1、浅谈人造板机械设备的节能环保技术李 岩南京林业大学 10 研 28 班 8103047摘要人造板机械设备的技术水平是人造板工业节能的基础。本文从设备技术层面简单探讨了人造板机械设备节能技术，并试着从更深层次考虑人造板工业的节能减耗。关键词 人造板；机械设备；节能AbstractThe technological level of wood-based panel equipment is the basis of energy-saving wood-based panel industry. This paper briefly discusses the technical aspects
2、 of equipment, machinery and equipment of the Panel saving technology, and try to consider a deeper level of saving energy and reducing consumption of wood-based panel industry.Key words: wood-based panel; equipment; energy-saving.中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议一文中提出，要坚持把建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着
3、力点。深入贯彻节约资源和保护环境基本国策，节约能源，降低温室气体排放强度，发展循环经济，推广低碳技术，积极应对气候变化，促进经济社会发展与人口资源环境相协调，走可持续发展之路。木材工业作为一种具有资源可再生、加工能耗少、环境污染小的环境友好型低碳产业，具有良好的发展前景。近十几年来，人造板工业迅猛发展，使其成为木材工业中最具发展活力的重要部分。目前，我国已成为人造板生产和消费大国。截止 2008 年我国人造板总产量已达 9409.95 万 m3，其中 MDF 2740.52万 m3，PB 1142.23 万 m3，PLY 3540.86 万 m3。节能降耗也一直是国内外人造板工业孜孜以求的目标
4、。自 1960 年到 2000年间，欧洲生产 1 m3人造板所耗用的可再生资源、石化类能源和电能都在持续下降，石化类能源下降到不足原来的 1/3，电能约为原来的 1/3。由美国能源部、林产品工业和科研机构在 10 年前发起的“2020 议程” （Agenda 2020）旨在提高工业生产力、减少能耗、降低对环境的影响。其确定的长期研究规划和关键优先领域中，首要问题就是降低能耗，通过技术创新，到 2020 年使能耗减少50%。人造板工业能否实现节能降耗，除工艺技术突破和人造板生产企业的管理外，人造板机械的节能降耗技术水平也起着至关重要的作用。作为对人造板工业起着重要支撑作用的我国人造板机械制造业，
5、应该为实现国家建设资源节约型、环境友好型社会、为人造板工业的节能降耗做出贡献。人造板工业节能降耗的现有技术是几代人努力的结果，但新技术、新工艺、新方法的应用在不断推动人造板节能降耗技术的深入发展，在现有技术上通过技术创新挖掘潜力仍然大有文章可做。1 从设备技术层面考虑人造板生产的节能降耗1.1 干燥设备干燥工序是中密度纤维板和刨花板生产中消耗热能的最主要工序，通常占到热能消耗的 60%以上。降低纤维和刨花干燥的热能消耗是中密度纤维板和刨花板节能的最主要环节。烟气干燥和热能中心技术的广泛应用是人造板节能技术的重要发展，有着显著的节能降耗意义。烟气干燥和热能中心技术将工厂生产热能的废烟气用于干燥，
6、由于废烟气的温度很高使得干燥后的废气仍可进一步循环利用，热效率可达 90%以上。而燃煤锅炉实际运行热效率一般不超过 70%，还有蒸汽换热过程的二次转换热损失、实际生产运行中冷凝水回收不充分的热损失、干燥机排湿的热损失等，使其热效率大大降低。另外可再生生物质能源的利用是国际能源发展的一个重要趋势， “2020 议程”提出降低能耗技术的一个重要方面就是木材剩余物能源的利用。采用热能中心技术充分利用砂光粉、筛选废料、树皮等生产废弃物是人造板生产企业利用木质能源得天独厚的优势。据人造板生产企业实测，砂光粉的低位发热量一般在 1075kJ/kg，有的能达到 1123kJ/kg，煤炭价格不断上涨的趋势使得
