浅谈喷雾干燥塔的节能措施.docx

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浅谈喷雾干燥塔的节能措施

∙浅谈喷雾干燥塔的节能措施

　近年来我国陶瓷工业发展迅速。

2006年我国日用陶瓷、建筑卫生陶瓷的产量均位居世界第一,其中日用陶瓷产量高达170亿件,约占世界总产量的65%;建筑陶瓷砖年产量约为35亿–,约占世界总产量的55%。

同时我国也是能源消耗大国,建筑卫生陶瓷行业是油耗和电耗大户。

目前,我国陶瓷工业的能源利用率仅为28%～30%,与发达国家50%～57%的能源利用率差距还比较大。

　　喷雾干燥制粉是陶瓷工业高能耗的生产工序之一。

空压机据陶瓷厂能源审计数据显示,喷雾干燥制粉的能耗占陶瓷厂总能耗的10～20%。

随着能源危机及市场竞争的激烈,降低喷雾干燥制粉的能耗,对降低企业生产成本、提高企业竞争力及促进陶瓷行业可持续发展具有深远而重要的意义。

　　1　喷雾干燥塔节能降耗的主要措施

　　由于喷雾干燥过程中的能耗直接影响着企业的经济效益及发展前景,所以陶瓷企业及行业专家们都提出了很多对喷雾干燥过程节能降耗的措施,总结起来主要有以下几方面:

首先是喷雾干燥塔本身性能结构等方面的调整;另外是干燥物质本身的性质控制,燃料问题,干燥介质性质等方面的因素。

　　1.1　干燥介质的控制1.1.1　提高热风的进塔温度在出塔温度恒定的条件下,热风的进塔温度（又称进风温度）越高,带入的总热量就越高,单位质量的热风传递给泥浆雾滴的热量就越多,单位热风所蒸发的水分也越多。

干燥设备在生产能力恒定不变的情况下,所需热风风量减少（即减少了热风离塔时所带走的热量）,降低了喷雾干燥制粉的热量消耗,提高热风的利用率及热效率。

但进塔热风温度不可过高（不超过600℃）,温度太高,就会烧坏塔顶分风器。

　　1.1.2　降低热风的出塔温度在进塔热风温度一定的情况下,热风出塔温度越低,干燥设备进出塔温差就越大,热风传递给泥浆用于干燥的热能就越大,所以热风利用率就越高。

但排风温度也不可过低,低于75℃时因粉料太湿,影响正常干燥。

　　1.1.3　出塔热风（废气）的循环利用陶瓷泥浆经喷雾干燥制粉后,出塔热风若被直接排入大气,这部分热量损失将十分可观（约为制粉工序能耗的10%～20%）。

所以应该将此部分余热充分地利用起来,如可将出塔热风循环利用到预热干燥工序。

出塔热风除了直接循环利用外,还可以利用热交换器对这部分余热储存或交换后再利用。

　　陶瓷行业大部分厂家采用4000型喷雾干燥塔,有些陶瓷厂采用5000型和6000型,最大的有SACMI研制的12000型,喷嘴多达48个。

型号越大生产能力越大,生产每吨粉的能源相对就少,厂家可根据具体情况进行型号选择。

　　1.2.2　整体密闭型控制由于该系统采用负压操作,若有漏风就会增加能耗,所以设备各部位及连接法兰处,热风炉、热风管道、排风管道的热电偶插孔,塔体上的负压测量孔,以及塔体下锥翻板下料器出料口,旋风除尘下料口等部位必须密封好,不能漏风。

　　1.2.3　热风炉的控制热风炉是喷雾塔干燥的热风源,干燥设备其燃料消耗直接影响干燥成本的高低,所以是喷雾干燥塔节能的关键部分。

热风炉效率主要取决于燃油雾化喷嘴,当燃油雾化均匀且燃烧充分时,热效率最高,为此应严格控制雾化空气压力和流量以及燃油压力和流量。

另外雾化喷嘴的雾化角、喷射高度、喷枪角度都应控制在合适的范围内。

一般雾化喷嘴的雾化角（α）为90°～120°,喷射高度为4～4.5m,喷枪角度保持在110°～120°之间,以保证喷雾料与热风可以进行充分的热交换。

热风炉燃料的选择可直接影响燃料消耗的成本,如用清洁的石油气,轻柴油等会使成本大大增加,用重油,混合油等一定要控制其含硫量,否则废气中很难保证SO2排放达标。

现在很多陶瓷厂用煤制气中分选出来的粉煤掺合煤灰（煤转气中含未燃碳10%～20%,有的高达20%以上）制水煤浆,并把煤转气中产生的酚水和焦油喷进热风炉中燃烧,可以杜绝这些有害物质的排放,在高温燃烧中将其变为无害的水和CO2排掉。

