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温湿度控制系统对木材干燥的影响及优化设计
1999-07-15 06:00:00 阅读 2654次 分享 0次
国内木材干燥业中常规蒸汽窖干燥占80%以上,80年代末期干燥机窖体及干燥工艺都得到较快的发展。现在蒸汽窖干燥大多采用半自动或全自动控制,因各类控制器其组成及设计思想不同,实际应用过程中效果差别很大。木材干燥控制主要是按木材初始含水率,通过控制温度和湿度的执行机构来控制。木材干燥基准按软硬度来区分,选用干燥基准较硬时,木材易出现开裂等缺陷;选用较软基准时,则会延长干燥时间,增加干燥成本。所以控制方案的设计直接影响实际木材干燥过程中执行基准的软硬度(温度偏差范围引起),进而影响木材干燥的质量和成本。 1 窖内湿空气温、湿度稳定性的控制 1.1 干燥过程中湿空气温度稳定性的控制 湿空气的温度通过加热器内蒸汽阀门的启闭来控制,温度控制稳定性主要取决于木材干燥机所配置的加热器面积与被干燥木材的体积是否相匹配,如果加热器面积配比过小,则湿空气温度达到设定温度需要的时间长,造成温度的下偏差大。反之,会造成加热的滞后效应加大,即阀门关闭后,加热器内仍充满了刚刚从锅炉中过来的大量蒸汽,它还会释放出热量,使湿空气温度超过设定值很多,造成温度的上偏差大,从而导致湿空气温度波动性大。其次是控温仪表的控制方式所造成的影响,温度控制过程一般是温度低于设定温度下限值时,开启加热阀门,达到或高于温度控制设定上限时加热阀门关闭,同样造成加热的滞后效应,使湿空气的温度控制稳定性较差。 1.2 干燥过程中湿空气温度稳定性的控制 湿空气的湿度通过进排气阀和喷蒸阀的启闭来控制,在干燥机气密性良好的情况下, 湿度控制的稳定性主要取决于控制方式。在正常阶段,当干燥机内湿空气的湿度高于设定值时,开启进排气阀,当湿度降到符合干燥要求时关闭进排气阀;在喷蒸处理阶段,当机内湿度小于设定值下限时,打开喷蒸阀门,湿度达到要求时关闭喷蒸阀门,即不同阶段要求湿度调节执行机构的参数设定范围不同。目前企业一直沿用的是木材干燥过程中进排气阀与喷蒸阀互锁动作的控制方式,这主要是由于设计者对木材干燥控制过程的工艺要求理解不足,设计时用同样方式调节正常干燥过程和喷蒸处理过程的湿度控制用,使设计出的产品在控制过程中湿度误差很大。 此外,温度测量方式也有一定的影响,早期的热电阻温度传感器的时间惰性系数大,易造成滞后效应,对木材干燥的温湿度控制起到不利的影响,使温湿度的波动范围很大,空气状态不稳定。 2、窖内温湿度控制形式及其对木材干燥的影响 2.1 早期控制类型 早期通常采用的恒温控制器,分为干球和湿球两种,测温元件为热电阻,干球控制器用于控制干球温度,湿球控制器只在喷蒸时使用,即控制喷蒸阀门开启,进排气阀通常采用手动方式,即在不同的干燥阶段采用不同进行排气阀开启角度。此种控制器结构简单,盘面温度指示为指针式,所用控制仪表为位式仪表,精度较低。同时早期温度传感器的惰性时间系数在1-4分之间,滞后现象严重,造成很大的温度偏差,控制温度的稳定范围大约在±2℃内。干球温度的控制可以达到林业行业标准〈木材干燥工艺规程〉的控制要求,但不能满足湿球温度±1℃的控制要求。此类控制器比较适合小型干燥机及技术要求不高的场合,目前新建干燥窖一般不选用此类控制器。 国内通常采用的基准形式是通过干球温度及干、湿球温差值确定空气的湿度状态。80年代末出现的用温度和温差作为控制参数的控制仪表,仍采用干球、湿球两个热电阻温度传感器,这时温度传感器的惰性时间系数在15秒以内,由此造成的偏差已经比早期的大为减少,盘面有温度和温差两个数字式显示和设定,使用直观、方便。控制器多为自己组装,元器件在市场上选购。由于上电子元器件质量参差不齐,易造成控制器总体质量欠佳,安装时由安装人员调好电路进行温度补偿,但电子元器件及线路在使用过程中产生的变化是不确定的,无法修正,造成系统误差较大,正常情况下控制温度能稳定的范围在±5℃。温差由干、湿球温度决定,影响干、湿球温度的因素都会对温差产生影响,造成对湿空气状态的控制很不稳定,实际运行过程中偏差较大。