7、砂光粉等木材废弃物作为人造板工业能源的经济意义更为重大。除节能降耗的意义外，由于热能中心和烟气干燥技术为木质废弃物提供了一个合理的出路，将废料转变为工厂所需要的各种能源，有利于环境保护，减少环境污染，同时降低生产成本，增强市场竞争力，而且热能中心还可以处理中纤板生产中所产生的少量废水。降低干燥机蒸发负荷也是实现干燥节能的最有效途径之一。对于刨花板生产实现这一途径有难度，因为制备刨花时含水率太低会造成粉状刨花增加而恶化刨花形态。而对于中密度纤维板生产却有潜力可挖。通过预热料仓提高木片温度以减少在蒸煮缸里冷凝水的产生、通过预热料仓软化木片和改进木塞螺旋以提高木塞螺旋的脱水效果、采用密封性能更好的机
8、械密封装置以减少密封水进入磨室体，这些措施都将降低进入干燥机的纤维初含水率，从而减少干燥机蒸发负荷。1.2 风送、除尘设备风送、除尘设备是人造板生产中电耗较大得环节。在中密度纤维板生产线中，风送系统为输送物料和保护环境发挥着不可替代的重要作用。据统计，在中密度纤维板成套生产设备总装机容量(不包括供热和制胶设备)中风送、除尘系统所耗能量一般占 20%以上，并且一旦开机运行即使是空载，功耗也并不减少。然而，由于目前国内缺少与其配套的行业设计规范，其设计时采用通用的工业通风理论，设计参数选取过大，使风送系统“先天性”的处于高能耗状态。所以风送、除尘设备的性能参数给定正确和设计选用正确对生产线的能耗水
9、平影响很大，性能参数给定不正确往往造成系统运行不正常和能耗高。除尘系统的风机电能消耗与该装置得风量和阻力直接有关。实际使用中，除尘系统是按规划设计为确定的机床服务的。除尘系统的管道布置、风机确定与选型一般是按照除尘系统服务的所有机床全负荷进行设计的，风机在某一固定的转速下运转。然而，实际上，往往并不是所有机床同时开启，此时风机所提供得风量大于实际需要的气流量，这就会造成风机电能得浪费。鉴于我国木材加工企业除尘系统风机的应用现状，研究设计并采用新的高效率风机不太现实。目前，研究和应用最佳风机调节方式才是节能降耗的最有效途径。因为风机能耗与风压成正比，与风量的三次方成正比，故节能降耗可从风压和风量
10、两个方面着手。因风机风压取决于除尘管路的阻力，对于已存的管路，其阻力直接与管道流过的风量有关。由此可见：风量不仅仅决定了每个吸尘支管的吸尘效果，同时也是风机节能的关键。根据理论分析，当气力输送装置要求的风量分别为满负荷的 90%和 80%时，风机的理论能耗分别仅为原工况能耗的 72.9%和 51.2%，即分别降低了 27.1%和48.8%，可见风量对风机能耗的影响。从节能角度看，以风机调速最有利，不但可调节范围大，经济性能也最佳。另外，采用变速调节，可以降低风机噪声，减轻风机叶轮磨损，延长叶轮的使用寿命。风机调速方法有：液力耦合器、电磁滑差调速电机、双速电机、晶闸管串级调速装置及变频调速装置。
11、其中变频调速的调节效率高、调速范围大（0%100%） ，性能最佳。当调速范围在同步转速的 30%以上时，装置本身的效率不低于 90%。变速调节还有高效、节能、延长系统寿命、提高风机运行质量的优点。缺点是前期投资较多，不过从其他行业采取该方法的效果看，基本上两年就可收回全部投资。1.3 热压设备人造板生产企业选用不同的热压机生产的产品品质差异较大，其后续设备的配置也有很大不同，因为影响成品板质量的设备因素贯穿于备料至砂光工段的全过程，而热压工段则更是关键的关键。连续平压热压机生产的基材公差很小，有的仅需简单砂光甚至不砂光即可直接贴面，而多层压机、单层热压机生产的基材则需要强制砂光才能对板材进行二
12、次贴面，尤其是我国的多层压机生产线占有很大比重，所以砂光机多采用2+4+2 的砂架配置形式，既增加了人造板生产企业的投资，又浪费了许多材料和增加了电耗。因此，从节能环保的角度来看，今后我们必须加大连续压机的开发力度。据统计，一条年产 10 万 m3的连续平压生产线，同多层压机生产线相比，可减少基材砂光损失和横向截边损失 9800 m3，直接电耗仅为周期式热压机的 1/2，热耗低 10%15%，同时板材厚度可在 238mm 的大范围内任选，且“经济板厚”区间宽，即对由于板材厚度不同而引起的生产率波动不甚敏感。目前上海捷成白鹤与东北吉林亚联机械厂已先后开发出连续辊压生产线，上海人造板机器厂有限公司
