基于多層多列烘干系統的碳酸鈣生產節能技術

張新星，沈興楠

（1.衢州職業技術學院，浙江衢州　324000；2.浙江雪峰碳酸鈣有限公司，浙江常山　324209）

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基于多層多列烘干系統的碳酸鈣生產節能技術

張新星1，沈興楠2

（1.衢州職業技術學院，浙江衢州324000；2.浙江雪峰碳酸鈣有限公司，浙江常山324209）

摘要：經對輕質碳酸鈣干燥技術及其有關設備作了對比分析：多層多列組合干燥筒箱式分體烘干機作為輕質碳酸鈣的干燥設備，具有熱效率高、能耗低、操作工況穩定且能提高產品質量等特點，是一種較為理想的碳酸鈣生產節能干燥設備。

關鍵詞：節能設備；碳酸鈣生產；多層多列；組合干燥

碳酸鈣制造行業耗能系統優化改造對企業提高能源利用效率起著重要作用。目前國內輕質碳酸鈣制造業企業能量系統優化技術與國際先進水平比還有一定的差距,由于技術與設施的落后,造成了大量的能源浪費，迫切需要對現有能量系統進行優化改造。

1　國內碳酸鈣生產中的干燥現狀

國內碳酸鈣生產中的干燥工序是主要耗能單元之一。同時干燥也是影響碳酸鈣產品質量和成本的關鍵步驟，干燥設備和工藝選擇不當會造成產品質量下降，增加能耗，使產品成本提高。目前用于輕質碳酸鈣粉體干燥的設備主要有輸送帶式干燥機、回轉圓筒干燥機、列管導熱油干燥機、盤式干燥機和噴霧干燥機等。

大多數干燥設備都是比較龐大，設備占地面積大，熱效率相對較低。多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機可以概括為一個可以使物料翻滾流動的保溫烘箱（已申請發明專利，專利號ZL:2009 10153591.5），采用多次干燥和箱體保溫防塵結構，換熱面積大，具有烘干效率和熱利用率高、改善環境的特點，干燥性能可靠，結構簡單、維修費用少，制造容易，因此還具有投資成本低、操作簡便的優點。

2　研究開發進程及主要內容

（1）研究開發進程。浙江雪峰碳酸鈣有限公司經過市場調研，在現有基礎上自主對碳酸鈣烘干設備開展研發，以提高企業整體技術裝備水平，提高效率、降低消耗、節約能源、增強產品競爭力，不斷發展壯大企業生產規模。該公司從2006年開始對熱風爐低溫煅燒開展研究，對供煤方式、風量控制、優化操作達到低溫供熱的目的等方面，通過多年的摸索掌握調控措施；對烘干設備熱風管道的選材以及管道導熱、箱體保溫、傳動運行等方面作了系列研究；對多層多列的回轉筒體的轉速、管組軸向水平、筒體內壁的粘料問題等有可能出現和存在的一些問題和疑慮，做了仔細詳盡的論證，2009年6月形成了具體的烘干設備方案，并制作了生產型試驗樣機。2011年在該公司PCC生產線實施產業化進程，取得可喜的節能效果。

（2）多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機研發要點。熱風通過烘干機箱體內的多層、多列低速運轉的回轉筒體，使筒體壁和物料間不斷的進行直接的熱交換；增大了熱交換面積（熱交換面積達400m2以上）。通常直徑2200mm的大型回轉圓筒干燥機熱交換面積小于200m2；進干燥機熱風溫度在600℃左右，相對較低；傳統的回轉圓筒干燥機進口熱風溫度達1000℃以上，已超過了碳酸鈣的熱穩定溫度，操作不當將直接導致成品堿度超標；整個熱交換系統在保溫的烘箱中進行。多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機經過我公司現場生產應用，尾氣溫度在100℃左右，與回轉圓筒干燥機200℃左右的尾氣溫度相比大大降低。

（3）工藝和設備結構簡介。低溫熱風爐將熱風循環通過烘干箱體內的多層、多列低速運轉的回轉筒體，使筒體壁和物料間不斷的熱交換，從而達到將碳酸鈣系列產品烘干的效果。低溫熱風通過筒體內、外兩種循環交換方式，增大熱交換面積（熱交換面積達400m2以上）；箱體用耐高溫纖維棉和硅鈣板做保溫材料，確保進入箱體的熱風不受外部環境影響。熱風爐出口溫度不超過650℃的熱氣導入保溫箱內的多組多層回轉管道，熱氣流不斷地導入多組多層回轉管道內循環交換（受熱面積達400m2以上），由皮帶機喂料進入固定筒體內的需脫水物料被回轉的熱氣管道烘烤和受熱輻射干燥，并不斷地被回轉的螺旋式葉片拋灑和向前推進，送入下一個固定筒內（水蒸汽在出料口的上方開口導入自然通風管排出）；物料在保溫的筒體內通過反復幾次拋灑、熱交換達到干燥后，輸送到出料螺旋，多層多列回轉筒箱體烘干機結構、外觀和原理示意圖如圖1、圖2所示。

