木屑滾筒式烘干機(jī)制作參數(shù)與風(fēng)機(jī)選擇方法初探

李瑞垞

（茂名廣播電視大學(xué)，茂名 525000）

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木屑滾筒式烘干機(jī)制作參數(shù)與風(fēng)機(jī)選擇方法初探

李瑞垞

（茂名廣播電視大學(xué)，茂名 525000）

摘 要：對(duì)木屑原料進(jìn)行成型加工，必須對(duì)木屑進(jìn)行烘干。常用的烘干方法有氣流式烘干和滾筒式烘干。由于滾筒式烘干機(jī)具有烘干質(zhì)量高、產(chǎn)量大、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用。然而，設(shè)計(jì)制作滾筒式烘干機(jī)時(shí)，往往會(huì)因參數(shù)選擇不對(duì)或風(fēng)機(jī)的選擇方法不對(duì)而造成滾筒式烘干木屑時(shí)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，生產(chǎn)率低下。鑒于此，本文分析滾筒烘干機(jī)的原理、設(shè)計(jì)制作的參數(shù)、風(fēng)機(jī)的作用與選擇方法，以得到較佳的烘干機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，提高木屑滾筒式的生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

關(guān)鍵詞：木屑 滾筒式烘干機(jī) 制作參數(shù) 風(fēng)機(jī)選擇

隨著石油、煤炭等化石類能源的日益枯缺，世界各國都十分重視各種可再生能源的開發(fā)與應(yīng)用。除了不斷普及的風(fēng)能與太陽能發(fā)電外，生物質(zhì)（包括木屑、蔗渣等）作為與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)且可再生的能源而日益受到重視。日本對(duì)這些能源的開發(fā)與利用較早，技術(shù)也較先進(jìn)。20世紀(jì)80年代初，我國國內(nèi)工業(yè)不斷發(fā)展，化石類能源的使用需求增加迅速，價(jià)格不斷攀升而導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高，而這些化石類能源的使用也使國內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量不斷下降。因此，有些地方開始對(duì)煤炭的使用加以控制，這樣生物質(zhì)燃料（生物質(zhì)顆粒、機(jī)制炭等）由于具有體積小、儲(chǔ)運(yùn)方便、燃燒熱能高、灰燼及煙氣中污染物含量小等優(yōu)點(diǎn)，成為一種高效環(huán)保的能源而受得到人們的重視，并開始了對(duì)生物質(zhì)固化成型技術(shù)的研究。目前，我國成型燃料的研究，特別是生物質(zhì)致密技術(shù)和炭化技術(shù)取得了很大進(jìn)展。研究成果的不斷出現(xiàn)，促使很多企業(yè)往生物質(zhì)能源方向進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和能源生產(chǎn)。因此，如何提高生物質(zhì)能源生產(chǎn)的技術(shù)水平與加工過程能耗的降低，以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，增加生物質(zhì)能源的投資效益就顯得十分重要。本文主要對(duì)提高生物質(zhì)能源生產(chǎn)所用到的滾筒式烘干機(jī)的計(jì)算與設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以提高滾筒式烘干機(jī)的效能，以期對(duì)相關(guān)企業(yè)提供助益。

1 木屑滾筒烘干機(jī)介紹

目前，用于木屑干燥的方法很多。按干燥所用能源方式，可分為日光曬干與利用熱能烘干；按熱量傳遞形式，可分為熱對(duì)流干燥與熱傳導(dǎo)干燥；按干燥木屑排出的方式不同，可分為斷續(xù)式干燥和連續(xù)式干燥；按木屑與氣流的運(yùn)動(dòng)方向，可分為順流式干燥和逆流式干燥等。

滾筒筒干燥機(jī)屬于對(duì)流連續(xù)出料的順流式烘干機(jī)，主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)熱風(fēng)爐、滾筒、物料輸送裝置、風(fēng)機(jī)和分離器等，如圖1所示。

