转筒干燥在有机肥颗粒加工中的应用
嘉宾姓名：王光辉
今天我想和大家分享一下我们在做转筒干燥的研究中的一些心得。如题目所示，最近我们在关注有机肥的烘干技术。
给大家看个背景：
我国目前集约化养鸡总数已达23亿只，年产鸡粪约8400万吨；目前全国鲜猪粪量为9.22亿吨/年，粪污的年排放量高达60亿吨。如此数量的畜禽粪便对于周围环境的污染是相当严重的。而另一方面，它又是宝贵的饲料和肥料资源，如果能加以开发利用，对于饲养业和种植业的发展，以及农业的增产、增收都具有十分重要的意义。
在这个背景下，我们对熟悉的几个牧场进行了调研。发现现在的有机肥烘干加工一般采用转筒干燥的技术工艺。
转筒干燥设备的主体是略带倾斜并能回转的圆筒，是一种既能受高温加热又兼物料输送的设备。干燥转筒的最小直径为0.5m左右，最大可以达到3m以上；其长度短的为2m左右，长的可达50m。其工作原理是湿物料从转筒的一端加入，在转筒内与热风或加热壁面接触而被干燥，干燥后的物料从转筒的另一端收集。在干燥的过程中，物料借助转筒的缓慢转动，在重力的作用下实现从转筒较高的一端向较低的一端移动。筒体内壁上装有抄板，转筒内的物料被抄板抄起又洒下，能够增大物料与热气流的实际接触表面，以提高物料的干燥速率并促使物料向前移动。
这是一组传统的转筒干燥加工的现场。
而后，我做个补充：
由于制粒工艺技术约束，无法将烘干至含水量低于10%的散状肥料进行制粒。因此，为进行有机肥制粒，一般都采用先将高含水率的发酵后牛粪投入制粒机，进行挤压或者平模制粒，成为具有一定强度的湿颗粒；再将湿颗粒输送至烘干机内，烘干至符合含水率要求。
这个颗粒比较圆，是在颗粒机加工后，进入滚圆机滚圆后的效果。这样，现在必须采用的工艺就是：先进行湿料的颗粒成型；而后，再通过那传统的干燥工艺干燥到低含水率，确保颗粒的稳定性。其实，这是有机肥利用的一种形式。其他，还有直接利用散状有机肥直接施撒的形式。就用不到那样烘干了。
通过几个牧场附加有机肥企业的调研，对方向我提出一个问题。
刚才的转筒，那个企业现场的图片，他们用了两个转筒才形成一个完整的有机肥干燥工艺。设备连接起来有24米长。占用的场地非常大。是的，成型由颗粒机完成，而后湿颗粒进行烘干。
转筒干燥器与其他干燥设备相比，具有以下优点：（1）适用范围广，可以用来干燥颗粒状物料及附着性大的物料；（2）生产能力大，可连续生产，且设备产量的操作弹性大，实际生产上允许产量流量有较大的波动范围，且不会影响产品干燥的质量；（3）设备结构简单，操作方便，故障少，维修费用低，清扫容易。
可是缺点，也比较明显：热损失较大，热效率低；设备庞大，一次性投资多；安装、拆卸困难；物料在干燥器内停留时间长。
在这之前，我一直做牧草干燥工艺。牧草干燥的主要技术是采用转筒干燥。然而，此转筒非彼转筒。
上面的图片我们可以看到转筒的外观。
顾名思义，物料由图片的左侧高处投入设备中，在转筒的转动下，由内部的抄板抄动，靠自重运动到右侧的排料口，一般热风也在左侧随物料进入，经过转筒后由右侧尾气排放出去，这就是我们所说的顺流干燥。也有从排料端进入热风，而后从物料的进料端排出尾气的，我们称之为逆流干燥。
单筒内部的抄板
就是将转筒转过来，看里面。
这样，有机肥颗粒在里面，由抄板抄起在落下，热风从中间穿过去，完成了干燥。这样，我们就考虑改进这个转筒，就先想在抄板上做文章。
这个是均布式抄板。
可以想象，有机肥颗粒在转筒内由外侧壁上的抄板抄起并下落中，落在中间的抄板上，进一步抄动。形成一个“瀑布”的效果，使料和热风，充分接触。而且，我们也在工厂中做了实物试验。
图片都太大了，我做个屏幕截图。
效果也不错，一个问题是，如果在24-30米长的转筒内都焊接这样的抄板，在焊接工艺上，会让师傅挠头~ 万一把自己留在中间就麻烦啦。而且，这个方案，不能降低转筒的占地面积。
