熱水能竹香芯干燥設(shè)備開發(fā)與應(yīng)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(fā)的意義

棒香(又稱簽香)在國內(nèi)外具有悠久的歷史。香芯是其主要生產(chǎn)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(huán)保天然、成本低的特點而得到廣泛應(yīng)用。竹香芯通常呈圓棒狀，直徑有0.5～3 mm，長度有250～800 mm。當(dāng)前如何做到及時、高效、環(huán)保、安全、節(jié)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(xiàn)有竹香芯生產(chǎn)加工企業(yè)150多家，年產(chǎn)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(chǎn)基地之一。經(jīng)過20多年的發(fā)展，國內(nèi)陸續(xù)開發(fā)了新型的竹材開片機、拉絲機和香芯分選機，竹香芯企業(yè)的生產(chǎn)裝備有了一定的改進和發(fā)展。但是，總體裝備水平還是相對落后，生產(chǎn)效率低、安全隱患大，設(shè)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(jīng)過熱鐵管加熱后由風(fēng)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(chǎn)品的含水率偏差大，出現(xiàn)低點終含水率0%，而高點含水率仍然高達50%～60%。產(chǎn)品含水率過高會發(fā)霉變色，影響質(zhì)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(chǎn)生碳化變色，嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)。

(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(yán)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?；鹦且讖男】赘Z出，引燃香芯，存在較大安全隱患。

為解決這些問題，開發(fā)了以熱水為中間熱源的香芯自動干燥設(shè)備。具體方案如下 ：一是以生物顆粒為燃料，由溫度控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)加料量和進風(fēng)量加熱熱水，使熱水保持設(shè)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(zhì))達到要求的溫度和濕度，通過風(fēng)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(shè)備

2.1 熱水爐結(jié)構(gòu)

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

圖1 熱水爐結(jié)構(gòu)示意

2.2 干燥室結(jié)構(gòu)

如圖2所示，干燥室由干燥室主體、散熱器、軸流風(fēng)機、調(diào)節(jié)板、排汽閥和電器系統(tǒng)組成。

2.3 溫濕度自動控制系統(tǒng)

溫濕度自動控制系統(tǒng)由溫濕度傳感器、控制主機和執(zhí)行機構(gòu)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(shè)在干燥室的頂部。執(zhí)行機構(gòu)有顆粒的進料速度、鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)板和排氣閥的啟閉。

圖2 干燥室結(jié)構(gòu)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(nèi)的散熱器，啟動干燥室內(nèi)的循環(huán)風(fēng)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(dāng)干燥室內(nèi)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(guān)閉排氣閥。通過如此往復(fù)香芯的干燥過程，香芯的含水率逐步降低，達到標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。

3 干燥過程、干燥基準(zhǔn)與干燥質(zhì)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(fēng)機、鼓風(fēng)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(nèi)的循環(huán)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(nèi)風(fēng)機，空氣在風(fēng)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(zhǔn)

3.2 干燥質(zhì)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(jié)果如表1、表2。

表1 干燥后含水率檢測情

表2 設(shè)備的主要參數(shù)

4 經(jīng)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(guān)系產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，同時產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。為此，經(jīng)過近兩個月的實地記錄和統(tǒng)計，得到以下實測數(shù)據(jù)，并與熱泵型干燥和傳統(tǒng)的干燥方式進行了對比(表3)。

表3中的數(shù)據(jù)為以每窯干燥3.5 t濕香芯為標(biāo)準(zhǔn)窯進行統(tǒng)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(tǒng)燃燒竹頭方式的干燥成本，但遠(yuǎn)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(tǒng)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(chǎn)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(zhì)量比傳統(tǒng)燃料竹下腳料方式進行干燥的質(zhì)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(jīng)濟效益200元以上。2018年12月以來，這一技術(shù)在福建省內(nèi)外已推廣應(yīng)用60多臺套，得到廣大竹香芯生產(chǎn)企業(yè)的普遍認(rèn)可，對廣大生產(chǎn)企業(yè)在節(jié)能環(huán)保、安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益提高方面起到促進作用。

表3 香芯生產(chǎn)成本