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兰炭粉末在烧烤炭行业的应用

    2022-04-21 10:08:39

兰炭末是兰炭在生产、运输、存放等过程中产生的粒度小于6mm的粉末,达兰炭产量的10 %左右,资源量巨大。这部分材料粒度小,不能直接用于电石、冶金等行业,基本被当做低价燃料处理,大量堆积或直接燃烧更会造成粉尘、雾霾等更严重的环境污染和资源浪费,可见有效的开发利用兰炭末也是亟待解决的问题。


烧烤炭是用于餐饮行业或生活取暖等活动的一种民用清洁燃料,具有无烟无味、易脱灰、易点燃、热值高、环境污染低等特点。目前市场上的烧烤炭主要是以木炭为主,而随着树木砍伐严重,木炭资源供应日趋紧张,环保形势越来越严峻,以致出现机制木炭“原料少、难得到、价格高”的难题。资源丰富的兰炭末与木炭末在比重、活性等方面非常相似,具有众多的相同特性。因此市场上还有部分采用价格低廉的兰炭粉末,添加一定量的传统粘合剂和水,经冷压成型后干燥或自然晾干制得,制出的烧烤炭成本降低,使兰炭粉末资源得到循环利用,不仅节约能源,还能增加产量。

兰炭粉末冷压成型制备烧烤炭的工艺流程为:

原料→粉碎→加水搅拌→成型→烘干或晾制→成品

厂家在选择兰炭粉末冷压成型制备烧烤炭时,仍存在烟味大、易裂纹、强度低,炭灰不自然脱落等问题,这与生产工艺息息相关。大量客户实际生产证明,我们应从兰炭原料、助剂、加工设备等方面控制。

 兰炭粉末原料选择

兰炭是用无黏结性或弱黏结性的高挥发分烟煤在600℃条件下干馏热解制得。兰炭粉末粒度范围为0~3mm、0~6mm两大类。粒度大小、含量不同都会影响炭棒的强度、稳定性。一般制棒时,原料粒度要均匀一致,尤其是面料与颗粒料的混合料,在成型前物料一定要混拌均匀后再使用。

成型性越好,强度、价位也越高。兰炭成型性与烟煤来源和炭化工艺紧密相关,烟煤的机械性越好,则易成型。经大量试验对比,一般兰炭的成型性:内蒙兰炭>神木兰炭>新疆兰炭,地区不同,烟煤相差大,烧制的兰炭成型性相差比较大,强度和抗碎性也相差比较大。

国内在兰炭生产过程中,普遍采用水熄的方法来冷却兰炭,有清水熄焦和氨水熄焦两种形式。氨水熄焦会使兰炭燃烧时的挥发分高、氨等有害气体高;清水熄焦的兰炭灰分低、无烟无味、有害物质少、挥发分低,较氨水熄焦的兰炭优质,但是生产成本相对较高,且熄焦后的兰炭易散,强度降低。

 助剂的选择

 兰炭粉末强度和抗碎性较差,用其来冷压成型制备烧烤炭时,通常需要添加助燃剂、消烟除味剂、粘合剂等助剂来达到成型率高、强度高、无烟无味、易脱灰、易点燃、热值高、环境污染低等特点,符合民用燃料要求。

助燃剂一般有硝酸钾、硝酸钠、高锰酸钾等,在炭棒里硝酸钾加量6~7%,一般为6400/吨;硝酸钠需要加量一倍多替换硝酸钾,且效果没有硝酸钾好,价位一般为4000/吨。

硝酸盐类在受热条件下分解放出氧气,在炭棒的空隙中促使挥发分的激烈燃烧,挥发分放出的热量又能使炭棒的温度上升,从而缩短了炭棒的点燃时间,但其本身具有一定的毒性,在加热的条件下不但会分解出氧气,也会放出 NO2 NO 有毒气体,所以在能达到引燃的前提下尽可能减少硝酸盐的用量。

 高锰酸钾的助燃原理和硝酸钾相同,不过温度上升也促使了高锰酸钾分解,进而形成了一个加速炭棒燃烧的循环,其燃烧时不会有火星且无有毒气体放出,但单位质量的助燃效果不如硝酸钾好。一般会将高锰酸钾和硝酸钾按照一定比例混合,共同作为氧化剂的助燃剂发挥各自优势,使炭棒具有良好的燃烧性能,尽可能减少火星且缩短点燃时间。

