基于多层多列烘干系统的碳酸钙生产节能技术

张新星，沈兴楠

（1.衢州职业技术学院，浙江衢州　324000；2.浙江雪峰碳酸钙有限公司，浙江常山　324209）



基于多层多列烘干系统的碳酸钙生产节能技术

张新星1，沈兴楠2

（1.衢州职业技术学院，浙江衢州324000；2.浙江雪峰碳酸钙有限公司，浙江常山324209）

摘要：经对轻质碳酸钙干燥技术及其有关设备作了对比分析：多层多列组合干燥筒箱式分体烘干机作为轻质碳酸钙的干燥设备，具有热效率高、能耗低、操作工况稳定且能提高产品质量等特点，是一种较为理想的碳酸钙生产节能干燥设备。

关键词：节能设备；碳酸钙生产；多层多列；组合干燥

碳酸钙制造行业耗能系统优化改造对企业提高能源利用效率起着重要作用。目前国内轻质碳酸钙制造业企业能量系统优化技术与国际先进水平比还有一定的差距,由于技术与设施的落后,造成了大量的能源浪费，迫切需要对现有能量系统进行优化改造。

1　国内碳酸钙生产中的干燥现状

国内碳酸钙生产中的干燥工序是主要耗能单元之一。同时干燥也是影响碳酸钙产品质量和成本的关键步骤，干燥设备和工艺选择不当会造成产品质量下降，增加能耗，使产品成本提高。目前用于轻质碳酸钙粉体干燥的设备主要有输送带式干燥机、回转圆筒干燥机、列管导热油干燥机、盘式干燥机和喷雾干燥机等。

大多数干燥设备都是比较庞大，设备占地面积大，热效率相对较低。多层多列组合干燥筒箱式粉体烘干机可以概括为一个可以使物料翻滚流动的保温烘箱（已申请发明专利，专利号ZL:2009 10153591.5），采用多次干燥和箱体保温防尘结构，换热面积大，具有烘干效率和热利用率高、改善环境的特点，干燥性能可靠，结构简单、维修费用少，制造容易，因此还具有投资成本低、操作简便的优点。

2　研究开发进程及主要内容

（1）研究开发进程。浙江雪峰碳酸钙有限公司经过市场调研，在现有基础上自主对碳酸钙烘干设备开展研发，以提高企业整体技术装备水平，提高效率、降低消耗、节约能源、增强产品竞争力，不断发展壮大企业生产规模。该公司从2006年开始对热风炉低温煅烧开展研究，对供煤方式、风量控制、优化操作达到低温供热的目的等方面，通过多年的摸索掌握调控措施；对烘干设备热风管道的选材以及管道导热、箱体保温、传动运行等方面作了系列研究；对多层多列的回转筒体的转速、管组轴向水平、筒体内壁的粘料问题等有可能出现和存在的一些问题和疑虑，做了仔细详尽的论证，2009年6月形成了具体的烘干设备方案，并制作了生产型试验样机。2011年在该公司PCC生产线实施产业化进程，取得可喜的节能效果。

（2）多层多列组合干燥筒箱式粉体烘干机研发要点。热风通过烘干机箱体内的多层、多列低速运转的回转筒体，使筒体壁和物料间不断的进行直接的热交换；增大了热交换面积（热交换面积达400m2以上）。通常直径2200mm的大型回转圆筒干燥机热交换面积小于200m2；进干燥机热风温度在600℃左右，相对较低；传统的回转圆筒干燥机进口热风温度达1000℃以上，已超过了碳酸钙的热稳定温度，操作不当将直接导致成品碱度超标；整个热交换系统在保温的烘箱中进行。多层多列组合干燥筒箱式粉体烘干机经过我公司现场生产应用，尾气温度在100℃左右，与回转圆筒干燥机200℃左右的尾气温度相比大大降低。

（3）工艺和设备结构简介。低温热风炉将热风循环通过烘干箱体内的多层、多列低速运转的回转筒体，使筒体壁和物料间不断的热交换，从而达到将碳酸钙系列产品烘干的效果。低温热风通过筒体内、外两种循环交换方式，增大热交换面积（热交换面积达400m2以上）；箱体用耐高温纤维棉和硅钙板做保温材料，确保进入箱体的热风不受外部环境影响。热风炉出口温度不超过650℃的热气导入保温箱内的多组多层回转管道，热气流不断地导入多组多层回转管道内循环交换（受热面积达400m2以上），由皮带机喂料进入固定筒体内的需脱水物料被回转的热气管道烘烤和受热辐射干燥，并不断地被回转的螺旋式叶片抛洒和向前推进，送入下一个固定筒内（水蒸汽在出料口的上方开口导入自然通风管排出）；物料在保温的筒体内通过反复几次抛洒、热交换达到干燥后，输送到出料螺旋，多层多列回转筒箱体烘干机结构、外观和原理示意图如图1、图2所示。

