木屑滚筒式烘干机制作参数与风机选择方法初探

李瑞垞

（茂名广播电视大学，茂名 525000）



木屑滚筒式烘干机制作参数与风机选择方法初探

李瑞垞

（茂名广播电视大学，茂名 525000）

摘 要：对木屑原料进行成型加工，必须对木屑进行烘干。常用的烘干方法有气流式烘干和滚筒式烘干。由于滚筒式烘干机具有烘干质量高、产量大、能耗低等优点，它被广泛应用。然而，设计制作滚筒式烘干机时，往往会因参数选择不对或风机的选择方法不对而造成滚筒式烘干木屑时达不到设计要求，生产率低下。鉴于此，本文分析滚筒烘干机的原理、设计制作的参数、风机的作用与选择方法，以得到较佳的烘干机设计参数，提高木屑滚筒式的生产质量与效率。

关键词：木屑 滚筒式烘干机 制作参数 风机选择

随着石油、煤炭等化石类能源的日益枯缺，世界各国都十分重视各种可再生能源的开发与应用。除了不断普及的风能与太阳能发电外，生物质（包括木屑、蔗渣等）作为与我们日常生活密切相关且可再生的能源而日益受到重视。日本对这些能源的开发与利用较早，技术也较先进。20世纪80年代初，我国国内工业不断发展，化石类能源的使用需求增加迅速，价格不断攀升而导致生产成本提高，而这些化石类能源的使用也使国内的环境质量不断下降。因此，有些地方开始对煤炭的使用加以控制，这样生物质燃料（生物质颗粒、机制炭等）由于具有体积小、储运方便、燃烧热能高、灰烬及烟气中污染物含量小等优点，成为一种高效环保的能源而受得到人们的重视，并开始了对生物质固化成型技术的研究。目前，我国成型燃料的研究，特别是生物质致密技术和炭化技术取得了很大进展。研究成果的不断出现，促使很多企业往生物质能源方向进行技术开发和能源生产。因此，如何提高生物质能源生产的技术水平与加工过程能耗的降低，以提高企业的生产效率，增加生物质能源的投资效益就显得十分重要。本文主要对提高生物质能源生产所用到的滚筒式烘干机的计算与设计进行优化，以提高滚筒式烘干机的效能，以期对相关企业提供助益。

1 木屑滚筒烘干机介绍

目前，用于木屑干燥的方法很多。按干燥所用能源方式，可分为日光晒干与利用热能烘干；按热量传递形式，可分为热对流干燥与热传导干燥；按干燥木屑排出的方式不同，可分为断续式干燥和连续式干燥；按木屑与气流的运动方向，可分为顺流式干燥和逆流式干燥等。

滚筒筒干燥机属于对流连续出料的顺流式烘干机，主要结构是一个热风炉、滚筒、物料输送装置、风机和分离器等，如图1所示。

木屑滚筒烘干机的工作过程：在热风炉内燃烧木柴或其他燃料，并通过引风机将热风抽入到滚筒内，利用温度计测定滚筒尾部的温度升高到约120℃后，通过输送装置将已经过筛的湿木屑传送到滚筒烘干机筒体内；随着滚筒的不断转动，木屑也跟着翻滚；木屑与热风均匀且充分接触而温度升高，温度的升高会使湿木屑中的水分子活动加快而脱离木屑蒸发到空气中；蒸发出来的水分则通过引风机抽到滚筒外。在滚筒制作安装时，滚筒体与水平面具有的斜度（一般3°～5°）而产生的重力作用、滚筒内设置的木屑扬料板对木屑的提升作用和引风机的吸力三个因素的共同作用，使木屑连续不断地向滚筒尾部移动并进入到引风机内。引风机将木屑送到旋风分离器内将木屑与热空气分离，干燥的木屑通过出旋风分离器出口到地面或输送带，热空气则通过烟囱排到车间外。但是，由于滚筒内的木屑与空气的运行相对复杂，部分热空气（包含有水蒸气）在引风机的作用下并不能及时地被抽出而在滚筒内停留，停留的热空气与木屑会相互接触。而热空气中的湿度比木屑的湿度高，会造成木屑的回潮，从而影响烘干效。因此，在选择滚筒烘干机参数时要特别注意。

图1 滚筒烘干机结构图

2 滚筒烘干机参数计算与选择

2.1 木屑原料的状态

华南地区的木料一般有松树、杉树、桉树和其他树种。这些树种的木料用在建筑模板和家具用料的情形较多。这些木料在锯削时为了防止夹锯和增长锯条的使用寿命，一般需加水冷却，锯削出来的木屑含水率较高。据现场检测，新锯出来的木屑含水率大体在40%～50%。若木屑装包并在仓库放置一段时间自然风干，木屑的含水率一般在30%～40%之间。根据一般化原则，现以含水率为40%的木屑（烘干的时间一般要在15～20min）为例，烘干产量为2T/h，含水率为小于10%干木屑的滚筒烘干机进行分析，以得出烘干机较为合理的参数。