消烟除味剂一般有生石灰、硫酸钙、碳酸钡等,都能起到固硫的作用,在燃烧过程中可以对70 %以上的硫进行氧化。

常用的传统粘合剂有膨润土、糖浆、腐殖酸钠、羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉钠、水泥等,可以作为有效的粘合剂,有助于球团的成型,但还会有加量大、成球率低、湿强度差、冷强度低、灰分大、引入的有害杂质多等缺点,会使炭棒中的有害元素增加,品味降低。粘合剂选择时一定要选择粘结能力强、流动性好,能在兰炭粉末粒表面易扩散、分布均匀,而且不增加灰分和不降低发热量,价格价廉,不造成二次污染的。但粘合剂加量要适宜,粘性越大会造成制棒时空转不出棒。如河南建杰实业研发的一种复合型粘合剂SK02,加量5 %能增加兰炭粉末的可塑性,制得炭棒强度高、无烟无味、脱灰性强、热值高,湿棒2米多次落下完整,冷压强度能达到800 N以上,在1100 ℃灼烧2 h时,无烟无味,不影响炭灰色泽,炭灰能自然脱落,热强度0.5米能多次不碎。

③加水量的选择

水量会影响炭棒的湿强度、冷强度、热强度,搅拌时的加水量与炭粉原料、设备机型都有关。如木炭需要多加水,兰炭则少些;炭棒成型设备有螺旋挤压机、冲压机等,一般油压式(有保压)加水量少,冲压式多点,螺旋挤压式更多,加水量多在20~40 %之间,且螺旋挤压式比较常用。

螺旋挤压机成型时,物料加水量要适宜。螺旋推进面比较大,物料加水量太少时,就容易卡机,如果勉强挤出,也会导致成型模具局部发热,终导致制备的炭棒开裂。但是水分加多了,挤出的炭棒太软,一是不好捡装,二是炭棒的密度太低,炭棒不耐烧。

冲压机成型时,物料加水量小,不易成型,即使成型,炭棒也易散掉。水加多了,物料间就会有一种柔韧性,导致压不实,也会影响冷热强度。

也有用对辊压球机生产烧烤炭的,一般加水量在20 %左右。

④加工设备使用

搅拌机一般有卧式搅拌机、轮碾搅拌机。卧式搅拌机一般搅拌时间为25 min,搅拌时间要控制适宜,时间太短,粘合剂与水不能充分渗透,粘结力低,湿强度降低,导致炭棒不易成型,而时间太长,也会使粘结力降低。常用的是轮碾搅拌机,既能将兰炭大颗粒碾碎,又能使物料混拌均匀,使制得的炭棒质量稳定,强度好。

成型设备有螺旋挤压机、冲压机等。螺旋挤压机型号有140、160180、220等,是按套筒内径来区分的,型号越小,说明但进料的内径越小,遇到粘性大的物料,越不容易下料和出料,所以在选择螺旋挤压机制备炭棒时,要选择粘度适宜的粘合剂,粘度越大反而不易出棒。螺距有1514.5141312.56 cm逐渐递减,通过绞龙将炭粉从大内径挤向小内径,密度逐渐加大,越来越紧实,制得的炭棒更耐烧,热强度越高。套筒内壁有纵向的沟槽与螺旋配合起发热作用,发热挤出的炭棒密度高,其制棒温度在50~70 ℃,但设备质量、型号达不到要求时,会使沟槽磨平,易造成温度、密度下降,进而导致炭棒不耐烧,冷热强度低。

冲压机有12131520305080120等吨位的型号,常用的是30吨位的,20吨位以上价位在4万多,12~13吨位价位在1万多。冲压机也有功率大小之分,有18.5 KW22KW50 KW等,吨位和功率越高,提供的压力越大,制备的炭棒越紧实,冷热强度越高。

因此,厂家在利用兰炭粉末冷压成型制备烧烤炭时,不仅要根据自身条件去选择合适质地的兰炭粉末、也要注意在加水量、添加助剂、加工设备等方面的控制,以制备出符合民用燃料要求的产品。

兰炭粉末的开发使用,在烧烤炭、兰炭行业的综合利用中都具有重要的意义,不仅可以解决烧烤炭行业“原料少、难得到、价格高”的难题,也可以缓解兰炭粉末引起的环境污染和资源浪费,又为厂家提供了一条切实可行的途径。

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