本發(fā)明涉及一種木材熱改性處理方法，特別涉及一種利用農(nóng)林廢棄物、剩余物等植源生物質為燃料進行反燒向木材熱改性處理提供熱源的方法，屬于木材加工技術領域。

背景技術：

隨著國家天然林保護工程的實施，人工速生林的高效、增值利用已逐漸成為國內(nèi)科研機構及生產(chǎn)企業(yè)的研究和關注焦點。多年來，人們試圖通過用化學的方法對速生材進行改性處理，并取得了一定的成果。然而，如何消除化學處理材在制備及使用過程中對人體及環(huán)境的危害，以及化學處理材木制品，能否被人們所接受，更是一個需要優(yōu)先解決的問題。因此建立在物理改性方法上的熱改性技術仍是當前木材各類改性方法中實用性最強、經(jīng)濟效益顯著，且環(huán)境友好的改性方法。熱改性木材以其良好的生物耐久性、耐候性、尺寸穩(wěn)定性及安全、環(huán)保等一系列突出的優(yōu)點，正日益廣泛的應用，特別是在室外木建筑及裝飾方面。

目前，常規(guī)的木材高溫熱改性工藝是將木材置于水蒸氣保護之下，在熱處理溫度為180℃～220℃之間進行的，如此高的熱處理溫度，用高壓下的飽和水蒸氣作為熱媒是不現(xiàn)實的。因此，工業(yè)化的木材高溫熱改性設備通常多采用導熱油(油溫通常大于240℃)作為加熱的熱媒，這樣在設備的投資上，除了要考慮熱處理設備本身的投資外，還需要增加導熱油加熱系統(tǒng)、蒸汽鍋爐或蒸汽發(fā)生器等附屬設備的投資。在個別情況下，附屬設備的總投資甚至會超過熱處理設備本身的投資，其運行成本較高，進而會導致熱處理木材成本的大量增加。

中國專利文獻號CN101745951A于2010年6月23日公開了一種改性人工林木材及其制備方法。該發(fā)明公開了人工林木材浸漬增強-熱處理改性技術，步驟如下：①采用以改性脲醛樹脂為浸漬主劑的浸漬液對木材進行浸漬處理；②對浸漬處理后的木材進行真空熱處理。該發(fā)明方法制備的木材尺寸穩(wěn)定性高，木材強度高，抗?jié)衩浶阅芎湍透g性能增加，提高木材的附加值，擴大熱處理材的應用范圍。但是，用化學方法處理后的木材雖然尺寸穩(wěn)定性有所提高，由于木材內(nèi)部含有化學藥劑，處理后的木材不管是在使用的時候還是廢棄物的處理都會給環(huán)境帶來污染，對人體有害。

中國專利文獻號CN101491908A于2009年7月9日公開了一種木材高溫熱處理設備及工藝方法，以木材加工剩余物為燃料，熱處理循環(huán)介質通過反燒式燃燒、換熱一體化熱風爐進行一次性換熱，熱效率高、燃燒充分、無污染。但是其反燒爐部分功能單一，僅能實現(xiàn)反燒作業(yè)，不能滿足不同溫度階段的工藝要求，爐排處沒有考慮到冷卻的問題、爐排壽命低、維修工作量大，一體爐熱功率小不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求；室體內(nèi)部僅有單根進、出氣管致使處理室內(nèi)部的溫濕度場不均勻，處理質量不高；整套裝置缺少揮發(fā)性有機物的收集裝置，致使木材熱改性過程中VOC的排放及熱污染較嚴重。

本發(fā)明的目的在于提出了一種環(huán)保型木材熱改性裝備及提高均勻性的處理方法，該裝備以農(nóng)作物秸稈、園林廢棄物、木材加工剩余物等植源生物質為燃料，通過氣化反燒、高效換熱實現(xiàn)所需的工藝條件，無需額外的蒸汽熱源及傳統(tǒng)高溫熱改性所必需的導熱油爐系統(tǒng)，可在確保高溫熱處理木材質量的前提下，顯著地降低設備投資成本及運行成本，避免了木材熱改性過程中揮發(fā)性有機物的排放及熱污染。

在木材熱改性處理過程中，由于熱處理室內(nèi)熱介質分布均勻性差，流動性差，因而處于熱處理室不同部位的木材的熱處理溫度不均勻，導致木材顏色不均勻，而且處理效果不同，處理后木材的性能不同，比如力學性能和尺寸穩(wěn)定性不均，影響木材材質。從而導致熱處理木材的品質。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有木材熱改性處理方法存在的技術問題提供一種木材熱改性處理方法。本發(fā)明方法以農(nóng)作物秸稈、園林廢棄物、木材加工剩余物等植源生物質為燃料，通過氣化反燒為熱改性木材提供熱能；通過控制熱改性處理室內(nèi)熱介質的流量、流動速度和流動方向實現(xiàn)木材熱改性處理溫度的均勻，確保木材熱改性的品質；本發(fā)明無需額外的蒸汽熱源及傳統(tǒng)高溫熱改性所必需的導熱油爐系統(tǒng)，可在確保高溫熱處理木材質量的前提下，顯著地降低設備投資成本及運行成本，避免了木材熱改性過程中揮發(fā)性有機物的排放及熱污染。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明一方面提供一種木材熱改性處理方法，包括以下步驟：

1)將待熱改性處理木材碼放成材堆后置于熱改性裝置的熱處理室中；

2)通過氣化燃燒裝置為熱改性裝置的熱處理室內(nèi)的木材供熱，進行熱改性處理，包括：

2A)在熱改性處理的升溫階段，優(yōu)先利用氣化燃燒裝置的反燒式氣化燃燒方式為熱處理室供熱，直至木材材堆溫度達到木材熱改性溫度；

2B)在熱改性處理保溫階段，控制氣化燃燒裝置氣化燃燒產(chǎn)生的熱量流入材堆的量，為熱處理室內(nèi)的木材均勻供熱；

其中，所述氣化燃燒裝置包括氣化爐、熱煙氣通道、正燒煙氣通道和位于氣化爐內(nèi)的爐排組件，其中：所述熱煙氣通道位于氣化爐的后側壁的外部且與氣化爐爐體成一體連接并與所述氣化爐連通；所述正燒煙氣通道設置在氣化爐的左右兩側壁的外部且與氣化爐爐體成一體連接并與所述氣化爐連通；所述爐排組件固定在氣化爐的中部，將氣化爐分成上、下燃燒室。

其中，氣化爐包括爐體、爐膽、煙氣出口、爐排組件，其中所述爐體整體呈長方體型或正方體型；爐體內(nèi)部爐膽為截面呈矩形的空腔，形成氣化燃燒室；所述爐排組件設置在爐膽的中部，將爐膽分成上、下燃燒室；所述煙氣出口設置在下燃燒室的后側壁上。

所述爐體的內(nèi)壁由耐火材料制成，外部有保溫材料制成，不僅能延長爐體的使用壽命，還可以減少爐體與環(huán)境的熱交換，提高熱效率。

特別是，所述爐體的前側壁的中上部開設上爐門；中下部開設下爐門，用于實時觀察爐膽內(nèi)燃料的燃燒狀況和向燃燒室內(nèi)供氧。

其中，所述煙氣出口設置在所述爐體的后側壁的下部，即設置在下燃燒室的后側壁上，且貫穿后側壁，與所述熱煙氣通道相連通。將氣化爐燃燒產(chǎn)生的熱煙氣經(jīng)熱煙氣通道排出。

特別是，所述爐體的底部封閉，頂部設置有加料口以及封閉加料口的頂蓋。

特別是，所述加料口的設置位置與爐膽相對應，即加料口的中心與爐膽的軸線相適應，利于燃料落入爐膽內(nèi)。

其中，所述爐體的左、右側壁的中下部分別設置左、右輔助進氧口，并且左、右輔助進氧口分別與2根延伸至氣化爐爐體之外的左、右輔助進氧管相連接，將爐體外的空氣或氧氣導入爐體內(nèi)部，為燃料燃燒提供氧分。

特別是，所述輔助進氧管延伸在氣化爐外部的管道內(nèi)分別設置輔助進氧閥，調(diào)節(jié)進氧閥閥門的開啟程度，調(diào)節(jié)進氧量，提高燃料燃燒效率。