圖1　結構示意圖

圖2　產品外觀形狀示意圖

3　多層多列組合烘干機單元熱能平衡估算

（1）烘干機主要參數。多層多列組合干燥筒箱式粉體干燥機單元熱能主要利用干燥機熱風爐產生的熱風，烘干碳酸鈣產品中的水分。干燥機單元主要參數如表1所示。

表1　多層多列組合烘干機單元運行參數表

（2）烘干機生產所需熱量計算。項目采用的多層多列干燥機為企業自主研發的新型碳酸鈣烘干設備，設備主要包含一座熱風爐和烘干箱，其中烘干箱分為三層，每層設2個低速回轉筒，共六個回轉筒。由于多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機設備為熱風爐產生熱風供干燥機用熱，故該部分熱能計算分為干燥機回轉體部分和熱風爐部分，計算思路為：先計算出干燥機回轉筒部分熱平衡，根據烘干機生產所需用熱計算出熱風用量，再根據熱風用量計算出熱風爐熱平衡，由此計算出熱風爐生產所需用熱，進而求出設備用煤量。

（3）烘干機回轉筒部分熱負荷及效率。由項目物料平衡可知，年進入干燥機總的物料為44318.9t，進入物料的含水率小于35%。按35%進行計算，根據設備參數，計算出多層多列烘干機能源各環節的熱量分布，干燥機熱平衡計算如表2所示。回轉筒部分熱效率：根據干燥機回轉筒部分熱能平衡計算，設備有效利用的熱量為水蒸氣蒸發所需要的汽化潛熱（Q水=23. 96×109kJ/a），熱風爐需要供入的熱量為（Q筒供=33.49× 109kJ/a）。因此，該設備熱能利用效率為71.54%（η回=Q水/ Q供）。

表2　多層多列組合烘干機回轉窯熱負荷平衡

（4）烘干機熱風爐部分熱負荷及效率計算。熱效率計算如表3所示，根據多層多列干燥機熱能平衡計算，設備有效利用的熱量為（Q水蒸汽=23.96×109kJ/a），熱風爐供入熱量為（Q爐供=33.49×109kJ/a），則多層多列干燥機的熱能利用效率為71.54%（η機= Q水蒸汽/ Q爐供），又知熱風爐熱效率73.65%，因此，該系統熱能利用效率為52.7%（η風×η機）。圖3為多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機單元熱平衡圖（單位109kJ/a）。

表3　多層多列干燥機熱風爐熱負荷平衡

圖3　多層多列干燥機熱平衡圖

4　達到的效果及結論

（1）達到的效果。經過浙江省能源監測大隊現場檢測，回轉筒干燥機和多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機的相關參數對照如表4所示。由表4可知，多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機設備單位產品節煤量為20.94kgce/t，生產線年產量按3萬t計算，則年可節約標煤量為628.2tce。

表4　兩種烘干機運行參數實測數據表

（2）結論。多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機的應用和原回轉圓筒干燥機比較有以下優勢：增加了導熱面積，適度提高產能的前提下熱能得到充分利用；多組多層熱風循，熱效率提高，節約煙煤26%；在相對低溫的環境中，明顯改善沉淀碳酸鈣干燥過程中的“二次團聚”現象，適度提高了碳酸鈣產品質量。與傳統的回轉筒式烘干機相比，具有工人勞動強度底、工作環境好、節煤效果明顯（可節煤30%左右）、熱效率高、設備占地面積少等優點，是一種較為理想的干燥設備。

參考文獻

［1］中華人民共和國國家知識產權局.發明專利，ZL:2009，10153591.5.

［2］沈興楠.造紙專用PCC及其生產要點與應用［J］.造紙化學品，2010，22 （5）：42-45.

［3］常山縣鈣產品工業協會聯盟標準Q/CGN01-2009.工業沉淀碳酸鈣單位產品能耗定額及計算方法.

［4］浙江省能源監察總隊能源監測中心站.工業沉淀碳酸鈣烘干系統用能檢測報告浙能監.2011（測）第12號.

The Research on the Calcium Carbonate Energy-saving Technology Based on Multilayer Drying System

ZHANG Xin-xing1，SHEN Xing-nan2
（1.Institute of Technology of Profession of Quzhou，Quzhou，Zhejiang 324000，China；2.Zhejiang Xuefeng Calcium Carbonate Co.，LTD.，Changshan，Zhejiang 324209，China）

Abstract:Comparison of drying technology and equipment has been made and the result shows that，as drying equipment for precipitated calcium carbonate，multilayer combination drying cylinder box-type dryer has advantages such as high thermal efficiency，low energy consumption，and stable operation condition. It is an ideal energy-saving drying equipment.

Key words:energy saving equipment；carbonate production；multilayer；combined drying

作者簡介：張新星（1982-），男，浙江衢州人，講師，主要研究方向：機電一體化技術。

收稿日期：2015-12-19

中圖分類號：X70

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）01-0045-02