有关木材常规干燥过程中热湿处理问题的讨论

艾沐野

(生物质材料科学与技术教育部重点实验室(东北林业大学)，黑龙江 哈尔滨 150040)

在采用常规干燥方法对木材进行干燥过程中，除了按事先选择或拟定或编制的干燥基准执行外，还要对木材进行必要的热湿处理(也称调湿、喷蒸或加湿处理)。其目的是防止木材在干燥过程中产生缺陷，或控制木材在干燥过程中出现的缺陷继续发展。在拟定或编制干燥基准时，必须把热湿处理条件融入到干燥基准中，即合理且能够执行的干燥基准在生产中是由干燥基准表本身和相应的热湿处理条件两大部分组成的[1-2]。在这两部分中，干燥基准表是按木材含水率实际变化执行，热湿处理条件则是按时间执行，这在行业内众人皆知，但在实际生产中对木材如何进行合理的热湿处理，笔者认为很有必要进行探讨。

长期以来，在木材干燥生产中很多人把木材干燥过程中对木材的热湿处理叫做调湿、喷蒸或加湿处理。这部分内容由三个阶段组成，主要是初期处理(有的也叫预热处理、初期预热等)、中间处理(或中期处理)和最终处理(终了处理)。从曾经出版的相关教科书和一些资料中能够看到，木材在干燥过程中经过这几个阶段处理时基本或全部都要进行喷蒸，即通过干燥室内的喷蒸管向室内喷射蒸汽，以提高室内干燥介质的相对湿度，随之也提高了室内温度[3-4]。笔者自20世纪80年代初接触木材干燥生产操作技术以来，工作期间去过国内许多大型木材加工厂或木器制造厂的木材干燥生产车间，当时的工人师傅大多都是这样操作，在学校和科研单位的木材干燥实验室进行试验研究时基本也是这么操作。究其原因，一是教科书中有相关的叙述要求这么做，而且还有具体的数据表格(此数据表在近些年出版的教科书中已经不用)；二是对木材处理需要提高干燥室内的相对湿度，而提高相对湿度只有依靠喷蒸才能做到。20世纪八九十年代，笔者经常到本行业的生产企业进行干燥设备调试和生产操作，在操作过程中逐渐发现，干燥过程中如果不依赖喷蒸，也能收到与其相近或符合要求的效果。

1 在初期处理前增加低温预热阶段

在实际操作中发现，木材干燥初期，干燥室内经常湿度很大，有时甚至存在大量积水，很多干燥室内的地面都有排水坑与室外相连，操作人员要在这个阶段的某一时间段用水桶掏水，而且这个阶段即使全部打开进排气道，相对湿度下降也很缓慢，同时也时常出现一些干燥缺陷。这个过程完全是操作者认真按照教科书指导的内容进行，尤其是预热或初期处理过程，当干燥室的温度达到后就开始喷蒸，并按规定时间保持喷蒸的状态，待时间达到要求后才停止喷蒸。当然，这个过程的温度既依靠加热器，也依靠喷蒸来维持。但出现前边所讲的问题后，笔者逐渐对这个操作办法产生了疑问。木材在刚开始干燥前是要对其进行预热处理，但在什么情况下进行喷蒸，喷蒸是否需要按时间保持，这些都需要考虑，一定要结合木材自身的状态来考虑。树种和厚度不同，温湿度条件也不同，操作方法绝对不能都一样，应根据具体情况分别对待。经过在实验室和在不同企业进行多次反复调试试验研究发现，木材在刚刚进入干燥室后，需要进行必要的低温预热，而且这个低温预热需要维持一定的时间，并不是过去所说“当温度达到预热温度就开始喷蒸”，这是不切合实际的。通过观察和检测得知，干燥设备启动运行后，当干燥室内的温度达到预热温度后，如果很快就进行喷蒸处理且维持喷蒸的时间，这样的操作效果并不好。因为这时温度计所显示的温度并不是木材自身的温度，而是干燥室内空间干燥介质的温度，此时的木材实际温度远低于干燥介质的温度，木材整体还是比较凉的。如果这时就对木材进行喷蒸处理，蒸汽遇到凉的木材很快就会产生大量的凝结水，这也是干燥室内地面在干燥初期产生大量水和相对湿度下降缓慢的主要原因，同时也是延长干燥周期和产生干燥缺陷的原因之一。再者，现在的干燥室一次装载木材的数量大都是100 m3或以上大空间，在这样大的空间内木材自身温度的提升需要一定的时间。基于这种情况，可以在木材初期处理前增加一个低温预热阶段，这个阶段需要一定的时间。根据木材树种和厚度不同，此阶段维持的时间也不同，但最多不要超过24 h。在维持过程中最好不要用喷蒸来提高干燥介质的相对湿度，而是依靠关闭进排气道(排潮阀)来逐渐提高相对湿度。通过这样的改进，取得了良好的效果 。