特別是，所述左、右輔助進氧口的設置位置與開設在爐體的后側壁的下部的煙氣出口位于同一水平面。利于減少熱煙氣流入熱煙氣通道的阻力，降低風機阻力，提高換熱效率。

尤其是，所述左、右側輔助進氧口的軸心與爐體的后側壁的下部開設煙氣出口的軸心位于同一水平面。

特別是，所述輔助進氧管分別與所述的正燒煙氣通道相連通，將進入正燒煙氣通道內(nèi)的熱煙氣送入所述的下燃燒室，然后經(jīng)所述煙氣出口進入所述的熱煙氣通道，進而排出氣化反燒裝置。

其中，所述爐體的左、右側壁的上部分別開設左、右正燒煙道口，并且正燒煙道口分別與所述左、右正燒煙氣通道相連通，用于氣化爐在采用正燒方式燃燒的狀態(tài)下，將燃燒產(chǎn)生的熱煙氣從上燃燒室導出，流入正燒煙氣通道，然后再流入下燃燒室，經(jīng)過煙氣出口排入熱煙氣通道排出氣化爐。

特別是，所述正燒煙氣通道位于正燒煙道口和輔助進氧口之間，將正燒煙道口與輔助進氧口連通。

其中，所述正燒煙道口內(nèi)設置正燒煙道閥。正燒煙道閥開啟，燃料在氣化爐內(nèi)以正燒方式燃燒；正燒煙道閥關閉，燃料在氣化爐內(nèi)以反燒方式燃燒，即正燒煙道閥開啟時，正燒煙道口、正燒煙氣通道、輔助進氧管、輔助進氧口連通，將爐膽內(nèi)正燒產(chǎn)生的熱煙氣經(jīng)過正燒煙道口、正燒煙氣通道、輔助進氧管、輔助進氧口送入氣化反燒爐的下燃燒室，然后經(jīng)所述煙氣出口排出；正燒煙道閥關閉時，正燒煙道口被堵塞，不能形成熱煙氣流動通道，氣化反燒爐進行反式燃燒。

特別是，所述輔助進氧管位于正燒煙氣通道的底部且與正燒煙氣通道相連通。將進入正燒煙氣通道內(nèi)的熱煙氣送入所述的下燃燒室，然后經(jīng)所述煙氣出口排出。

尤其是，所述輔助進氧管水平設置；所述正燒煙氣通道豎直設置。

其中，所述爐排組件包括呈平板狀的爐排主體和分別位于主體上、下端的上鋼管、下鋼管，其中，所述爐排主體由多根鋼管間隔平行排列組成，且相鄰兩根鋼管之間間隔一定距離；所述上、下鋼管與所述主體鋼管呈一體連接，且在連接處彼此相互連通，形成通道。

上下鋼管與主體鋼管焊接成一體，且在焊接處彼此相互連通，形成內(nèi)部通道。

特別是，所述爐排主體的相鄰兩根鋼管之間的間隔距離為4-10mm。

尤其是，所述爐排主體由2-5根鋼管平行排列組成，優(yōu)選為3-4根。

其中，所述爐排組件包括爐排主體和位于主體兩端的上鋼管、下鋼管，所述爐排主體整體呈平板狀，由多根鋼管組成，彼此間隔、平行排列；所述上鋼管、下鋼管沿著垂直于爐排主體鋼管的軸向與所述主體 鋼管焊接成一體，且上、下鋼管與爐排主體鋼管在焊接處彼此相通，形成冷卻水流動的內(nèi)部通道。冷卻水從下鋼管流入，經(jīng)過爐排主體鋼管后從上鋼管流出。

特別是，所述上鋼管、下鋼管的軸線與組成爐排主體的鋼管的軸線相互垂直。

其中，組成爐排主體的鋼管的外表面附著一層由耐火材料組成的耐火層。

特別是，所述耐火層的厚度≥10mm，耐火層不僅可防止鋼管被燒壞，延長鋼管實用壽命，有利于氣化反燒過程的順利進行，又可根據(jù)爐內(nèi)溫度和鋼管表面溫度(達到900℃以上)向爐排鋼管內(nèi)通入冷卻水，對爐排進行冷卻處理，降低爐排表面的溫度，進一步延長爐排壽命，在氣化反燒前期，由于爐內(nèi)溫度不是很高，不宜開啟冷卻水，處理后期，爐內(nèi)溫度太高時，對鋼管的實用壽命有影響時，冷凝水可對爐排起到冷卻保護的作用，且在通入冷卻水對爐排進行冷卻保護處理的同時，爐排內(nèi)部的冷凝水由于吸收熱量，部分水分可變?yōu)樗魵?，從而將爐排鋼管內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽，通入后續(xù)需要水蒸汽處理的設備中(例如木材熱改性裝置內(nèi)部可對木材起到加熱和調(diào)濕的作用)，實現(xiàn)能源循環(huán)利用，提高能源使用效率。

其中，所述上鋼管設置在爐體后側壁內(nèi)，沿著后側壁水平放置；所述下鋼管設置在爐體前側壁內(nèi)，沿著前側壁水平放置。

特別是，所述上、下鋼管的一端封閉，另一端開放，封閉端設置在爐體的右側壁或左側壁上，開放的一端從爐體左側壁或右側壁傳出，并延伸到左側壁或右側壁的外面，與冷卻水管相連接，將冷卻水引入爐膽內(nèi)的爐排組件，為爐排組件降溫。

其中，所述爐排組件傾斜放置在爐膽內(nèi)，所述傾斜角度為0-10°，優(yōu)選為5°。利于爐排內(nèi)冷卻水產(chǎn)生的蒸汽自動往上移動且有利于后期爐排內(nèi)部水分的排除。

特別是，所述下鋼管設置在爐體前側壁的中部或中部偏下位置；上鋼管設置在爐體后側壁中部或中部偏上位置。

特別是，還包括換熱裝置，將氣化燃燒裝置燃燒產(chǎn)生的熱能經(jīng)過熱交換后，向熱改性裝置供熱。

尤其是，所述氣化燃燒裝置的熱煙氣通道與所述換熱裝置通過管道相連接。

其中，所述換熱裝置包括換熱本體、本體內(nèi)部安裝多根換熱管的換熱腔、安裝在本體下部的熱煙氣進風管及熱改性介質導入管；安裝在本體上部的熱煙氣出風管及熱改性介質導出管。

特別是，所述本體由絕熱材料制成換熱本體，整體呈圓柱型，其內(nèi)部空腔為換熱區(qū)；本體的上、下兩端封閉。

其中，所述熱煙氣進風管與所述氣化燃燒裝置的熱煙氣通道通過連接管道相連接；所述熱煙氣出風管通過連接管道與排煙風機連接；所述熱煙氣進風管、熱煙氣出風管與所述換熱裝置的換熱腔相連通，將所述氣化燃燒裝置產(chǎn)生的大量的熱煙氣導入換熱裝置的換熱腔內(nèi)進行熱交換；所述熱改性介質導入管、熱改性介質導出管分別與所述熱改性裝置通過連接管道相連接。

特別是，所述熱改性介質導入管與所述熱改性裝置的回風管通過連接管道相連接；所述熱改性介質導出管與所述熱改性裝置的進風管通過連接管道相連接。

尤其是，所述的換熱裝置選擇管殼式換熱器。

特別是，所述多根換熱管的底部通過法蘭與所述熱改性介質導入管相連通；其頂部通過法蘭與所述熱改性介質導出管相連通。

氣化燃燒裝置產(chǎn)生的熱煙氣在排煙風機的作用下，從換熱本體下端的進風管進入換熱空腔區(qū)，流過換熱管，將熱量傳遞給換熱管后，再在排煙風機的帶動下從位于本體上端的熱煙氣出風管流出。待加熱的熱改性處理介質在供熱風機的帶動下，從本體下端的熱改性介質導入管進入換熱空腔區(qū)內(nèi)的換熱管內(nèi)，吸收熱煙氣的熱量后，從位于本體上端的熱改性介質導出管流出換熱裝置，進入熱處理裝置。

其中，所述熱改性裝置包括殼體、熱處理室、進風管、回風管、改性煙氣出口，其中，所述殼體整體呈長方體型或正方體型，其前側設置可開閉的封閉門，后側封閉；殼體內(nèi)部的熱處理室是截面為矩形的空腔；所述進風管固定在熱處理室的上部且靠近殼體的前側壁并沿著前側壁水平放置；所述回風管設置熱處理室內(nèi)部，靠近殼體后側壁且沿著殼體的后側壁水平放置；所述改性煙氣出口設置在殼體后側壁的上部，排出熱改性處理過程中產(chǎn)生的煙氣。

