節能環保全自動大型噴霧干燥器

康智勇 劉 純 李 婷

節能環保全自動大型噴霧干燥器

康智勇 劉 純 李 婷

(咸陽陶瓷研究設計院 陜西咸陽 712000)

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

節能環保全自動 機理研究 干燥

前言

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

中國是陶瓷生產大國,但還不是陶瓷生產強國。目前我國陶瓷業與國外陶瓷工業發達國家總體水平相比,主要存在有：生產效率低,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、燃料為劣質燃料。從資料和國外調研看,國外噴霧干燥公斤水蒸發耗熱值一般在750～800 kcal,而我國普遍在800～850kcal。我們通過對節能環保全自動大型噴霧干燥器的研究,開發出適合國情的節能大型噴霧干燥器設備,改變原有的噴霧干燥器能耗高、污染大這一局面,為我國節能減排做出貢獻。

1 節能環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式的泥漿烘干設備。陶瓷墻地磚行業中,含水率為32%～38%的泥漿,由泥漿壓力泵送至霧化噴槍,在塔體內霧化成霧滴群并與干燥介質接觸進行熱交換,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,由排風機經排風管道及煙囪排入大氣。塔體系統負壓操作,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品,霧滴的大小和均勻程度對產品質量和技術經濟指標影響很大。如果噴出的霧滴大小很不均勻,就會出現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過程,此過程在干燥塔內進行。霧滴和熱煙氣的接觸方式 ,混合與流動狀態決定于分風器的結構型式,噴槍在塔內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品性質等均有很大影響。

1.1.3 第三階段：干燥產品與空氣分離

噴霧干燥的產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,以提高產品收成率,降低生產成本,并使排放的廢氣符合環境保護的排放標準。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

以下是我們取廣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,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,生產出的顆粒越大,容易堵槍,出現粘壁等現象,但節能;濃度越小,流動性越好,生產出的顆粒細粉越多,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,不同的噴嘴結構及旋流片結構、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,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

我們調研了許多陶瓷廠,結果如下：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：旋轉型、離心型及壓力—氣流型。壓力式噴嘴在結構上的共同點是使液體獲得旋轉運動,即液體獲得離心慣性力,然后由噴片孔高速噴出。

經過分析比較、調查研究,陶瓷行業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,我們做了實際調研,在別的行業有選用1槍(2頭或是3頭)的,但為數不多。在陶瓷行業,基本上均用1槍1頭的,主要存在以下優點：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,干燥物料質量較好。

1.2.4 塔內負壓對干燥的影響

噴霧干燥均為負壓操作,塔內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,塔內負壓在200～400Pa范圍內,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,其結構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起來,增加熱風的利用率,盡可能降低排風溫度,達到節能的目的。分風器及干燥塔設計得不合理,容易造成粘壁(見圖1)。泥漿霧滴——熱空氣運動的預測和控制,對干燥器的設計和干燥性能是一個重要的指標。霧滴——熱空氣運動的結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、熱風爐結構及能源結構、人為原因等因素。

2 關鍵技術及其優點

1)塔體結構的優化設計,根據大型噴塔的需要,將塔身高度和下錐角度進行優化設計,降低了排風溫度,起到節能目的。

2)泥漿的溫度與粘度關系的研究。

3)除塵系統的優化設計等。

4)比普通的噴霧干燥器節能達8%～10%。

5)生產每噸粉料占地面積比中型噴霧干燥器節省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;產量大,粉料質量穩定。

3 該項技術與國外的比較

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

表4 SACMI公司8000型技術指標與咸陽陶瓷研究設計院8000型指標比較

由表4可看出,我院研制的 PD8000型噴霧干燥器技術參數在許多方面優于SACMI公司產品。

4 結語

節能環保大型噴霧干燥器在國外陶瓷墻地磚發達國家已大量使用,國內在大型噴霧干燥器方面近25年來幾乎沒有引進,雖然也有相近規格的噴霧干燥器正在使用,但其在節能和環保方面均沒有實質性改變。此項技術工藝及設備主要在節能和環保上比原來傳統的前進了一大步。

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

TQ174.5

A

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備開發。E-mail：ltlyl-8120@163.com