生物質(zhì)炭制粉、成型及烘干工藝研究

張彥

（湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢430040）

生物質(zhì)熱解和氣化技術(shù)作為分散利用生物質(zhì)能的有效手段，可將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為清潔燃氣及生物質(zhì)炭兩種基本產(chǎn)品[1]，經(jīng)過熱解和氣化的生物質(zhì)炭，具有含碳量大、揮發(fā)份和灰分小的特點，制做成成型炭棒后具有儲運方便、燃燒時間久、環(huán)保無污染等優(yōu)點[2]，在生產(chǎn)生活中被大量使用。而現(xiàn)有炭粉成型工藝，由于缺少相關(guān)工藝或設備選擇不當，導致生產(chǎn)的炭棒質(zhì)地疏松、機械強度差、外觀粗糙、燃燒時間短等缺點，進而使產(chǎn)品附加值大大降低。同時，很多炭棒生產(chǎn)廠采用晾曬的方式，來降低炭棒水分，該種方式不僅產(chǎn)量低，占地面積大，而且對環(huán)境也有一定的污染。另外，傳統(tǒng)機制木炭先將生物質(zhì)原料粉碎后制成半成品成型燃料，然后再送入炭化窯中進行炭化，期間會有大量的煙氣排放，環(huán)境污染嚴重，自動化程度低，人工成本高，產(chǎn)量低，且炭棒質(zhì)量的好壞受工人經(jīng)驗的影響很大，很難成批量生產(chǎn)出質(zhì)量合格的成型炭棒。基于以上背景，針對現(xiàn)有炭粉成型工藝產(chǎn)量低、成本高、環(huán)境污染大、產(chǎn)品質(zhì)量差等問題，提供一種生物質(zhì)炭制粉、成型及烘干工藝。同時，也針對現(xiàn)有生物質(zhì)熱解或氣化技術(shù)，提供一種增加熱解或氣化產(chǎn)品附加值的方法。

1 生物質(zhì)炭制粉、成型及烘干工藝

生物質(zhì)炭制粉、成型及烘干工藝，包括生物質(zhì)炭制粉、炭粉成型及炭棒烘干工藝。工藝平面圖見圖1，工藝斷面圖見圖2和圖3。

圖1 工藝平面圖

圖2 工藝斷面圖

圖3 工藝斷面圖

1.1 生物質(zhì)炭制粉工藝

生物質(zhì)原料經(jīng)炭化后的生物質(zhì)炭粒度一般在30 mm 以下，該粒度下的生物質(zhì)炭無法直接成型，需要將其制成粉狀顆粒。一般生物質(zhì)炭達到好的成型效果，需保證炭粉粒度在80 目以上。

生物質(zhì)炭制粉工藝，主要將粒度較大的生物質(zhì)炭制備成粒度合適的生物質(zhì)炭粉，從而保證炭粉成型過程穩(wěn)定性，該工藝包括料倉、給料機、磨粉機、集粉器、鼓風機、布袋除塵器。給料機將料倉中生物質(zhì)炭定量送入磨粉機的研磨室，研磨后的細粉由鼓風機循環(huán)風帶入磨粉機分析室進行分選，粒度過大的物料落回磨粉機研磨室重新研磨[3]，粒度合格的炭粉則隨氣流進入集粉器，再由螺旋輸送機Ⅰ送入炭粉成型工藝。

生物質(zhì)炭制粉工藝的氣流采用循環(huán)風路，為保證磨粉機在負壓狀態(tài)下工作, 氣流循環(huán)過程中所增加的氣流量通過余風管排入布袋除塵器，凈化后排入大氣。整個制粉過程，無任何粉塵泄露，操作車間環(huán)境干凈，且生產(chǎn)出的炭粉粒度均勻。

