張新星，沈興楠

（1.衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)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(tǒng)的碳酸鈣生產(chǎn)節(jié)能技術(shù)

張新星1，沈興楠2

（1.衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jīng)對(duì)輕質(zhì)碳酸鈣干燥技術(shù)及其有關(guān)設(shè)備作了對(duì)比分析：多層多列組合干燥筒箱式分體烘干機(jī)作為輕質(zhì)碳酸鈣的干燥設(shè)備，具有熱效率高、能耗低、操作工況穩(wěn)定且能提高產(chǎn)品質(zhì)量等特點(diǎn)，是一種較為理想的碳酸鈣生產(chǎn)節(jié)能干燥設(shè)備。

關(guān)鍵詞：節(jié)能設(shè)備；碳酸鈣生產(chǎn)；多層多列；組合干燥

碳酸鈣制造行業(yè)耗能系統(tǒng)優(yōu)化改造對(duì)企業(yè)提高能源利用效率起著重要作用。目前國(guó)內(nèi)輕質(zhì)碳酸鈣制造業(yè)企業(yè)能量系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平比還有一定的差距,由于技術(shù)與設(shè)施的落后,造成了大量的能源浪費(fèi)，迫切需要對(duì)現(xiàn)有能量系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。

1　國(guó)內(nèi)碳酸鈣生產(chǎn)中的干燥現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)碳酸鈣生產(chǎn)中的干燥工序是主要耗能單元之一。同時(shí)干燥也是影響碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量和成本的關(guān)鍵步驟，干燥設(shè)備和工藝選擇不當(dāng)會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量下降，增加能耗，使產(chǎn)品成本提高。目前用于輕質(zhì)碳酸鈣粉體干燥的設(shè)備主要有輸送帶式干燥機(jī)、回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)、列管導(dǎo)熱油干燥機(jī)、盤式干燥機(jī)和噴霧干燥機(jī)等。

大多數(shù)干燥設(shè)備都是比較龐大，設(shè)備占地面積大，熱效率相對(duì)較低。多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機(jī)可以概括為一個(gè)可以使物料翻滾流動(dòng)的保溫烘箱（已申請(qǐng)發(fā)明專利，專利號(hào)ZL:2009 10153591.5），采用多次干燥和箱體保溫防塵結(jié)構(gòu)，換熱面積大，具有烘干效率和熱利用率高、改善環(huán)境的特點(diǎn)，干燥性能可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修費(fèi)用少，制造容易，因此還具有投資成本低、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。

2　研究開發(fā)進(jìn)程及主要內(nèi)容

（1）研究開發(fā)進(jìn)程。浙江雪峰碳酸鈣有限公司經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上自主對(duì)碳酸鈣烘干設(shè)備開展研發(fā)，以提高企業(yè)整體技術(shù)裝備水平，提高效率、降低消耗、節(jié)約能源、增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，不斷發(fā)展壯大企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。該公司從2006年開始對(duì)熱風(fēng)爐低溫煅燒開展研究，對(duì)供煤方式、風(fēng)量控制、優(yōu)化操作達(dá)到低溫供熱的目的等方面，通過多年的摸索掌握調(diào)控措施；對(duì)烘干設(shè)備熱風(fēng)管道的選材以及管道導(dǎo)熱、箱體保溫、傳動(dòng)運(yùn)行等方面作了系列研究；對(duì)多層多列的回轉(zhuǎn)筒體的轉(zhuǎn)速、管組軸向水平、筒體內(nèi)壁的粘料問題等有可能出現(xiàn)和存在的一些問題和疑慮，做了仔細(xì)詳盡的論證，2009年6月形成了具體的烘干設(shè)備方案，并制作了生產(chǎn)型試驗(yàn)樣機(jī)。2011年在該公司PCC生產(chǎn)線實(shí)施產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，取得可喜的節(jié)能效果。

（2）多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機(jī)研發(fā)要點(diǎn)。熱風(fēng)通過烘干機(jī)箱體內(nèi)的多層、多列低速運(yùn)轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)筒體，使筒體壁和物料間不斷的進(jìn)行直接的熱交換；增大了熱交換面積（熱交換面積達(dá)400m2以上）。通常直徑2200mm的大型回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)熱交換面積小于200m2；進(jìn)干燥機(jī)熱風(fēng)溫度在600℃左右，相對(duì)較低；傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)進(jìn)口熱風(fēng)溫度達(dá)1000℃以上，已超過了碳酸鈣的熱穩(wěn)定溫度，操作不當(dāng)將直接導(dǎo)致成品堿度超標(biāo)；整個(gè)熱交換系統(tǒng)在保溫的烘箱中進(jìn)行。多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機(jī)經(jīng)過我公司現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)應(yīng)用，尾氣溫度在100℃左右，與回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)200℃左右的尾氣溫度相比大大降低。

