炭块

背景

木炭是一种理想的燃料，因为它会产生炽热、持久、几乎无烟的火焰。与其他材料结合形成称为煤球的均匀块，在美国广泛用于户外烹饪。据烧烤行业协会统计，1997年美国人购买了883,748吨木炭。

碱性木炭是通过在低氧气氛中燃烧富含碳的材料（如木材）生产的。该过程驱除原始燃料中存在的水分和挥发性气体。由此产生的烧焦材料不仅比整块木材燃烧得更久、更稳定，而且重量更轻（是其原始重量的五分之一到三分之一）。

历史

木炭自史前时代就已被制造。大约 5300 年前，一位不幸的旅行者在蒂罗尔阿尔卑斯山丧生。最近，当他的尸体从冰川中被发现时，科学家们发现他带着一个小盒子，里面装有用枫叶包裹的烧焦的木头。男人身上没有打火石之类的起火工具，看样子他可能是带着闷烧的木炭。

早在 6000 年前，木炭是冶炼铜的首选燃料。公元 1400 年左右 高炉发明后 ，木炭在整个欧洲广泛用于炼铁。到 18 世纪，森林枯竭导致人们偏爱焦炭（一种以煤为基础的木炭）作为替代燃料。

美国东部丰富的森林使木炭成为一种流行的燃料，特别是用于锻造。直到 1800 年代后期，它还在美国西部用于从矿石中提取银、用于铁路燃料以及住宅和商业供暖。

木炭从加热和工业燃料过渡到休闲烹饪材料发生在 1920 年左右，当时亨利福特发明了木炭煤球。福特不仅成功地利用了他汽车厂产生的锯末和废木头，而且他的副业还鼓励人们使用汽车进行野餐。烧烤架和福特木炭在该公司的汽车经销商处销售，其中一些经销商将其一半的空间用于烹饪用品业务。

历史上，木炭是通过将木头堆放在锥形土堆中并用泥土、草皮或灰烬覆盖，在堆的底部留下进气孔并在顶部留下烟囱口来生产的。木头被点燃，让它慢慢燃烧；然后将气孔盖住，使桩慢慢冷却。在更现代的时代，一次性木炭坑被石头、砖块或混凝土窑所取代，可容纳 25-75 根木线（1 根线 =4 英尺 x 4 英尺 x 8 英尺）。一大批可能会燃烧三到四个星期，并需要七到十天才能冷却。

这种木炭生产方法会产生大量的烟雾。事实上，烟雾信号颜色的变化会过渡到过程的不同阶段。最初，它的白色色调表明存在蒸汽，因为水蒸气从木材中排出。作为其他木材组件，如 碱性木炭是通过在低氧气氛中燃烧木材等富含碳的材料生产的.该过程驱除原始燃料中存在的水分和挥发性气体。由此产生的烧焦材料不仅比整块木材燃烧得更久、更稳定，而且重量更轻（是其原始重量的五分之一到三分之一）。 树脂和糖燃烧后，烟雾变黄。最后烟雾变成一缕缕蓝色，表明炭化完成；这是熄灭火并让窑内物品冷却的合适时机。

1900 年代初期，Orin Stafford 开发了另一种生产木炭的方法，他随后帮助 Henry Ford 建立了他的煤球业务。称为蒸馏法，这涉及将木材通过一系列炉膛或烤箱。这是一个连续的过程，木材不断地进入炉子的一端，烧焦的材料离开另一端；相比之下，传统的窑炉工艺是分批燃烧木材。脱水缸几乎不会散发出可见的烟雾，因为可以使用加力燃烧室等排放控制装置有效地处理恒定水平的输出。

原材料

木炭煤球由两种主要成分（约占最终产品的 90%）和几种次要成分制成。一种主要成分，称为炭，基本上是传统的木炭，如上所述。它使煤球能够轻松点燃并产生所需的木烟味。该组件最理想的原材料是硬木，如山毛榉、桦木、硬枫木、山核桃和橡木。一些制造商还使用松木等软木，或其他有机材料，如果核和坚果壳。