特別是，所述進風管的一端封閉，另一端穿過殼體左側壁或右側壁，伸出于殼體之外，通過連接管道與換熱裝置相連接，將換熱處理后的吸收了熱源的熱處理介質導入熱處理裝置。

其中，進風管位于熱處理室內(nèi)的長度與熱處理室的前側壁的長度相匹配；進風管位于熱處理室內(nèi)部的管道的表面上固定安裝多個進風噴嘴。

特別是，所述進風噴嘴均勻分布在進風管的表面，進風噴嘴朝向待熱處理材堆，向材堆噴射熱改性介質，加熱材堆。

其中，所述回風管的根數(shù)≥1根，優(yōu)選為3根；

特別是，所述回風管的一端封閉，位于熱處理室內(nèi)，另一端穿過殼體左側壁或右側壁，伸出于殼體之外，通過連接管道與換熱裝置相連接，將改性處理后的處理介質導入換熱裝置。

尤其是，所述回風管延伸在殼體之外的一端內(nèi)設置回風閥門(優(yōu)選為電動閥門)；調(diào)節(jié)回風閥的開閉或開啟程度，控制熱處理室內(nèi)的熱處理介質的流動，控制熱改性處理過程中熱處理室溫度的均勻性。

其中，所述回風管至少3根/組，沿著殼體后側壁從上至下水平排列，3根/組回風管的安裝高度分別與放置在熱處理室內(nèi)部的材堆的上部、中部、下部的高度相匹配，即上、中、下回風管/組。

特別是，所述與材堆上、中、下部高度相適應的3根/組回風管內(nèi)分別設置回風閥門(優(yōu)選為電動閥門)，通過調(diào)節(jié)回風管閥門的開閉或開啟程度控制進入回風管內(nèi)的熱改性介質的流量，實現(xiàn)木材熱改性處理過程中木材處理溫度的均勻性的調(diào)控。

其中，所述3根/組回風管的安裝高度與熱處理室內(nèi)材堆的上部、中部、下部位置相適應。

特別是，所述沿著殼體后側水平放置的多根回風管按照從上而下的順序分為上、中、下3組，即熱改性處理室上回風管組、中回風管組、下回風管組。

其中，每個回風管組由至少1根回風管組成。

特別是，上、中、下回風管組的高度與待改性材堆的上、中、下部的高度相匹配。

其中，回風管位于熱處理室內(nèi)的長度與熱處理室的后側壁的水平方向的長度相匹配；且回風管的表面上設置多個均勻分布的回風口。收集對材堆進行熱處理后的介質，便于熱處理介質均勻穿過材堆并均勻流入回風管，使得熱改性介質均勻分布，達到材堆熱處理的均勻性。

特別是，所述延伸在殼體之外的3根回風管與熱介質出風總管相連接后，再與換熱裝置相連接。

其中，所述熱改性裝置的殼體由絕熱保溫材料制成，整體呈長方體型或正方體型。

特別是，所述進風管通過連接管道與所述換熱裝置的熱改性介質導出管相連接；所述回風管通過連接管道與所述換熱裝置的熱改性介質導入管相連接。

經(jīng)過換熱裝置的換熱處理后吸收了熱量的熱處理介質從熱改性介質導出管流出，經(jīng)過進風管進入熱處理室內(nèi)，再經(jīng)過進風噴嘴向待熱改性處理的材堆均勻噴射熱處理介質，熱處理介質穿過并加熱木材，在供熱風機的作用下，經(jīng)過回風管上的回風口收集，進入回風管，從換熱裝置的熱改性介質導入管進入換熱裝置內(nèi)，進行熱交換，重新吸收熱源，形成吸收了熱量的熱處理介質，循環(huán)進入熱改性裝置。

其中，所述改性煙氣出口設置在殼體后側壁的上部，用于將木材熱改性處理過程中產(chǎn)生的熱煙氣排出熱處理室。

特別是，所述改性煙氣出口與所述的VOC收集裝置相連接，將木材熱改性處理過程中產(chǎn)生的熱煙氣排出熱處理室后導入所述的VOC收集裝置。

特別是，還包括用于實時測量熱改性處理過程中木材溫度的溫度傳感器。

尤其是，所述溫度傳感器分別設置在待熱改性處理材堆的上、中、下三個部位。

特別是，所述溫度傳感器設置在材堆的進、出材堆的平面上和材堆的中心面上，從上自下排列，分別測定材堆的上、中、下部的溫度，其中，所述進、出材堆的平面上和材堆的中心面與殼體后側壁相平行，即在與殼體的后側壁相平行的材堆的進、出材堆的平面上和中心面上從上至下分別設置3組溫度傳感器(即在材堆的前、中、后部從上至下分別均勻設置1組溫度傳感器，用于測定材堆的上、中、下部木材在熱改性處理過程的熱改性溫度T₁、T₂、T₃)。

特別是，還包括自動控制系統(tǒng)，其中自動控制系統(tǒng)包括控制箱。

尤其上，所述自動控制系統(tǒng)的控制箱通過電路與溫度傳感器、電動回風閥門相連，通過測定材堆上、中、下部的溫度，調(diào)節(jié)電動回風閥門的開閉或開啟程度，調(diào)節(jié)熱處理介質的流動速度，調(diào)整熱處理室內(nèi)熱處理溫度的均勻性。

通過控制安裝在熱改性裝置的回風管管道上的回風閥門的開啟程度，實現(xiàn)木材熱改性處理過程中木材處理溫度的均勻性的調(diào)控；通過控制供熱風機的開啟或關閉，實現(xiàn)向熱處理室供熱、熱改性處理。

其中，在步驟2B)中所述為熱處理室供熱，按照如下步驟進行：在木材熱改性保溫階段通過實時檢測熱改性裝置的熱處理室內(nèi)的木材材堆的上、中、下部溫度T₁、T₂、T₃：

當T₁-T₂＞30℃時，關閉與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的回風管閥門，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當-30℃≤T₁-T₂≤30℃時，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為45°-90°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為45°-90°)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當T₁-T₂＜-30℃時，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為90°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為90°，即閥門全開)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當T₃-T₂＞30℃時，關閉與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的回風管閥門，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當-30℃≤T₃-T₂≤30℃時，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為45°-90°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為45°-90°)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當T₃-T₂＜-30℃時，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為90°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為90°，即閥門全開)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變。

特別是，在步驟2B)中所述為熱處理室供熱，按照如下步驟進行：在木材熱改性保溫階段通過實時檢測熱改性裝置的熱處理室內(nèi)的木材材堆的上、中、下部溫度T₁、T₂、T₃：

當T₁-T₂＞30℃時，關閉與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的回風管閥門，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當10℃＜T₁-T₂≤30℃時，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為45°(即與閥門關閉時所處的位置的夾角為60°)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當-10℃≤T₁-T₂≤10℃時，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為60°(即與閥門關閉時所處的位置的夾角為60°)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當-30℃≤T₁-T₂＜-10℃時，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為75°(即與閥門關閉時所處的位置的夾角為75°)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當T₁-T₂＜-30℃時，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為90°(即與閥門關閉時所處的位置的夾角為90°，即閥門全開)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當T₃-T₂＞30℃時，關閉與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的回風管閥門，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當10℃＜T₃-T₂≤30℃時，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為45°(即與閥門關閉時所處的位置的夾角為45°)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當-10℃≤T₃-T₂≤10℃時，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為 60°(即與閥門關閉時所處的位置的夾角為60°)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當-30℃≤T₃-T₂＜-10℃時，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為75°(即與閥門關閉時所處的位置的夾角為75°)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變；

當T₃-T₂＜-30℃時，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的回風管閥門開啟角度為90°(即與閥門關閉時所處的位置的夾角為90°，即閥門全開)，與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風管閥門保持不變。

特別是，步驟2A)中所述在熱改性處理的升溫階段通過開啟與材堆上、中、下部位置相對應的上、中、下回風管內(nèi)的回風閥門為熱處理室供熱。

尤其是，步驟2A)中將與材堆上、中、下部位置相對應的上、中、下回風管內(nèi)的回風閥門開啟并保持開啟角度為60°(即與閥門關閉時所處的位置的夾角為60°)，將氣化燃燒裝置產(chǎn)生的熱量供給所述熱改性裝置的熱處理室內(nèi)的木材，直至材堆的中心溫度升高到設定改性溫度。

