欒振輝 劉肖 李海龍

摘 要：為了提高稻殼熱解氣的質(zhì)量，需要對稻殼進(jìn)行干燥預(yù)處理。在綜合分析熱風(fēng)干燥原理的基礎(chǔ)上，利用稻殼熱解爐排出的高溫?zé)煔庾鳛闊犸L(fēng)源，設(shè)計了一種稻殼高溫?zé)煔飧稍锵到y(tǒng)，對其中的干燥器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用高溫?zé)煔馀c稻殼逆流的干燥方式，在干燥器中設(shè)置了擾動裝置，減緩了稻殼下落的速度，在干燥器進(jìn)出口分別設(shè)置了溫度傳感器，對干燥過程進(jìn)行監(jiān)控。選取了稻殼和高溫?zé)煔獾倪M(jìn)出口溫度以及稻殼下落速度等參數(shù)，確定了干燥器的結(jié)構(gòu)尺寸和操作參數(shù)。研究結(jié)果表明，在相同處理量情況下，本干燥系統(tǒng)減小了干燥器的縱向尺寸，降低了高溫?zé)煔獾牧魉?，從而可降低干燥器的安裝要求，減少干燥器的熱損，提高干燥系統(tǒng)的性能。

關(guān)鍵詞：稻殼；高溫?zé)煔飧稍?；干燥器；擾動裝置

中圖分類號： S216 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-1098（2017）05-0009-05

Abstract：In order to improve the quality of rice hull pyrolysis gas， the rice husk needs to be deal with dry pretreatment. On the basis of comprehensive analysis of the principle of hot air drying， using the hot exhaust gas of rice hull retort as a heat source， the authors put forward a rice hull hot exhaust gas drying system， designed the dryer with hot exhaust gas and rice hull counter-current dry method. A disturbance device was installed in the dryer， which can slow down the speed of rice hull whereabouts. And two temperature sensors were respectively set in the import and export of the dryer to monitor the drying process. This paper selected the import and export temperature of the hot exhaust gas and the rice hull， and rice hull parameters such as falling speed， determined the structure size of the dryer and the operating parameters of the system. The study indicates that the system can decrease the vertical size of the dryer， reduce the speed of the hot exhaust gas， thus can reduce the dryer's installation requirements， reduce the heat loss of the dryer， and improve the performance of the drying system.

Key words：rice hull； hot exhaust gas drying； dryer； disturbance device

能源短缺、環(huán)境污染等問題已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展。生物質(zhì)能源作為一種可再生、可持續(xù)發(fā)展且對環(huán)境友好的能源[1]，可以明顯改善我們目前的窘境。生物質(zhì)是指利用大氣、水、土壤等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體，包括植物、動物和微生物[2]。據(jù)文獻(xiàn)[3]調(diào)查，我國理論生物質(zhì)能源大約有50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，達(dá)到了我國目前總能耗的4倍左右。生物質(zhì)資源的種類很多，包括農(nóng)作物秸稈、林業(yè)廢棄物以及稻殼等等，生物質(zhì)能的利用，不但緩解了我國能源短缺的問題，同時解決了農(nóng)作物秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染問題[4]。中國是世界上最大的水稻種植國，根據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2015年中國谷物產(chǎn)量57 225萬噸，稻殼約占稻谷質(zhì)量的20%左右，即稻殼約11 445萬噸，稻殼資源十分豐富，如果能夠利用好稻殼資源，不僅能夠節(jié)約資源、凈化環(huán)境，還能帶來頗為不菲的經(jīng)濟(jì)利益。目前，稻殼等生物質(zhì)資源的熱解利用已被廣泛接受，熱解的第一步便是干燥，然而，關(guān)于稻殼干燥方面的研究還比較少。朱錫鋒和陳登宇等研究表明[5-6]，生物質(zhì)中的水分會影響生物油的品質(zhì)，熱解反應(yīng)中吸收的熱量有很大一部分就是用以除去生物質(zhì)原料中的水分，生物質(zhì)中的水分會使得熱解反應(yīng)開始的時間延后[7]。高溫?zé)煔飧稍镱A(yù)處理有利于生物質(zhì)熱解，及節(jié)省能量。

1 熱風(fēng)干燥原理

Whitaker體積平均理論[8]與Luikov唯象理論[9]是目前主要物料干燥過程中的傳熱傳質(zhì)理論，它們較好地反映物料干燥過程傳熱傳質(zhì)的本質(zhì)，但由于理論公式的推導(dǎo)過于復(fù)雜，求解非常麻煩，給實際應(yīng)用帶來了困難[10]。因此，對于絕大多數(shù)的物料干燥過程，仍然要通過干燥實驗曲線進(jìn)行分析和描述。通常，物料干燥過程可分為預(yù)熱階段、恒速干燥階段和降速干燥階段等三個階段，如圖1所示[11]。在預(yù)熱階段AB，物料的溫度θ小于該空氣條件下的濕球溫度tw，空氣向物料傳遞熱量，物料溫度上升，當(dāng)水分汽化所需熱量等于空氣傳入物料的熱量時，θ=tw，物料的預(yù)熱階段結(jié)束；在恒速干燥階段BC，物料表面潤濕，呈現(xiàn)連續(xù)水膜，空氣向物料的傳熱推動力以及水分從物料表面向空氣汽化的推動力均恒定不變，水分汽化速率保持恒定；物料的含水量降到C點時，內(nèi)部水分向表面的移動速率已下降到來不及向表面補充足夠的水分以維持整個表面的濕潤，因而出現(xiàn)不濕潤點，當(dāng)濕潤表面繼續(xù)減小到D點，表面完全不濕潤，從第一降速段進(jìn)入第二降速段，汽化表面逐漸從物料表面向物料內(nèi)部轉(zhuǎn)移，汽化所需熱量通過固體傳到汽化區(qū)域，汽化了的水汽穿過固體孔隙向外部擴(kuò)散，水分的汽化速率進(jìn)一步降低，直到點E時，物料的水分汽化速率等于零，此時物料溫度θ等于空氣溫度t。