图1　结构示意图

图2　产品外观形状示意图

3　多层多列组合烘干机单元热能平衡估算

（1）烘干机主要参数。多层多列组合干燥筒箱式粉体干燥机单元热能主要利用干燥机热风炉产生的热风，烘干碳酸钙产品中的水分。干燥机单元主要参数如表1所示。

表1　多层多列组合烘干机单元运行参数表

（2）烘干机生产所需热量计算。项目采用的多层多列干燥机为企业自主研发的新型碳酸钙烘干设备，设备主要包含一座热风炉和烘干箱，其中烘干箱分为三层，每层设2个低速回转筒，共六个回转筒。由于多层多列组合干燥筒箱式粉体烘干机设备为热风炉产生热风供干燥机用热，故该部分热能计算分为干燥机回转体部分和热风炉部分，计算思路为：先计算出干燥机回转筒部分热平衡，根据烘干机生产所需用热计算出热风用量，再根据热风用量计算出热风炉热平衡，由此计算出热风炉生产所需用热，进而求出设备用煤量。

（3）烘干机回转筒部分热负荷及效率。由项目物料平衡可知，年进入干燥机总的物料为44318.9t，进入物料的含水率小于35%。按35%进行计算，根据设备参数，计算出多层多列烘干机能源各环节的热量分布，干燥机热平衡计算如表2所示。回转筒部分热效率：根据干燥机回转筒部分热能平衡计算，设备有效利用的热量为水蒸气蒸发所需要的汽化潜热（Q水=23. 96×109kJ/a），热风炉需要供入的热量为（Q筒供=33.49× 109kJ/a）。因此，该设备热能利用效率为71.54%（η回=Q水/ Q供）。

表2　多层多列组合烘干机回转窑热负荷平衡

（4）烘干机热风炉部分热负荷及效率计算。热效率计算如表3所示，根据多层多列干燥机热能平衡计算，设备有效利用的热量为（Q水蒸汽=23.96×109kJ/a），热风炉供入热量为（Q炉供=33.49×109kJ/a），则多层多列干燥机的热能利用效率为71.54%（η机= Q水蒸汽/ Q炉供），又知热风炉热效率73.65%，因此，该系统热能利用效率为52.7%（η风×η机）。图3为多层多列组合干燥筒箱式粉体烘干机单元热平衡图（单位109kJ/a）。

表3　多层多列干燥机热风炉热负荷平衡

图3　多层多列干燥机热平衡图

4　达到的效果及结论

（1）达到的效果。经过浙江省能源监测大队现场检测，回转筒干燥机和多层多列组合干燥筒箱式粉体烘干机的相关参数对照如表4所示。由表4可知，多层多列组合干燥筒箱式粉体烘干机设备单位产品节煤量为20.94kgce/t，生产线年产量按3万t计算，则年可节约标煤量为628.2tce。

表4　两种烘干机运行参数实测数据表

（2）结论。多层多列组合干燥筒箱式粉体烘干机的应用和原回转圆筒干燥机比较有以下优势：增加了导热面积，适度提高产能的前提下热能得到充分利用；多组多层热风循，热效率提高，节约烟煤26%；在相对低温的环境中，明显改善沉淀碳酸钙干燥过程中的“二次团聚”现象，适度提高了碳酸钙产品质量。与传统的回转筒式烘干机相比，具有工人劳动强度底、工作环境好、节煤效果明显（可节煤30%左右）、热效率高、设备占地面积少等优点，是一种较为理想的干燥设备。

参考文献

［1］中华人民共和国国家知识产权局.发明专利，ZL:2009，10153591.5.

［2］沈兴楠.造纸专用PCC及其生产要点与应用［J］.造纸化学品，2010，22 （5）：42-45.

［3］常山县钙产品工业协会联盟标准Q/CGN01-2009.工业沉淀碳酸钙单位产品能耗定额及计算方法.

［4］浙江省能源监察总队能源监测中心站.工业沉淀碳酸钙烘干系统用能检测报告浙能监.2011（测）第12号.

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

作者简介：张新星（1982-），男，浙江衢州人，讲师，主要研究方向：机电一体化技术。

收稿日期：2015-12-19

中图分类号：X70

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）01-0045-02