細蔗渣擴縮管式干燥技術在糖廠的應用

梁 勇，寧方堯，謝紹銳，周日金，楊才譽，龐小蘭，韋國權

（1.廣西工業職業技術學院，廣西 南寧 430001；2.廣西合浦湘桂糖業有限公司，廣西 北海 536129；3.廣西來賓湘桂糖業有限責任公司，廣西 來賓 546100）

0 前言

糖廠生產過程中的甘蔗渣絕大部分用做鍋爐燃料燃燒，甘蔗渣水分一般在48%左右，直接進入鍋爐內燃燒，蔗渣很大一部分水分還需在鍋爐爐膛內進行蒸發后才能達到蔗渣的著火點，影響了鍋爐爐膛的溫度，降低了鍋爐燃燒效率；還有一部分蔗渣未能完全燃燒就被帶出爐外，浪費了燃料，不利于節能降耗。另外粗重蔗渣進入爐膛不能完全形成懸浮狀態，是采用低氮燃燒技術、實現蔗渣鍋爐煙氣排放雙達標的技術瓶頸，是目前制糖企業急需解決的技術難題。我國糖廠開發和應用蔗渣干燥技術較多，主要有氣流干燥、回轉輥筒式、過熱蒸汽干燥、旋風式和螺旋輸送煙道氣式等方法，但均存在有技術事故多、管道堵塞、生產安全率低、干燥效率不高等缺點，因此這些技術均未能正常運行。

1 蔗渣擴縮管式干燥工作原理

甘蔗渣中包括纖維素、木質素、蔗渣等成分，主要成分為纖維素。纖維素之間的交聯度強，致使蔗渣容易結團，在管道氣流式干燥很容易堵塞，是管道式氣流干燥的一個技術瓶頸，另外大顆粒蔗渣在燃燒器內不能均勻分散，在鍋爐不能形成懸浮狀態，使其不能得到充分燃燒。

將蔗渣進行除髓處理，使得細蔗渣從纖維素中游離出來，而分離得到的無髓粗蔗渣再通過粉碎降低纖維的交聯度，并形成微小顆粒和細蔗渣。經過預處理得到的細蔗渣顆粒小、松散、表面積大，在管式干燥中不會堵塞管道，和煙道氣充分接觸，水分蒸發快速，即可以解決管道氣流式干燥容易堵塞問題，又能夠保證蔗渣水分降低，增加蔗渣發熱值，另外細蔗渣進入鍋爐后在爐膛處于懸浮狀態，增加與氧氣的接觸面積，同時也能保持其在燃燒器內均勻分散，避免顆粒沉降造成下部區域密度過大，采用低氮燃燒技術使其得到充分燃燒，進而降低煙塵濃度和氮氧化物濃度，從源頭上避免氮氧化物和煙塵過量的產生，為蔗渣鍋爐煙道氣雙達標排放提供技術保障。

擴縮管式干燥的主要特征就是氣流干燥管的管徑交替縮小和擴大，煙道氣由鼓風機鼓入氣流干燥管與加入的細蔗渣進行混合后，由高速上升氣流帶動，氣固兩相在干燥管內以懸浮狀態運動并流上升，在上升過程中完成傳熱傳質過程，使細蔗渣水分充分氣化，有效提高氣固兩相的相對速度，提高傳熱效率，直到細蔗渣的水分被熱煙道氣帶走，使得細蔗渣獲得最終的目標含水率達到干燥的目的。

為了保證系統的正常運行和干燥效果的實現，氣體輸送速度必須超過最大顆粒的蔗渣沉降速度，另外應盡量提高煙道氣的溫度以保證較高的干燥熱效率。壓力損失是干燥系統設計的重要內容，它包括干燥管壓力損失和附屬設備壓力損失兩部分。壓力損失與煙道氣流速成正比, 與干燥管的物料密度有關。煙道氣流速大時，物料在管內的停留時間較短，流動阻力大，在相同干燥時間的情況下，所需干燥管較長，干燥管的設計應根據使用場地高度等因素而定。

2 蔗渣擴縮管式干燥系統的應用

蔗渣擴縮管式干燥系統的技術路線工藝圖，如圖1所示。

圖1 技術路線工藝圖

煙道熱氣進入干燥器直管中，由水平方向給喂料器加入細蔗渣，由于細蔗渣在垂直方向的速度為零，細蔗渣進入直管后呈現加速運動，當經過擴縮管時，由于擴縮管的管徑突然擴大，使得這部分的空氣流速變小，這時細蔗渣由于慣性作用繼續運動，使得細蔗渣的速度大于進風速度。當物料逐漸減速后，又移動到第二段直管中進行加速運動，在直管——擴縮管——直管中呈現加速——減速——加速，交替上述運動過程，使得熱氣流與纖維物料之間的相對速度和傳熱面積擴大，提高了傳熱傳質的速率。干燥管道布置常使用垂直式布置和水平式布置，水平式管道布置占地面積大，水平管道要求的長度較長，要求風速要高于垂直方向風速2m/s；垂直式管道布置占地面積小，在縱向方向對于安裝難度較大。

擴縮干燥器是最常用的垂直管道使用方法，本身由直管和擴縮管組成，根據實際的干燥場地和占地面積要求選用垂直管道干燥管道。擴縮干燥器尺寸直管內徑377mm，外設18mm保溫層，直管長度10220mm，直管為氣流勻速段；連接直管的是直徑600mm的擴縮管，外設18mm保溫層，擴縮管長度為13200mm，擴縮管為氣流減速段，擴縮干燥器總高23420mm。在擴縮干燥器熱空氣進口處和擴縮干燥器中部分別設有進風溫度測量口和混合溫度測量口，在第一節直管初端、末端和進風口處分別設置三個風速測量口，在直管下部設置進料口。直管與擴縮管采用螺栓連接固定，密封處用密封圈連接，保證密封穩定性，在底部安裝維護門。擴縮管式干燥系統，如圖2所示。

3 蔗渣擴縮管式干燥效果

在鍋爐煙道氣溫度約300℃、進風量6000m3/h、蔗渣進料量20t/h、蔗渣含水量在47%左右的情況下，經過蔗渣擴縮管道式干燥系統干燥，蔗渣水分可降低4%。

圖2 擴縮管式干燥系統示意圖

4 結論

細蔗渣擴縮管式干燥技術在輸送蔗渣的同時進行蔗渣干燥，并且可以解決管道氣流干燥管道堵塞的問題。擴縮管式干燥器干燥時間短，在8s~20s這樣短的時間內能較好地完成對蔗渣的干燥，傳質效率高，適用于要求最終含水率含量較低的蔗渣干燥，但是當含蔗髓較低時熱傳導性很差，很難將熱量傳到纖維內部而使其溫度升高，因此細蔗渣擴縮管式干燥器不適用低含水率的蔗渣干燥，其只是對蔗渣的自由水部分起到快速干燥的作用。