張 彥

(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430040)

生物炭壓縮成型制得的生物質(zhì)型炭不僅具有較高的能量體積密度，而且有較好的抗壓能力以及抗跌碎強(qiáng)度，可作為燃料代替煤炭，減輕工業(yè)鍋爐、供暖、餐飲、燒烤等工業(yè)和生活能源的壓力[1]。型炭成型過(guò)程需要添加一定比例的粘合劑和水[2]，因此剛生產(chǎn)出的生物質(zhì)型炭含水率較高，需經(jīng)過(guò)烘干來(lái)提高各項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)[3]。而工業(yè)生產(chǎn)中，烘干過(guò)程能耗較大且成本較高，因此烘干工藝的選擇對(duì)項(xiàng)目的投資以及成品的質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。筆者以安徽池州某生物質(zhì)氣化電廠為例，通過(guò)對(duì)兩種烘干工藝的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性能對(duì)比，為今后此類項(xiàng)目投資者和設(shè)計(jì)者提供參考。

1 工程概況

該電廠以當(dāng)?shù)爻渥愕闹裰破窂U料為原料，采用氣化工藝生產(chǎn)生物炭、燃?xì)?含油)，生物炭經(jīng)加工制成生物質(zhì)型炭后銷售，燃?xì)庥糜诎l(fā)電及供熱。

電廠每天生產(chǎn)含水率為30%的生物質(zhì)型炭42 t左右，單個(gè)型炭尺寸170mm×40mm×40mm，質(zhì)量約為340 g。要求通過(guò)烘干工藝，將型炭含水率降至5%左右，干燥介質(zhì)為空氣預(yù)熱器的干凈熱風(fēng)。

2 烘干工藝設(shè)計(jì)方案

烘干工藝設(shè)計(jì)了兩套方案。方案一采用熱風(fēng)循環(huán)烘箱工藝，生物質(zhì)型炭由人工擺放在烘盤上，擺放至烘車后，再推入烘箱中進(jìn)行干燥。方案二采用翻板式烘干機(jī)工藝，烘干機(jī)內(nèi)部設(shè)有多組輸送機(jī)，輸送機(jī)頭尾部設(shè)有自動(dòng)翻板結(jié)構(gòu)，生物質(zhì)型炭運(yùn)輸過(guò)程中，會(huì)自動(dòng)落入下層輸送板。

2.1 方案一：熱風(fēng)循環(huán)烘箱工藝

熱風(fēng)循環(huán)烘箱為箱式雙開(kāi)門結(jié)構(gòu)，烘箱兩側(cè)及頂部設(shè)有風(fēng)道，箱內(nèi)空氣循環(huán)系統(tǒng)采用風(fēng)機(jī)循環(huán)送風(fēng)方式。設(shè)備在工作中，熱風(fēng)在頂部風(fēng)道、兩側(cè)風(fēng)道及烘干室內(nèi)構(gòu)成熱風(fēng)循環(huán)，以保證箱體內(nèi)溫均勻性。烘箱形式見(jiàn)圖1。

圖1 熱風(fēng)循環(huán)烘箱

根據(jù)每天生產(chǎn)生物質(zhì)型炭總量，烘箱及附屬設(shè)施選型如下：

(1)烘盤采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸460mm×640mm×45mm，每個(gè)烘盤可放置34根型炭，每盤型炭質(zhì)量為11.56 kg。烘盤采用SUS 304不銹鋼一次沖壓成型，厚度0.8 mm。

(2)烘車尺寸710mm×950mm×1750mm，共16層，每層可放置2個(gè)烘盤，一個(gè)烘車共可放置32個(gè)烘盤，整車可放置物料約為370 kg。烘車和烘盤總重約100 kg。因此烘車總重約470 kg，正常成年人可推動(dòng)。

(3)烘箱尺寸4600mm×7000mm×2200mm，采用對(duì)開(kāi)方式，共4個(gè)烘箱。每個(gè)烘箱內(nèi)可放置4排烘車，共28輛，每個(gè)烘箱可裝10.36 t型炭。烘箱設(shè)有循環(huán)風(fēng)機(jī)，用于熱風(fēng)的循環(huán)。烘箱采用不銹鋼，鋼板間隔熱材料為巖棉，烘箱門密封采用橡膠條。烘箱底部烘車軌道采用凹形，便于烘車推進(jìn)。