木屑滾筒烘干機(jī)的工作過程：在熱風(fēng)爐內(nèi)燃燒木柴或其他燃料，并通過引風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)抽入到滾筒內(nèi)，利用溫度計(jì)測(cè)定滾筒尾部的溫度升高到約120℃后，通過輸送裝置將已經(jīng)過篩的濕木屑傳送到滾筒烘干機(jī)筒體內(nèi)；隨著滾筒的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，木屑也跟著翻滾；木屑與熱風(fēng)均勻且充分接觸而溫度升高，溫度的升高會(huì)使?jié)衲拘贾械乃肿踊顒?dòng)加快而脫離木屑蒸發(fā)到空氣中；蒸發(fā)出來的水分則通過引風(fēng)機(jī)抽到滾筒外。在滾筒制作安裝時(shí)，滾筒體與水平面具有的斜度（一般3°～5°）而產(chǎn)生的重力作用、滾筒內(nèi)設(shè)置的木屑揚(yáng)料板對(duì)木屑的提升作用和引風(fēng)機(jī)的吸力三個(gè)因素的共同作用，使木屑連續(xù)不斷地向滾筒尾部移動(dòng)并進(jìn)入到引風(fēng)機(jī)內(nèi)。引風(fēng)機(jī)將木屑送到旋風(fēng)分離器內(nèi)將木屑與熱空氣分離，干燥的木屑通過出旋風(fēng)分離器出口到地面或輸送帶，熱空氣則通過煙囪排到車間外。但是，由于滾筒內(nèi)的木屑與空氣的運(yùn)行相對(duì)復(fù)雜，部分熱空氣（包含有水蒸氣）在引風(fēng)機(jī)的作用下并不能及時(shí)地被抽出而在滾筒內(nèi)停留，停留的熱空氣與木屑會(huì)相互接觸。而熱空氣中的濕度比木屑的濕度高，會(huì)造成木屑的回潮，從而影響烘干效。因此，在選擇滾筒烘干機(jī)參數(shù)時(shí)要特別注意。

圖1 滾筒烘干機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2 滾筒烘干機(jī)參數(shù)計(jì)算與選擇

2.1 木屑原料的狀態(tài)

華南地區(qū)的木料一般有松樹、杉樹、桉樹和其他樹種。這些樹種的木料用在建筑模板和家具用料的情形較多。這些木料在鋸削時(shí)為了防止夾鋸和增長鋸條的使用壽命，一般需加水冷卻，鋸削出來的木屑含水率較高。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，新鋸出來的木屑含水率大體在40%～50%。若木屑裝包并在倉庫放置一段時(shí)間自然風(fēng)干，木屑的含水率一般在30%～40%之間。根據(jù)一般化原則，現(xiàn)以含水率為40%的木屑（烘干的時(shí)間一般要在15～20min）為例，烘干產(chǎn)量為2T/h，含水率為小于10%干木屑的滾筒烘干機(jī)進(jìn)行分析，以得出烘干機(jī)較為合理的參數(shù)。

2.2 滾筒體積的選擇

要對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行選擇，首先要確定滾筒的參數(shù)。烘干滾筒的主要結(jié)構(gòu)尺寸包括滾筒容積V、滾筒長度L、滾筒直徑D等。烘干滾筒體積V的大小直接影響單位時(shí)間內(nèi)通過滾筒內(nèi)部的熱氣量，而滾筒長度L和滾筒直徑D主要影響木屑在滾筒內(nèi)部加熱、干燥過程的木屑滯留時(shí)間及木屑顆粒在滾筒橫截面上的均勻程度?？梢哉f，這些參數(shù)都影響著顆粒木屑的升溫效果。一般情況下，烘干滾筒的容積計(jì)算是根據(jù)每小時(shí)里滾筒內(nèi)的水分蒸發(fā)度來進(jìn)行確定的，即每立方米滾筒內(nèi)在一小時(shí)時(shí)間內(nèi)所蒸發(fā)的水分質(zhì)量。其計(jì)算