2.2 滚筒体积的选择

要对风机进行选择，首先要确定滚筒的参数。烘干滚筒的主要结构尺寸包括滚筒容积V、滚筒长度L、滚筒直径D等。烘干滚筒体积V的大小直接影响单位时间内通过滚筒内部的热气量，而滚筒长度L和滚筒直径D主要影响木屑在滚筒内部加热、干燥过程的木屑滞留时间及木屑颗粒在滚筒横截面上的均匀程度。可以说，这些参数都影响着颗粒木屑的升温效果。一般情况下，烘干滚筒的容积计算是根据每小时里滚筒内的水分蒸发度来进行确定的，即每立方米滚筒内在一小时时间内所蒸发的水分质量。其计算

式为：

其中，M为蒸发的水分质量（kg/h）；PZ为烘干机滚筒的蒸发率（kg/（m3·h））；C为颗粒木屑的含水量（%）。

烘干滚筒的水分蒸发率取决于烘干设备制作的工艺流程、滚筒内部扬料板等的结构形式、滚筒内颗粒木屑的充盈率及滚筒转速、倾角和滚筒截面上烟气流动速度等因素，同时也与颗粒木屑的性质、木屑含水量、木屑颗粒大小等有关。一般情况下，水分蒸发率PZ是根据滚筒运行的试验数据进行估算的，约为25kg/（m3·h）。若通风效果良好，水分蒸发率可达到80kg/（m3·h）。因此，我们取滚筒烘干机的水分蒸发率PZ为25kg/（m3·h）。若时产量为2T，木屑含水率为40%，则每小时需要蒸发的水分质量M和滚筒体积V可计算如下：

2.3 木屑在滚筒内停留时间的分析校核

上面的计算得出了滚筒的体积。为了节约生产成本，选用直径为Ø1020的螺旋管作为滚筒体，根据滚筒直径和滚筒体积就可以计算出滚筒长度L：

下面分析木屑在滚筒体内的停留时间。

图2 滚筒叶片布置图

其次，分析滚筒体的转速。木屑烘干机滚筒的转速一般为6～20r/min，转速的大小直接影响木屑在滚筒内的停留时间，从而影响木屑与热烟气换热的时间长短，导致颗粒木屑升温情况发生变化。当木屑的水分大时，就减小滚筒的转速，延长木屑在滚筒内的停留时间。当然，转速只能在一定范围内调节，不能太快或太慢。若转速太快，木屑会在离心力的作用下贴住在管壁。若转速太慢，木屑被扬得太低，易形成风洞，使热风与木屑接触不良。因此，太快或太慢都影响烘干机的传热效果，降低热能的利用效率。不同各类的木屑需要不同的转速，以达到较佳的扬料高度及适当的停留时间。一般我们在选择滚筒旋转电机时，都采用变频调整器进行控制，以使滚筒的转速在合理的范围内。根据经验数据，这里我们选择电机的转速为

8r/min。

木屑在烘干机滚筒内的停留时间计算如下：

式中，L为滚筒长度（m）；Z为烘干机滚筒每一周木屑被提升的次数，这里取值为2；n为滚筒转速（r/min）；T为木屑在滚筒内的滞留时间（min）。

从这里可以看出，木屑在烘干机滚筒内停留的时间是16.4min。据上所述，根据木屑的特性，其干燥时间在15～20min，而计算所得的木屑在烘干机内的停留时间在这个范围之内。但是，木屑在滚筒内的运行相当复杂，除了由扬料板提升再落下的落差外，主要还受到风机引力的作用，所以其在滚筒内的停留时间应比计算所得的时间要缩短。

2.4 热空气的作用与用量计算

热空气的作用主要是促进木屑里所含的水分汽化，形成温度较高的空气，并及时排出滚筒体，以达到干燥木屑的目的。木屑通过输送装置送入到滚筒内，并与热空接触。加热过程一般分成四个阶段。第一是预热阶段，木屑在这个阶段受热而升温，木屑的水分变化很小，这段时间也很短，只有几十秒。第二是等速干燥阶段，这个阶段，由于木屑内部水分扩散率大于表面水分的汽化速率，表面始终存在一层自由水，则干燥速度较快并能维持稳定，热空气传给木屑热量全部用于水分蒸发，过程约3分钟。第三是干燥率上升阶段，干燥时间达到3～4分钟后，干燥速度上升，但不同的木屑此时含水率不同，产生此种现象的主要原因是在一定温度和时间作用的环境下木屑表层的结构发生了改变，更有利于水分的散发，从而加快干燥速度。这一阶段大约耗时1分钟。第四阶段是减速干燥阶段，这一阶段木屑内部水分扩散速度小于表面水分汽化速度，木屑表面没有足够的水分，故木屑的干燥速度逐渐下降。为了提高木屑的干燥速度，降低单位能耗，节约干燥成本，对含水率较高的木屑可在室内堆放一段时间，让水分自然蒸发，使木屑含水率下降后再进入烘干机进行烘干。

