两种生物质型炭烘干工艺的技术经济比较

张 彦

(湖北省电力勘测设计院有限公司，湖北 武汉 430040)

生物炭压缩成型制得的生物质型炭不仅具有较高的能量体积密度，而且有较好的抗压能力以及抗跌碎强度，可作为燃料代替煤炭，减轻工业锅炉、供暖、餐饮、烧烤等工业和生活能源的压力[1]。型炭成型过程需要添加一定比例的粘合剂和水[2]，因此刚生产出的生物质型炭含水率较高，需经过烘干来提高各项强度指标[3]。而工业生产中，烘干过程能耗较大且成本较高，因此烘干工艺的选择对项目的投资以及成品的质量起到至关重要的作用。笔者以安徽池州某生物质气化电厂为例，通过对两种烘干工艺的经济性和技术性能对比，为今后此类项目投资者和设计者提供参考。

1 工程概况

该电厂以当地充足的竹制品废料为原料，采用气化工艺生产生物炭、燃气(含油)，生物炭经加工制成生物质型炭后销售，燃气用于发电及供热。

电厂每天生产含水率为30%的生物质型炭42 t左右，单个型炭尺寸170mm×40mm×40mm，质量约为340 g。要求通过烘干工艺，将型炭含水率降至5%左右，干燥介质为空气预热器的干净热风。

2 烘干工艺设计方案

烘干工艺设计了两套方案。方案一采用热风循环烘箱工艺，生物质型炭由人工摆放在烘盘上，摆放至烘车后，再推入烘箱中进行干燥。方案二采用翻板式烘干机工艺，烘干机内部设有多组输送机，输送机头尾部设有自动翻板结构，生物质型炭运输过程中，会自动落入下层输送板。

2.1 方案一：热风循环烘箱工艺

热风循环烘箱为箱式双开门结构，烘箱两侧及顶部设有风道，箱内空气循环系统采用风机循环送风方式。设备在工作中，热风在顶部风道、两侧风道及烘干室内构成热风循环，以保证箱体内温均匀性。烘箱形式见图1。

图1 热风循环烘箱

根据每天生产生物质型炭总量，烘箱及附属设施选型如下：

(1)烘盘采用标准尺寸460mm×640mm×45mm，每个烘盘可放置34根型炭，每盘型炭质量为11.56 kg。烘盘采用SUS 304不锈钢一次冲压成型，厚度0.8 mm。

(2)烘车尺寸710mm×950mm×1750mm，共16层，每层可放置2个烘盘，一个烘车共可放置32个烘盘，整车可放置物料约为370 kg。烘车和烘盘总重约100 kg。因此烘车总重约470 kg，正常成年人可推动。

(3)烘箱尺寸4600mm×7000mm×2200mm，采用对开方式，共4个烘箱。每个烘箱内可放置4排烘车，共28辆，每个烘箱可装10.36 t型炭。烘箱设有循环风机，用于热风的循环。烘箱采用不锈钢，钢板间隔热材料为岩棉，烘箱门密封采用橡胶条。烘箱底部烘车轨道采用凹形，便于烘车推进。

2.2 方案二：翻板式烘干机工艺

翻板式烘干机是一种批量、连续式生产的干燥设备，利用钢链板作为传输带运载物料进行连续烘干。烘干机内设有多层链板输送机，型炭在翻板上行走至机头或机尾位置处，会自动落入下层翻板，即在同一层输送机会来回运行两次，可实现单层双行程烘干。翻版式烘干机形式见图2。

图2 翻板式烘干机

含水率较高的生物质型炭首先经烘干机顶部进料口落入第一组输送机上层翻板，型炭由输送机尾部向头部方向移进，移进过程中与热空气接触脱除水分，移至接近输送机头部链轮时翻板下翻，将型炭卸入下层翻板。卸掉型炭的翻板绕链轮转入下层，接收上层卸下型炭后返回机尾，将型炭卸入第二组输送机上层翻板上。卸入第二组的型炭继续循环移动干燥，最后卸入烘干机尾部出料口。烘干机内每组输送机之间以及上下两层翻板高度都仅为200 mm，型炭下落过程中无任何破损。热风由风机送入烘干机底部风道再经调风阀进入分风管及支风管，由支风管上的分布孔吹入烘干机内，与型炭充分接触后，湿蒸汽携带水分从烘干机顶部排风口排出。

翻板式烘干机可通过调整箱内输送机长度、输送机层数以及运行速度，来调节型炭与热风接触时间，从而调节烘干机的干燥速度。整个干燥过程连续不间断，烘干效率高，且设备占地面积小。