用于产生高温、持久火的另一种主要成分是煤。可以使用各种类型的煤，从次烟煤到无烟煤。

次要成分包括粘合剂（通常是由玉米、美禄或小麦制成的淀粉）、促进剂（如硝酸盐）和灰白化剂（如石灰），让后院烧烤者知道何时准备好煤球煮过去。

制造
过程

制造过程的第一步是将木材炭化。一些制造商使用窑（批）法，而另一些制造商使用蒸馏（连续）法。

说明创建木炭团块所需的制造过程的示意图。

炭化木头

• 1（批处理）将大约 50 根木线装入一个典型尺寸的混凝土窑需要一两天时间。当火灾发生时，进气口和排气口完全打开以吸入足够的氧气以产生热火。在为期一周的燃烧期间，调整端口和通风口以将温度保持在大约 840-950°F（450-510°C）之间。在所需燃烧期结束时，进气口关闭；一两个小时后，在停止吸烟后，排气口被密封，以避免窑内压力积聚。经过两周的冷却期后，窑内被清空，炭化木（炭）被粉碎。
• 2（连续过程）在锤磨机中对木材进行分级（破碎成适当尺寸的碎片）。大约 0.1 英寸（3 毫米）的粒径是常见的，但确切的尺寸取决于所用木材的类型（例如，树皮、干锯末、湿木材）。然后木材通过大型滚筒干燥机，将其水分含量降低约一半（至约 25%）。接下来，它被送入多炉膛炉（蒸馏）的顶部。

  在外部，蒸馏罐看起来像一个钢筒仓，高 40-50 英尺（12.2-15.2 米），直径 20-30 英尺（6.1-9.14 米）。在里面，它包含一堆壁炉（三到六个，取决于所需的生产能力）。顶室是最低温度的炉膛，大约为 525° F (275° C)，而底室的燃烧温度约为 1,200° F (650° C)。来自燃油或燃气燃烧器的外部热量仅在熔炉的开始和结束阶段需要；在中间水平，不断变化的木材气体燃烧并提供足够的热量以维持所需的温度水平。

  在每个房间内，木材由从中心轴伸出的粗臂搅拌，中心轴垂直穿过整个蒸馏器。这种缓慢搅拌过程 (1-2 rpm) 可确保均匀燃烧并使材料通过脱水缸移动。在交替的水平面上，粗暴的手臂将燃烧的木材推向围绕中心轴的孔或推向地板外边缘周围的开口，以便材料可以落到下一个较低的水平。当阴燃的炭离开最后一个房间时，它会用冷水喷雾淬火。然后它可以立即使用，也可以储存在筒仓中直到需要。

  典型的蒸馏罐每小时可产生大约 5,500 磅（2.5 公吨）的焦炭。

炭化煤

• 3 较低等级的煤也可以被碳化以制成木炭。碎煤首先干燥，然后加热到约 1,100° F (590° C) 以去除挥发性成分。风冷后，存放备用。

压块

• 4 木炭和淀粉粘合剂等微量成分以适当的比例加入桨式搅拌机，在那里彻底混合。此时，该材料的含水量约为 35%，使其具有类似于潮湿表土的稠度。
• 5 将混合材料放入压机中，该压机由两个相对的滚轮组成，滚轮上有压块大小的凹痕。由于水分含量、粘合剂、温度（约 105° F 或 40° C）以及来自辊的压力，煤球在从压机底部掉出时保持其形状。
• 6 煤球落到传送带上，传送带将它们传送到单程干燥机，将它们加热到大约 275° F (135° C) 持续三到四个小时，从而将它们的水分含量降低到 5% 左右。煤球的生产速度为每小时 2,200-20,000 磅（1-9 公吨）。煤球要么立即装袋，要么储存在筒仓中，等待下一次预定的包装运行。

装袋

• 7 如果正在生产“即时发光”煤球，则在装袋之前将碳氢化合物溶剂雾化并喷洒在煤球上。
• 8 个木炭煤球包装在各种尺寸的袋子中，从 4 磅到 24 磅不等。制作了一些方便的小包装，这样消费者就可以简单地点燃整个袋子，而无需先取出煤球。

副产品/废物

在 19 世纪末和 20 世纪初，作为木材炭化过程副产品的乙酸和甲醇的回收变得非常重要，以至于木炭本身基本上成为副产品。在开发出更高效、成本更低的合成乙酸和甲醇的技术之后，木炭产量显着下降，直到开发用于休闲烹饪的煤球才使木炭恢复生机。

木材炭化的批处理过程会产生大量含有微粒的烟雾。在排气口安装加力燃烧器可以减少多达85%的排放，但由于处理成本相对较高，因此并不常用。

更稳定的蒸馏器操作水平不仅可以更容易地控制加力燃烧室的排放，而且还可以有效利用可燃废气。例如，这些气体可用于为木材干燥机和煤球干燥机提供燃料，或产生蒸汽和电力。

木炭煤球生产在另一个方面是环保的：美国最大的煤球制造商仅使用废料作为其木材供应。来自托盘制造商、地板制造商和木材厂的木屑、锯末和树皮从成堆的废物转化为有用的煤球。

未来

在过去的几十年里，木炭和煤球的生产方法几乎没有变化。近年来最重要的创新是开发了“即时发光”煤球。 1998 年推出的新版本将在大约 10 分钟内准备就绪。