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一种回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及VOCs的装置及方法与流程

来源：花匠小妙招时间：2025-01-03 08:26

本发明属于木材技术领域，具体涉及一种回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的装置及方法。

背景技术：

木材作为一种可再生的生物质材料，因其具有良好的环境与美学特性备受消费者青睐，在制作木制品前对其进行干燥或碳化处理可以显著提高木材尺寸稳定性，延长木材使用寿命。但木材在高温高湿条件下，会释放萜烯类、醛类及酸醇类有机挥发物(vocs)，vocs中有害成分如甲醛、乙醛、甲醇等会刺激人体呼吸系统及扰乱植物光合作用，从而影响人体健康和生态环境。如半纤维素在高湿热环境下发生降解反应，生成甲酸、乙酸和丙酸，而葡萄糖醛脱甲基化作用形成甲醇等。龙玲等人研究结果表明杉木(cunninghamialanceolat)、杨木(populuscanadensis)、马尾松(pinusmassoniana)和尾叶桉(eucalyptusurophylla)等4种木材生材状态下常温均可释放多种醛和萜烯挥发物，其中乙醛的释放量最高；杉木高温干燥释放挥发物总量为91.7g/m3，120℃高温干燥杉木和尾叶桉释放的甲醛比常规干燥高出3倍，甲醛高温干燥时随含水率降低释放速率增大；白冷杉(abiesspp.)锯材干燥温度82.2℃升至115.6℃时，甲醛浓度增加470％。可见干燥尾气vocs污染是一个较为严重的问题。此外，高温干燥或碳化处理尾气温度较高，大量余热被浪费。

在干燥尾气vocs处理方面，国外研究普遍采用先将尾气冷却20-60℃，后采用水溶液洗涤废气，再净化洗涤液完成vocs及粉尘脱出。国内关于木材高温干燥及碳化处理尾气处理文献较少，而企业高温碳化处理木材时，普遍将窑内尾气通入冷水中过滤，造成废水及高温尾气余热的浪费。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简单、低成本、高回收率、产生的三废极少的回收木材干燥、碳化处理尾气中余热和vocs的装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的装置，包括罐体和设于罐体一侧的油液分离组件，所述罐体内由上至下依次设有相互连通的余热回收腔、干燥腔和vocs吸附腔，所述余热回收腔的顶部连通有进气机构，所述vocs吸附腔的底部连通有排气机构，所述余热回收腔的侧壁底部与油液分离组件连接，所述余热回收腔内设有用于对尾气进行热交换的换热器，所述干燥腔内设有用于对尾气进行干燥的干燥组件，所述vocs吸附腔内设有用于对尾气中vocs进行吸附的vocs吸附组件。

上述的回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的装置，优选地，所述vocs吸附组件包括多层环状导流板，多层环状导流板由内至外同轴设置，相邻的环状导流板之间间隔设置，各所述环状导流板由多块弧形导流板围合形成，相邻的弧形导流板之间具有气流间隔，各所述弧形导流板内具有容纳腔，所述容纳腔用于盛放vocs吸附剂，所述容纳腔的腔壁上分布有多个供尾气进出的吸附孔。

上述的回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的装置，优选地，所述换热器为蛇形翅片式换热器；所述罐体外设有进水机构和出水机构，所述换热器的一端与进水机构连接，另一端与出水机构连接。

上述的回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的装置，优选地，所述干燥组件包括多孔结构的干燥仓，所述干燥仓内设有干燥剂。

上述的回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的装置，优选地，所述油液分离组件包括油液分离仓，所述油液分离仓下方设有废水罐和油脂罐，所述废水罐和油脂罐各通过一开关阀与油液分离仓的底部连接，所述油液分离仓的顶部与余热回收腔通过截止阀连接，所述油液分离仓的侧壁上设有透明的观察窗，所述余热回收腔的底部设有向上伸出的导流管，所述余热回收腔与干燥腔)通过导流管连通。

上述的回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的装置，优选地，所述干燥腔上设有第一罐门，所述vocs吸附腔的腔壁上设有第二罐门。

上述的回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的装置，优选地，还包括用于对所述换热器进行清洗的自清洁组件；所述自清洁组件包括设于所述余热回收腔顶部的高压喷头，所述高压喷头通过入水阀门、加压泵与外部的水源连接。