13、已开发出连续平压生产线，但若大面积推广，还需要继续完善和进一步攻关。对于 38mm 以上的厚板，则应努力研制先进的真空喷蒸热压机。真空喷蒸热压技术就是先将热压板之间压有板坯的空间抽成真空，然后通入高温喷蒸蒸汽的一种热压工艺。这种压板工艺的优点为：板坯在厚度方向上受热均匀，特别适用于厚板的压制，同时可缩短胶的固化时间，提高生产率。国际上已有应用这种技术压制刨花板、定向结构板、中密度纤维板和一些非木质人造板的成功范例，南京林业大学和上海捷成白鹤木工机械有限公司合作在福建一工厂成功应用该技术生产出了特厚人造板。由于其优点突出，所以我们要尽快开发出高水平的喷蒸热压机。1.4 热磨设备在中纤板的节能降耗
14、中，热磨机的改造是必须的。国外的 70 英寸热磨机已经实现了能耗的下降，而且在磨盘直径加大以后，纤维热磨的路径增长，使纤维质量提高。磨盘的各段研磨区设计是最不合理的，特别是进料区。热磨机的磨盘切削前角一般是 0，而木材机械切削的前角都大于 20，切削角的影响肯定也会存在。加大螺旋角，就可以增加纤维磨削的时间和磨削的次数，使分离的纤维更好。为提高单位容屑能力，适当加大容屑空间是其中的一个方向。木片软化程度不够，使磨削力大幅度增加，从而导致功率不够。如何监控木片软化，应该是现代化热磨机改造的方向。木片的输入在进料速度上和磨削力形成一定的反馈，这样就可以降低功率波动的峰值，降低额定功率。新型的坚固轴
15、承（SKF）结构，是近代热磨机的首选。对于大功率的热磨机，选用静压轴承或动压轴承。彻底解决滚动轴承在高温、高压、连续重载下工作的困难工况。优化轴承配合和保护，采用新型注油系统，增加润滑油的流量控制，使过滤精度达到 3m；回油管路采取增设油气分离过滤芯、流量传感器等措施，使整个装置可长期保持良好的润滑状态，从而使其达到平稳而且基本无磨损的工作状态，加大轴承工作的可靠性。热磨机的主轴支撑装置，即轴的前、后部安装了重型辊子轴承，便于吸收径向力，而轴的中部有特别设计的液力支撑装置，用于吸收热磨过程中的轴向力。热磨机的磨盘间隙可通过电子仪器连续显示，整个过程实现全程监控。大型热磨机分区更细。进料区分布稀
16、疏的齿条有一定斜度，最佳的角度有待进一步的探讨。传统的木材热磨理论已经有近 50 年的历史，为了提高热磨的效率，热磨机的设计应采用国际上最新的热磨基础理论和方法，以实现热磨机的高技术、高质量、高转速、高可靠性、大型化的发展目标。1.5 其他设备现在备料工段的原料加工绝大多数作用力做的是无用功，有些甚至做负功，并且绝大多数切削力加载在纤维切断破坏的方向上。微米木纤维的切削理论，是通过纯物理的最佳切削方向进行纯机械的切削方法，在理论上，用于顺纹切削方向的切削力小于端面切削力的十几分之一。微米级木纤维的切削功率应远远小于机械切削和研磨所消耗的功率。因此，削片、刨片等工序加工如果引进微米长纤维切削理论
17、，将会大幅度降低能耗。国外高性能刨花分级铺装机（1992 年由瑞典 Sunds 公司开发）自面世以来已有近 60 台被用于刨花板的各种铺装生产线上，分级铺装机除具有传统铺装机的所有优点外，还可以完全消除胶团和过大的物料，有效地防止热压板或钢带损坏；稳定的铺装精度、优良的表层和均匀的芯层、相同的横向和纵向弯曲强度可提高刨花板的内在和表面质量，节省胶料、降低能耗和费用。中密度生产线上采用的真空机械成型机仍是国内生产线应用较多的一种机型。笔者认为，机械成型时纤维按照自由落体堆积成板坯，扫平前相对于板坯高度不大的表面不平不至于引起板坯堆积密度有较大的差异，经过扫平可以获得较好的成型密度均匀性。但采用真
18、空系统后，由于真空系统精确调整有困难，再加之调整后精度保持有困难，致使纤维回收量过大时浪费能源，甚至破环纤维自由堆积密度的均匀性；而纤维回收量过小时则扫平作用不明显，这有违于用真空系统调节板坯成型横向密度均匀性的初衷。从近几年国外进口的连续压机铺装均不采用真空系统却能获得较好密度均匀性的实践来看，不采用带真空系统的无纤维回收装置的机械成型机，不仅可以减少真空系统设备投资，而且还节省了风送系统的投资，使这种有待开发的新型纤维机械成型机更节能环保。2 深入考虑人造板生产的节能降耗2.1 提高刨花板机械的技术水平与中密度纤维板比较，刨花板生产能耗低，生产成本低，尺寸稳定性好，在我国应用中密度纤维板的