干燥過程的實質(zhì)是將濕分從固相轉(zhuǎn)移到氣相中，工業(yè)干燥多半用熱空氣、過熱蒸汽或煙道氣作為干燥介質(zhì)。干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，按干燥操作方法的不同，可分為對流干燥、輻射干燥、真空干燥和聯(lián)合干燥。就傳統(tǒng)干燥技術(shù)而言，熱風(fēng)干燥技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的一種干燥技術(shù)，其具有操作方式簡單、過程易于控制等優(yōu)點，因而具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢，對于生物質(zhì)物料，熱風(fēng)干燥技術(shù)也是一種比較經(jīng)濟(jì)可行的干燥方式[12]。因此，本文采用熱風(fēng)干燥技術(shù)，并利用稻殼熱解爐排出的高溫?zé)煔庾鳛闊犸L(fēng)源。

2 稻殼高溫?zé)煔飧稍锵到y(tǒng)設(shè)計

根據(jù)前述熱風(fēng)干燥原理，本文設(shè)計了稻殼高溫?zé)煔飧稍锵到y(tǒng)如圖2所示，其主要由螺旋輸送機(jī)、干燥器和風(fēng)機(jī)等組成，其中干燥器分上箱體和下箱體兩部分。稻殼物料由螺旋輸送機(jī)2通過入料口3進(jìn)入干燥器6中，干燥后的稻殼經(jīng)過螺旋輸送機(jī)8排出，進(jìn)入熱解爐進(jìn)行熱解處理。熱解爐排出的高溫?zé)煔庥蛇M(jìn)風(fēng)管9進(jìn)入干燥器6，高溫?zé)煔庥娠L(fēng)機(jī)5經(jīng)出風(fēng)口4排出，在風(fēng)機(jī)5的抽吸作用下，干燥器處于負(fù)壓狀態(tài)，有助于物料進(jìn)入干燥器。干燥器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了使稻殼物料下落均勻，并延長稻殼下落時間，在干燥器中安裝有螺旋葉片12和擾動裝置13，擾動裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

稻殼干燥過程如下：稻殼由螺旋輸送機(jī)2輸入干燥器，在干燥器上箱體中積累，來自進(jìn)風(fēng)管9的高溫?zé)煔馔ㄟ^稻殼之間的縫隙自下而上流動，使稻殼溫度升高，水分初步蒸發(fā)，完成預(yù)熱階段；升溫后的稻殼由螺旋葉片12向下輸送，均勻地分散到干燥器中，而后，稻殼經(jīng)擾動裝置13進(jìn)一步分散，由一層側(cè)滑到另一層逐層下落，下落軌跡曲折、路程長、速度低，延長了稻殼的下落時間；另一方面，稻殼下落時與高溫?zé)煔饽嫦颍稍锉砻娣e大，增強(qiáng)了干燥效果；另外，擾動片有一定傾角，保證其上不積累稻殼，擾動片底部為半圓球結(jié)構(gòu)，保證了擾動片的晃動自由度，有利于稻殼的均勻分布；落入底部的稻殼由出料管15收集，并通過螺旋輸送機(jī)8排出，進(jìn)入熱解爐進(jìn)行熱解處理。

位于干燥器上箱體的溫度傳感器10測量進(jìn)料稻殼溫度并返回計算機(jī)，與給定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)溫度高于閾值時，計算機(jī)控制變頻電機(jī)1和11增加轉(zhuǎn)速，增大上箱體中稻殼更新速度；當(dāng)溫度低于閾值時，計算機(jī)控制變頻電機(jī)1和11降低轉(zhuǎn)速，減小上箱體稻殼更新速度，使稻殼充分升溫。位于干燥器下箱體中溫度傳感器14測量出料管段中稻殼溫度并返回計算機(jī)，與給定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)溫度高于閾值時，計算機(jī)控制變頻電機(jī)7增加轉(zhuǎn)速，及時將干燥箱中的稻殼輸出，出料速度增加；當(dāng)溫度低于閾值時，計算機(jī)控制變頻電機(jī)7降低轉(zhuǎn)速，降低稻殼輸出速度，積在出料管段的稻殼時刻處于干燥器高溫?zé)煔夥諊?，繼續(xù)干燥，整個控制系統(tǒng)保證了干燥效果。

4 結(jié)論

熱風(fēng)干燥技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的一種干燥技術(shù)，但是存在設(shè)備縱向尺寸大、風(fēng)速高、壓力損失大等不足。如按處理量1 500kg/h計，普通熱風(fēng)干燥器，要完成相應(yīng)的工作量，一般風(fēng)速在20m/s以上，設(shè)備高度16m左右，呈細(xì)長桿狀，對設(shè)備材料、安裝、維修要求較高，且由于風(fēng)速大，耗能大、熱損高，而本干燥器直徑1m，長7.5m，風(fēng)速4m/s，對干燥器的機(jī)械材料、工作環(huán)境、動力性能等要求都比較低。

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（責(zé)任編輯：李 麗，范 君）