这样不但可以大大降低燃烧成本,而且可以充分利用这些废渣、废液,节能降耗。

　　1.2.4　线形燃烧器的使用传统的喷雾干燥塔热风装置一般采用燃油（燃气）热风炉、锅炉蒸汽换热器、导热油换热器或电加热供热系统等。

以上传统的供热系统都采用换热器,而换热器的效率决定着传统供热系统的热能利用效率;而且换热器使用寿命有限,维护成本高。

以线形燃烧器为核心的直燃式热风装置。

线形燃烧器体积比较小,直接安装在风道内,干燥介质可直接与之接触并快速升高到所需温度。

以线形燃烧器为核心的直燃式热风装置兼具节能和环保两大特点。

首先线形燃烧器燃烧机制合理,燃烧区保持有一定量的过剩空气,既能保证燃烧完全,还可抑制氮氧化物的生成。

这种直燃式热风装置无需换热器而直接与空气接触,保证了燃烧热量对空气的有效传递,热效率高。

另外,使用方便是线形燃烧器的另一特点,可通过调节燃气调节阀来改变热风温度。

　　1.3　泥浆的质量控制1）降低陶瓷泥浆的含水率,干燥所需热量就少,但是含水率低的泥浆流动性又不好,流动性差雾化效果就差。

为解决这一矛盾,干燥设备生产中通常加入合适的稀释剂（减水剂）或电解质（如水玻璃、纯碱、腐殖酸等）来调节泥浆的流动性,同时降低泥浆的含水率。

笔者和广东新明珠集团合作采用复合减水剂,泥浆水分由39.5%减至36%,球磨时间缩短了5h,每吨粉可节电16.5元,产量增加了18.8%,年节约成本达150多万元。