作为一个总的发明构思，还提供一种回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的方法，包括如下步骤：

s1、将干燥或碳化处理产生的尾气引入余热回收腔内，与换热器进行热交换，尾气经热交换后分为气体和冷凝液体；在进行热交换时，冷却水进入换热器中并在其中循环，经换热后的冷却水进入余热回收处理；

s2、所述气体进入干燥腔，经干燥组件干燥后进入vocs吸附腔内，经vocs吸附组件吸附气体中的vocs成分后，经排气机构排出；

s3、所述冷凝液体进入油液分离组件，并在其中进行油水分层，待分层完成后进行油水分离并分别回收利用。

上述的木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的方法，优选地，步骤s1中，在进行余热回收时，换热器内的冷却水循环速度不小于0.9m/s。

上述的木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的方法，优选地，还包括对换热器进行清洗的步骤，具体包括：待干燥或碳化处理完成后，将干燥组件和vocs吸附组件取出后，将自来水引入自清洁组件，在加压泵的作用下，自来水经加压成为高压清洁水，流经入水阀门后从余热回收腔顶部的高压喷头喷出，对换热器上的油脂冲洗干净。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、木材干燥及碳化处理尾气含有超标的vocs已得到行业内共识，但目前为止木材干燥或碳化处理尾气处理没有得到重视，暂未有针对木材干燥尾气vocs处理的专有设备。本发明的回收装置结构简单，能实现对干燥或碳化处理尾气中热量和vocs中有用成分的分开回收，对尾气的利用率高，产生的三废极少且处理难度小，且vocs与余热一体化处理，设备占地面积小，vocs吸附率高，余热回收量大，处理后的尾气可直接排放。克服了现有技术中目前将尾气通入冷却水内过滤，部分vocs溶于冷却水内造成二次污染的缺点，以及在余热回收方面将干燥尾气除湿后再重新导入干燥窑，虽然可以节省部分热量，但尾气含有粉尘会污染被干物料等缺陷。

2、本发明的回收装置通过采用特殊的vocs吸附组件结构，对尾气中残余的少量vocs成分进行多层级吸附，具有很好的吸附作用，确保了尾气的洁净度和环保度；本发明的回收装置仅需要引入引风机和电机这两个耗电组件即可实现对尾气中余热和vocs有用成分的回收，能耗和成本低。

3、本发明的回收装置通过采用特殊的油液分离组件结构，不仅结构简单易于实现，而且能够简单、良好且低成本地实现油水分离，有效回收了尾气中的各有用成分，产生的废液极少，处理难度小；本发明中在干燥腔和vocs吸附腔腔壁设置可开设的罐门，便于对干燥组件以及vocs吸附组件等的更换和对换热器的清洗，有利于提高设备的使用寿命，降低设备维护成本；并通过采用自清洁组件结构，能够实现对设备的自清洁，提高余热回收效率。

4、本发明的尾气处理方法快速便捷，是目前对木材干燥和碳化处理尾气最为有效的尾气处理方法，本发明的方法简单、无需操作人员进行大量复杂的工作、所用设备简单、吸附剂成本低、设备成本低廉，且处理后尾气安全，废水量极少、环保，可为木材干燥及碳化处理尾气处理技术领域提供快速处理方法，且该方法适用性广，可适用于所有木材、竹材及生物质材料干燥或碳化处理尾气处理。