式為：

其中，M為蒸發(fā)的水分質(zhì)量（kg/h）；PZ為烘干機(jī)滾筒的蒸發(fā)率（kg/（m3·h））；C為顆粒木屑的含水量（%）。

烘干滾筒的水分蒸發(fā)率取決于烘干設(shè)備制作的工藝流程、滾筒內(nèi)部揚(yáng)料板等的結(jié)構(gòu)形式、滾筒內(nèi)顆粒木屑的充盈率及滾筒轉(zhuǎn)速、傾角和滾筒截面上煙氣流動(dòng)速度等因素，同時(shí)也與顆粒木屑的性質(zhì)、木屑含水量、木屑顆粒大小等有關(guān)。一般情況下，水分蒸發(fā)率PZ是根據(jù)滾筒運(yùn)行的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算的，約為25kg/（m3·h）。若通風(fēng)效果良好，水分蒸發(fā)率可達(dá)到80kg/（m3·h）。因此，我們?nèi)L筒烘干機(jī)的水分蒸發(fā)率PZ為25kg/（m3·h）。若時(shí)產(chǎn)量為2T，木屑含水率為40%，則每小時(shí)需要蒸發(fā)的水分質(zhì)量M和滾筒體積V可計(jì)算如下：

2.3 木屑在滾筒內(nèi)停留時(shí)間的分析校核

上面的計(jì)算得出了滾筒的體積。為了節(jié)約生產(chǎn)成本，選用直徑為?1020的螺旋管作為滾筒體，根據(jù)滾筒直徑和滾筒體積就可以計(jì)算出滾筒長度L：

下面分析木屑在滾筒體內(nèi)的停留時(shí)間。

圖2 滾筒葉片布置圖

其次，分析滾筒體的轉(zhuǎn)速。木屑烘干機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速一般為6～20r/min，轉(zhuǎn)速的大小直接影響木屑在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間，從而影響木屑與熱煙氣換熱的時(shí)間長短，導(dǎo)致顆粒木屑升溫情況發(fā)生變化。當(dāng)木屑的水分大時(shí)，就減小滾筒的轉(zhuǎn)速，延長木屑在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間。當(dāng)然，轉(zhuǎn)速只能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，不能太快或太慢。若轉(zhuǎn)速太快，木屑會(huì)在離心力的作用下貼住在管壁。若轉(zhuǎn)速太慢，木屑被揚(yáng)得太低，易形成風(fēng)洞，使熱風(fēng)與木屑接觸不良。因此，太快或太慢都影響烘干機(jī)的傳熱效果，降低熱能的利用效率。不同各類的木屑需要不同的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到較佳的揚(yáng)料高度及適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間。一般我們?cè)谶x擇滾筒旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，都采用變頻調(diào)整器進(jìn)行控制，以使?jié)L筒的轉(zhuǎn)速在合理的范圍內(nèi)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這里我們選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)速為

8r/min。

木屑在烘干機(jī)滾筒內(nèi)的停留時(shí)間計(jì)算如下：

式中，L為滾筒長度（m）；Z為烘干機(jī)滾筒每一周木屑被提升的次數(shù)，這里取值為2；n為滾筒轉(zhuǎn)速（r/min）；T為木屑在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間（min）。

從這里可以看出，木屑在烘干機(jī)滾筒內(nèi)停留的時(shí)間是16.4min。據(jù)上所述，根據(jù)木屑的特性，其干燥時(shí)間在15～20min，而計(jì)算所得的木屑在烘干機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間在這個(gè)范圍之內(nèi)。但是，木屑在滾筒內(nèi)的運(yùn)行相當(dāng)復(fù)雜，除了由揚(yáng)料板提升再落下的落差外，主要還受到風(fēng)機(jī)引力的作用，所以其在滾筒內(nèi)的停留時(shí)間應(yīng)比計(jì)算所得的時(shí)間要縮短。

2.4 熱空氣的作用與用量計(jì)算

熱空氣的作用主要是促進(jìn)木屑里所含的水分汽化，形成溫度較高的空氣，并及時(shí)排出滾筒體，以達(dá)到干燥木屑的目的。木屑通過輸送裝置送入到滾筒內(nèi)，并與熱空接觸。加熱過程一般分成四個(gè)階段。第一是預(yù)熱階段，木屑在這個(gè)階段受熱而升溫，木屑的水分變化很小，這段時(shí)間也很短，只有幾十秒。第二是等速干燥階段，這個(gè)階段，由于木屑內(nèi)部水分?jǐn)U散率大于表面水分的汽化速率，表面始終存在一層自由水，則干燥速度較快并能維持穩(wěn)定，熱空氣傳給木屑熱量全部用于水分蒸發(fā)，過程約3分鐘。第三是干燥率上升階段，干燥時(shí)間達(dá)到3～4分鐘后，干燥速度上升，但不同的木屑此時(shí)含水率不同，產(chǎn)生此種現(xiàn)象的主要原因是在一定溫度和時(shí)間作用的環(huán)境下木屑表層的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，更有利于水分的散發(fā)，從而加快干燥速度。這一階段大約耗時(shí)1分鐘。第四階段是減速干燥階段，這一階段木屑內(nèi)部水分?jǐn)U散速度小于表面水分汽化速度，木屑表面沒有足夠的水分，故木屑的干燥速度逐漸下降。為了提高木屑的干燥速度，降低單位能耗，節(jié)約干燥成本，對(duì)含水率較高的木屑可在室內(nèi)堆放一段時(shí)間，讓水分自然蒸發(fā)，使木屑含水率下降后再進(jìn)入烘干機(jī)進(jìn)行烘干。