特別是，在熱改性處理過程中與材堆中部位置相對應的中回風管內(nèi)的回風閥門始終開啟并保持開啟角度為60°。

其中，步驟2B)中所述在熱改性處理保溫階段通過調(diào)節(jié)與材堆上、下部位置相對應的上、下回風管內(nèi)的回風閥門的開啟程度以及始終使與材堆中部位置相對應的中回風管內(nèi)的回風閥門始終開啟并保持開啟角度為60°為熱處理室供熱。

特別是，在步驟2B)中即在木材熱改性處理保溫階段在溫度保持為T的條件下，按照每厘米厚度木材保溫處理2h進行保溫熱改性處理。

通過與材堆上、中、下部位置相對應的上、中、下回風管內(nèi)的回風閥門的開啟以及調(diào)節(jié)上、中、下回風管內(nèi)的回風閥門的開啟程度，即回風閥門的開啟大小，來調(diào)節(jié)進入材堆的熱改性介質的流量、流動方向、流動速度，從而控制進入材堆的熱量的高低，達到使材堆熱改性處理的溫度均勻性的目的。

特別是，還包括揮發(fā)性有機物(VOC)收集裝置，熱改性處理產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物通過所述熱改性裝置的改性煙氣出口導入所述VOC收集裝置。

其中，所述揮發(fā)性有機化合物(VOC)收集裝置，包括盛放VOC吸收液的水箱、至少1個VOC水洗管道、至少1臺循環(huán)水泵和多根連接水管，其中：

所述水箱用于放置吸收VOC的吸收液；所述VOC水洗管道用于向流入水洗通道的含有VOC的氣體噴射VOC吸收液，吸收其中的VOC，并將VOC吸收液導入水箱；所述循環(huán)水泵用于將盛放在水箱內(nèi)的VOC吸收液泵送至所述的VOC水洗管道內(nèi)；所述連接水管用于將水箱、水洗管道、循環(huán)水泵彼此連接并輸送VOC吸收液。

其中，所述VOC水洗管道豎立在水箱的上部，與水箱的頂部固定連接；VOC水洗管道的一端浸沒在水箱內(nèi)盛放的VOC吸收液的液面之下，形成VOC吸收封閉通道；其另一端為VOC氣體入口與改性裝置 的改性煙氣出口通過管道相連，將熱改性處理產(chǎn)生的含義VOC的改性煙氣導入VOC水洗管道。

特別是，所述VOC水洗管道的下端呈喇叭狀。

尤其是，VOC水洗管道的呈喇叭狀的一端浸沒在水箱內(nèi)的VOC吸收液的液面之下。

特別是，所述VOC水洗管道內(nèi)部至少設置一個噴頭，向VOC水洗管道內(nèi)噴射水流，使水流與含有VOC的氣體充分接觸，吸收氣體中的VOC。

尤其是，所述噴頭選擇旋轉噴頭。

特別是，所述VOC水洗管道內(nèi)部設置的噴頭的安裝高度位于水箱內(nèi)的液面之上；所述噴頭的個數(shù)為3-5個。也可以根據(jù)水洗管道的高度增減噴頭數(shù)目。

尤其是，所述噴頭自上而下豎直排列。使得VOC吸收液與VOC氣體全方位接觸，有利于將揮發(fā)性有機化合物充分吸收。

其中，所述的VOC水洗管道內(nèi)的噴頭與所述循環(huán)水泵的出水口通過連接水管相連通，將所述水箱內(nèi)盛放的VOC吸收液泵送至所述VOC水洗管道內(nèi)的噴頭。

特別是，與所述VOC水洗管道內(nèi)的噴頭相連通的連接水管和與所述循環(huán)水泵的出水口相連通的連接水管之間通過三通閥或四通閥相互連接，將循環(huán)水泵泵送的水流配送至所述水洗管道內(nèi)的噴頭處，進行噴射。

其中，所述循環(huán)水泵的進水口通過連接水管與水箱相連接，其出水口通過連接水管與VOC水洗管道相連接。

特別是，水箱的中下部開設有水箱出水口，出水口通過連接水管與循環(huán)水泵的進水口連接。

其中，所述水箱為封閉的容器。

特別是，所述VOC吸收液選擇水或弱酸性溶液，優(yōu)選為水，用于吸收VOC。

特別是，還包括由供熱風機和排煙風機組成的風機組件。

其中，所述供熱風機設置在所述熱改性裝置的回風管與所述換熱裝置的熱改性介質導入管相連通的連接管道上，通過供熱風機的作用，將熱改性處理后介質從熱改性裝置的回風管抽出，經(jīng)熱改性介質導入管進入換熱裝置，進行熱交換，換熱后的介質再從熱改性介質導出管抽出，經(jīng)進風管進入熱改性裝置的熱處理室，加熱木材；所述排煙風機設置在與所述熱煙氣出風管相連通的連接管道上，將進入所述換熱裝置的由氣化燃燒裝置產(chǎn)生的熱煙氣在熱交換后排出換熱裝置。

特別是，所述供熱風機還具有將所述熱處理室內(nèi)經(jīng)過熱處理后的熱處理介質從熱處理室抽出，輸送至所述換熱裝置的作用；所述排煙風機還具有將所述氣化燃燒裝置產(chǎn)生的熱煙氣從熱煙氣排出通道抽出，輸送至所述換熱裝置的作用。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的木材熱改性處理設備具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明設備的氣化燃燒裝置以農(nóng)作物秸稈、園林廢棄物、木材加工剩余物等植源生物質為燃料，原料來源廣泛，與以導熱油爐為供熱系統(tǒng)的熱改性設備相比，設備投資少、運行成本低、操作的安全性高。

2、本發(fā)明熱改性設備的氣化燃燒裝置既具有反燒功能，又具有正燒功能，可根據(jù)木材熱改性工藝的需要，靈活實現(xiàn)正、反燒作業(yè)，以滿足不同處理階段和場合的用能需求；例如在木材改性處理的預熱、升溫等用熱能較多的階段通過氣化反燒，充分燃燒，提供大量而且充分的熱量，且供熱效率高、無污染；在 保溫或系統(tǒng)停電的情況下，可實現(xiàn)緩慢正燒，不至于急劇的升降爐溫，影響熱改性木材的品質；

3、本發(fā)明熱改性設備的氣化燃燒裝置的爐排組件的外表面附著耐火材料層，保持材料外表面的溫度，有利于氣化反應，又可通過水冷的方式降低了爐排表面的溫度，進一步延長爐排壽命，且可實現(xiàn)少量自產(chǎn)蒸汽，以提供給木材熱加工的需要。

4、本發(fā)明熱改性設備的熱改性裝置的回風管管路上的回風管閥門，通過調(diào)節(jié)回風管閥門開閉或開閉程度，調(diào)節(jié)熱改性介質在熱處理室內(nèi)不同部位的流通量、流動速度，既可以調(diào)整單根回風管又可以多根回風管組合調(diào)整，以保證熱處理室內(nèi)木材熱改性的溫度的均勻性，減少了熱改性木材的缺陷，提高熱改性木材的品質。

5、本發(fā)明熱改性設備的VOC(揮發(fā)性有機物)收集裝置，通過多層水膜的循環(huán)過濾，可將高溫熱改性過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物進行有效的收集，顯著減少了熱改性過程中揮發(fā)性有機物的排放及熱污染，同時對揮發(fā)性有機物的進一步利用提供了可能，還減少了污染。

6.本發(fā)明可使生物質進行兩次燃燒，燃燒充分，污染小，換熱效率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明木材熱改性處理設備的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明木材熱改性處理設備的氣化燃燒裝置的結構示意圖；

圖3為圖2中沿A-A的剖視示意圖；

圖4為圖3中沿B-B的剖視示意圖；

圖5為氣化燃燒裝置的爐排組件的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明木材熱改性處理設備的氣化燃燒裝置反燒式氣化時的工作狀態(tài)示意圖；