19、许多场合，完全可以用刨花板取代。欧洲的刨花板产量始终是中密度纤维板产量的 3 倍以上，而我国近年来刨花板的发展速度远低于中密度纤维板，刨花板的产量和产能都不足中密度纤维板的 1/2，这也是我国人造板产量结构极不合理的地方。我国刨花板发展的低迷，除了刨花板工业进入门槛低、规模小、管理差、劣质产品鱼目混珠扰乱市场的因素外，还与我国刨花板成套设备水平不高、规模偏小、产品质量较差有关。我国人造板机械制造业应该通过提高刨花板成套设备的技术水平提高刨花板质量，促进刨花板工业的快速发展，提高刨花板在人造板产量中的比重，从而促进我国人造板生产总体能耗水平的下降。2.2 提高设备运行可靠性一条年产能为 5 万
20、m3 的中密度纤维板或刨花板生产线，每一次突发故障引起的意外停机都会造成大量的热、电和原材料消耗，产生经济损失几万元甚至十几万元。一些国产成套设备生产线能耗居高不下的重要原因就是故障停机率太高。管理不善固然是重要原因，一些人造板成套设备可靠性不高、对设备的故障隐患监控不足也是很重要的原因。人造板机械制造业应该通过提高自动控制的监控水平、提高设计和元器件配套的可靠性确保成套设备的运行可靠性，在一些关键环节甚至可以采用冗余设计以减少故障停机时间。2.3 提高成套设备单线规模产能规模越小，单位产品综合能耗越高。单线产能规模小是我国人造板工业最突出的问题之一。以中密度纤维板为例，2000 年前的全部国
21、产设备平均单线设计产能不足 3 万 m3/a，至今国产成套设备平均单线设计产能仅在 4 万 m3/a左右。刨花板单线产能更低，据不完全统计，我国的刨花板生产线超过 600 条(也有人声称总数超过 800 条)，但 2005 年我国刨花板总产能仅 1 100 万 m3左右(含进口设备生产线)，平均单线产能不足 2 万 m3/a。这也是我国刨花板工业效益低下、产品质量混杂的一个重要原因。由于产能规模小，投资受限制，一些利于节能降耗的先进技术和措施难以在小规模生产线上实施，更使得小产能生产线能耗难以下降。2005 年 12 月国家发改委发布 40 号令，在产业结构调整指导目录(2005 年本)中明确
22、将单线 5 万 m3/a 以下的高/中密度纤维板项目和单线 3 万 m3/a 以下的木质刨花板项目列为限制类项目。2.4 提高机械装备保证成品板质量成品板质量不高无疑是对紧缺的能源和资源的最大浪费，这是我国人造板工业大而不强的突出表现。中密度纤维板和刨花板质量不高主要表现在甲醛释放量超标、纤维质量和刨花形态差、断面密度结构不合理、板内密度和板间密度偏差大、质量一致性差等方面。除甲醛释放量外，其他问题均与设备有关。影响成品板质量的设备因素贯穿于备料工段至砂光的全过程，往往是由多个因素共同作用的结果。要从每一台设备、每一个技术环节采取保证成品板质量的措施。对于人造板质量一致性差、变异性大的问题，应
23、该通过提高控制水平，加强对生产过程的监测和控制，依靠自动控制手段来保证产品质量的稳定性，而不是过分依靠操作者技术水平的高低来保证。3 结束语人造板机械装备的节能是一个关系到资源有效利用，使我国的人造板生产企业能以最少的资源消耗和最低的成本创造最大的效益，促进我国人造板工业从生产大国向生产强国转变的大课题。节能环保型人造板机械的发展必将使资源性加工行业也能创造绿色经济。环境友好、资源节约、生态保护，是人造板生产企业和人造板机械制造行业要追求的最高境界。参考文献1孙建,赵戈.由大变强是我国人造板工业发展的必由之路J.中国人造板,2006(2)：10-14.2朱瑞华.人造板机械设备节能技术探讨J.中国人造板,2007(3).3国家林业局.2008 年全国林业统计年报分析-林业产业发展R.2009.4张宜生,黄安民,叶克英.低碳经济视角下木材工业的发展展望J.2010(2)：18-20.5喻乐飞.热能中心在中密度纤维板工程中的应用J.林产工业,2004.6周捍东.我国中密度纤维板生产线气力输送及除尘系统能耗浅析J.林产工业，2003,30(6):16-18.7汪向华,周捍东.木材加工企业除尘系统风机应用现状及节能方法探讨J.木材加工机械,2008(4),30-32.8马岩,人造板装备制造业最新进展及节能环保人造板设备研发方向J.中国人造板,2010(11).