烘干机选型：尺寸2590mm×15000mm×3390mm，翻板宽度1 800 mm，内部输送机共5组。

3 方案分析及技术经济比较

3.1 方案特点分析

方案一的热风循环烘箱，适用范围广，可干燥各种物料，是目前常见的烘干设备，有以下特点：

(1)物料为静态烘干，烘干过程中不影响物料的原始性能指标；

(2)烘箱运转平稳，整机噪声低，设备内部无运动部件，后期基本无需维护，只需要每两年更换门的密封条；

(3)人工劳动强度大，型炭需要人工摆放至烘盘，再放入烘车中，然后推入烘箱内。烘干完后，还需人工将型炭装箱；

(4)烘车高度及总重受人工操作的限制，从而影响整个烘房的高度，增加了占地面积；

(5)箱体主要由钢板及型钢组成，需在现场进行焊接安装，设备运输及安装较为麻烦。

方案二的翻板式烘干机，为连续式烘干设备，有以下特点：

(1)可实现连续式烘干物料，人工劳动强度低，工人只需在烘干机尾部出料口进行装箱即可；

(2)可根据场地大小来调整烘干机内输送机的数量及长度，对场地的适应性好；

(3)型炭在烘干机内停留时间可根据进风温度、初始水分等要求自由调节；

(4)型炭在烘干机内运行过程中，来回翻面，可使型炭干燥均匀，干燥效率高。但同时型炭在上下跌落过程中存在损坏现象；

(5)翻板式烘干机内部运行部件较多，后期维护费用较高。但烘干机箱体都是由标准段组合而成，运输及安装方便；

(6)烘干机内部热风风速可达到10～16 m/s，型炭烘干速率较高[4]。

3.2 方案的经济性对比

两方案的设备安装费及运行费用见表1。

表1 投资明细

注：年运行杂费包括人工费、更换部件费用及其他运行中所消耗能源的费用。

由表1可知，方案一的总投资额高于方案二。其中，方案一年运行电费比方案二高出很多。这是由于方案一中有4台热风循环烘箱，每个烘箱都需设置多个循环风机，而方案二只有1台翻板式烘干机，且输送机速度运行缓慢，电耗很低。方案二年运行杂费比方案一高。这是因为方案一热风循环烘箱属于静态干燥设备，箱内除风机之外无其他运行部件，设备基本没有损耗，只需每两年更换箱门密封条；而方案二翻板式烘干机内有多组链板输送机，每天处于长时间运行状态中，链条易损坏，且容易出现掉链、卡链和跑偏现象。

3.3 方案的技术性能对比

热风循环烘箱与翻板式烘干机在技术性能方面相比，各有优缺点。

3.3.1 设备结构

方案一的热风循环烘箱由角钢、不锈钢板以及冷钢板构成，保温层则由岩棉填充，结构单一。方案二的翻板式烘干机内部有多组链板输送机，且输送机头部尾部都设有翻板机构，结构复杂。两者相比，方案一的系统结构较为简单。

3.3.2 设备可靠性

方案一不存在设备因为故障而停止运行，即使循环风机因为故障停止运行，也不影响整个设备，可靠性高。方案二由于有多组链板输送机运行，且物料是从顶层连续运输到底层，如果其中1台输送机发生故障，则整个烘干机停止运行，因此方案二的设备可靠性相对较低。

3.3.3 设备自动化程度

方案一的烘箱采用静态烘干，烘干前工人需要将所有型炭装车并推入烘箱，待型炭烘干完并冷却后，再由人工装箱，烘干前后工人劳动强度大，设备自动化程度低。而方案二烘干机采用连续不间断烘干，工人需在烘干机尾部不断将型炭打包，工人劳动强度不大，设备自动化程度高。

3.3.4 运行及维护

方案一的设备运行燥声低，运行平稳，温度自动控制，维护方便，只需每两年更换箱门密封条。方案二的链板输送机在运行过程中，链条易磨损，且容易出现掉链、卡链和跑偏现象，后期维护费用较高，同时型炭在落入下层翻板时，容易出现破损。方案二的控制系统比较复杂，方案一的控制系统简单，便于操作。

4 结 论

(1)人工成本及初期投资资金有限的情况下，可选择翻板式烘干机。

(2)在资金充裕前提下，综合考虑设备的可靠性及后期运行维护成本，可选择热风循环烘箱。

(3)受场地限制的情况下，可选择翻板式烘干机，与热风循环烘箱占用面积相比，可节省场地面积70%。