附图说明

图1是本发明木材干燥、碳化处理尾气余热及vocs回收装置的主视结构半剖图。

图2是本发明木材干燥、碳化处理尾气余热及vocs回收装置的俯视结构半剖图。

图3是本发明木材干燥、碳化处理尾气余热及vocs回收装置的vocs吸附组件的西南轴侧视结构剖视图。

图中各标号表示：

1、罐体；11、余热回收腔；12、干燥腔；121、第一罐门；13、vocs吸附腔；131、第二罐门；2、油液分离组件；21、油液分离仓；22、废水罐；23、油脂罐；24、开关阀；25、截止阀；26、观察窗；3、进气机构；31、引风机；32、进气管；4、排气机构；41、排气阀；42、排气管；5、余热回收组件；51、换热器；52、进水机构；521、冷却水循环电机；522、进水管；523、进水阀门；53、出水机构；531、出水管；6、干燥组件；61、干燥仓；62、干燥剂；7、vocs吸附组件；71、环状导流板；711、弧形导流板；712、气流间隔；713、吸附孔；714、可拆装盖体；72、vocs吸附剂；8、导流管；9、自清洁组件；91、高压喷头；92、入水阀门；93、加压泵；94、入水管。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1至图3示出了本发明回收木材干燥、碳化处理尾气中余热及vocs的装置的一种实施例，本装置包括罐体1和设于罐体1一侧的油液分离组件2，罐体1内由上至下依次设有相互连通的余热回收腔11、干燥腔12和vocs吸附腔13，余热回收腔11的顶部连通有进气机构3，vocs吸附腔13的底部连通有排气机构4，余热回收腔11的侧壁底部与油液分离组件2连接，余热回收腔11内设有用于对尾气进行热交换的换热器51，干燥腔12内设有用于对尾气进行干燥的干燥组件6，vocs吸附腔13内设有用于对尾气中vocs进行吸附的vocs吸附组件7。该结构中，木材干燥、碳化处理中尾气首先通过进气机构3进入最上层的余热回收腔11中，余热回收腔11内的换热器(热交换器)51对尾气中的热量进行交换回收，经余热交换后尾气中的物质分为两个部分：气体部分和冷凝产生的油水混合液，气体部分进入干燥腔12内，经干燥组件6干燥脱除尾气中的水蒸气后，进入vocs吸附腔13内，经vocs吸附组件7脱除尾气中的vocs组分，这部分vocs为未被冷凝水吸收的醛类及酸醇类物质(在尾气vocs中占比小)，经脱除vocs组分后得到的洁净尾气可通过排气机构4排出；冷凝产生的油水混合液进入油液分离组件2内，进入油液分离组件2内的油水混合液由于油脂和水的密度不同且两者相容性差，因此可经过重力沉降分层进行分离，油脂与废水分别回收，其中油脂对应的物质萜主要为萜烯类物质，这部分油脂能够被再次利用，如可以回收后卖给化工厂，而产生的废水中仍然含有少量醛类及酸醇类物质，可回收后送污水处理厂进行处理。该装置操作方便、布局合理，不仅能够净化尾气，产生的三废极少，而且能够实现尾气中热量和有用vocs成分的回收，有益于环境保护和资源再次利用。其中vocs的回收率可高达98％，热量回收率可高达93％。

本实施例中，vocs吸附组件7包括多层环状导流板71，多层环状导流板71由内至外同轴设置，相邻层的环状导流板71之间间隔设置，各环状导流板71由多块弧形导流板711围合形成，相邻的弧形导流板711之间具有气流间隔712，各弧形导流板711内具有容纳腔，容纳腔用于盛放vocs吸附剂72，容纳腔的腔壁上分布有多个供尾气进出的吸附孔713。具体地，罐体1可以是圆柱体状。使用时，尾气进入vocs吸附腔13后与多层环状导流板71接触，尾气在环状导流板71的引导下做圆周运动，且可通过气流间隔712在不同层的环状导流板71之间流动，并通过弧形导流板711上的吸附孔713与容纳腔内的vocs吸附剂72接触及吸附，经过不断吸附后尾气再通过底部的排气机构4排出。

本实施例中，余热回收腔11内设有蛇形翅片式的换热器51；罐体1外设有进水机构52和出水机构53，换热器51的一端与进水机构52连接，另一端与出水机构53连接，换热器51、进水机构52和出水机构53均为余热回收组件5的部件。

尾气在穿过余热回收腔11时，与其中的换热器51的外部接触，换热器51吸收尾气中的热量为再次利用；进水机构52包括冷却水循环电机521和进水管522，冷却水循环电机521通过进水管522与换热器51连接，进水管522上设有进水阀门523；出水机构53包括出水管531，换热器51通过出水管531与锅炉等热回收设备连接。该结构中，冷却水循环电机521用于与外部水源连接，为换热器51提供冷却水，冷却水通过进水管522进入各蛇形翅片式的换热器51中，冷却水沿着换热器51的蛇形管道流动，逐渐吸收尾气中的余热，再通过出水机构53流至外部使用，如出水机构53连接外部锅炉进水，从而将吸热后的冷却水引入锅炉中，热量为锅炉利用；进水阀门523用于控制冷却水进入换热器51中的开启或关闭。

