細(xì)蔗渣擴(kuò)縮管式干燥技術(shù)在糖廠的應(yīng)用

梁 勇，寧方堯，謝紹銳，周日金，楊才譽(yù)，龐小蘭，韋國(guó)權(quán)

（1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 430001；2.廣西合浦湘桂糖業(yè)有限公司，廣西 北海 536129；3.廣西來賓湘桂糖業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 來賓 546100）

0 前言

糖廠生產(chǎn)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(jìn)入鍋爐內(nèi)燃燒，蔗渣很大一部分水分還需在鍋爐爐膛內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)后才能達(dá)到蔗渣的著火點(diǎn)，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(fèi)了燃料，不利于節(jié)能降耗。另外粗重蔗渣進(jìn)入爐膛不能完全形成懸浮狀態(tài)，是采用低氮燃燒技術(shù)、實(shí)現(xiàn)蔗渣鍋爐煙氣排放雙達(dá)標(biāo)的技術(shù)瓶頸，是目前制糖企業(yè)急需解決的技術(shù)難題。我國(guó)糖廠開發(fā)和應(yīng)用蔗渣干燥技術(shù)較多，主要有氣流干燥、回轉(zhuǎn)輥筒式、過熱蒸汽干燥、旋風(fēng)式和螺旋輸送煙道氣式等方法，但均存在有技術(shù)事故多、管道堵塞、生產(chǎn)安全率低、干燥效率不高等缺點(diǎn)，因此這些技術(shù)均未能正常運(yùn)行。

1 蔗渣擴(kuò)縮管式干燥工作原理

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

將蔗渣進(jìn)行除髓處理，使得細(xì)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(lián)度，并形成微小顆粒和細(xì)蔗渣。經(jīng)過預(yù)處理得到的細(xì)蔗渣顆粒小、松散、表面積大，在管式干燥中不會(huì)堵塞管道，和煙道氣充分接觸，水分蒸發(fā)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(fā)熱值，另外細(xì)蔗渣進(jìn)入鍋爐后在爐膛處于懸浮狀態(tài)，增加與氧氣的接觸面積，同時(shí)也能保持其在燃燒器內(nèi)均勻分散，避免顆粒沉降造成下部區(qū)域密度過大，采用低氮燃燒技術(shù)使其得到充分燃燒，進(jìn)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(chǎn)生，為蔗渣鍋爐煙道氣雙達(dá)標(biāo)排放提供技術(shù)保障。

擴(kuò)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(kuò)大，煙道氣由鼓風(fēng)機(jī)鼓入氣流干燥管與加入的細(xì)蔗渣進(jìn)行混合后，由高速上升氣流帶動(dòng)，氣固兩相在干燥管內(nèi)以懸浮狀態(tài)運(yùn)動(dòng)并流上升，在上升過程中完成傳熱傳質(zhì)過程，使細(xì)蔗渣水分充分氣化，有效提高氣固兩相的相對(duì)速度，提高傳熱效率，直到細(xì)蔗渣的水分被熱煙道氣帶走，使得細(xì)蔗渣獲得最終的目標(biāo)含水率達(dá)到干燥的目的。

為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行和干燥效果的實(shí)現(xiàn)，氣體輸送速度必須超過最大顆粒的蔗渣沉降速度，另外應(yīng)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(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，它包括干燥管壓力損失和附屬設(shè)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(guān)。煙道氣流速大時(shí)，物料在管內(nèi)的停留時(shí)間較短，流動(dòng)阻力大，在相同干燥時(shí)間的情況下，所需干燥管較長(zhǎng)，干燥管的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用場(chǎng)地高度等因素而定。

2 蔗渣擴(kuò)縮管式干燥系統(tǒng)的應(yīng)用

蔗渣擴(kuò)縮管式干燥系統(tǒng)的技術(shù)路線工藝圖，如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線工藝圖

煙道熱氣進(jìn)入干燥器直管中，由水平方向給喂料器加入細(xì)蔗渣，由于細(xì)蔗渣在垂直方向的速度為零，細(xì)蔗渣進(jìn)入直管后呈現(xiàn)加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)經(jīng)過擴(kuò)縮管時(shí)，由于擴(kuò)縮管的管徑突然擴(kuò)大，使得這部分的空氣流速變小，這時(shí)細(xì)蔗渣由于慣性作用繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，使得細(xì)蔗渣的速度大于進(jìn)風(fēng)速度。當(dāng)物料逐漸減速后，又移動(dòng)到第二段直管中進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)，在直管——擴(kuò)縮管——直管中呈現(xiàn)加速——減速——加速，交替上述運(yùn)動(dòng)過程，使得熱氣流與纖維物料之間的相對(duì)速度和傳熱面積擴(kuò)大，提高了傳熱傳質(zhì)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(zhǎng)度較長(zhǎng)，要求風(fēng)速要高于垂直方向風(fēng)速2m/s；垂直式管道布置占地面積小，在縱向方向?qū)τ诎惭b難度較大。

擴(kuò)縮干燥器是最常用的垂直管道使用方法，本身由直管和擴(kuò)縮管組成，根據(jù)實(shí)際的干燥場(chǎng)地和占地面積要求選用垂直管道干燥管道。擴(kuò)縮干燥器尺寸直管內(nèi)徑377mm，外設(shè)18mm保溫層，直管長(zhǎng)度10220mm，直管為氣流勻速段；連接直管的是直徑600mm的擴(kuò)縮管，外設(shè)18mm保溫層，擴(kuò)縮管長(zhǎng)度為13200mm，擴(kuò)縮管為氣流減速段，擴(kuò)縮干燥器總高23420mm。在擴(kuò)縮干燥器熱空氣進(jìn)口處和擴(kuò)縮干燥器中部分別設(shè)有進(jìn)風(fēng)溫度測(cè)量口和混合溫度測(cè)量口，在第一節(jié)直管初端、末端和進(jìn)風(fēng)口處分別設(shè)置三個(gè)風(fēng)速測(cè)量口，在直管下部設(shè)置進(jìn)料口。直管與擴(kuò)縮管采用螺栓連接固定，密封處用密封圈連接，保證密封穩(wěn)定性，在底部安裝維護(hù)門。擴(kuò)縮管式干燥系統(tǒng)，如圖2所示。

3 蔗渣擴(kuò)縮管式干燥效果

在鍋爐煙道氣溫度約300℃、進(jìn)風(fēng)量6000m3/h、蔗渣進(jìn)料量20t/h、蔗渣含水量在47%左右的情況下，經(jīng)過蔗渣擴(kuò)縮管道式干燥系統(tǒng)干燥，蔗渣水分可降低4%。

圖2 擴(kuò)縮管式干燥系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)論

細(xì)蔗渣擴(kuò)縮管式干燥技術(shù)在輸送蔗渣的同時(shí)進(jìn)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(kuò)縮管式干燥器干燥時(shí)間短，在8s~20s這樣短的時(shí)間內(nèi)能較好地完成對(duì)蔗渣的干燥，傳質(zhì)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(dāng)含蔗髓較低時(shí)熱傳導(dǎo)性很差，很難將熱量傳到纖維內(nèi)部而使其溫度升高，因此細(xì)蔗渣擴(kuò)縮管式干燥器不適用低含水率的蔗渣干燥，其只是對(duì)蔗渣的自由水部分起到快速干燥的作用。