2.2 方案二：翻板式烘干機(jī)工藝

翻板式烘干機(jī)是一種批量、連續(xù)式生產(chǎn)的干燥設(shè)備，利用鋼鏈板作為傳輸帶運(yùn)載物料進(jìn)行連續(xù)烘干。烘干機(jī)內(nèi)設(shè)有多層鏈板輸送機(jī)，型炭在翻板上行走至機(jī)頭或機(jī)尾位置處，會(huì)自動(dòng)落入下層翻板，即在同一層輸送機(jī)會(huì)來(lái)回運(yùn)行兩次，可實(shí)現(xiàn)單層雙行程烘干。翻版式烘干機(jī)形式見(jiàn)圖2。

圖2 翻板式烘干機(jī)

含水率較高的生物質(zhì)型炭首先經(jīng)烘干機(jī)頂部進(jìn)料口落入第一組輸送機(jī)上層翻板，型炭由輸送機(jī)尾部向頭部方向移進(jìn)，移進(jìn)過(guò)程中與熱空氣接觸脫除水分，移至接近輸送機(jī)頭部鏈輪時(shí)翻板下翻，將型炭卸入下層翻板。卸掉型炭的翻板繞鏈輪轉(zhuǎn)入下層，接收上層卸下型炭后返回機(jī)尾，將型炭卸入第二組輸送機(jī)上層翻板上。卸入第二組的型炭繼續(xù)循環(huán)移動(dòng)干燥，最后卸入烘干機(jī)尾部出料口。烘干機(jī)內(nèi)每組輸送機(jī)之間以及上下兩層翻板高度都僅為200 mm，型炭下落過(guò)程中無(wú)任何破損。熱風(fēng)由風(fēng)機(jī)送入烘干機(jī)底部風(fēng)道再經(jīng)調(diào)風(fēng)閥進(jìn)入分風(fēng)管及支風(fēng)管，由支風(fēng)管上的分布孔吹入烘干機(jī)內(nèi)，與型炭充分接觸后，濕蒸汽攜帶水分從烘干機(jī)頂部排風(fēng)口排出。

翻板式烘干機(jī)可通過(guò)調(diào)整箱內(nèi)輸送機(jī)長(zhǎng)度、輸送機(jī)層數(shù)以及運(yùn)行速度，來(lái)調(diào)節(jié)型炭與熱風(fēng)接觸時(shí)間，從而調(diào)節(jié)烘干機(jī)的干燥速度。整個(gè)干燥過(guò)程連續(xù)不間斷，烘干效率高，且設(shè)備占地面積小。

烘干機(jī)選型：尺寸2590mm×15000mm×3390mm，翻板寬度1 800 mm，內(nèi)部輸送機(jī)共5組。

3 方案分析及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3.1 方案特點(diǎn)分析

方案一的熱風(fēng)循環(huán)烘箱，適用范圍廣，可干燥各種物料，是目前常見(jiàn)的烘干設(shè)備，有以下特點(diǎn)：

(1)物料為靜態(tài)烘干，烘干過(guò)程中不影響物料的原始性能指標(biāo)；

(2)烘箱運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，整機(jī)噪聲低，設(shè)備內(nèi)部無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，后期基本無(wú)需維護(hù)，只需要每?jī)赡旮鼡Q門的密封條；

(3)人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，型炭需要人工擺放至烘盤，再放入烘車中，然后推入烘箱內(nèi)。烘干完后，還需人工將型炭裝箱；

(4)烘車高度及總重受人工操作的限制，從而影響整個(gè)烘房的高度，增加了占地面積；

(5)箱體主要由鋼板及型鋼組成，需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接安裝，設(shè)備運(yùn)輸及安裝較為麻煩。

方案二的翻板式烘干機(jī)，為連續(xù)式烘干設(shè)備，有以下特點(diǎn)：

(1)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)式烘干物料，人工勞動(dòng)強(qiáng)度低，工人只需在烘干機(jī)尾部出料口進(jìn)行裝箱即可；

(2)可根據(jù)場(chǎng)地大小來(lái)調(diào)整烘干機(jī)內(nèi)輸送機(jī)的數(shù)量及長(zhǎng)度，對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性好；

(3)型炭在烘干機(jī)內(nèi)停留時(shí)間可根據(jù)進(jìn)風(fēng)溫度、初始水分等要求自由調(diào)節(jié)；

(4)型炭在烘干機(jī)內(nèi)運(yùn)行過(guò)程中，來(lái)回翻面，可使型炭干燥均勻，干燥效率高。但同時(shí)型炭在上下跌落過(guò)程中存在損壞現(xiàn)象；

(5)翻板式烘干機(jī)內(nèi)部運(yùn)行部件較多，后期維護(hù)費(fèi)用較高。但烘干機(jī)箱體都是由標(biāo)準(zhǔn)段組合而成，運(yùn)輸及安裝方便；

