新靈機(jī)制木炭炭化手冊(cè)
一部分 炭化原理
(一)、機(jī)制炭的生產(chǎn)過(guò)程原理主要分為兩部分:
1、木屑固化成型:此部分是機(jī)制炭生產(chǎn)的物理變化部分(少量化學(xué)變化)，主要由原料分選、原料烘干和擠壓成型幾道工序組成。原料由上料機(jī)送到機(jī)動(dòng)篩上進(jìn)行篩選，較大的樹(shù)皮、石子等雜質(zhì)被分離出來(lái)。經(jīng)過(guò)初步分離的原料經(jīng)過(guò)輸送機(jī)被送入氣流式滾筒干燥機(jī)中，在干燥機(jī)內(nèi)原料被熱風(fēng)爐里送來(lái)的熱空氣烘干，同時(shí)原料被再次進(jìn)行雜質(zhì)分離，較小的石子和樹(shù)皮被隔離出來(lái)。烘干后的原料和所產(chǎn)生的水汽被風(fēng)機(jī)吸走，經(jīng)過(guò)管道被送入旋風(fēng)分離器中，進(jìn)行水汽和干料的分離。經(jīng)過(guò)烘干的木屑濕度大約在(4%—6%)，在旋風(fēng)分離器中通過(guò)重力的作用，干木屑從潮濕的空氣中被分離出來(lái)落入料箱，在料箱里被送料機(jī)送入成型機(jī)中進(jìn)行固化成型。經(jīng)過(guò)此道工序，木屑被制成有規(guī)則形狀的木屑棒，尺寸通常為40cm×5.1 cm×5.1 cm，中心有孔。
2、炭化部分:此部分是機(jī)制炭生產(chǎn)的化學(xué)變化部分。把成型的木屑棒裝入窯中進(jìn)行炭化，炭化過(guò)程如下:
干燥階段:此階段基本無(wú)化學(xué)變化，木屑棒中的水分在外熱的條件下被烘干，反應(yīng)緩慢，產(chǎn)生白色氣體(水蒸氣)，此階段時(shí)間較短，在6個(gè)小時(shí)左右，氣候潮濕、窯體不干及半成品的含水量對(duì)此段時(shí)間的影響最大(對(duì)于典型的原木炭此段時(shí)間達(dá)到50多個(gè)小時(shí)很正常，對(duì)機(jī)制薪棒最好是盡快裝窯炭化，時(shí)間越長(zhǎng)含水量就會(huì)越高，干燥也越困難)。溫度在120?-150?，封窯后2—4個(gè)小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生的水汽最大，應(yīng)及時(shí)排出，此點(diǎn)控制在此階段最重要，否則悶在窯里的水汽會(huì)損壞半成品薪棒。造成所出木炭表面有毛刺甚至半窯爛炭，次品率過(guò)高。
預(yù)炭化階段:比較不穩(wěn)定的組分半纖維素150-180?開(kāi)始分解，氣體的顏色由白色漸漸變?yōu)樽睾稚?，成分為CO2、CO和少量醋酸(70%CO2，30,CO)，可以回收，提煉木醋酸。氣體如不回收，可將其點(diǎn)燃，點(diǎn)燃后無(wú)污染排放。175?以下氣體生成不快，氣體熱值約有1200千卡/立方米 。溫度在150?閃點(diǎn)到(225--260?)275?。此階段時(shí)間較短，較容易控制。
炭化階段:占主要組成部分的纖維素和木質(zhì)素開(kāi)始劇烈熱解，氣體顏色變?yōu)榘岛稚矣袕?qiáng)烈的刺鼻氣味(生成的大量易燃的碳水化合物)，由液體(醋酸、甲醇、木焦油)和氣體(二氧化碳、甲烷、乙烯等)兩部分組成，CO含量下降，氣體的熱值上升為4000千卡/立方米有較大的回收價(jià)值，表現(xiàn)形式為放熱 (280-350? 纖維素，350-400? 木質(zhì)素)，如不回收也可將其點(diǎn)燃。此過(guò)程(275?閃點(diǎn)-400?)是炭化的主要過(guò)程，時(shí)間較長(zhǎng)，比較難控制，主要通過(guò)給氧量的大小來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)的進(jìn)程。窯體設(shè)計(jì)在此顯得格外重要，燒的太快給風(fēng)量過(guò)大，就會(huì)影響炭的收縮度、強(qiáng)度和過(guò)多的裂紋，使出炭的品質(zhì)和出炭率跟隨下降。
煅燒階段:熱解過(guò)程基本結(jié)束，基本無(wú)氣體產(chǎn)生，主要是排出殘留的揮發(fā)性物質(zhì)，提高固定炭的含量，產(chǎn)生的氣體可點(diǎn)燃。此過(guò)程對(duì)炭的質(zhì)量影響很大，如果煅燒溫度不夠，則固定炭含量較低，揮發(fā)分超標(biāo)，收縮較差，強(qiáng)度不夠，無(wú)鋼音，無(wú)銀灰色亮度。表現(xiàn)形式為外熱、青煙，溫度在450?1000? 。
(二) 機(jī)制窯與土窯炭
機(jī)制炭就是利用機(jī)制設(shè)備將竹、木鋸末、邊角廢料、花生殼等含碳物質(zhì)，經(jīng)過(guò)粉碎、烘干、擠壓成形、炭化等工藝過(guò)程，生成棒狀的木炭。它外形具有一定的幾何形狀，一般為六棱形和四棱形，棒中心是Φ12左右的圓孔。
