康智勇 劉 純 李 婷

節(jié)能環(huán)保全自動大型噴霧干燥器

康智勇 劉 純 李 婷

(咸陽陶瓷研究設(shè)計院 陜西咸陽 712000)

為了加快我國建筑陶瓷節(jié)能減排的前進步伐,對節(jié)能環(huán)保全自動大型噴霧干燥器進行了研究。本課題對節(jié)能環(huán)保全自動大型噴霧干燥器的機理研究進行了詳細的闡述,并介紹了其關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)點及其與國外同類產(chǎn)品的比較。

節(jié)能環(huán)保全自動 機理研究 干燥

前言

能源短缺、環(huán)境污染是當今世界面臨的兩大難題,因此各企業(yè)都將生產(chǎn)中的節(jié)能降耗、控制污染作為重點問題對待。陶瓷生產(chǎn)是能耗較高的行業(yè),我國又是陶瓷生產(chǎn)大國,建筑陶瓷年總產(chǎn)量為世界之最。在陶瓷濕法生產(chǎn)中,噴霧干燥是必不可少的重要環(huán)節(jié)。

中國是陶瓷生產(chǎn)大國,但還不是陶瓷生產(chǎn)強國。目前我國陶瓷業(yè)與國外陶瓷工業(yè)發(fā)達國家總體水平相比,主要存在有：生產(chǎn)效率低,能耗高,污染大,檔次低。雖然近些年我們在某些方面已經(jīng)與國外水平相比基本接近,但在噴霧干燥方面仍有較大差距,主要是能耗高、污染大、燃料為劣質(zhì)燃料。從資料和國外調(diào)研看,國外噴霧干燥公斤水蒸發(fā)耗熱值一般在750～800 kcal,而我國普遍在800～850kcal。我們通過對節(jié)能環(huán)保全自動大型噴霧干燥器的研究,開發(fā)出適合國情的節(jié)能大型噴霧干燥器設(shè)備,改變原有的噴霧干燥器能耗高、污染大這一局面,為我國節(jié)能減排做出貢獻。

1 節(jié)能環(huán)保全自動大型噴霧干燥器的機理研究

噴霧干燥是一種連續(xù)式的泥漿烘干設(shè)備。陶瓷墻地磚行業(yè)中,含水率為32%～38%的泥漿,由泥漿壓力泵送至霧化噴槍,在塔體內(nèi)霧化成霧滴群并與干燥介質(zhì)接觸進行熱交換,泥漿霧滴脫水,迅速被干燥至含水5%～7%的球狀粉料,在重力作用下聚集于塔底,由卸料裝置卸出。含有微細粉塵的廢氣經(jīng)旋風除塵器和水浴除塵器或布袋除塵器脫硫除塵,達到對大氣排放標準,由排風機經(jīng)排風管道及煙囪排入大氣。塔體系統(tǒng)負壓操作,安全方便。

1.1 噴霧干燥過程階段

1.1.1 噴霧干燥的第一階段：料液的加壓霧化

料液的加壓霧化目的在于將料液分散為微細的霧滴,具有很大的表面積,當其與熱煙氣接觸時,霧滴中水分迅速汽化而干燥成粉末或顆粒狀產(chǎn)品,霧滴的大小和均勻程度對產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟指標影響很大。如果噴出的霧滴大小很不均勻,就會出現(xiàn)大顆粒還沒達到干燥要求,而小顆粒卻已過度干燥。

1.1.2 第二階段：霧滴和熱煙氣的接觸

霧滴和熱煙氣的接觸、混合流動是同時進行的傳熱傳質(zhì)過程,此過程在干燥塔內(nèi)進行。霧滴和熱煙氣的接觸方式 ,混合與流動狀態(tài)決定于分風器的結(jié)構(gòu)型式,噴槍在塔內(nèi)的安裝位置及廢氣排出方式等。霧滴與熱空氣的接觸方式,對干燥塔內(nèi)的溫度分布,霧滴的運動軌跡及顆粒在干燥塔中的停留時間及產(chǎn)品性質(zhì)等均有很大影響。

1.1.3 第三階段：干燥產(chǎn)品與空氣分離

噴霧干燥的產(chǎn)品基本都采用塔底出料,部分細粉夾帶在排放的廢氣中,這些細粉在排放前必須回收利用,以提高產(chǎn)品收成率,降低生產(chǎn)成本,并使排放的廢氣符合環(huán)境保護的排放標準。我們這次采用旋風除塵器和濕法除塵的氣——固分離法。

1.2 影響干燥的諸多因素分析

1.2.1 泥漿的溫度、粘度、濃度

以下是我們?nèi)V東某陶瓷廠泥漿做的性能分析,見表1。從表1可以看出,隨著泥漿溫度的上升,其流動性提高,粘度降低。到60℃時為較佳,但是到了65℃,處于起皮狀態(tài),流動性反而變差,粘度也大幅增大。同時,泥漿粘度對于干燥也有很大的影響。粘度越大,流動性越差,生產(chǎn)出的顆粒越大,容易堵槍,出現(xiàn)粘壁等現(xiàn)象,但節(jié)能;濃度越小,流動性越好,生產(chǎn)出的顆粒細粉越多,但能耗大。每個陶瓷廠原料配方不同,其濃度也不盡相同,一般國內(nèi)廠家均為32%～36%。