圖7為本發(fā)明木材熱改性處理設備的氣化燃燒裝置正燒式氣化時的工作狀態(tài)示意圖；

圖8為本發(fā)明木材熱改性處理設備的換熱裝置結構的剖視示意圖；

圖9為本發(fā)明木材熱改性處理設備的換熱裝置結構的左側示意圖；

圖10為本發(fā)明木材熱改性處理設備的換熱裝置結構的右側示意圖；

圖11為本發(fā)明木材熱改性處理設備的熱改性裝置的剖視示意圖；

圖12為圖11中沿C-C的剖視示意圖；

圖13為本發(fā)明木材熱改性處理設備的VOC收集裝置的主視示意圖；

圖14為VOC收集裝置的側面示意圖。

附圖標記說明

1、氣化燃燒裝置；11、反燒式氣化爐；110、爐體；111、爐膽；1111、上燃燒室；1112、下燃燒室；112、上爐門；113、下爐門；114、煙氣出口；115、爐排組件；1151、爐排主體；1152、上鋼管；1153、 下鋼管；116、左輔助進氧口；117、右輔助進氧口；118、左輔助進氧管；、119、右輔助進氧管；120、輔助進氧閥；121、加料口；122、頂蓋；12、熱煙氣通道；13、左正燒煙氣通道；14、右正燒煙氣通道；15、左正燒煙道入口；16、右正燒煙道入口；17、正燒煙道閥；2、換熱裝置；21、換熱本體；22、換熱腔；23、換熱管；24、熱煙氣進風管；25、熱煙氣出風管；26、熱改性介質導入管；27、熱改性介質導出管；3、熱改性裝置；30、熱改性煙氣出口；31、熱改性處理殼體；32、熱處理室；33、封閉門；34、進風管；35、進風噴嘴；36、回風管；361、回風閥；37、回風口；38、材堆；39、回風總管；4、VOC(揮發(fā)性有機物)收集裝置；41、水箱；42、水洗管道；43、水泵；44、水管；45、噴頭；46、水箱出水口；47、VOC氣體入口；48、水；49、水面；51、排煙風機；52、供熱風機。

具體實施方式

下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施例，本發(fā)明的優(yōu)點和特點將會隨著描述而更為清楚。但這些實施例僅是范例性的，并不對本發(fā)明的范圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對本發(fā)明技術方案的細節(jié)和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

如圖1所示，本發(fā)明的木材熱改性處理設由通過連接管路6依次連接的氣化燃燒裝置1、換熱裝置2、熱改性裝置3、揮發(fā)性有機物(VOC)收集裝置4以及與換熱裝置相連接的排煙風機51和供熱風機52組成。本發(fā)明的氣化燃燒裝置以農(nóng)林廢棄物、剩余物、木材加工剩余物等植源生物質為燃料，通過氣化反燒/正燒釋放熱量，在風機系統(tǒng)的作用下熱量進入換熱裝置，加熱改性處理介質；加熱后的改性處理介質對熱改性裝置內(nèi)的木材進行熱改性處理；最后熱改性處理過程中釋放的含有VOC的改性煙氣，經(jīng)過VOC收集裝置的收集后進行處理，既有效利用了農(nóng)林廢棄物，又降低了木制品加工過程中的污染問題。

如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明的氣化燃燒裝置1包括整體成長方體形或正方體形的氣化反燒爐11、設置在氣化反燒爐爐體110的后側壁外部與氣化反燒爐爐膽111相連通且與爐體呈一體連接的熱煙氣通道12，設置在爐體左、右側壁外部的與氣化反燒爐爐膽相連通且與爐體呈一體連接的左、右正燒煙氣通道13、14，設置在爐膽中部的爐排組件115，爐排組件將爐膽分為上、下燃燒室1111、1112。

氣化反燒爐爐體110內(nèi)部的爐膽111為截面呈矩形的空腔，爐體內(nèi)壁由耐火保溫材料制成，外壁由保溫材料制成。爐體下端封閉，上端開設有燃料加料口121以及封閉加料口的頂蓋122，加料口的設置位置與爐膽的中心線相適應，利于向爐膽內(nèi)添加燃料。爐體的下端、上端的內(nèi)側由耐火材料組成，外側由保溫材料組成(附圖中未標示)，阻止并減少爐體與周圍環(huán)境的熱交換，耐火材料主要用于保護爐體不被燒壞。

如圖2，爐體前側壁的中上部、中下部開設用于觀察爐體內(nèi)燃料燃燒狀況的上、下爐門112、113，利于實時調(diào)節(jié)燃料的添加以及調(diào)節(jié)爐膽內(nèi)的氧氣的進氧量。

爐體后側壁的下部開設煙氣出口114；緊貼著爐體后側壁的外部設置豎立的熱煙氣通道12，熱煙氣通道與煙氣出口連通(如圖3)，將氣化反燒爐內(nèi)燃料燃燒產(chǎn)生的熱煙氣導出反燒爐。熱煙氣通道與爐體后側壁的外部緊密貼合成一體。熱煙氣通道的內(nèi)壁由耐火材料制成，外側包裹保溫材料，減少熱量損失。

如圖4，爐體左、右側壁的外部分別豎直設置與爐體緊密貼合呈一體的左、右正燒煙氣通道13、14；爐體左、右側壁的上部開設左、右正燒煙道口15、16，左、右正燒煙道口靠近爐體頂端，分別貫穿爐體的左、右側壁，形成通孔，分別與左、右正燒煙氣通道13、14相連通，將正燒狀態(tài)下燃燒產(chǎn)生的熱煙氣從爐體的上部分別導入到左、右正燒煙氣通道。爐體左、右側壁的中下部，與煙氣出口同一水平高度的位置分別開設貫穿爐體的左、右側壁的左、右輔助進氧口116、117。左、右輔助進氧口與2根輔助進氧管118、119相連，分別貫穿爐體的左、右側壁并延伸至氣化反燒爐的爐體之外。左輔助進氧管水平放置，位于豎直的左正燒煙氣通道的底部且與與左正燒煙氣通道相連通；右輔助進氧管水平放置，位于右正燒煙氣通道的底部且與右正燒煙氣通道相連通。左、右輔助進氧管延伸在氣化爐外部的管道內(nèi)分別設置輔助進氧閥120，將氣化爐外部的氧氣輸送至爐膽內(nèi)，為爐膽內(nèi)的燃料燃燒提供氧氣。左、右正燒煙道口內(nèi)分別設置正燒煙道閥17，正燒煙道閥開啟時將氣化反燒爐與左、右正燒煙氣通道相連通，將燃燒產(chǎn)生的熱煙氣從爐體的上部經(jīng)過左、右正燒煙道口導入左、右正燒煙氣通道，經(jīng)輔助進氧管、輔助進氧口流入燃燒爐的下燃燒室；隨后經(jīng)煙氣出口、熱煙氣通道排出；當正燒煙道閥關閉時，氣化反燒爐與左、右正燒煙氣通道被阻斷。左、右輔助進氧口的設置位置與煙氣出口位于同一水平面高度，即左、右輔助進氧口的軸心與爐體后側壁下部開設的煙氣出口的軸心位于同一水平面，減少了將熱煙氣抽出爐體的風機阻力，更利于換熱。

輔助進氧閥無論氣化燃燒裝置處于正燒狀態(tài)還是反燒狀態(tài)，當爐體內(nèi)部氧氣不足，燃燒過程中出現(xiàn)黑煙等缺氧條件下均可打開輔助進氧口，向爐體內(nèi)供氧，使燃燒更充分、完全。

如圖5，固定安裝在爐膽中部的爐排組件115由呈平板狀的爐排主體1151和位于主體上下兩端的上、下鋼管1152、1153組成，將爐膽分成上、下燃燒室。爐排主體由多根(本發(fā)明具體實施方式中選擇4根，通常選擇2-5根)平行排列且彼此間隔的鋼管組成，相鄰兩根鋼管之間的間隔距離為4-10mm(優(yōu)選為6mm)。上、下鋼管位于爐排主體鋼管的兩端，與構成爐排主體的鋼管相互垂直，并且上、下鋼管與構成爐排主體的鋼管彼此相互連通，內(nèi)部形成通道。爐排組件在爐膽內(nèi)以0-10°(優(yōu)選為5°)傾斜角度放置，即爐排主體平面與水平面的夾角為0-10°，這樣有利于爐排內(nèi)通入冷卻水冷凝過程中產(chǎn)生的蒸汽自動往上移動且有利于后期爐排內(nèi)部水分的排除，下鋼管設置在爐體前側壁的中部偏下位置，上鋼管設置在爐體后側壁中部偏上位置。上、下鋼管的一端封閉，另一端開放，封閉端分別設置在爐體的右側壁或左側壁，開放端延伸到爐體左側壁或右側壁之外(如圖1)，與冷卻水管相連接，冷卻水從下鋼管流入，將冷卻水引入爐膽內(nèi)的爐排組件，從上鋼管流出，為爐排組件降溫。