控制过程中经常要手动操作来进行干预,以符合干燥工艺的要求。正常干燥过程中尽量用木材本身蒸发出来的蒸汽来增湿,而不是开启喷蒸阀门。现在大多数控制仪器均采用干、湿球温度相对独立的控制,也是目前干燥机控制的主流形式,采用干球温度和平衡含水率(湿空气状态对应的木材平衡含水率)控制湿空气参数的方法与此类似。 2.2 智能仪表型 随着电子技术飞速发展,市场上出现了智能程度较高的温度测控仪表,仪表质量较自己加工的产品稳定,如日本岛电公司的SR系列仪表,价格不高且性能好,每个表头上有分别显示设定温度和实际温度值窗口,还有位式动作灵敏度设定,上限、下限报警以及PID调节等功能。测控仪表的温度校零很方便,对于线路及其他影响因素可进行及时快速的校正。控制系统具有仪表质量稳定及温度补偿容易的优点,但未充分考虑到干燥过程中工艺对控制系统的要求,主要表现在湿空气的湿度控制上。由于湿空气的湿度通过控制喷蒸阀和进排气阀达到,而目前企业一直沿用的设计是进排气阀和喷蒸阀门互锁控制,认为这样可以节约能源,正是这个互锁条件造成了控制过程中能源的浪费和控制的不便。在木材处理阶段,当要求喷蒸时,喷蒸阀门开启、进排气阀关闭,但当湿球温度高于湿球温度上限而使喷蒸阀门关闭时,又会触发进排气阀开启,此时干燥机内的湿空气又进入了降湿阶段,直到湿球温度低于下限时进排气阀才关闭,这时又触动排气阀门开启,如此循环虽然能使机内的湿度稳定在要求的范围内,但是在这个过程中会浪费大量的蒸汽,并对外界空气造成一定程度的污染(热污染、环境污染),同时由于执行机构频繁启动造成执行机构元器件使用寿命降低,增加了维护和更换的费用,使干燥成本增加。另外,进排气阀处于开启状态较多,外界冷空气进入干燥机内,会使材堆进出风侧的空气温度差加大,对整个材堆的木材干燥质量及含水率的均匀性产生不利影响,湿空气状态更不稳定。解决办法是在湿球温度控制器进排气阀和排气阀门的线路上增加手动开关,在喷蒸处理时关闭进排气阀的开关,在正常干燥过程中关闭喷蒸阀门的开关,来达到干燥工艺的要求。目前多数厂家的半自动控制器属于此类

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国内木材干燥业中常规蒸汽窖干燥占80%以上,80年代末期干燥机窖体及干燥工艺都得到较快的发展。现在蒸汽窖干燥大多采用半自动或全自动控制,因各类控制器其组成及设计思想不同,实际应用过程中效果差别很大。木材干燥控制主要是按木材初始含水率,通过控制温度和湿度的执行机构来控制。木材干燥基准按软硬度来区分,选用干燥基准较硬时,木材易出现开裂等缺陷;选用较软基准时,则会延长干燥时间,增加干燥成本。所以控制方案的设计直接影响实际木材干燥过程中执行基准的软硬度(温度偏差范围引起),进而影响木材干燥的质量和成本。 1 窖内湿空气温、湿度稳定性的控制 1.1 干燥过程中湿空气温度稳定性的控制 湿空气的温度通过加热器内蒸汽阀门的启闭来控制,温度控制稳定性主要取决于木材干燥机所配置的加热器面积与被干燥木材的体积是否相匹配,如果加热器面积配比过小,则湿空气温度达到设定温度需要的时间长,造成温度的下偏差大。反之,会造成加热的滞后效应加大,即阀门关闭后,加热器内仍充满了刚刚从锅炉中过来的大量蒸汽,它还会释放出热量,使湿空气温度超过设定值很多,造成温度的上偏差大,从而导致湿空气温度波动性大。其次是控温仪表的控制方式所造成的影响,温度控制过程一般是温度低于设定温度下限值时,开启加热阀门,达到或高于温度控制设定上限时加热阀门关闭,同样造成加热的滞后效应,使湿空气的温度控制稳定性较差。 1.2 干燥过程中湿空气温度稳定性的控制 湿空气的湿度通过进排气阀和喷蒸阀的启闭来控制,在干燥机气密性良好的情况下, 湿度控制的稳定性主要取决于控制方式。在正常阶段,当干燥机内湿空气的湿度高于设定值时,开启进排气阀,当湿度降到符合干燥要求时关闭进排气阀;在喷蒸处理阶段,当机内湿度小于设定值下限时,打开喷蒸阀门,湿度达到要求时关闭喷蒸阀门,即不同阶段要求湿度调节执行机构的参数设定范围不同。