機(jī)制木炭的炭化過(guò)程可在移動(dòng)式炭化爐里完成，也可在傳統(tǒng)的土窯內(nèi)完成。前者熱分解炭化的最終溫度一般在400?以下，故屬于中低溫炭。此類炭的含碳量一般不低于80%，燃燒值在7000大卡/kg以上，灰分在4.5%左右，燃燒時(shí)無(wú)煙無(wú)味，有淺藍(lán)色火苗，燃燒時(shí)間為普通原木樹(shù)炭的2倍。此類木炭除用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面外，人們還喜歡用它作火鍋用炭。
原始土窯炭就是單用傳統(tǒng)的土窯燒制出來(lái)的樹(shù)炭。因土窯不具有焦油分離裝置及溫度控制等原因，故燒制出來(lái)的樹(shù)炭有夾生的現(xiàn)象，并在燃燒時(shí)產(chǎn)生煙味，像目前燒烤市場(chǎng)上最常用的果木炭之所以長(zhǎng)久的占據(jù)燒烤市場(chǎng)是因?yàn)檫@種煙味能使烤肉更好吃，已經(jīng)是一種特色。但是這種木炭卻不適合室內(nèi)燒烤。此外其燃燒時(shí)間比機(jī)制炭短。也因土窯炭的原料及生產(chǎn)成本低，并有一定的市場(chǎng)，故有些燒炭翁不顧國(guó)家的三申五令而砍樹(shù)燒制土窯炭。特別是有些炭翁只顧眼前的利益而砍伐稀有的闊葉櫟樹(shù)，這樣做不但毀壞了森林資源，破壞了生態(tài)平衡，而且也觸犯了國(guó)家的有關(guān)法令。故國(guó)家有關(guān)部門采取措施，查封上述土窯，取締了樹(shù)木炭市場(chǎng)，禁止運(yùn)輸，出口樹(shù)炭，這樣一來(lái)，樹(shù)木土窯炭會(huì)逐漸被機(jī)制炭所取代。
若將機(jī)制薪棒放在我們改進(jìn)后的土窯里燒制并精煉成棒炭，其結(jié)果就與上述情況不同。因?yàn)橛酶倪M(jìn)型土窯燒制，我們可以利用外加燃料及自身熱分解物燃燒所產(chǎn)生的熱量，給熱分解完畢的棒炭加溫到700?以上。在這高溫下，碳原子的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了數(shù)量不等的石墨晶體。同時(shí)，原棒炭中的揮發(fā)性物質(zhì)也被排除出來(lái)，故用改進(jìn)型土窯燒制出來(lái)的棒炭具有含碳量高(可高達(dá)93%)，發(fā)熱量大(高達(dá)8000大卡/kg)，灰分小的特點(diǎn)。燃燒時(shí)火苗短而小，其燃燒時(shí)間比上述機(jī)制炭略長(zhǎng)，故除用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面外，人們習(xí)慣用它作燒烤。
(三)、木炭燒制與溫度
燒制木炭的整個(gè)過(guò)程都與熱打交道。熱量多少，我們可以通過(guò)特定的“溫度”來(lái)衡量，下面我們就通過(guò)原料，成型，炭化，成品來(lái)分析炭與溫度有何關(guān)系。
1、原料干燥:
我們要保證炭的質(zhì)量，必須要做好炭棒。棒的好壞除取決于設(shè)備、工藝之外，還要取決于原料中所含水分的大小。一般要求原料的含水率小于12%，但也要大于6%。因此，我們第一步工作是干燥原料。
干燥原料時(shí)我們可先將含水分較大的原料放在露天的曬場(chǎng)里晾或曬1,2天，讓其表層水分蒸發(fā)，以減少熱烘的時(shí)間和燃料的消耗。然后，我們將粒度合格的原料放進(jìn)熱風(fēng)烘干機(jī)里烘干至含水量小于12%的干原料，烘干的溫度一般為160?,250?左右。
2、制棒
原料制棒是在成型機(jī)(或稱制棒機(jī))里完成。成型機(jī)的成型筒外面有三個(gè)加熱圈，它可使成型筒的溫度上升到350?左右。
為了保證炭薪棒的密度大、表面光滑、無(wú)明顯裂紋。我們可根據(jù)原材料種類和含水率來(lái)選擇合適的成型溫度。其高低要經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)才能確定。一般說(shuō)來(lái)，若我們假定螺旋推進(jìn)器是合格的，且原料含水量在6,12%之間，則我們可將木屑、木鋸末、木刨花及竹質(zhì)原料的成型最終溫度控制在260,320?之間。
3、炭化
若我們將原料成型的最終產(chǎn)品做成炭，那我們就應(yīng)將薪棒通過(guò)炭化爐或土窯燒制(或煅燒)成合格的炭。中低溫炭的炭化過(guò)程一般可分為以下三個(gè)溫度段。
(1)、干燥階段
從點(diǎn)火開(kāi)始，至爐溫上升到160?，這時(shí)薪棒所含的水分主要依靠外加熱量和本身薪棒燃燒所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行蒸發(fā)。薪棒的化學(xué)組成幾乎沒(méi)變。
(2)、炭化初始階段
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