本發(fā)明爐排組件的上、下鋼管與構成爐排主體的多根鋼管焊接成一體，且上、下鋼管與組成爐排主體的鋼管在焊接處彼此相互連通，形成通道，即與爐排主體鋼管焊接在一起的上鋼管、下鋼管的軸線與組成爐排主體的鋼管的軸線相互垂直，且在焊接處彼此連通。爐排組件的鋼管內(nèi)通入冷卻水，

組成爐排主體的鋼管的外表面附著一層由耐火材料組成的厚度≥10mm的耐火層(圖中未標示)，耐火層不僅可保持鋼管外表面的溫度，延長爐排的使用壽命(耐火層的作用是保護爐排)，

有利于氣化反燒過程的進行，又可通過水冷的方式，根據(jù)爐內(nèi)溫度和鋼管表面溫度向爐排鋼管內(nèi)通入冷凝水，對爐排進行冷卻處理，降低了爐排表面的溫度，進一步延長爐排壽命。當爐內(nèi)溫度太高(≥900℃)時，影響鋼管的使用壽命，對鋼管內(nèi)通入冷凝水可對爐排起到冷卻、保護的作用，并且在保護爐排的同時，爐排內(nèi)部的冷凝水由于吸收熱量，部分水分可變?yōu)樗魵?，由于爐排有一定的傾斜角度，產(chǎn)生的蒸汽會自 動往上移動，從而從爐排的上鋼管中排除，然后將產(chǎn)生的蒸汽通入木材熱改性裝置內(nèi)部可對木材起到加熱和調(diào)濕的作用。其他反燒爐內(nèi)的爐排里面不能通入冷卻水，不能起到自身保護和自產(chǎn)蒸汽的作用。

燃料從進料口落入爐膽，在爐排組件的支撐下，燃料在爐排組件上方的上燃燒室內(nèi)進行燃燒，沒有燃燒完全的燃料以及燃燒過程中產(chǎn)生的灼熱的炭在重力的作用下進入下燃燒室繼續(xù)燃燒，燃燒過程中上燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的煙氣在排煙風機51的作用下，進入下燃燒室進行二次燃燒，將上燃燒室內(nèi)沒有完全燃燒的部分再次燃燒，使得燃料充分燃燒，不會產(chǎn)生黑煙氣，進而產(chǎn)生大量清潔的的熱煙氣。燃料(農(nóng)、林、牧業(yè)中的廢棄物、剩余物等)通過兩次燃燒可使其充分燃燒，燃燒完全，減少污染物的排放。

如圖1、8、9、10，換熱裝置2包括由絕熱材料制成的整體呈圓柱型的換熱裝置本體21、本體內(nèi)部的換熱區(qū)空腔22、設置在換熱腔內(nèi)的多根換熱管23、以及與本體下端固定連接的熱煙氣進風管24、熱改性介質導入管26，與本體上端固定連接的熱煙氣出風管25、熱改性介質導出管27。圓柱型本體的上、下兩端封閉，換熱管沿著本體的軸向均勻排列。熱煙氣進風管、熱煙氣出風管與本體內(nèi)的換熱腔相連通；熱改性介質導入管、熱改性介質導出管與換熱腔內(nèi)的換熱管通過法蘭相連通。

如圖9、10，設置在本體下端的熱煙氣進風管24、熱改性介質導入管26彼此分開，互不干擾；熱改性介質導入管與換熱管位于本體下端的一端通過法蘭相連通，將熱改性裝置內(nèi)的熱改性介質導入換熱裝置，進行熱交換，獲得熱改性處理的熱介質；設置在本體上端的熱煙氣出風管25、熱改性介質導出管27彼此分開，互不干擾；熱改性介質導出管與換熱管位于本體上端的另一端通過法蘭相連通，將換熱后即吸收了熱煙氣熱量后的熱改性處理的熱介質導出換熱裝置，在供熱風機的帶動下，換熱后的熱改性介質進入熱改性裝置內(nèi)，進行木材的熱改性處理。

氣化燃燒裝置產(chǎn)生的熱煙氣在排煙風機51的作用下，從本體下端的熱煙氣進風管24進入換熱腔，從下自上流過換熱管，與換熱管內(nèi)的熱改性介質進行熱交換，再在排煙風機的帶動下從位于本體上端的熱煙氣出風管25流出；待加熱的熱改性處理介質在供熱風機52的帶動下，從本體下端的熱改性介質導入管26進入換熱腔的換熱管內(nèi)，吸收熱煙氣的熱量后，從位于本體上端的熱改性介質導出管27流出換熱裝置，進入熱處理裝置。

本領域中現(xiàn)有的已知任何可進行氣體熱交換的換熱器均適用于本發(fā)明。本發(fā)明使用的氣體換熱器選用管殼式換熱器。

如圖1、11、12，熱改性裝置3包括由絕熱保溫材料制成的、整體呈長方體型或正方體型的熱改性處理殼體31、殼體內(nèi)部的熱處理室32是截面為矩形空腔、設置在熱處理室上部并靠近殼體前側的進風管34和位于熱處理室后部的回風管36、開設在殼體后側壁上部的改性煙氣出口30。

殼體前側設置可開閉的封閉門33，其后側封閉。進風管水平放置在熱處理室內(nèi)、靠近封閉門的上部，即進風管固定安裝在熱處理室的上部、靠近封閉門(即殼體前側)的一側，與殼體的前側相平行(即進風管沿著封閉門水平放置)。進風管的一端封閉，另一端通過由保溫材料制成的連接管道與換熱裝置的熱改性介質導出管27相連通，將換熱裝置內(nèi)吸收了熱量的熱處理介質導入熱改性裝置。

在殼體左側壁或右側壁的上部、靠近封閉門(即殼體前側)的一側固定安裝至少1根熱介質進風管，進風管沿著封閉門33水平放置，固定在熱處理室的上部。進風管的一端封閉，另一端從殼體左側壁或右側壁的上部穿出，與由保溫材料制成的連接管道相連，通過連接管道與換熱裝置的熱改性介質導出管相連 通，形成熱改性介質的流通通道，將換熱后的熱改性介質導入熱改性裝置。

熱處理室內(nèi)進風管的長度與熱處理室前側壁的長度相匹配；且進風管管道的表面上均勻安裝多個朝向待熱改性材堆38的進風噴嘴35，用于向材堆噴射熱處理介質，加熱材堆。

本發(fā)明具體實施方式中進風管與連接管道相連通的一端從殼體左側壁的上部穿出，與熱改性介質導出管相連接，將換熱后的熱處理介質送入熱處理室內(nèi)部，加熱木材。

進風管朝向材堆的方向上均勻安裝的進風噴嘴與進風管固定連接，均勻地向材堆噴射熱處理介質，以確保將從進風管引入熱處理室內(nèi)的熱處理介質均勻流向材堆38，提高材堆熱處理過程中溫度場的均勻性。

在熱處理室內(nèi)部、靠近殼體后側(即封閉端)水平設置多根(至少3根)回風管36，回風管沿著殼體后側從上至下水平排列(圖11、12)。多根回風管從殼體后側的中上部至底部均勻排列，分為上、中、下回風管/組，上、中、下回風管/組的排列高度與待處理材堆的上、中、下部的高度相匹配。本發(fā)明熱處理室內(nèi)沿著殼體后側水平放置的多根回風管按照從上而下的順序分為上、中、下3組，即熱改性處理室上、中、下回風管組。本發(fā)明具體實施方式中的熱改姓處理室內(nèi)設置3根回風管，即上、中、下回風管。

回風管沿著熱處理室的后側從上至下水平排列，位于熱處理室內(nèi)部，一端封閉，另一端穿過殼體左側壁或右側壁，伸出于殼體之外，與由保溫材料制成的熱介質回風總管39連通，經(jīng)回風總管將熱改性介質導出熱處理裝置。

熱處理室內(nèi)的回風管的長度與熱處理室的后側壁的長度相匹配；且回風管位于熱處理室內(nèi)部的管道的表面上開設多個回風口37，回風口均勻分布在回風管的表面，均勻收集通過材堆后的熱處理介質。

