1 概述
木材干燥是木材加工中不可缺少的重要環(huán)節(jié) ,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(guī)的蒸汽干燥還是現(xiàn)有的其它干燥方式 ,都要消耗大量的不可再生能源 ,造成環(huán)境的污染和破壞。在人們?nèi)找嬷匾暛h(huán)保節(jié)能的今天 ,開發(fā)一種無污染 ,低消耗的木材干燥系統(tǒng)是十分必要的。由于我國木材加工大部分為中、小型企業(yè) ,因而新系統(tǒng)主要針對這些企業(yè)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(qū)木材加工企業(yè)很多位于風能豐富地區(qū) ,其風能密度一般不小于200Ｗ/ｍ。
風力發(fā)電是利用風能最常見的一種方式 ,現(xiàn)在我國風力發(fā)電事業(yè)發(fā)展較快,根據(jù)國家規(guī)劃,到2020年底,全國風力發(fā)電的裝機總?cè)萘繉⑦_8151224ＭＷ ,以滿足人們生活、生產(chǎn)的需要。
風力發(fā)電雖然具有無污染且蘊藏量巨大兩大優(yōu)勢 ,但由于具有風能隨機性 ,所以與常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)相比 ,風力發(fā)電機發(fā)出的電能穩(wěn)定性較差 ,其電流、電壓的頻率和強度變化很大 ,必須經(jīng)整流和逆變變換后才可用于直流照明或驅(qū)動各類電力設備。由于現(xiàn)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(fā)電系統(tǒng)的 1 / 3左右 ,所以整個系統(tǒng)經(jīng)濟性大為下降 ,同時逆變器控制器質(zhì)量一般也不穩(wěn)定 ,使得系統(tǒng)可靠性也不高 ,這些都制約了現(xiàn)有風力發(fā)電系統(tǒng)的推廣應用。
但是 ,風力發(fā)電系統(tǒng)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(wěn)定性和均衡性要求不高 ,對于相應的電加熱裝置 ,風力發(fā)電機發(fā)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(fā)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(tǒng)。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(guī)電網(wǎng)覆蓋比較困難的邊遠林區(qū)木材加工企業(yè)更是如此。
國內(nèi)生產(chǎn)風力發(fā)電機的廠家也較多 ,下面僅介紹二種小型風力發(fā)電機一些技術參數(shù) ,見表 1。
有時 ,單一的風電加熱系統(tǒng)還不足以始終提供充足的能量以供生產(chǎn) ,這時可以采用多能互補的方式加以解決。常規(guī)的做法是在大部分時間里只利用風電系統(tǒng)的能量 ,在不足時由普通電網(wǎng)補充能量。但更好的做法是利用風電系統(tǒng)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(wěn)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(xiàn)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(xiàn)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(jù)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(jié)合起來用于木材加熱干燥 ,則既提高了能量密度 ,為較大規(guī)模應用于生產(chǎn)創(chuàng)造了條件 ;又減少了其不穩(wěn)定性 ,確保系統(tǒng)可以全天候工作。
3 新型干燥系統(tǒng)的工作原理新型木材干燥系統(tǒng)主要由加熱系統(tǒng) ,保溫系統(tǒng) (干燥室 )及監(jiān)測 ,控制系統(tǒng)組成。加熱系統(tǒng)工作原理的不同是新型干燥系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)主要差別。新型加熱系統(tǒng)充分利用了風能與太陽能。系統(tǒng)如前所述一般由兩部分組成 ,一部分為風力發(fā)電系統(tǒng)及常見的電加熱系統(tǒng) ,它將風力發(fā)電機發(fā)出的電能轉(zhuǎn)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(jù)地形、地貌和季節(jié)、日照等資料 ,選配容量合適的風力發(fā)電機及太陽能集熱器 ,使之高效、合理地運行。對于規(guī)模較小、要求不高的企業(yè) ,也可只配備風電電加熱系統(tǒng)以減少投資 ,簡化管理。干燥室一般為金屬型結(jié)構(gòu)。太陽能集熱器置于屋面 ,電加熱系統(tǒng)可根據(jù)需要安裝在室內(nèi)各處。干燥室應采取保溫措施 ,可采用外砌磚墻 ,內(nèi)貼鋁板 ,中間填充以保溫材料 ,地面也需保溫防潮。
監(jiān)控系統(tǒng)的作用是對木材干燥生產(chǎn)工藝過程中空氣溫度 ,相對濕度及木材含水率等進行動態(tài)多點測試。所得數(shù)據(jù)經(jīng)微機處理 ,與生產(chǎn)工藝規(guī)定基準值相比較 ,對風能 /太陽能聯(lián)合加熱系統(tǒng)等作出相應調(diào)節(jié) ,從而使得各系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài) ,提高干燥質(zhì)量。
4 新型木材干燥系統(tǒng)的主要特點和應用前景
與蒸汽干燥系統(tǒng)相比新型木材干燥系統(tǒng)的主要特點首先是有效地開發(fā)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(fā)展新能源方針政策。同時 ,生產(chǎn)過程沒有污染 ,大量節(jié)約常規(guī)能源 ,有利于環(huán)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(xiàn)在每千瓦風電系統(tǒng)投資約3000元 ,假設每年
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