熱水能竹香芯干燥設備開發與應用

楊明杰

(福建省永安市亞林竹類研究所有限公司,福建 永安 366000)

1 開發的意義

棒香(又稱簽香)在國內外具有悠久的歷史。香芯是其主要生產原料之一，由木、竹等原料制成。竹香芯是以竹材為原料，通過裁切、開片、分層、拉絲、定長、干燥、打磨、分選和捆扎包裝等工序加工而成，具有強度好，環保天然、成本低的特點而得到廣泛應用。竹香芯通常呈圓棒狀，直徑有0.5～3 mm，長度有250～800 mm。當前如何做到及時、高效、環保、安全、節能和方便干燥，是其加工過程中十分迫切需要解決的一個問題[1，2]。

福建省永安市現有竹香芯生產加工企業150多家，年產量近10萬t，市場占有率約占全國的30%，是全球最大的竹香芯生產基地之一。經過20多年的發展，國內陸續開發了新型的竹材開片機、拉絲機和香芯分選機，竹香芯企業的生產裝備有了一定的改進和發展。但是，總體裝備水平還是相對落后，生產效率低、安全隱患大，設備故障率高[3]。特別是竹香芯的干燥工序，大多采用原始烘烤方法，即一家一戶自建土窯，燃燒竹頭竹尾直接加熱鐵管，讓空氣經過熱鐵管加熱后由風機吹入堆疊的香芯進行干燥，這種方法存在如下問題。

(1)干燥后產品的含水率偏差大，出現低點終含水率0%，而高點含水率仍然高達50%～60%。產品含水率過高會發霉變色，影響質量，含水率過低會造成不必要的重量損失，影響效益。

(2)鐵管加熱方式可控性差，一是燃燒火力的控制性差，二是鐵管不同部位的溫度偏差大，靠近窯口的溫度比靠近尾部溫度高出300～400 ℃。在干燥過程中熱源不均勻造成香芯的受熱程度偏差大，溫度過高的部位會使香芯過干，同時產生碳化變色，嚴重影響產品品質。

(3)利用土窯直接燃燒竹頭竹尾等下腳料，燃燒過程的供氧量和溫度無法控制，燃燒不完全，尾氣沒有處理直接排放，會造成嚴重的空氣污染。

(4)干燥過程中需要司爐工24 h值班，勞動力成本較高。

(5)自制鐵管在運行過程中長時間直接接觸火焰，容易造成管道破損。火星易從小孔竄出，引燃香芯，存在較大安全隱患。

為解決這些問題，開發了以熱水為中間熱源的香芯自動干燥設備。具體方案如下 ：一是以生物顆粒為燃料，由溫度控制系統自動調節加料量和進風量加熱熱水，使熱水保持設定的溫度范圍作為中間熱源；二是通過熱水泵將熱水打入散熱器加熱空氣，使空氣(直接熱介質)達到要求的溫度和濕度，通過風機吹入疊放后的香芯，加熱香芯、帶走水分，起到干燥香芯的目的。

2 干燥設備

2.1 熱水爐結構

如圖1所示，熱水爐由生物顆粒自動進料系統、鼓引風系統、燃燒室、鍋桶、進出水系統和電控系統組成。

圖1 熱水爐結構示意

2.2 干燥室結構

如圖2所示，干燥室由干燥室主體、散熱器、軸流風機、調節板、排汽閥和電器系統組成。

2.3 溫濕度自動控制系統

溫濕度自動控制系統由溫濕度傳感器、控制主機和執行機構組成。溫度檢測點有熱水出溫度、回水溫度、干燥室溫度3個點，濕度檢測點設在干燥室的頂部。執行機構有顆粒的進料速度、鼓風機的轉速、調節板和排氣閥的啟閉。

圖2 干燥室結構示意

2.4 干燥原理

熱水通過自動控制水溫的熱水爐加熱后由熱水泵打入干燥室內的散熱器，啟動干燥室內的循環風機，空氣進入散熱器得到加熱，吹入香芯，加熱香芯并帶走水分。當干燥室內的空氣濕度升高到一定程度后開啟排氣閥，排出濕空氣，濕度降低到一定的程度關閉排氣閥。通過如此往復香芯的干燥過程，香芯的含水率逐步降低，達到標準要求[4]。

3 干燥過程、干燥基準與干燥質量

3.1 干燥過程

打開供水閘閥將水注入熱水爐，達到鍋桶要求水位后把木刨花等易燃燃料加入燃燒室并點燃，啟動引風機、鼓風機、待燃料點燃后開啟生物顆粒進料螺旋加入生物顆粒，生物顆粒正常燃燒后加熱鍋桶內的循環水，開啟熱水泵電機將熱水打入散熱器作為干燥室的熱源[5]。開啟干燥室內風機，空氣在風機的作用下進入散熱器得到加熱后吹入香芯，進行香芯的干燥。香芯干燥過程分3個階段，一是升溫段，二是恒溫段，三是降溫段(圖3)。

圖3 干燥基準

3.2 干燥質量

干燥后的香芯降溫后4 h進行抽樣，分上、中、下3層各取5個點進行含水率進行3次的檢測，具體含水率檢測結果如表1、表2。

表1 干燥后含水率檢測情

表2 設備的主要參數

4 經濟和社會效益

在香芯的干燥過程中燃料、電力消耗和工資支出關系產品的生產成本，同時產品質量和生產效率直接影響企業的經濟效益。為此，經過近兩個月的實地記錄和統計，得到以下實測數據，并與熱泵型干燥和傳統的干燥方式進行了對比(表3)。

表3中的數據為以每窯干燥3.5 t濕香芯為標準窯進行統計，干燥后的香芯重量為2.1 t。從表3可以看出，采用燃燒生物顆粒的熱水能干燥方式每噸香芯的綜合成本為244元/t，略高于傳統燃燒竹頭方式的干燥成本，但遠低于熱泵型的香芯干燥543元/t的成本。由于采用熱水能方式進行干燥后的竹香芯的綜合得率比傳統燃料竹下腳料方式進行干燥的綜合得率高2%～3%，這樣每噸可以提高產品價值100元，同時采用熱水型方式進行干燥后的竹香芯的質量比傳統燃料竹下腳料方式進行干燥的質量好，會每噸可提高銷售價格50～100元。這樣，綜合對比3種干燥方式，采用熱水能方式進行竹香芯干燥1 t香芯可增加經濟效益200元以上。2018年12月以來，這一技術在福建省內外已推廣應用60多臺套，得到廣大竹香芯生產企業的普遍認可，對廣大生產企業在節能環保、安全生產和經濟效益提高方面起到促進作用。

表3 香芯生產成本