2 初期处理的喷蒸问题

木材在进入正常干燥阶段之前需要对木材进行初期处理，初期处理的温湿度条件基本是在保证温度稳定的情况下使相对湿度尽量接近100%。当温湿度条件达到后，还要按规定时间进行保持。有不少操作者在这个阶段的操作中经常是无论湿度是否达到要求，始终是喷蒸，有的至少也要保持喷蒸1 h或更多。即便是采用自动控制喷蒸装置，也是频繁进行喷蒸，这种做法似乎不合理。当干燥室内干燥介质的相对湿度达到100%后完全可以停止喷蒸，若相对湿度不够或下降了，可以采用点喷的方式进行维持。其实，在这个过程中如果相对湿度经常需要点喷进行维持，尤其是采用喷蒸自动控制装置的，喷蒸阀门频繁启动，说明木材在干燥室内还没有被热透，木材自身的温度与干燥室内干燥介质的温度还有较大的差异，喷射的蒸汽喷到干燥室内后，尤其是接触到木材板材后很快就形成了凝结水，结果造成干燥室内地面出现大量的积水。当初期处理过程结束后木材进入初期干燥阶段时，由于干燥室内的相对湿度始终很高，需要长时间的排潮。这期间，为了降低相对湿度需要长时间打开进排气道进行排潮，同时为了保持干燥室内干燥介质的温度，又需要打开加热器阀门进行加热。这就导致一定量的热能浪费，而且这种浪费很多企业没有注意到。更为严重的是，木材在这样的操作方式下出现了不该出现的问题，而且很多是木材进入后期干燥时才显现出来。木材所产生的问题主要有表裂、表面干缩、湿心和最终含水率不均等，如果后期干燥过程中，木材含水率下降缓慢或基本不下降而提高温度促使含水率下降，木材往往会出现內裂。所述这些情况，有的是笔者亲历的，大部分都是生产一线操作者反映给笔者，并请笔者帮助解决的。基于这些情况，笔者经过多年的不断实践总结认为，若在干燥开始对木材先进行低温预热，并保持一段时间，当木材进入初期处理阶段时基本可以不用喷蒸也能满足要求。因为木材在低温预热过程中，其自身的温度逐渐与干燥室内干燥介质的温度接近，木材会释放出一定量的水分，这些水分自然会提高干燥介质的相对湿度。如果操作合理，干燥室内的地面经常会出现水印或一定厚度的水膜或水层，这些水会随着干燥室内的温度逐渐提高而蒸发，补充或提高了干燥介质的相对湿度。这时干球温度和湿球温度可能存在温差，但因干燥室内地面存在水印或积水，基本不会导致木材出现问题。在这个过程中进排气道始终是处于关闭状态，根本不需要排潮降湿。如果木材此时的实际含水率高于35%，不开启进排气道，木材的实际含水率也是在有规律地下降，达到干燥的目的。所以，初期处理阶段尽量少喷蒸或不喷蒸是可行的，其效果可能比按一定时间进行喷蒸且保持要好很多。

3 中间处理的硬进行和软进行

一般情况下，在正常干燥过程中，当木材的实际含水率接近纤维饱和点时，为了防止木材出现质量问题，需要对木材进行一次中间处理。若是较厚的难干材，有时在木材的实际含水率达到20%附近时还需要再进行一次中间处理。还有的操作者把中间处理当作解决木材干燥过程中出现问题的法宝。如木材含水率不下降、开裂、变形和平整度不好等都要进行一次或多次的中间处理。据说，在很早以前有的老师傅在操作过程中当木材的含水率在纤维饱和点以上时，每下降10%就处理一次，木材的含水率在纤维饱和点以下时，每下降5%就处理一次。在这些情况下进行的中间处理，基本都是进行喷蒸，有的甚至是一定要按照维持的时间来进行喷蒸。这种方式操作需要大量的热能消耗，无论喷蒸量多少，最终还是需要通过进排气道将这些湿气排到大气中。这个过程还需要一定的时间，有时可能还会延长干燥周期。这种主要依靠喷蒸来进行中间处理的过程，我们可以称之为中间处理的“硬进行”。

如果在干燥过程中能够事先或预先做好准备，依靠木材蒸发的水分来保持或逐渐提高干燥室内干燥介质的相对湿度，当需要对木材进行正式的中间处理时，可能少许的喷蒸就会满足相对湿度的要求，这样可以减少喷蒸的时间或蒸汽消耗。这种操作方式可以称之为中间处理的“软进行”。