烘干機(jī)需吸入的熱空氣質(zhì)量θ可以根據(jù)每小時(shí)需要蒸發(fā)木屑內(nèi)的水分質(zhì)量M、進(jìn)入烘干機(jī)未飽和空氣濕度H1和排出烘干機(jī)的空氣濕度H2按下式進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，進(jìn)入烘干機(jī)空氣濕度H1大約為0.011kg/kg，排出烘干機(jī)空氣濕度H2大約為0.0265kg/kg，于是：

熱空氣的密度ρ空氣大約為1.2kg/m3，則熱空氣的體積為：

3 風(fēng)機(jī)的選擇

3.1 風(fēng)機(jī)風(fēng)量對(duì)木屑烘干的影響

木屑初始溫度不同，風(fēng)量對(duì)烘干機(jī)性能指標(biāo)的影響將有差異。若將風(fēng)量分為高風(fēng)量區(qū)和低風(fēng)量區(qū)，則在低風(fēng)量區(qū)由于熱風(fēng)所含的熱風(fēng)量較少，熱風(fēng)溫度沿滾筒方向下降得快，烘干筒內(nèi)氣回相間的平均溫度差較小。增大風(fēng)量將迅速提高氣固相間的平均溫度差，使干燥強(qiáng)度和降水幅度提高較快。這說明，這種情況下風(fēng)量對(duì)干燥強(qiáng)度和降水幅度影響顯著，提高風(fēng)量對(duì)增大干燥強(qiáng)度和降水幅度極為有利。單位熱耗因受到木屑初始溫度的影響，在低風(fēng)量區(qū)呈不同的變化趨勢(shì)。木屑初始溫度較高時(shí)，單位熱耗隨風(fēng)量的變化不大，并保持較低的值。木屑初始溫度較低時(shí)，由于木屑預(yù)熱量占熱空氣總熱量的比例較大，增加風(fēng)量將減少熱木屑引起的相對(duì)熱損失，使單位熱耗迅速降低。可見，在低風(fēng)量區(qū)適當(dāng)增加風(fēng)量，對(duì)提高烘干機(jī)的性能十分有利。在高風(fēng)量區(qū)，提高風(fēng)量雖然可以提高滾筒風(fēng)氣相與固相間的平均溫度差，但是因木屑在滾筒內(nèi)的滯留時(shí)間縮短，使干燥強(qiáng)度和降水幅度變小。正因?yàn)榻邓蕊L(fēng)量的上升而增加的較小，導(dǎo)致單位熱耗幾乎隨風(fēng)量的加大呈直線上升趨勢(shì)，風(fēng)量成為影響單位熱耗的主要因素。所以，在高風(fēng)量區(qū)應(yīng)采用較小風(fēng)量。

3.2 風(fēng)機(jī)類型的選擇

滾筒式烘干機(jī)所用風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓都不高，應(yīng)選用引風(fēng)機(jī)。引風(fēng)機(jī)有離心式和軸流式兩種工作原理，軸流風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是流體沿著扇葉的軸向流過，如電風(fēng)扇和家庭里的排氣扇；而離心風(fēng)機(jī)是將流體從風(fēng)扇的軸向吸入后，利用離心力將流體從圓周方向甩出去。由于在滾筒烘干機(jī)中風(fēng)機(jī)的作用不單是要將濕空氣抽出到滾筒外，還要將木屑送到烘干機(jī)的分離器中進(jìn)行氣固分離，因此，它與離心式風(fēng)機(jī)的作用機(jī)理相符。同時(shí)，離心式引風(fēng)機(jī)維修簡便，運(yùn)行成本低。

