常規系統主要差別。新型加熱系統充分利用了風能與太陽能。系統如前所述一般由兩部分組成 ,一部分為風力發電系統及常見的電加熱系統 ,它將風力發電機發出的電能轉換為熱能用以干燥木材 ,另一部分熱能則來自太陽能集熱器。
當然 ,在具體實施時 ,應注意根據地形、地貌和季節、日照等資料 ,選配容量合適的風力發電機及太陽能集熱器 ,使之高效、合理地運行。對于規模較小、要求不高的企業 ,也可只配備風電電加熱系統以減少投資 ,簡化管理。干燥室一般為金屬型結構。太陽能集熱器置于屋面 ,電加熱系統可根據需要安裝在室內各處。干燥室應采取保溫措施 ,可采用外砌磚墻 ,內貼鋁板 ,中間填充以保溫材料 ,地面也需保溫防潮。
監控系統的作用是對木材干燥生產工藝過程中空氣溫度 ,相對濕度及木材含水率等進行動態多點測試。所得數據經微機處理 ,與生產工藝規定基準值相比較 ,對風能 /太陽能聯合加熱系統等作出相應調節 ,從而使得各系統工作在最佳狀態 ,提高干燥質量。
4 新型木材干燥系統的主要特點和應用前景
與蒸汽干燥系統相比新型木材干燥系統的主要特點首先是有效地開發利用了風能資源和太陽能資源 ,符合國家“因地制宜 ,多能互補 ,綜合利用 ,講究實效”的發展新能源方針政策。同時 ,生產過程沒有污染 ,大量節約常規能源 ,有利于環保 ,所以政府一般會在政策和資金予以支持。再者 ,雖然一次性投資較大 ,但運行費用低廉。例如 ,現在每千瓦風電系統投資約3000元 ,假設每年
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