　　2）提高陶瓷泥浆温度可有效降低泥浆粘度,干燥设备改善泥浆雾化性能,防止因泥浆结晶而堵塞雾化喷嘴。

所以可以利用出塔热风回收的余热来预热泥浆,这是能源循环利用的有效途径。

　　2　结语喷雾干燥塔的节能除上述措施外,还可以在能源上寻找解决途径,如开发利用新能源,合理控制燃烧过程等。

当然,很多问题还需在实际生产中发现和解决。

陶瓷企业本着可持续发展的目的来合理改善和提高喷雾干燥塔的能源利用率,才能提高企业的经济效益和社会效益。

∙干燥配套设备的选择方法

选择干燥设备一定要兼顾配套设备，因为干燥系统是由干燥设备和附属设备组成。

附属设备选择是否得当也是关键一环。

一般情况下，干燥系统主要由通风设备、加热设备、主机（干燥设备）、气固分离设备、供料设备等组成。

能源费用的上升以及对污染限制的规定，工作条件和操作安全性等对工业干燥机的设计和选择有着直接的关系。

有人对这些设计因素影响（特别是悬浮式干燥机设计，例如喷雾、闪蒸和流化床干燥机）已经给予了充分的讨论，在对各种型号干燥机的选择阶段也一定要考虑到这些因素。

有时候，在对不同物料和不同场合都可进行加工的干燥装置时，人们必须在设计阶段就把这些因素考虑进去。

对于气体来说，由于排除灰尘，干燥装置可以引起污染。

在某些地方，既使是蒸汽也是不能允许的。

一般的要求是，排除的尾气中的灰尘浓度低于20~50mg/Nm3，并且得必须设置高效除尘器。

重要的是，在一定的条件下，适于对粗糙颗粒的干燥。

另一方面，颗粒愈大，干燥时间愈长。

在粉粒物料干燥中，对粉尘的聚集和气体净化通常采用旋风分离器、袋式过滤器或静电聚尘器等。

在其它形式中，如对浆状、片等物料干燥时，粉尘只是在物料对流干燥中发生。

为了排除有害气体污染，人们可借助于吸收、吸附或焚化等手段。

第一节除尘设备

对于气体来说，由于夹带灰尘，干燥装置可以引起污染。

在某些地方，既使是蒸汽也是不能允许的。

干式除尘系统的选择方向见表3-1。

表3-1除尘系统的选择方向

要求推荐系统

低成本,有效,易清洗旋风分离器

中等成本,高效,运行费用高布袋除尘器

处理量大静电除尘器

产品回收,粒度小旋风分离器+湿式除尘器

一、旋风分离器

旋风分离器广泛应用在对流干燥系统中，是从气体中收集产品的主要设备。

旋风分离器结构简单，制造方便，只要设计合理，制造恰当，可以获得很高的分离效率。

对含尘量很高的气体，同样可以直接进行分离，并且压力损失也比较小，没有运动部件，所以经久耐用。

除了磨削性物料对旋风分离器的内壁产生磨损或细粉粘附外，没有其它缺点。

在正常情况下，理论上旋风分离器能够捕集5μm以上的粉体，分离效率可达90％以上。

但是，在实际生产运行中，往往由于制造不良，安装使用不当或操作管理不完善等原因，造成分离效率下降。

一般只有50%～80%，有时甚至更低。

旋风分离器也称作离心力分离器，它是利用含细粉气流作旋转运动时产生的离心力，把细粉从气体中分离出来。

严格地说，旋风分离器内气流的运动情况相当复杂。

由于细粉的凝聚与分散，器壁对细粉的反弹作用以及粒子间的摩擦作用等原因，分离机理很复杂，理论上的研究从未停止过。

含细粉的气流进入旋风分离器后一面沿内壁旋转一面下降，由于到达圆锥部后旋转半径减小，根据动量守恒定律，旋转速度逐渐增加，气流中的粒子受到更大的离心力。

由于离心力产生的分离速度要比受重力作用的沉降速度大几百倍甚至几千倍，使细粉从旋转气流中分离，沿着旋风分离器的壁面下落而被分离。

气流到达圆锥部分下端附近就开始反转，在中心部分逐渐旋转上升，最后从升气管排出。

旋风分离器直径越小，入口速度越大，旋转次数越多，则分离粒径越小。

对于实际的旋风分离器，由于气流的扰动与壁面的摩擦，粒子分布不均、粒子与壁面的反弹作用以及形状的影响，分离器临界粒径不是那样准确，在分离出的物料中也会混入一部分细粒子。

旋风分离器的压降也是一项重要性能指标，一般与气体进口速度的平方成正比，即可用下式表示

旋风分离器的分离效率是很重要的技术指标，含细粉气体中的粒子通常是由大小不均的颗粒组成。

在分离技术上常用分散度来反应粒度分布情况，分散度是细粉中各种粒级所占的质量百分数。

实践证明，分离效率不仅与分离器的结构和操作条件有关，而且随粒度分布而变。

同一设备在相同的操作条件下，粒度分布不同，全效率也不同。

因此，在分离技术上又用粒度分布来确定分离器的分离效率，这就是分级效率。

表示了分离器对某一粒级粉体的分离效率。

当处理气量较大时，采用一台旋风分离器尺寸过大，效率有下降趋势，可采用几个小直径的旋风分离器并联组成一个旋风分离器组。

减小旋风分离器的直径，将使离心力和粒子沉降速度提高，因而也提高了除尘效率。

二、布袋除尘器

布袋除尘器（袋滤器或袋式除尘器）经常作为从干燥尾气中分离粉状产品的最后一级气固分离设备，是截留尾气中粉体的最后一道防线。

布袋除尘器的特点是捕集效率高，可以说，在众多的气固分离设备中，它的捕集效率是其它设备所不及的，特别是捕集20μm以下的粒子时更加明显，效率达到99％以上。

布袋除尘器主要由滤袋、袋架和壳体组成，壳体由箱体和净气室组成，布袋安装在箱体与净气室中间的隔板上。

含尘气体进入箱体后，粉体产生惯性、扩散、粘附、静电作用附着在滤布表面，清洁气体穿过滤布的孔隙从净气室排出，滤布上的粉尘通过反吹或振击作用脱离滤布而堕入料斗中。

（一）袋滤器的工作参数

从袋滤器的工作原理出发，工作阻力在一定范围内随粉尘在滤布上粘附量的增加而增大，阻力的变化会造成系统通风量的波动，对分离效率有较大影响，工作阻力主要由结构阻力、清洁滤布阻力和滤布上附着粉尘层阻力三部分组成。

设备阻力的主要是由后两个阻力所决定。

值得注意的是，干燥操作尾气是高含尘、高湿含量气体，要特别注意袋滤器的工作温度。

一般操作温度要高于露点温度10～20℃，否则一但结露，粉尘大量粘附滤布、阻力陡然增大，严重时会造成系统不能工作。

（二）滤布

前面曾提到，决定捕集效率的重要因素是滤布,从某种意义上讲它起决定作用，正确选择滤布是提高捕集效率的关键，选择滤布时应满足下列条件：

①所捕集的粉体能附着在滤布上构成过滤层；

②选择滤布的间隙应大于颗粒的直径；

③附着在滤布上的粉体应容易剥落；

④对酸碱等气体应有一定的化学稳定性；

⑤容易洗涤且不易收缩；

⑥在处理介质的温度下长期工作不破损。

（三）布袋除尘器的结构

目前应用最多的布袋除尘器有两