节能环保全自动大型喷雾干燥器

康智勇 刘 纯 李 婷

节能环保全自动大型喷雾干燥器

康智勇 刘 纯 李 婷

(咸阳陶瓷研究设计院 陕西咸阳 712000)

为了加快我国建筑陶瓷节能减排的前进步伐,对节能环保全自动大型喷雾干燥器进行了研究。本课题对节能环保全自动大型喷雾干燥器的机理研究进行了详细的阐述,并介绍了其关键技术、优点及其与国外同类产品的比较。

节能环保全自动 机理研究 干燥

前言

能源短缺、环境污染是当今世界面临的两大难题,因此各企业都将生产中的节能降耗、控制污染作为重点问题对待。陶瓷生产是能耗较高的行业,我国又是陶瓷生产大国,建筑陶瓷年总产量为世界之最。在陶瓷湿法生产中,喷雾干燥是必不可少的重要环节。

中国是陶瓷生产大国,但还不是陶瓷生产强国。目前我国陶瓷业与国外陶瓷工业发达国家总体水平相比,主要存在有：生产效率低,能耗高,污染大,档次低。虽然近些年我们在某些方面已经与国外水平相比基本接近,但在喷雾干燥方面仍有较大差距,主要是能耗高、污染大、燃料为劣质燃料。从资料和国外调研看,国外喷雾干燥公斤水蒸发耗热值一般在750～800 kcal,而我国普遍在800～850kcal。我们通过对节能环保全自动大型喷雾干燥器的研究,开发出适合国情的节能大型喷雾干燥器设备,改变原有的喷雾干燥器能耗高、污染大这一局面,为我国节能减排做出贡献。

1 节能环保全自动大型喷雾干燥器的机理研究

喷雾干燥是一种连续式的泥浆烘干设备。陶瓷墙地砖行业中,含水率为32%～38%的泥浆,由泥浆压力泵送至雾化喷枪,在塔体内雾化成雾滴群并与干燥介质接触进行热交换,泥浆雾滴脱水,迅速被干燥至含水5%～7%的球状粉料,在重力作用下聚集于塔底,由卸料装置卸出。含有微细粉尘的废气经旋风除尘器和水浴除尘器或布袋除尘器脱硫除尘,达到对大气排放标准,由排风机经排风管道及烟囱排入大气。塔体系统负压操作,安全方便。

1.1 喷雾干燥过程阶段

1.1.1 喷雾干燥的第一阶段：料液的加压雾化

料液的加压雾化目的在于将料液分散为微细的雾滴,具有很大的表面积,当其与热烟气接触时,雾滴中水分迅速汽化而干燥成粉末或颗粒状产品,雾滴的大小和均匀程度对产品质量和技术经济指标影响很大。如果喷出的雾滴大小很不均匀,就会出现大颗粒还没达到干燥要求,而小颗粒却已过度干燥。

1.1.2 第二阶段：雾滴和热烟气的接触

雾滴和热烟气的接触、混合流动是同时进行的传热传质过程,此过程在干燥塔内进行。雾滴和热烟气的接触方式 ,混合与流动状态决定于分风器的结构型式,喷枪在塔内的安装位置及废气排出方式等。雾滴与热空气的接触方式,对干燥塔内的温度分布,雾滴的运动轨迹及颗粒在干燥塔中的停留时间及产品性质等均有很大影响。

1.1.3 第三阶段：干燥产品与空气分离

喷雾干燥的产品基本都采用塔底出料,部分细粉夹带在排放的废气中,这些细粉在排放前必须回收利用,以提高产品收成率,降低生产成本,并使排放的废气符合环境保护的排放标准。我们这次采用旋风除尘器和湿法除尘的气——固分离法。

1.2 影响干燥的诸多因素分析

1.2.1 泥浆的温度、粘度、浓度

以下是我们取广东某陶瓷厂泥浆做的性能分析,见表1。从表1可以看出,随着泥浆温度的上升,其流动性提高,粘度降低。到60℃时为较佳,但是到了65℃,处于起皮状态,流动性反而变差,粘度也大幅增大。同时,泥浆粘度对于干燥也有很大的影响。粘度越大,流动性越差,生产出的颗粒越大,容易堵枪,出现粘壁等现象,但节能;浓度越小,流动性越好,生产出的颗粒细粉越多,但能耗大。每个陶瓷厂原料配方不同,其浓度也不尽相同,一般国内厂家均为32%～36%。