本实施例中，干燥组件6包括多孔结构的干燥仓61，例如可以是顶部和底部带孔的干燥仓61，干燥仓61用于盛放干燥剂62。当尾气进入干燥腔12时，通过多孔结构进入干燥仓61内，尾气中的水蒸气被干燥剂62吸收，经干燥剂62干燥的尾气继续依次穿过干燥仓61和干燥腔12与vocs吸附腔13的连通处进入vocs吸附腔13。

本实施例中，油液分离组件2包括油液分离仓21，油液分离仓21的侧壁上设有透明的观察窗26，油液分离仓21下方设有废水罐22和油脂罐23，废水罐22和油脂罐23分别通过一开关阀24与油液分离仓21的底部连通，油液分离仓21的顶部与余热回收腔11通过截止阀25连通，余热回收腔11的底部设有向上延伸的导流管8，余热回收腔11的侧壁上设有向下倾斜的引流板，导流管8的长度优选为罐体1直径的1/5-1/3，本实施例中直径1m的罐体1的导流管8高度为0.2m，余热回收腔11与干燥腔12通过导流管8连通。冷凝后油液混合物(油主要为萜烯类物质)通过截止阀25进入油液分离仓21内，由于油水密度不同，且两者不相溶，因此在油液分离仓21内进行油液分离，通过观察窗26观察油液分离情况，分离完成后，首先打开与废水罐22连接的开关阀24，让油液分离仓21下层的废液通过该开关阀24进入废水罐22内，待油液分离仓21下层的废液流尽后，立马关闭该开关阀24，然后打开与油脂罐23连接的开关阀24，将油液分离仓21内余下的油脂排入油脂罐23内，即完成油液分离。油脂回收后买给化工厂，废水回收后送污水处理厂。

本实施例中，余热回收腔11的侧壁上可设置用于观察位于余热回收腔11内的冷凝后油液混合物液面高度的观察仓，通过该观察窗来查看冷凝液体是否构成液封，并根据液面高度来决定是否开启截止阀25。

本实施例中，进气机构3包括引风机31和进气管32，进气管32与余热回收腔11连通，引风机31设于进气管32上。余热回收腔11通过进气管32与尾气源干燥窑或碳化窑连接，使用时，通过引风机31将干燥窑或碳化窑内的尾气引入罐体1内的余热回收腔11内，引风机31的开启时间与干燥窑排湿或碳化窑排汽时间一致。

本实施例中，排气机构4包括排气阀41和排气管42，排气管42与vocs吸附腔13连通，排气阀41设于排气管42上。

本实施例中，干燥腔12上设有第一罐门121，vocs吸附腔13的腔壁上设有第二罐门131。

具体地，弧形导流板711的内部中空且构成容纳腔，弧形导流板711的侧壁上设置有多个供尾气进出的吸附孔713，弧形导流板711的至少一端为可开闭的结构，如图3所示，弧形导流板711的一端(如顶端)具有开口，开口处盖有可拆装盖体714，弧形导流板711优选可拆卸的安装在vocs吸附腔13内，更换vocs吸附剂72时，打开第二罐门131，拆出弧形导流板711，然后再打开该弧形导流板711的可拆装盖体714，取出旧的vocs吸附剂72，更换成新的vocs吸附剂72，再盖上可拆装盖体714、装上弧形导流板711、关上第二罐门131即可；第一罐门121便于干燥腔12内的干燥仓61和干燥剂62拆换。

本实施例中，还包括用于对换热器51进行清洗的自清洁组件9，自清洁组件9包括设于余热回收腔11顶部的高压喷头91，入水阀门92、加压泵93和入水管94，高压喷头91通过入水阀门92、加压泵93与外部的水源连接。待尾气处理完成后，打开第一罐门121和第二罐门131，取出所有弧形导流板711和干燥仓61后，再关闭第一罐门121和第二罐门131，打开入水阀门92，开启加压泵93，通过加压泵93产生高压清洁水，通过入水阀门92控制流量，利用余热回收腔11顶部的高压喷头91喷出的高压清洁水将换热器51上油脂冲洗干净，防止油脂积累影响余热回收性能。