1.2 炭粉成型工藝

前段工藝生產(chǎn)出的炭粉，還需要添加一定比例的粘合劑和水，再進行混合、攪拌及碾壓工藝，保證炭粉混合物之間密實無較大空隙，而后送入炭粉成型機，通過螺旋擠壓推進方式，生產(chǎn)出有強度且具有一定規(guī)格形狀的成品炭棒[4]。

炭粉成型工藝，包括螺旋輸送機Ⅰ、輪碾攪拌機、螺旋輸送機Ⅱ、螺旋輸送機Ⅲ、炭粉成型機、皮帶輸送機、定量攪拌桶。集粉器料斗內(nèi)滿足粒度要求的炭粉由螺旋給料機Ⅰ送入輪碾攪拌機進行碾壓和攪拌，該工序能很好地排除物料顆粒間的空氣，使所混合的物料水分均勻，顆粒表面潤濕充分[5]。輪碾攪拌機旁設有定量攪拌桶，可通過計量泵將稀釋后的粘合劑定時定量送入碾內(nèi)，粘合劑按照炭粉質(zhì)量3%的比例添加，并保證混合后的炭粉水分在30%左右。輪碾攪拌機每次攪拌時間不超過5 min，每次攪拌完成后，炭粉由螺旋輸送機Ⅱ送入螺旋輸送機Ⅲ，螺旋輸送機Ⅲ有多個出料口，每個出料口下設置1 臺炭粉成型機，可通過設置多臺炭粉成型機，來提高成型炭棒單位時間內(nèi)產(chǎn)量。炭粉成型機采用螺旋擠壓、推進的方式，可生產(chǎn)出有強度且具有一定規(guī)格形狀的成品炭棒。

1.3 炭棒烘干工藝

炭粉成型工藝生產(chǎn)出的成型炭棒，其含水率較高，無法直接裝箱外運，還需進一步進行烘干處理，最終炭棒含水率應保證在5%左右。

炭棒烘干工藝，包括波狀擋邊帶式輸送機、翻板式烘干機、進風裝置、出風裝置。含水率較高的成型炭棒通過斜板滑入波狀擋邊帶式輸送機，該機的輸送帶有波狀擋邊和橫隔板,可防止炭棒下滑。炭棒被提升至翻板式烘干機頂部，然后順著斜板緩慢滑至烘干機頂端翻板上。烘干機內(nèi)設有多層鏈板輸送機，炭棒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，大大節(jié)省了烘干機長度和占地面積，同時加大烘干行程，提高了烘干效率。另外，翻板式烘干機上下兩層翻板的高度僅為200 mm，炭棒下落過程中無任何破損。

翻板式烘干機采用負壓引風的方式，翻板采用網(wǎng)孔狀形式，使熱風以一定速度與物料表面均勻接觸，熱風分布均勻，利用率高，干燥速度快。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)炭棒與熱風接觸時間，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，且設備占地面積小。

2 結(jié)論

與現(xiàn)有炭粉成型工藝相比較，本工藝具有以下特點。

（1）本工藝中生物質(zhì)炭制粉工藝的氣流是循環(huán)的，并且在負壓狀態(tài)下流動，最后廢氣通過布袋除塵器凈化后排放，整個過程對環(huán)境無污染。

（2）本工藝中生物質(zhì)炭制粉工藝將生物質(zhì)炭研磨至粒度為80 目以上，且經(jīng)過輪碾攪拌機碾壓攪拌，能夠大大提高成型炭棒的質(zhì)量，生產(chǎn)的成型炭棒密度大、機械強度高、顆粒均勻光亮、燃燒時間長。

（3）本工藝中炭粉、粘合劑和水的質(zhì)量比為：1∶0.03∶0.44，該比例在炭粉成型過程中，成型效果好，炭棒破損率低，抗跌落強度高。

（4）本工藝采用翻板式烘干機，箱內(nèi)輸送機可實現(xiàn)單層雙行程烘干，大大節(jié)省了烘干機長度和占地面積，同時加大烘干行程，提高了烘干效率。