表1 泥浆性能表

1.2.2 泥浆压力和喷片孔径对干燥的影响

以下是我们在咸阳某厂做的试验(见表2、表3)。

表2 压力对颗粒粉度分布的影响

表3 喷片孔径对颗粒分布

由以上可看出,喷片孔径增大,颗粒粒度增大。

同时,不同的喷嘴结构及旋流片结构、外径尺寸、喷片角度也对干燥颗粒的大小和分布有很大影响。我们将旋流片做成8㎜、12㎜两种不同厚度,喷片喷射角度做成 60°、90°、120°等几种类型 ,进行试验。试验表明：在建筑陶瓷行业,喷雾塔最好选用旋流片8㎜,喷片喷射角度为120°。

1.2.3 喷枪布置方式、高度及喷头对干燥的影响

我们调研了许多陶瓷厂,结果如下：喷枪距离塔顶6.5～7m为最多,如果距离塔顶大于7m,热利用率差,如小于6.5m,料粘塔顶。这次我们布置喷枪36个,将24个喷枪布置在距离塔顶6.8m位置,将8个喷枪放在距离塔顶7m位置。

喷头是喷枪的关键部件,它主要由喷片、旋流片、盖片、喷头体、分流体等组成。压力式喷嘴大致可分为3种类型：旋转型、离心型及压力—气流型。压力式喷嘴在结构上的共同点是使液体获得旋转运动,即液体获得离心惯性力,然后由喷片孔高速喷出。

经过分析比较、调查研究,陶瓷行业一般用离心型压力喷头。同时,喷片孔径对干燥的影响如上述。

图1 分风器和喷雾示意图

对于喷枪选用1枪2头(或3头)还是1枪1头,我们做了实际调研,在别的行业有选用1枪(2头或是3头)的,但为数不多。在陶瓷行业,基本上均用1枪1头的,主要存在以下优点：①堵枪时方便更换。②1支枪喷枪重量减轻,操作工人劳动强度减轻。③喷枪头位置分布均匀,干燥物料质量较好。

1.2.4 塔内负压对干燥的影响

喷雾干燥均为负压操作,塔内负压的大小对干燥效果具有很大影响,负压太大或太小都不好。实践证明,塔内负压在200～400Pa范围内,干燥出来的物料粒径分布及含水率最好。

1.2.5 热风分风器对干燥的影响

分风器是干燥器中的重要部件,其结构尺寸对干燥效果影响很大,其原则是让热风在塔体既能均布又能旋转起来,增加热风的利用率,尽可能降低排风温度,达到节能的目的。分风器及干燥塔设计得不合理,容易造成粘壁(见图1)。泥浆雾滴——热空气运动的预测和控制,对干燥器的设计和干燥性能是一个重要的指标。雾滴——热空气运动的结果决定雾滴在干燥器的停留时间。

影响干燥的还有塔体尺寸、保温措施、出料出风方式、热风炉结构及能源结构、人为原因等因素。

2 关键技术及其优点

1)塔体结构的优化设计,根据大型喷塔的需要,将塔身高度和下锥角度进行优化设计,降低了排风温度,起到节能目的。

2)泥浆的温度与粘度关系的研究。

3)除尘系统的优化设计等。

4)比普通的喷雾干燥器节能达8%～10%。

5)生产每吨粉料占地面积比中型喷雾干燥器节省70%～80%;粉尘排放比普通喷雾干燥器有很大改善。

6)操作人员减少60%以上;产量大,粉料质量稳定。

3 该项技术与国外的比较

大型喷雾干燥器(≥PD5000型)在国外陶瓷发达国家已应用多年,水平最高的意大利SACMI公司最大型号PD20000型。下面是SACMI公司8000型技术指标与咸阳陶瓷研究设计院8000型指标比较(见表4)。

表4 SACMI公司8000型技术指标与咸阳陶瓷研究设计院8000型指标比较

由表4可看出,我院研制的 PD8000型喷雾干燥器技术参数在许多方面优于SACMI公司产品。

4 结语

节能环保大型喷雾干燥器在国外陶瓷墙地砖发达国家已大量使用,国内在大型喷雾干燥器方面近25年来几乎没有引进,虽然也有相近规格的喷雾干燥器正在使用,但其在节能和环保方面均没有实质性改变。此项技术工艺及设备主要在节能和环保上比原来传统的前进了一大步。

随着我国陶瓷行业这几年的迅猛发展和今后的兼并重组,大型喷雾干燥器的应用将是发展趋势。

TQ174.5

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1002-2872(2010)09-0032-03

康智勇(1966-),男,大专,高级工程师;研究方向为陶瓷机械设备开发。E-mail：ltlyl-8120@163.com