对于易干材和厚度小于30 mm的木材板材，在干燥过程中若需要进行中间处理，完全可以不用喷蒸的方式进行。其方法是预先关闭进排气道，使干燥室内干燥介质的相对湿度逐渐上升，待到需要处理时相对湿度也基本接近规定的要求。如果在较长时间内相对湿度没有提升到要求数值，可以采取适当降温的方法来提高。但根据已经掌握的经验看，大多数情况下通过预置的方法基本能够满足要求。目前，在俄罗斯和我国口岸城市满洲里、绥芬河及张家港等具有木材干燥生产的木业企业很多操作人员大都采用这种方式作业，效果良好。

采用这种预置的方法对木材进行中间处理，很多情况下还可以避免木材在干燥过程中出现的干燥缺陷，有时还可以缩短干燥周期。

如果操作人员具有了一定的干燥生产经验，还可以采用白天操作时适当进行排潮降湿和保持温度的操作方式，夜间关闭进排气道和适当提高温度并保持到第二天白天上班时间的方法，然后再按白天的方式进行操作。这种操作方式也可以称之为白天作业，夜间“闷窑”。若比较熟练地掌握这种操作方式，木材的中间处理过程就可以不用专门进行。笔者所培训的操作人员，还有他们的徒弟等，目前在木材干燥生产中大都已经采用这种方法作业。这种作业方法，避免了因蒸汽压力不足而无法满足中间处理需要温湿度条件的问题，也减轻了烧锅炉师傅的劳动强度，尤其是减轻了值夜班操作人员的疲劳强度，同时也能保证木材的干燥质量。

4 最终(终了)处理操作方式讨论

在木材干燥生产中，当木材的实际含水率达到或接近要求的数值时，为了避免木材在干燥后出现质量问题，往往要对木材进行最终(终了)处理。很多操作者通常的做法是关闭进排气道，打开喷蒸阀门进行喷蒸，以此来提升相对湿度，直至满足处理要求。这种操作方式，往往很难使干燥室内干燥介质的相对湿度达到要求。因为此时干燥室内的温度相对较高，相对湿度相对较低，如果要进行喷蒸处理，蒸汽压力最好在0.4 MPa以上，但不应超过0.6 MPa，且需要维持数小时才能基本满足要求。此时若操作不当，木材很容易变色。

对木材的最终处理无形中延长了干燥周期，有时也会过多地消耗热能。如果在整个干燥过程中一直操作合理而木材没有出现问题，可以考虑取消这个过程，也可以采用一些辅助方法间接地对木材进行处理。

(1)木材符合要求后，停机让木材自然降温，依靠木材散发的热量或水分互相进行弥补或平衡。降温时间可以维持在12 h以上。然后再启动风机运行一个周期，将整体材堆中心部位的热量吹散，使其分布到前后边部的材堆中。若条件允许，还可以重复这个过程一到两次。

(2)将最后干燥阶段的温度降低8 ℃或10 ℃，关闭进排气道，使相对湿度逐渐上升，不用考虑上升速度，更不要喷蒸，当干燥室内的平衡含水率接近7%～11%附近时可以按此保持6 h或8 h。这时不要担心相对湿度高或低，大部分情况下如果进排气道处于关闭状态，相对湿度提升的越高越好，高了也不要急于开启进排气道。这种做法既对木材进行了处理，同时也对木材进行了平衡。

(3)采用波动的方式进行处理。因为此时的温度较高，相对湿度较低，可以将此时的温度降低6 ℃或8 ℃，事先一定要关闭进排气道。当相对湿度逐步提升后并达到较高的数值时，可以按木材厚度计算维持时间，然后再快速将温度提升到原来的数值，并保持到相对湿度降低到原来的数值为止。按此方法重复2或3次，然后根据木材情况适时停机。需特别注意，这些操作过程中，进排气道始终是关闭的，一定不要开启。

以上叙述的一些看法和操作方法，是笔者逐步摸索总结的，其操作过程基本都是依靠手动完成。就目前国内外生产的木材干燥生产设备看，完全依靠设备的自动化功能还很难满足要求，尤其是进排气道的操作，一定要采用手动操作，温度的操作可以部分采用半自动方法进行。这说明木材干燥设备的自动控制系统或装置还有待于改进，以满足生产工艺要求。

需要强调的是，木材干燥过程中，在合理温度一定的条件下，相对湿度是影响木材自身温度是否达到要求、木材干燥的均匀性、干燥速度和质量的重要因素之一。如果能够合理充分地利用好木材自身的水分来调整干燥室内干燥介质的相对湿度，既对木材本身有利，也对设备有利，更能节省一定数量的热能。这是需要我们继续逐步探讨的问题。

以上介绍的操作方法是基于如何更好地利用木材自身的水分来调整干燥介质相对湿度这个思路考虑的。

非常渴望有关专家学者及生产人员能够探讨或总结出更佳的操作方法，不断提高我国木材干燥生产的技术水平。