烘干机需吸入的热空气质量θ可以根据每小时需要蒸发木屑内的水分质量M、进入烘干机未饱和空气湿度H1和排出烘干机的空气湿度H2按下式进行计算。根据现场检测，进入烘干机空气湿度H1大约为0.011kg/kg，排出烘干机空气湿度H2大约为0.0265kg/kg，于是：

热空气的密度ρ空气大约为1.2kg/m3，则热空气的体积为：

3 风机的选择

3.1 风机风量对木屑烘干的影响

木屑初始温度不同，风量对烘干机性能指标的影响将有差异。若将风量分为高风量区和低风量区，则在低风量区由于热风所含的热风量较少，热风温度沿滚筒方向下降得快，烘干筒内气回相间的平均温度差较小。增大风量将迅速提高气固相间的平均温度差，使干燥强度和降水幅度提高较快。这说明，这种情况下风量对干燥强度和降水幅度影响显著，提高风量对增大干燥强度和降水幅度极为有利。单位热耗因受到木屑初始温度的影响，在低风量区呈不同的变化趋势。木屑初始温度较高时，单位热耗随风量的变化不大，并保持较低的值。木屑初始温度较低时，由于木屑预热量占热空气总热量的比例较大，增加风量将减少热木屑引起的相对热损失，使单位热耗迅速降低。可见，在低风量区适当增加风量，对提高烘干机的性能十分有利。在高风量区，提高风量虽然可以提高滚筒风气相与固相间的平均温度差，但是因木屑在滚筒内的滞留时间缩短，使干燥强度和降水幅度变小。正因为降水幅度风量的上升而增加的较小，导致单位热耗几乎随风量的加大呈直线上升趋势，风量成为影响单位热耗的主要因素。所以，在高风量区应采用较小风量。

3.2 风机类型的选择

滚筒式烘干机所用风机的风压都不高，应选用引风机。引风机有离心式和轴流式两种工作原理，轴流风机的特点是流体沿着扇叶的轴向流过，如电风扇和家庭里的排气扇；而离心风机是将流体从风扇的轴向吸入后，利用离心力将流体从圆周方向甩出去。由于在滚筒烘干机中风机的作用不单是要将湿空气抽出到滚筒外，还要将木屑送到烘干机的分离器中进行气固分离，因此，它与离心式风机的作用机理相符。同时，离心式引风机维修简便，运行成本低。

离心式风机的主要性能参数有流量Q、全压H、转速n、功率N。在确定滚筒烘干机风道阻力及流量后，通过计算就能对所用风机的型号进行选择。引风机一般在风机性能表中根据自己的要求进行选择。在风机性能表中的参数是指在标准状态下风机的性能，标准状态即大气压力Pa=101325Pa，大气温度ta=20℃，相对温度=40%，空气密度ρ=1.2kg/m3的情况。当使用状态为非标准状态或风机的转速变化时，必须把非标准状态的性能换算到标准状态的性能，然后根据换算性能选用风机，其换算公式如下：

其中，n为风机转速（r/m），n0为实际转速；Q为流量（m3/ h），Q0为实际流量；P为全压Pa，P0为实际压力；为气体密度（kg/m3），0为实际气体密度。

3.3 风机型号的选择

综合以上条件，根据《2006版新编风机选型设计实用手册》，我们选择风机为离心式、风压为大气压、气体密度与大气基本不变的锅炉风机，最高工作温度不超过250℃，选用风机型号为Y8-39-4，功率为5.5kW，电机型号为Y13251-2，转速为2900r/min，全压为2030Pa，静压为1758Pa。

3.4 风机风量不适时的调节方法

若在风机新安装后开始正常运转时，或在使用过程中发生流量过大或过小时，可以利用节流装置调节流量、改变风机的转速调节流量、调换压力较适应流量的风机或改变管网阻力系数等几种方法进行解决。实际操作时，一般都采用节流装置来调节流量，但当实际流量比需要流量大很多时，这种方法浪费电力较多。如果条件允许，可采用变频器对风机转速进行调节，以达到风机流量调节的目的。

4 结论

通过上面的分析知道，要对木屑烘干机进行设计与制作，并使其有较高的工作效率，就要对烘干机滚筒的长度、直径进行分析计算，并要验证木屑在烘干机内的停留时间，确保木屑的烘干质量，之后还要进行滚筒内气体的流量计算，以便进行风机的选型。若由于木屑材料的不同，烘干所用的风量产生变化时，可以用节流装置来调节或用变频器对风机转速进行调节，以达到风机流量适

应不同木屑的要求。

参考文献

［1］孔熠.2006版新编风机选型设计实用手册［M］.北京∶中国知识出版社，2006.

［2］廉乐明.工程热力学［M］.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［3］马萌萌.松散回潮木屑流量与滚筒转速木屑质量的影响分析［J］.科技致富向导，2009，（22）.

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