兩種生物質型炭烘干工藝的技術經濟比較

張 彥

(湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430040)

生物炭壓縮成型制得的生物質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，減輕工業鍋爐、供暖、餐飲、燒烤等工業和生活能源的壓力[1]。型炭成型過程需要添加一定比例的粘合劑和水[2]，因此剛生產出的生物質型炭含水率較高，需經過烘干來提高各項強度指標[3]。而工業生產中，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量起到至關重要的作用。筆者以安徽池州某生物質氣化電廠為例，通過對兩種烘干工藝的經濟性和技術性能對比，為今后此類項目投資者和設計者提供參考。

1 工程概況

該電廠以當地充足的竹制品廢料為原料，采用氣化工藝生產生物炭、燃氣(含油)，生物炭經加工制成生物質型炭后銷售，燃氣用于發電及供熱。

電廠每天生產含水率為30%的生物質型炭42 t左右，單個型炭尺寸170mm×40mm×40mm，質量約為340 g。要求通過烘干工藝，將型炭含水率降至5%左右，干燥介質為空氣預熱器的干凈熱風。

2 烘干工藝設計方案

烘干工藝設計了兩套方案。方案一采用熱風循環烘箱工藝，生物質型炭由人工擺放在烘盤上，擺放至烘車后，再推入烘箱中進行干燥。方案二采用翻板式烘干機工藝，烘干機內部設有多組輸送機，輸送機頭尾部設有自動翻板結構，生物質型炭運輸過程中，會自動落入下層輸送板。

2.1 方案一：熱風循環烘箱工藝

熱風循環烘箱為箱式雙開門結構，烘箱兩側及頂部設有風道，箱內空氣循環系統采用風機循環送風方式。設備在工作中，熱風在頂部風道、兩側風道及烘干室內構成熱風循環，以保證箱體內溫均勻性。烘箱形式見圖1。

圖1 熱風循環烘箱

根據每天生產生物質型炭總量，烘箱及附屬設施選型如下：

(1)烘盤采用標準尺寸460mm×640mm×45mm，每個烘盤可放置34根型炭，每盤型炭質量為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。每個烘箱內可放置4排烘車，共28輛，每個烘箱可裝10.36 t型炭。烘箱設有循環風機，用于熱風的循環。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。

2.2 方案二：翻板式烘干機工藝

翻板式烘干機是一種批量、連續式生產的干燥設備，利用鋼鏈板作為傳輸帶運載物料進行連續烘干。烘干機內設有多層鏈板輸送機，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型炭首先經烘干機頂部進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，移進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循環移動干燥，最后卸入烘干機尾部出料口。烘干機內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。熱風由風機送入烘干機底部風道再經調風閥進入分風管及支風管，由支風管上的分布孔吹入烘干機內，與型炭充分接觸后，濕蒸汽攜帶水分從烘干機頂部排風口排出。

翻板式烘干機可通過調整箱內輸送機長度、輸送機層數以及運行速度，來調節型炭與熱風接觸時間，從而調節烘干機的干燥速度。整個干燥過程連續不間斷，烘干效率高，且設備占地面積小。

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

3 方案分析及技術經濟比較

3.1 方案特點分析

方案一的熱風循環烘箱，適用范圍廣，可干燥各種物料，是目前常見的烘干設備，有以下特點：

(1)物料為靜態烘干，烘干過程中不影響物料的原始性能指標；

(2)烘箱運轉平穩，整機噪聲低，設備內部無運動部件，后期基本無需維護，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。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，需在現場進行焊接安裝，設備運輸及安裝較為麻煩。

方案二的翻板式烘干機，為連續式烘干設備，有以下特點：

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

(2)可根據場地大小來調整烘干機內輸送機的數量及長度，對場地的適應性好；

(3)型炭在烘干機內停留時間可根據進風溫度、初始水分等要求自由調節；

(4)型炭在烘干機內運行過程中，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象；

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

(6)烘干機內部熱風風速可達到10～16 m/s，型炭烘干速率較高[4]。

3.2 方案的經濟性對比

兩方案的設備安裝費及運行費用見表1。

表1 投資明細

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臺熱風循環烘箱，每個烘箱都需設置多個循環風機，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循環烘箱屬于靜態干燥設備，箱內除風機之外無其他運行部件，設備基本沒有損耗，只需每兩年更換箱門密封條；而方案二翻板式烘干機內有多組鏈板輸送機，每天處于長時間運行狀態中，鏈條易損壞，且容易出現掉鏈、卡鏈和跑偏現象。

3.3 方案的技術性能對比

熱風循環烘箱與翻板式烘干機在技術性能方面相比，各有優缺點。

3.3.1 設備結構

方案一的熱風循環烘箱由角鋼、不銹鋼板以及冷鋼板構成，保溫層則由巖棉填充，結構單一。方案二的翻板式烘干機內部有多組鏈板輸送機，且輸送機頭部尾部都設有翻板機構，結構復雜。兩者相比，方案一的系統結構較為簡單。

3.3.2 設備可靠性

方案一不存在設備因為故障而停止運行，即使循環風機因為故障停止運行，也不影響整個設備，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運輸到底層，如果其中1臺輸送機發生故障，則整個烘干機停止運行，因此方案二的設備可靠性相對較低。

3.3.3 設備自動化程度

方案一的烘箱采用靜態烘干，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，設備自動化程度低。而方案二烘干機采用連續不間斷烘干，工人需在烘干機尾部不斷將型炭打包，工人勞動強度不大，設備自動化程度高。

3.3.4 運行及維護

方案一的設備運行燥聲低，運行平穩，溫度自動控制，維護方便，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，且容易出現掉鏈、卡鏈和跑偏現象，后期維護費用較高，同時型炭在落入下層翻板時，容易出現破損。方案二的控制系統比較復雜，方案一的控制系統簡單，便于操作。

4 結 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，綜合考慮設備的可靠性及后期運行維護成本，可選擇熱風循環烘箱。

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