(6)烘干機(jī)內(nèi)部熱風(fēng)風(fēng)速可達(dá)到10～16 m/s，型炭烘干速率較高[4]。

3.2 方案的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

兩方案的設(shè)備安裝費(fèi)及運(yùn)行費(fèi)用見(jiàn)表1。

表1 投資明細(xì)

注：年運(yùn)行雜費(fèi)包括人工費(fèi)、更換部件費(fèi)用及其他運(yùn)行中所消耗能源的費(fèi)用。

由表1可知，方案一的總投資額高于方案二。其中，方案一年運(yùn)行電費(fèi)比方案二高出很多。這是由于方案一中有4臺(tái)熱風(fēng)循環(huán)烘箱，每個(gè)烘箱都需設(shè)置多個(gè)循環(huán)風(fēng)機(jī)，而方案二只有1臺(tái)翻板式烘干機(jī)，且輸送機(jī)速度運(yùn)行緩慢，電耗很低。方案二年運(yùn)行雜費(fèi)比方案一高。這是因?yàn)榉桨敢粺犸L(fēng)循環(huán)烘箱屬于靜態(tài)干燥設(shè)備，箱內(nèi)除風(fēng)機(jī)之外無(wú)其他運(yùn)行部件，設(shè)備基本沒(méi)有損耗，只需每?jī)赡旮鼡Q箱門密封條；而方案二翻板式烘干機(jī)內(nèi)有多組鏈板輸送機(jī)，每天處于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)中，鏈條易損壞，且容易出現(xiàn)掉鏈、卡鏈和跑偏現(xiàn)象。

3.3 方案的技術(shù)性能對(duì)比

熱風(fēng)循環(huán)烘箱與翻板式烘干機(jī)在技術(shù)性能方面相比，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

3.3.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

方案一的熱風(fēng)循環(huán)烘箱由角鋼、不銹鋼板以及冷鋼板構(gòu)成，保溫層則由巖棉填充，結(jié)構(gòu)單一。方案二的翻板式烘干機(jī)內(nèi)部有多組鏈板輸送機(jī)，且輸送機(jī)頭部尾部都設(shè)有翻板機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。兩者相比，方案一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。

3.3.2 設(shè)備可靠性

方案一不存在設(shè)備因?yàn)楣收隙Ｖ惯\(yùn)行，即使循環(huán)風(fēng)機(jī)因?yàn)楣收贤Ｖ惯\(yùn)行，也不影響整個(gè)設(shè)備，可靠性高。方案二由于有多組鏈板輸送機(jī)運(yùn)行，且物料是從頂層連續(xù)運(yùn)輸?shù)降讓樱绻渲?臺(tái)輸送機(jī)發(fā)生故障，則整個(gè)烘干機(jī)停止運(yùn)行，因此方案二的設(shè)備可靠性相對(duì)較低。

3.3.3 設(shè)備自動(dòng)化程度

方案一的烘箱采用靜態(tài)烘干，烘干前工人需要將所有型炭裝車并推入烘箱，待型炭烘干完并冷卻后，再由人工裝箱，烘干前后工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，設(shè)備自動(dòng)化程度低。而方案二烘干機(jī)采用連續(xù)不間斷烘干，工人需在烘干機(jī)尾部不斷將型炭打包，工人勞動(dòng)強(qiáng)度不大，設(shè)備自動(dòng)化程度高。

3.3.4 運(yùn)行及維護(hù)

方案一的設(shè)備運(yùn)行燥聲低，運(yùn)行平穩(wěn)，溫度自動(dòng)控制，維護(hù)方便，只需每?jī)赡旮鼡Q箱門密封條。方案二的鏈板輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，鏈條易磨損，且容易出現(xiàn)掉鏈、卡鏈和跑偏現(xiàn)象，后期維護(hù)費(fèi)用較高，同時(shí)型炭在落入下層翻板時(shí)，容易出現(xiàn)破損。方案二的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，方案一的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，便于操作。

4 結(jié) 論

(1)人工成本及初期投資資金有限的情況下，可選擇翻板式烘干機(jī)。

(2)在資金充裕前提下，綜合考慮設(shè)備的可靠性及后期運(yùn)行維護(hù)成本，可選擇熱風(fēng)循環(huán)烘箱。

(3)受場(chǎng)地限制的情況下，可選擇翻板式烘干機(jī)，與熱風(fēng)循環(huán)烘箱占用面積相比，可節(jié)省場(chǎng)地面積70%。