本發(fā)明熱處理室內(nèi)沿著殼體后側水平放置的多根回風管按照從上而下的順序分為上、中、下3組，即熱改性處理室上回風管組、中回風管組、下回風管組。本發(fā)明具體實施方式中的熱改姓處理室內(nèi)設置3根回風管，即上回風管、中回風管、下回風管，自下而上依次水平排列。上、中、下回風管的排列高度與待處理材堆的上、中、下部相對應；上、中、下回風管組的排列高度與待處理材堆的上、中、下部相對應。

每根回風管伸出于殼體之外的一端的內(nèi)部設置有回風閥361，通過控制系統(tǒng)(圖中未示出)控制回風閥的開閉或開啟程度，調(diào)節(jié)流入和通過材堆的改性介質的流量，調(diào)節(jié)材堆的改性溫度的均勻性，即通過各回風管管路上的回風閥開閉或開啟程度，實現(xiàn)單根/組回風管單獨調(diào)整及多根/組回風管組合使用，以保證熱處理室內(nèi)木材改性處理溫度的均勻性。

換熱裝置的熱改性介質導出管通過連接管道(圖中未示出)與熱改性裝置的進風管相連通；換熱裝置的熱改性介質導入管通過連接管道與熱改性裝置的回風總管相連(也可以分別與回風管直接相連)。經(jīng)過換熱處理后吸收了熱量的熱改性介質從熱改性介質導出管流出，從熱改性裝置殼體上部的進風管進入熱處理室內(nèi)，經(jīng)過進風噴嘴向待熱改性處理的材堆均勻噴射熱處理介質，熱處理介質穿過并加熱材堆，在供熱風機的作用下，經(jīng)過回風管上的回風口的收集，進入回風管，流入熱介質回風總管，再經(jīng)過換熱裝置的熱改性介質導入管進入換熱裝置的換熱管，進行熱交換，重新吸收熱量，形成木材改性處理熱介質，再進入熱改性裝置。

在殼體后側壁的上部開設至少1個改性煙氣出口30，改性煙氣出口與所述揮發(fā)性有機物(VOC)收集裝置4的水洗管道相連通，將木材在熱改性處理過程中釋放的含有VOC的煙氣導出熱改性裝置。

熱處理室內(nèi)還設置有溫度傳感器，用于測量熱改性處理過程中木材的溫度。溫度傳感器分別設置在與 殼體后側壁相平行的材堆的進、出材堆的平面上和材堆的中心面上，從上自下排列，分別測定材堆的上、中、下部的溫度，即在與殼體的后側壁相平行的材堆的進、出材堆的平面上和中心面上從上至下分別設置3組溫度傳感器(即在材堆的中間位置從上至下，在材堆的上部、中部、下部分別設置1組溫度傳感器，用于測定材堆的上、中、下部木材在熱改性處理過程的熱改性溫度T₁、T₂、T₃)。

還包括調(diào)控回風閥開啟/關閉，回風閥開啟程度的控制系統(tǒng)(圖中未示出)，控制系統(tǒng)由設置在熱改性裝置外部的控制箱組成，控制箱通過電路和溫度傳感器、電動回風閥門相連，通過測定材堆上、中、下部的溫度，調(diào)節(jié)電動回風閥門的開閉或開啟程度，調(diào)節(jié)熱處理介質的流動速度，調(diào)整熱處理室內(nèi)熱處理溫度的均勻性。通過控制安裝在熱改性裝置的回風管管道上的回風管閥門的開啟程度，實現(xiàn)木材熱改性處理過程中木材處理溫度的均勻性的調(diào)控；通過控制供熱風機的開啟或關閉，實現(xiàn)向熱處理室供熱、熱改性處理。

如圖1、13、14所示，揮發(fā)性有機物(VOC)收集裝置4由盛放VOC吸收液的水箱41、至少1根固定在水箱頂部的圓柱形VOC(揮發(fā)性有機化合物)水洗管道42、至少1臺水泵43和多根連接水管44組成，連接水管將水箱、水洗管道、水泵彼此連接并輸送VOC吸收液。。

盛放及收集VOC吸收液的水箱為封閉的長方體或圓柱體容器，頂部密封，一方面可防止污染，另一方面可使氣體更好溶解。本發(fā)明中水箱為長方體型。

水箱內(nèi)存放吸收VOC的吸收液(本發(fā)明實施例中的VOC吸收液為水)，水箱的中下部設有水箱出水口46，出水口通過連接水管與水泵相連通，水在水泵的帶動之下，從水箱下部的出水口流出，通過連接水管進入水泵，即VOC吸收液(水)在水泵的作用下，從水泵的出水口流出后，通過連接水管進入VOC水洗管道，在水洗管道內(nèi)噴灑水，吸收氣體中的VOC，使得VOC溶于水，回落到水箱。

VOC水洗管道用于向流入水洗通道的含有VOC的氣體噴射水液，吸收其中的VOC，并將水液導入水箱；VOC水洗管道豎立在水箱的上部，VOC水洗管道的一端浸沒在水箱內(nèi)的水面49之下，形成VOC吸收封閉通道；其另一端為VOC氣體入口47與熱改性裝置的改性煙氣出口相連，將木材熱改性處理產(chǎn)生的含有VOC的氣體導入所述的VOC水洗管道。

VOC水洗管道浸沒在水面之下的一端呈喇叭狀，喇叭狀頂端可防止倒吸，且增加吸收面積；VOC水洗管道內(nèi)部設置至少一個旋轉噴頭45，向VOC水洗管道內(nèi)噴水，用于吸收VOC；噴頭的安裝高度位于水箱內(nèi)的水面之上，即噴頭位于水箱水面的上部。

本發(fā)明VOC收集裝置中VOC水洗管道選擇2根，通過焊接方式固定在水箱頂部，豎立在水箱上部。每根VOC水洗管道內(nèi)從上至下分別設置3個旋轉噴頭，在向水洗管道內(nèi)噴水時，增大水液與VOC的接觸面積，可以任意角度旋轉，全方位吸收VOC，不留任何死角，吸收效率高。除了旋轉噴頭之外，其他任何現(xiàn)有的噴頭均適用于本發(fā)明。

泵送VOC吸收液的水泵的進水口通過連接水管與水箱下部的出水口相連接；出水口通過連接水管與VOC水洗管道內(nèi)的噴頭相連接。水箱內(nèi)的VOC吸收液(水液)在水泵的作用下從水箱下部出水口流經(jīng)水泵，從水泵出水口流出，再經(jīng)連接水管導流，將位于下部的水泵送至高處的噴頭，即再經(jīng)過安裝在連接水管上的至少一個三通閥或四通閥(附圖中未標示)將連接水管中的水分流至位于高處的水洗管道內(nèi)噴頭，水液噴射后再沿著水洗管道回落至水箱。

噴頭噴射的水液不僅在水洗管道內(nèi)與含有VOC的氣體充分混合，吸收并收集VOC，落回到水箱后再 經(jīng)水泵泵送至水洗管道內(nèi)，再吸收VOC，如此循環(huán)往復，反復收集VOC，還能將木材高溫熱感性釋放的含有VOC的混合氣體冷卻降溫，使得水溶性、酸性揮發(fā)性有機物易被吸收液吸收，增大在水中的溶解度。

風機系統(tǒng)包括供熱風機和排煙風機。供熱風機設置在所述熱改性裝置的回風管與所述換熱裝置的熱改性介質導入管相連通的連接管道上，通過供熱風機的作用，將熱改性處理后介質從熱改性裝置的回風管抽出，經(jīng)熱改性介質導入管進入換熱裝置，進行熱交換，換熱后的介質再從熱改性介質導出管抽出，經(jīng)進風管進入熱改性裝置的熱處理室，加熱木材；所述排煙風機設置在與所述熱煙氣出風管相連通的連接管道上，將進入所述換熱裝置的由氣化燃燒裝置產(chǎn)生的熱煙氣在熱交換后排出換熱裝置。

下面結合附圖1-13詳細說明本本發(fā)明木材熱改性處理設備的工作過程。

一、氣化燃燒供能

在木材預熱、升溫等用熱能較多的階段，如圖6，關閉氣化燃燒爐左右兩側的正燒煙道入口內(nèi)的正燒煙道閥，打開頂蓋，將生物質燃料(例如農(nóng)林廢棄物、木材加工剩余物等)從加料口添加到氣化爐內(nèi)，開啟排煙風機和打開左右兩側的輔助進氧管內(nèi)的輔助進氧閥；新鮮空氣從加料口進入，燃料在上燃燒室內(nèi)氣化反燒，連續(xù)生成可燃氣和植源生物質炭；