目前企业一直沿用的是木材干燥过程中进排气阀与喷蒸阀互锁动作的控制方式,这主要是由于设计者对木材干燥控制过程的工艺要求理解不足,设计时用同样方式调节正常干燥过程和喷蒸处理过程的湿度控制用,使设计出的产品在控制过程中湿度误差很大。 此外,温度测量方式也有一定的影响,早期的热电阻温度传感器的时间惰性系数大,易造成滞后效应,对木材干燥的温湿度控制起到不利的影响,使温湿度的波动范围很大,空气状态不稳定。 2、窖内温湿度控制形式及其对木材干燥的影响 2.1 早期控制类型 早期通常采用的恒温控制器,分为干球和湿球两种,测温元件为热电阻,干球控制器用于控制干球温度,湿球控制器只在喷蒸时使用,即控制喷蒸阀门开启,进排气阀通常采用手动方式,即在不同的干燥阶段采用不同进行排气阀开启角度。此种控制器结构简单,盘面温度指示为指针式,所用控制仪表为位式仪表,精度较低。同时早期温度传感器的惰性时间系数在1-4分之间,滞后现象严重,造成很大的温度偏差,控制温度的稳定范围大约在±2℃内。干球温度的控制可以达到林业行业标准〈木材干燥工艺规程〉的控制要求,但不能满足湿球温度±1℃的控制要求。此类控制器比较适合小型干燥机及技术要求不高的场合,目前新建干燥窖一般不选用此类控制器。 国内通常采用的基准形式是通过干球温度及干、湿球温差值确定空气的湿度状态。80年代末出现的用温度和温差作为控制参数的控制仪表,仍采用干球、湿球两个热电阻温度传感器,这时温度传感器的惰性时间系数在15秒以内,由此造成的偏差已经比早期的大为减少,盘面有温度和温差两个数字式显示和设定,使用直观、方便。控制器多为自己组装,元器件在市场上选购。由于上电子元器件质量参差不齐,易造成控制器总体质量欠佳,安装时由安装人员调好电路进行温度补偿,但电子元器件及线路在使用过程中产生的变化是不确定的,无法修正,造成系统误差较大,正常情况下控制温度能稳定的范围在±5℃。温差由干、湿球温度决定,影响干、湿球温度的因素都会对温差产生影响,造成对湿空气状态的控制很不稳定,实际运行过程中偏差较大。控制过程中经常要手动操作来进行干预,以符合干燥工艺的要求。正常干燥过程中尽量用木材本身蒸发出来的蒸汽来增湿,而不是开启喷蒸阀门。现在大多数控制仪器均采用干、湿球温度相对独立的控制,也是目前干燥机控制的主流形式,采用干球温度和平衡含水率(湿空气状态对应的木材平衡含水率)控制湿空气参数的方法与此类似。 2.2 智能仪表型 随着电子技术飞速发展,市场上出现了智能程度较高的温度测控仪表,仪表质量较自己加工的产品稳定,如日本岛电公司的SR系列仪表,价格不高且性能好,每个表头上有分别显示设定温度和实际温度值窗口,还有位式动作灵敏度设定,上限、下限报警以及PID调节等功能。测控仪表的温度校零很方便,对于线路及其他影响因素可进行及时快速的校正。控制系统具有仪表质量稳定及温度补偿容易的优点,但未充分考虑到干燥过程中工艺对控制系统的要求,主要表现在湿空气的湿度控制上。由于湿空气的湿度通过控制喷蒸阀和进排气阀达到,而目前企业一直沿用的设计是进排气阀和喷蒸阀门互锁控制,认为这样可以节约能源,正是这个互锁条件造成了控制过程中能源的浪费和控制的不便。在木材处理阶段,当要求喷蒸时,喷蒸阀门开启、进排气阀关闭,但当湿球温度高于湿球温度上限而使喷蒸阀门关闭时,又会触发进排气阀开启,此时干燥机内的湿空气又进入了降湿阶段,直到湿球温度低于下限时进排气阀才关闭,这时又触动排气阀门开启,如此循环虽然能使机内的湿度稳定在要求的范围内,但是在这个过程中会浪费大量的蒸汽,并对外界空气造成一定程度的污染(热污染、环境污染),同时由于执行机构频繁启动造成执行机构元器件使用寿命降低,增加了维护和更换的费用,使干燥成本增加。另外,进排气阀处于开启状态较多,外界冷空气进入干燥机内,会使材堆进出风侧的空气温度差加大,对整个材堆的木材干燥质量及含水率的均匀性产生不利影响,湿空气状态更不稳定。解决办法是在湿球温度控制器进排气阀和排气阀门的线路上增加手动开关,在喷蒸处理时关闭进排气阀的开关,在正常干燥过程中关闭喷蒸阀门的开关,来达到干燥工艺的要求。目前多数厂家的半自动控制器属于此类
责任编辑:宋健
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