表1 泥漿性能表

1.2.2 泥漿壓力和噴片孔徑對干燥的影響

以下是我們在咸陽某廠做的試驗(見表2、表3)。

表2 壓力對顆粒粉度分布的影響

表3 噴片孔徑對顆粒分布

由以上可看出,噴片孔徑增大,顆粒粒度增大。

同時,不同的噴嘴結(jié)構(gòu)及旋流片結(jié)構(gòu)、外徑尺寸、噴片角度也對干燥顆粒的大小和分布有很大影響。我們將旋流片做成8㎜、12㎜兩種不同厚度,噴片噴射角度做成 60°、90°、120°等幾種類型 ,進行試驗。試驗表明：在建筑陶瓷行業(yè),噴霧塔最好選用旋流片8㎜,噴片噴射角度為120°。

1.2.3 噴槍布置方式、高度及噴頭對干燥的影響

我們調(diào)研了許多陶瓷廠,結(jié)果如下：噴槍距離塔頂6.5～7m為最多,如果距離塔頂大于7m,熱利用率差,如小于6.5m,料粘塔頂。這次我們布置噴槍36個,將24個噴槍布置在距離塔頂6.8m位置,將8個噴槍放在距離塔頂7m位置。

噴頭是噴槍的關(guān)鍵部件,它主要由噴片、旋流片、蓋片、噴頭體、分流體等組成。壓力式噴嘴大致可分為3種類型：旋轉(zhuǎn)型、離心型及壓力—氣流型。壓力式噴嘴在結(jié)構(gòu)上的共同點是使液體獲得旋轉(zhuǎn)運動,即液體獲得離心慣性力,然后由噴片孔高速噴出。

經(jīng)過分析比較、調(diào)查研究,陶瓷行業(yè)一般用離心型壓力噴頭。同時,噴片孔徑對干燥的影響如上述。

圖1 分風器和噴霧示意圖

對于噴槍選用1槍2頭(或3頭)還是1槍1頭,我們做了實際調(diào)研,在別的行業(yè)有選用1槍(2頭或是3頭)的,但為數(shù)不多。在陶瓷行業(yè),基本上均用1槍1頭的,主要存在以下優(yōu)點：①堵槍時方便更換。②1支槍噴槍重量減輕,操作工人勞動強度減輕。③噴槍頭位置分布均勻,干燥物料質(zhì)量較好。

1.2.4 塔內(nèi)負壓對干燥的影響

噴霧干燥均為負壓操作,塔內(nèi)負壓的大小對干燥效果具有很大影響,負壓太大或太小都不好。實踐證明,塔內(nèi)負壓在200～400Pa范圍內(nèi),干燥出來的物料粒徑分布及含水率最好。

1.2.5 熱風分風器對干燥的影響

分風器是干燥器中的重要部件,其結(jié)構(gòu)尺寸對干燥效果影響很大,其原則是讓熱風在塔體既能均布又能旋轉(zhuǎn)起來,增加熱風的利用率,盡可能降低排風溫度,達到節(jié)能的目的。分風器及干燥塔設(shè)計得不合理,容易造成粘壁(見圖1)。泥漿霧滴——熱空氣運動的預測和控制,對干燥器的設(shè)計和干燥性能是一個重要的指標。霧滴——熱空氣運動的結(jié)果決定霧滴在干燥器的停留時間。

影響干燥的還有塔體尺寸、保溫措施、出料出風方式、熱風爐結(jié)構(gòu)及能源結(jié)構(gòu)、人為原因等因素。

2 關(guān)鍵技術(shù)及其優(yōu)點

1)塔體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,根據(jù)大型噴塔的需要,將塔身高度和下錐角度進行優(yōu)化設(shè)計,降低了排風溫度,起到節(jié)能目的。

2)泥漿的溫度與粘度關(guān)系的研究。

3)除塵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計等。

4)比普通的噴霧干燥器節(jié)能達8%～10%。

5)生產(chǎn)每噸粉料占地面積比中型噴霧干燥器節(jié)省70%～80%;粉塵排放比普通噴霧干燥器有很大改善。

6)操作人員減少60%以上;產(chǎn)量大,粉料質(zhì)量穩(wěn)定。

3 該項技術(shù)與國外的比較

大型噴霧干燥器(≥PD5000型)在國外陶瓷發(fā)達國家已應用多年,水平最高的意大利SACMI公司最大型號PD20000型。下面是SACMI公司8000型技術(shù)指標與咸陽陶瓷研究設(shè)計院8000型指標比較(見表4)。

表4 SACMI公司8000型技術(shù)指標與咸陽陶瓷研究設(shè)計院8000型指標比較

由表4可看出,我院研制的 PD8000型噴霧干燥器技術(shù)參數(shù)在許多方面優(yōu)于SACMI公司產(chǎn)品。

4 結(jié)語

節(jié)能環(huán)保大型噴霧干燥器在國外陶瓷墻地磚發(fā)達國家已大量使用,國內(nèi)在大型噴霧干燥器方面近25年來幾乎沒有引進,雖然也有相近規(guī)格的噴霧干燥器正在使用,但其在節(jié)能和環(huán)保方面均沒有實質(zhì)性改變。此項技術(shù)工藝及設(shè)備主要在節(jié)能和環(huán)保上比原來傳統(tǒng)的前進了一大步。

隨著我國陶瓷行業(yè)這幾年的迅猛發(fā)展和今后的兼并重組,大型噴霧干燥器的應用將是發(fā)展趨勢。

TQ174.5

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1002-2872(2010)09-0032-03

康智勇(1966-),男,大專,高級工程師;研究方向為陶瓷機械設(shè)備開發(fā)。E-mail：ltlyl-8120@163.com