在这之前，我做了比较长时间的牧草干燥技术和设备方面的工作。牧草干燥是这样的，我放个简图。
这是一个三回程的转筒干燥工艺，对于牧草而言，这个很适合。侧部分就是干燥设备的剖面，物料由右侧的进料口喂入，经过在三回程转筒内往返折弯后，由出料口排出。牧草在筒体内的运动，是由高速运动的热风带起来的，也就是说，牧草被内部的抄板抄起后，热风既是湿热交换的来源，也是物料运动的动力来源。到了左侧的旋风分离器后，进行风料分离，完成牧草干燥。牧草在干燥筒内停留的时间非常短，大约2分钟，水分由50%以上，降到15%以下的安全含水率。我们可以看到，三回程转筒其实总的物料行程没变。只是像折叠伞一样将长长的筒子给它在内部压短了。于是，我们就想能否将三回程转筒用于有机肥颗粒的干燥。
可是，我前面说了，单筒是靠筒体倾斜，物料在重力作用下，由高向低落下并排出的。
这是三回程的一个三维图。
牧草能够在风速下往返运动，而有机肥颗粒投入这样的转筒中，仅靠风速是无法运动的，就是说，如果将这个三回程转筒倾斜，能够解决物料在内筒和外筒的同一个由高到低方向的流动，但是在中筒，却存在一个爬坡问题。如果这个问题解决掉，那将大大缩短转筒的占地面积，而且，内筒辐射出的热量可以用于中筒内物料的干燥，中筒的热量也可以用于外筒物料。将在热效率方面，有更好的提升。
箭头方向，就是我们希望的效果。如何实现物料的爬升？依然在抄板上做文章。
传统抄板中最常用的举升式抄板可以很好实现物料的倾洒，形成较稳定的物料帘，扩大物料与热风的接触面积，但是该型抄板无法驱动物料的逆向“爬坡”上升。半圆形抄板能够有效推动物料在中筒的“爬坡”上升，但对物料没有抛洒效果，无法达到干燥要求。基于这一现状，提出一种组合式抄板的结构。
这样，我们设计了新的抄板形式。在设计的抄板中，我们应用了这个软件，并进行了计算机模拟。
没法放视频，这是这个设计抄板后，我们在离散元仿真分析中的几个截图。仿真的效果令大家非常满意，颗粒可以起到由低向高的爬坡运动。在这个基础上，我们又在工厂做了实物的验证。
与仿真的结果非常吻合。
我们就让这个试验台大型化，把它做成了一个设备。
那么，这个设备和开始放的照片比起来，结构紧凑了很多，从外面看，就是一台转筒干燥设备这个设备装在当初调研的有有机肥加工厂的那个牧场，然后，他们就不再使用原来的设备了。
在这个过程中，我有点体会：软件的应用，为产品的设计起到了助推器的作用。我们应用的EDEM软件，在了解清楚物料的基本特性后，导入设计好的模型，为我们构想的实现提供了很大帮助。
对于老师从事科研，不能闭门造车。想当然。我还参加了一项青藏高原的科研项目，首席四川草科院的泽柏院长给我讲了一个笑话。去年，我去四川红原（藏区）做实验，泽院长提到红原有个标志性的雕塑。就是藏族牧民的朋友，牦牛。可是那个牦牛雕塑摆放好后，总看着别扭。别扭在哪里呢，原来是它的面部太丰满了。牦牛张着嘴，露出上下整齐的牙齿。还是别扭，最后，牧民看出来了，咦，这个牦牛怎么有上门牙啊？牦牛是没有门牙的。其实，牦牛是没有上门牙的。泽柏院长这个冷幽默，给我的印象很深。
就像我最初和企业负责人聊天时，我就提出来，粮食干燥普遍采用烘干台。有机肥颗粒烘干应该用这个工艺。就没去抓一把湿颗粒看看，这么软的颗粒，一层一层地堆积在一起，能像玉米粒一样流动下来吗？所以，第二点体会，就是让我闭上嘴巴，多看少说，设计要适应需求，而不是想当然！
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时间：2016年1月30日
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