離心式風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)有流量Q、全壓H、轉(zhuǎn)速n、功率N。在確定滾筒烘干機(jī)風(fēng)道阻力及流量后，通過計(jì)算就能對(duì)所用風(fēng)機(jī)的型號(hào)進(jìn)行選擇。引風(fēng)機(jī)一般在風(fēng)機(jī)性能表中根據(jù)自己的要求進(jìn)行選擇。在風(fēng)機(jī)性能表中的參數(shù)是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)機(jī)的性能，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)即大氣壓力Pa=101325Pa，大氣溫度ta=20℃，相對(duì)溫度=40%，空氣密度ρ=1.2kg/m3的情況。當(dāng)使用狀態(tài)為非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，必須把非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的性能換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的性能，然后根據(jù)換算性能選用風(fēng)機(jī)，其換算公式如下：

其中，n為風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/m），n0為實(shí)際轉(zhuǎn)速；Q為流量（m3/ h），Q0為實(shí)際流量；P為全壓Pa，P0為實(shí)際壓力；為氣體密度（kg/m3），0為實(shí)際氣體密度。

3.3 風(fēng)機(jī)型號(hào)的選擇

綜合以上條件，根據(jù)《2006版新編風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》，我們選擇風(fēng)機(jī)為離心式、風(fēng)壓為大氣壓、氣體密度與大氣基本不變的鍋爐風(fēng)機(jī)，最高工作溫度不超過250℃，選用風(fēng)機(jī)型號(hào)為Y8-39-4，功率為5.5kW，電機(jī)型號(hào)為Y13251-2，轉(zhuǎn)速為2900r/min，全壓為2030Pa，靜壓為1758Pa。

3.4 風(fēng)機(jī)風(fēng)量不適時(shí)的調(diào)節(jié)方法

若在風(fēng)機(jī)新安裝后開始正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，或在使用過程中發(fā)生流量過大或過小時(shí)，可以利用節(jié)流裝置調(diào)節(jié)流量、改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量、調(diào)換壓力較適應(yīng)流量的風(fēng)機(jī)或改變管網(wǎng)阻力系數(shù)等幾種方法進(jìn)行解決。實(shí)際操作時(shí)，一般都采用節(jié)流裝置來調(diào)節(jié)流量，但當(dāng)實(shí)際流量比需要流量大很多時(shí)，這種方法浪費(fèi)電力較多。如果條件允許，可采用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到風(fēng)機(jī)流量調(diào)節(jié)的目的。

4 結(jié)論

通過上面的分析知道，要對(duì)木屑烘干機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)與制作，并使其有較高的工作效率，就要對(duì)烘干機(jī)滾筒的長度、直徑進(jìn)行分析計(jì)算，并要驗(yàn)證木屑在烘干機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間，確保木屑的烘干質(zhì)量，之后還要進(jìn)行滾筒內(nèi)氣體的流量計(jì)算，以便進(jìn)行風(fēng)機(jī)的選型。若由于木屑材料的不同，烘干所用的風(fēng)量產(chǎn)生變化時(shí)，可以用節(jié)流裝置來調(diào)節(jié)或用變頻器對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到風(fēng)機(jī)流量適

應(yīng)不同木屑的要求。

參考文獻(xiàn)

［1］孔熠.2006版新編風(fēng)機(jī)選型設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)［M］.北京∶中國知識(shí)出版社，2006.

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Wood Drum Type Drying Machine Production Parameters and Selection Method of Wind Turbine

LI Ruicha

（Maoming radio and Television University， Maoming 525000）

Abstract:Processing of wood raw material must be of wood drying， the drying method with air flow drying and drum drying， due to the drum type drying machine has high drying quality， high yield，low energy consumption， so drum type drying m achine is used most widely. In the des ign of drum type drying machine due to param eter choice is wrong， especially on fan s election method is not caused by drum drying wood is not up to the des ign requirements， resulting in inefficient production of biomass products. The effect and selection methods of drum drying machine principle， design parameters， the fan were analyzed， to obtain better drying machine design parameters， to improve production quality and efficiency of sawdust roller type.

Key words:sawdust， drum dryer， making parameters， fan selection