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

圖1　結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　產(chǎn)品外觀形狀示意圖

3　多層多列組合烘干機(jī)單元熱能平衡估算

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

表1　多層多列組合烘干機(jī)單元運(yùn)行參數(shù)表

（2）烘干機(jī)生產(chǎn)所需熱量計(jì)算。項(xiàng)目采用的多層多列干燥機(jī)為企業(yè)自主研發(fā)的新型碳酸鈣烘干設(shè)備，設(shè)備主要包含一座熱風(fēng)爐和烘干箱，其中烘干箱分為三層，每層設(shè)2個(gè)低速回轉(zhuǎn)筒，共六個(gè)回轉(zhuǎn)筒。由于多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機(jī)設(shè)備為熱風(fēng)爐產(chǎn)生熱風(fēng)供干燥機(jī)用熱，故該部分熱能計(jì)算分為干燥機(jī)回轉(zhuǎn)體部分和熱風(fēng)爐部分，計(jì)算思路為：先計(jì)算出干燥機(jī)回轉(zhuǎn)筒部分熱平衡，根據(jù)烘干機(jī)生產(chǎn)所需用熱計(jì)算出熱風(fēng)用量，再根據(jù)熱風(fēng)用量計(jì)算出熱風(fēng)爐熱平衡，由此計(jì)算出熱風(fēng)爐生產(chǎn)所需用熱，進(jìn)而求出設(shè)備用煤量。

（3）烘干機(jī)回轉(zhuǎn)筒部分熱負(fù)荷及效率。由項(xiàng)目物料平衡可知，年進(jìn)入干燥機(jī)總的物料為44318.9t，進(jìn)入物料的含水率小于35%。按35%進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)設(shè)備參數(shù)，計(jì)算出多層多列烘干機(jī)能源各環(huán)節(jié)的熱量分布，干燥機(jī)熱平衡計(jì)算如表2所示。回轉(zhuǎn)筒部分熱效率：根據(jù)干燥機(jī)回轉(zhuǎn)筒部分熱能平衡計(jì)算，設(shè)備有效利用的熱量為水蒸氣蒸發(fā)所需要的汽化潛熱（Q水=23. 96×109kJ/a），熱風(fēng)爐需要供入的熱量為（Q筒供=33.49× 109kJ/a）。因此，該設(shè)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(jī)回轉(zhuǎn)窯熱負(fù)荷平衡

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

表3　多層多列干燥機(jī)熱風(fēng)爐熱負(fù)荷平衡

圖3　多層多列干燥機(jī)熱平衡圖

4　達(dá)到的效果及結(jié)論

（1）達(dá)到的效果。經(jīng)過浙江省能源監(jiān)測(cè)大隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，回轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)和多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機(jī)的相關(guān)參數(shù)對(duì)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(jī)設(shè)備單位產(chǎn)品節(jié)煤量為20.94kgce/t，生產(chǎn)線年產(chǎn)量按3萬(wàn)t計(jì)算，則年可節(jié)約標(biāo)煤量為628.2tce。

表4　兩種烘干機(jī)運(yùn)行參數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表

（2）結(jié)論。多層多列組合干燥筒箱式粉體烘干機(jī)的應(yīng)用和原回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)比較有以下優(yōu)勢(shì)：增加了導(dǎo)熱面積，適度提高產(chǎn)能的前提下熱能得到充分利用；多組多層熱風(fēng)循，熱效率提高，節(jié)約煙煤26%；在相對(duì)低溫的環(huán)境中，明顯改善沉淀碳酸鈣干燥過程中的“二次團(tuán)聚”現(xiàn)象，適度提高了碳酸鈣產(chǎn)品質(zhì)量。與傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)筒式烘干機(jī)相比，具有工人勞動(dòng)強(qiáng)度底、工作環(huán)境好、節(jié)煤效果明顯（可節(jié)煤30%左右）、熱效率高、設(shè)備占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，是一種較為理想的干燥設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

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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(jiǎn)介：張新星（1982-），男，浙江衢州人，講師，主要研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)。

收稿日期：2015-12-19

中圖分類號(hào)：X70

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）01-0045-02