兩種生物質(zhì)型炭烘干工藝的技術(shù)經(jīng)濟比較

張 彥

(湖北省電力勘測設(shè)計院有限公司，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)過烘干來提高各項強度指標(biāo)[3]。而工業(yè)生產(chǎn)中，烘干過程能耗較大且成本較高，因此烘干工藝的選擇對項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，通過對兩種烘干工藝的經(jīng)濟性和技術(shù)性能對比，為今后此類項目投資者和設(shè)計者提供參考。

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，單個型炭尺寸170mm×40mm×40mm，質(zhì)量約為340 g。要求通過烘干工藝，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)計方案

烘干工藝設(shè)計了兩套方案。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工藝，烘干機內(nèi)部設(shè)有多組輸送機，輸送機頭尾部設(shè)有自動翻板結(jié)構(gòu)，生物質(zhì)型炭運輸過程中，會自動落入下層輸送板。

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個烘盤，一個烘車共可放置32個烘盤，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。

(3)烘箱尺寸4600mm×7000mm×2200mm，采用對開方式，共4個烘箱。每個烘箱內(nèi)可放置4排烘車，共28輛，每個烘箱可裝10.36 t型炭。烘箱設(shè)有循環(huán)風(fēng)機，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：翻板式烘干機工藝

翻板式烘干機是一種批量、連續(xù)式生產(chǎn)的干燥設(shè)備，利用鋼鏈板作為傳輸帶運載物料進(jìn)行連續(xù)烘干。烘干機內(nèi)設(shè)有多層鏈板輸送機，型炭在翻板上行走至機頭或機尾位置處，會自動落入下層翻板，即在同一層輸送機會來回運行兩次，可實現(xiàn)單層雙行程烘干。翻版式烘干機形式見圖2。

圖2 翻板式烘干機

含水率較高的生物質(zhì)型炭首先經(jīng)烘干機頂部進(jìn)料口落入第一組輸送機上層翻板，型炭由輸送機尾部向頭部方向移進(jìn)，移進(jìn)過程中與熱空氣接觸脫除水分，移至接近輸送機頭部鏈輪時翻板下翻，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尾，將型炭卸入第二組輸送機上層翻板上。卸入第二組的型炭繼續(xù)循環(huán)移動干燥，最后卸入烘干機尾部出料口。烘干機內(nèi)每組輸送機之間以及上下兩層翻板高度都僅為200 mm，型炭下落過程中無任何破損。熱風(fēng)由風(fēng)機送入烘干機底部風(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內(nèi)，與型炭充分接觸后，濕蒸汽攜帶水分從烘干機頂部排風(fēng)口排出。

翻板式烘干機可通過調(diào)整箱內(nèi)輸送機長度、輸送機層數(shù)以及運行速度，來調(diào)節(jié)型炭與熱風(fēng)接觸時間，從而調(diào)節(jié)烘干機的干燥速度。整個干燥過程連續(xù)不間斷，烘干效率高，且設(shè)備占地面積小。

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

3 方案分析及技術(shù)經(jīng)濟比較

3.1 方案特點分析

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

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

(2)烘箱運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，整機噪聲低，設(shè)備內(nèi)部無運動部件，后期基本無需維護(hù)，只需要每兩年更換門的密封條；

(3)人工勞動強度大，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)場進(jìn)行焊接安裝，設(shè)備運輸及安裝較為麻煩。

方案二的翻板式烘干機，為連續(xù)式烘干設(shè)備，有以下特點：

(1)可實現(xiàn)連續(xù)式烘干物料，人工勞動強度低，工人只需在烘干機尾部出料口進(jìn)行裝箱即可；

(2)可根據(jù)場地大小來調(diào)整烘干機內(nèi)輸送機的數(shù)量及長度，對場地的適應(yīng)性好；

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

(4)型炭在烘干機內(nèi)運行過程中，來回翻面，可使型炭干燥均勻，干燥效率高。但同時型炭在上下跌落過程中存在損壞現(xiàn)象；

(5)翻板式烘干機內(nèi)部運行部件較多，后期維護(hù)費用較高。但烘干機箱體都是由標(biāo)準(zhǔn)段組合而成，運輸及安裝方便；

(6)烘干機內(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)濟性對比

兩方案的設(shè)備安裝費及運行費用見表1。

表1 投資明細(xì)

注：年運行雜費包括人工費、更換部件費用及其他運行中所消耗能源的費用。

由表1可知，方案一的總投資額高于方案二。其中，方案一年運行電費比方案二高出很多。這是由于方案一中有4臺熱風(fēng)循環(huán)烘箱，每個烘箱都需設(shè)置多個循環(huán)風(fēng)機，而方案二只有1臺翻板式烘干機，且輸送機速度運行緩慢，電耗很低。方案二年運行雜費比方案一高。這是因為方案一熱風(fēng)循環(huán)烘箱屬于靜態(tài)干燥設(shè)備，箱內(nèi)除風(fēng)機之外無其他運行部件，設(shè)備基本沒有損耗，只需每兩年更換箱門密封條；而方案二翻板式烘干機內(nèi)有多組鏈板輸送機，每天處于長時間運行狀態(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)性能對比

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

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內(nèi)部有多組鏈板輸送機，且輸送機頭部尾部都設(shè)有翻板機構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。兩者相比，方案一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單。

3.3.2 設(shè)備可靠性

方案一不存在設(shè)備因為故障而停止運行，即使循環(huán)風(fēng)機因為故障停止運行，也不影響整個設(shè)備，可靠性高。方案二由于有多組鏈板輸送機運行，且物料是從頂層連續(xù)運輸?shù)降讓?，如果其?臺輸送機發(fā)生故障，則整個烘干機停止運行，因此方案二的設(shè)備可靠性相對較低。

3.3.3 設(shè)備自動化程度

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，烘干前后工人勞動強度大，設(shè)備自動化程度低。而方案二烘干機采用連續(xù)不間斷烘干，工人需在烘干機尾部不斷將型炭打包，工人勞動強度不大，設(shè)備自動化程度高。

3.3.4 運行及維護(hù)

方案一的設(shè)備運行燥聲低，運行平穩(wěn)，溫度自動控制，維護(hù)方便，只需每兩年更換箱門密封條。方案二的鏈板輸送機在運行過程中，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)費用較高，同時型炭在落入下層翻板時，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。

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

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