本发明还提供一种回收木材干燥、碳化处理尾气中vocs及余热的方法的实施例，包括以下步骤：

s1、将干燥或碳化处理产生的尾气引入余热回收腔11内，与换热器51进行热交换，尾气经热交换后分为气体和冷凝液体；在进行热交换时，冷却水进入换热器51中并在其中强制循环，经换热后的冷却水进入锅炉，达到余热回收的目的；本步骤中，通过引风机31将干燥窑或碳化窑的尾气引入。

s2、气体(通过余热回收腔11与干燥腔12连通的开口处)进入干燥腔12，经干燥组件6干燥后进入vocs吸附腔13内，经vocs吸附组件7吸附气体中的vocs成分后，经排气机构4排出；经多层吸附处理尾气可达到我国废气综合排放标准，因此可以直接通过排气机构4排入空气中。

s3、冷凝液体进入油液分离组件2，并在其中进行油水分层，待分层完成后进行分离并回收利用。

步骤s3具体包括：打开连通余热回收腔11与油液分离仓21的截止阀25，冷凝液体进入油液分离仓21内，重力沉降分层，通过观察窗26观察油水分离情况，先打开与废水罐22连接的开关阀24，让油液分离仓21下层的废液进入废水罐22内，待油液分离仓21下层的废液流尽后，立马关闭该开关阀24，再打开与油脂罐23连接的开关阀24，将油液分离仓21内余下的油脂排入油脂罐23内，即完成油水分离；本步骤中，回收的油脂主要成分为萜烯类物质，回收后可卖给化工厂，而废水回收后送污水处理厂。

本实施例中，步骤s1中，在进行余热回收时，开启冷却水循环电机521，冷却水通过进水机构52进入换热器51内，通过冷却水循环电机521提供动力在蛇形翅片式的换热器51内强制循环，与尾气进行热量交换，然后经出水机构53进入锅炉等热回收设备中，蛇形翅片换热器51内冷却水循环速度不小于0.9m/s，经过余热回收后尾气通过导流管8进入干燥组件6，油液混合物进入油液分离仓21。

本实施例中，步骤s2中，尾气在引风机31及环状导流板71的牵引下在vocs吸附组件7内强制循环，即尾气在引风机31和环状导流板71的引导下做圆周运动，且可通过气流间隔712在不同层的环状导流板71之间流动，并进入弧形导流板711上的吸附孔713与vocs吸附剂72接触，尾气中vocs被吸附剂吸收，经过多层吸附处理的干燥或碳化尾气可达到我国废气综合排放标准，通过排气机构4直接排入空气中。

本实施例中，还包括置换干燥剂62及vocs吸附剂72的步骤。具体可以是：每个干燥或碳化处理周期后，通过打开干燥腔12的第一罐门121，将干燥仓61取出更换干燥剂62或将取出的干燥剂62进行脱水处理后重新利用；经若干干燥或碳化处理周期后，开启vocs吸附腔13的第二罐门131，取出vocs吸附组件7，即取出弧形导流板711并开启可拆装盖体714，将vocs吸附剂72倒出，加入新的vocs吸附剂72，并盖上可拆装盖体714，再将弧形导流板711装入vocs吸附腔13内。

本实施例中，还包括对换热器51进行清洗的步骤，具体是，待干燥或热处理完成后，将干燥组件6和vocs吸附组件7取出后，关闭罐门，自来水进入自清洁组件9，在加压泵93的作用下，自来水经加压成为高压清洁水，流经入水阀门92后从余热回收腔11顶部的高压喷头91喷出，对蛇形翅片式的换热器51上的油脂冲洗干净，防止长期使用过程中油脂积累影响余热回收性能，冲洗过程中通过入水阀门92来控制清洗剂的流量。

本实施例中，步骤s3中，优选先将连通余热回收腔11与油液分离仓21的截止阀25关闭，待余热回收处理一段时间后再打开截止阀25，在装置工作时，始终保持余热回收腔11与油液分离仓21的连通口处有冷凝液体构成液封，防止烟气从连通口排出，例如可以在余热回收腔11侧壁上设置观察窗，通过观察窗来查看冷凝液体是否能构成液封以及根据液面高度来决定是否开启截止阀25。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。