可燃氣和生物質炭經(jīng)過爐排組件進入下燃燒室，經(jīng)輔助進氧管從輔助進氧口進入下燃燒室的氧氣，使得可燃氣和生物質炭進行充分燃燒，產(chǎn)生的大量熱煙氣。在排煙風機的帶動下，依次經(jīng)過煙氣出口、熱煙氣通道、熱煙氣進風管進入換熱裝置進行熱交換處理。

在需要正燒工作時或在僅需要保溫或設備停電的情況下，如圖7，關閉頂蓋，打開左右兩側的正燒煙道入口內(nèi)的正燒煙道閥，同時關閉左右兩側的輔助進氧管內(nèi)的輔助進氧閥，打開爐體的上、下爐門，正燒過程中的氧氣從上、下爐門供給；燃料在上燃燒室內(nèi)進行正燒式氣化燃燒，產(chǎn)生的熱煙氣在排煙風機或熱煙氣通道的自然抽風的作用下，從位于爐膽上部的左、右正燒煙道口分別依次流經(jīng)左、右正燒煙氣通道、左右兩側的輔助進氧管，左、右輔助進氧口進入下燃燒室，然后在依次經(jīng)過煙氣出口、熱煙氣通道、熱煙氣進風管進入換熱裝置進行熱交換處理。

二、熱交換處理

本領域中現(xiàn)有的已知任何可進行氣體熱交換的換熱器均適用于本發(fā)明。本發(fā)明使用的氣體換熱器選用表面式換熱器進行熱交換，通常選用管殼式換熱器。

氣化燃燒裝置產(chǎn)生熱煙氣和熱改性裝置的熱處理介質在換熱裝置(即氣體熱交換的換熱器)內(nèi)進行換熱處理，熱改性處理介質在換熱裝置內(nèi)吸收由氣化燃燒裝置產(chǎn)生熱煙氣的熱量后，流入熱改性裝置，對熱改性裝置內(nèi)的木材進行熱改性處理。

三、木材熱改性處理

本發(fā)明的木材熱改性裝置的熱處理室內(nèi)木材熱改性處理的溫度設定為T；自動控制系統(tǒng)的溫度傳感器(選擇熱電偶溫度傳感器)測定設置在待熱改性處理材堆的上、中、下三個不同部位的木材的溫度(T₁、T₂、T₃)。

1、將鋸切成木段的待熱改性處理木材按照本領域木材干燥方式碼放在熱改性裝置的熱處理室內(nèi)，堆成材堆，關閉封閉門；

2、按照熱處理介質流動的方向(即從熱處理室的前側到后側的方向，也就是熱介質進風管到回風管的方向)，在進、出材堆的平面、材堆中間平面的位置分別設置至少一組溫度傳感器組(即在材堆的平行于熱處理室前側或后側壁的進出材堆的平面、以及平行于熱處理室前側或后側壁的材堆的中間平面的位置從上至下，在材堆的上、中、下部分別設置至少1組溫度傳感器)，用于測定材堆的上、中、下三個不同部位的木材在熱改性處理過程的實時溫度，測定的相應的實時溫度取平均值測，記為材堆上、中、下三個不同部位的熱改性溫度T₁、T₂、T₃；

3、開啟供熱風機、自動控制系統(tǒng)，通過自動控制系統(tǒng)設定熱處理室內(nèi)木材熱改性處理的溫度T，通過溫度傳感器實時測定材堆上、中、下3個部位的木材的實時溫度(T₁、T₂、T₃)。將上、中、下部分的回風管內(nèi)的回風閥門開啟，保持開啟角度為60°(即與閥門關閉時所處的位置的夾角為60°)，直至材堆的中心溫度升高到設定改性溫度T；木材中部溫度T₂與設定的木材熱改性溫度相一致后始終保持與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的回風閥的開啟角度為60°，即保持中部回風管內(nèi)的回風閥的開啟角度始終為60°，以保持木材中部溫度T₂與設定的木材熱改性溫度T相一致。

4、在熱改性裝置內(nèi)木材溫度達到T后，在溫度保持為T的條件下，按照每厘米厚度木材保溫處理2h進行保溫熱改性處理，保溫過程中自動控制系統(tǒng)根據(jù)測定的溫度T₁、T₂、T₃與木材設定熱改性溫度T進行比較，然后調(diào)節(jié)回風管內(nèi)回風閥的開閉或開啟程度的，為熱改性處理木材供熱、改性處理木材，保持熱改性溫度的均勻性；

①當T₁-T₂＞30℃時，關閉與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的電動回風閥門，迅速減少流入木材上部的熱改性介質的流量，快速降低木材上部熱改性溫度，使得木材上部熱改性溫度與中部木材溫度相一致，提高熱改性溫度的均勻性；

②當10℃＜T₁-T₂≤30℃時，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的電動回風閥門開啟角度為45°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為45°)，關小回風閥門的開啟程度，減少流入木材上部的熱改性介質的流量，降低木材上部熱改性溫度，使得木材上部熱改性溫度與中部木材溫度相一致，提高熱改性溫度的均勻性；

③當-10℃≤T₁-T₂≤10℃時，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的電動回風閥門開啟角度為60°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為60°)，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)回風閥的開啟程度與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的電動控制閥相一致；

④當-30℃≤T₁-T₂＜-10℃時，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的電動回風閥門開啟角度為75°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為75°)，增大流入木材上部的熱改性介質的流量，提高木材上部熱改性溫度，使得木材上部熱改性溫度與中部木材溫度相一致，提高熱改性溫度的均勻性；

⑤當T₁-T₂＜-30℃時，調(diào)節(jié)與材堆上部位置相對應的上部回風管內(nèi)的電動回風閥門開啟角度為90°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為90°，即閥門全開)，迅速增大流入木材上部的熱改性介質的流量，提高木材上部熱改性溫度；

⑥當T₃-T₂＞30℃時，關閉與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的電動回風閥門，迅速減少流入木材下部的熱改性介質的流量，快速降低木材下部熱改性溫度，使得木材下部熱改性溫度與中部木材溫度相一致，提高熱改性溫度的均勻性；

⑦當10℃＜T₃-T₂≤30℃時，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的電動回風閥門開啟角度為45°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為45°)，關小回風閥門的開啟程度，減少流入木材下部的熱改性介質的流量，降低木材下部熱改性溫度，使得木材下部熱改性溫度與中部木材溫度相一致，提高熱改性溫度的均勻性；

⑧當-10℃≤T₃-T₂≤10℃時，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的電動回風閥門開啟角度為60°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為60°)，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)回風閥的開啟程度與材堆中部位置相對應的中部回風管內(nèi)的電動控制閥相一致；

⑨當-30℃≤T₃-T₂＜-10℃時，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的電動回風閥門開啟角度為75°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為75°)，增大流入木材下部的熱改性介質的流量，提高木材下部熱改性溫度，使得木材下部熱改性溫度與中部木材溫度相一致，提高熱改性溫度的均勻性；

⑩當T₃-T₂＜-30℃時，調(diào)節(jié)與材堆下部位置相對應的下部回風管內(nèi)的電動回風閥門開啟角度為90°(即與關閉時閥門所處的位置的夾角為90°，即閥門全開)，迅速增大流入木材下部的熱改性介質的流量，快速提高木材上部熱改性溫度。

5、熱改性處理過程中，按照每厘米厚度木材熱改性保溫處理2h后，關閉供熱風機，進行降溫，調(diào)濕，當溫度低于60℃時，出窯。

四、VOC收集處理

木材熱改性處理過程中產(chǎn)生的熱改性煙氣從熱改性裝置的改性煙氣出口排出后經(jīng)過連接管道進入VOC水洗管道，含有VOC的改性煙氣沿著水洗管道從上向下流動的過程中，水洗管道內(nèi)的噴頭噴射VOC的吸收液(通常為水)，吸收改性煙氣中的VOC，吸收了VOC后的吸收液沿著水洗導管回落至水箱中，水箱內(nèi)的吸收液在循環(huán)水泵的作用下，將水箱中的水不斷從低處泵送至水洗管道內(nèi)的噴頭，再噴射，再吸收VOC，反復循環(huán)，直至熱改性處理結束，即完成VOC的收集。