惠 濤 賈書雄

(咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院 陜西 咸陽 712000)

前言

我國在近幾個(gè)五年計(jì)劃中把節(jié)能減排、降低溫室氣體排放、PM2.5要求提到了重要的日程，各行各業(yè)也都采取了有效措施，并投入大量的人力物力對廢水、廢渣、廢氣進(jìn)行治理。我國眾多燃煤企業(yè)為了治理煙氣中產(chǎn)生的氮氧化物，引進(jìn)國外脫硝(氮氧化物)催化劑生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)及裝備，年引進(jìn)技術(shù)及裝備需花費(fèi)3 000多萬美元，其中干燥設(shè)備占到資金總量的20%。我院結(jié)合我國國情，為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，滿足企業(yè)發(fā)展需求，投入大量人力物力，研發(fā)出了質(zhì)量可靠的燃煤煙氣脫硝催化劑所用的一次干燥器?，F(xiàn)已在國內(nèi)多個(gè)催化劑生產(chǎn)廠家投入使用，得到用戶的認(rèn)可。

1 干燥機(jī)理

濕坯水分存在方式主要有3種類型：

1)吸附水。是依靠坯體中分子引力(范德華力)與毛細(xì)管力，處于坯體顆粒表面或者微毛細(xì)管(直徑小于1×10-4mm)中的水分。

2)化學(xué)結(jié)合水。是參與組成物料晶格的水分，其結(jié)合形式最牢固，需要較大的能量才可排出。

3)自由水。分布于坯體顆粒的間隙中，靠內(nèi)聚力與物料松弛地結(jié)合，基本符合水的一般物理特性，水分易于排出。

濕坯含水率一般較高，強(qiáng)度低，不利于機(jī)械搬運(yùn)。為了提高坯體的機(jī)械強(qiáng)度，應(yīng)對坯體進(jìn)行干燥處理，使其水分含量降低。干燥就是排出大部分自由水的過程。

水分由坯體表面蒸發(fā)到周圍介質(zhì)中的過程，稱為外擴(kuò)散。隨著干燥介質(zhì)的連續(xù)升溫，坯體表面的水分不斷地?cái)U(kuò)散到周圍介質(zhì)中。介質(zhì)吸收水分的多少，取決于溫度的高低，溫度升高，吸收水分量增大，但也不是無限制的增加，同時(shí)也取決與介質(zhì)的相對濕度。隨著坯體水分的不斷蒸發(fā)，表面水分含量小于坯體內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部水分源源不斷地向表面遷移，這種過程稱為內(nèi)擴(kuò)散。

干燥初期，坯體剛從成形車間轉(zhuǎn)移到干燥設(shè)備中，表面受熱升溫，水分隨之蒸發(fā)。隨著溫度的不斷升高，濕坯吸收的熱量不斷增加，其中一部分向蒸發(fā)部位轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致蒸發(fā)水量增多。當(dāng)坯體溫度升高到一定階段，濕坯溫度將不再升高，即坯體所吸收的熱量與蒸發(fā)水分所消耗的熱量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。此階段采用低溫、高濕的環(huán)境，時(shí)間相對較短，排出水量不多，坯體體積基本沒有變化，這時(shí)升溫速度可適當(dāng)加快。

隨著干燥過程的繼續(xù)進(jìn)行，坯體吸收的熱量全部用于蒸發(fā)，內(nèi)部水分的擴(kuò)散速度等于表面水分的蒸發(fā)速度，坯體自身溫度保持恒定，干燥速率不變。由于水分的蒸發(fā)，坯體體積逐漸收縮。此階段要保持一定的溫度與濕度，而且過程要緩慢進(jìn)行，使其干燥均勻。

當(dāng)水分蒸發(fā)到一定程度后，顆粒相互靠攏，結(jié)構(gòu)趨于致密化，內(nèi)部水分?jǐn)U散的阻力增大，蒸發(fā)水量減少。但此階段是最易產(chǎn)生干燥開裂的階段，必須嚴(yán)格控制干燥速度。

2 干燥器工作原理及結(jié)構(gòu)

2.1 工作原理

干燥器的工作原理：熱由換(加)熱裝置產(chǎn)生，經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)送入干燥器殼體內(nèi)，對產(chǎn)品進(jìn)行升溫干燥。熱風(fēng)系統(tǒng)管道形成閉路循環(huán)，將干燥器內(nèi)部抽出的冷風(fēng)加熱后，再次送回殼體內(nèi)部。在此過程中會(huì)吸入少量的新鮮空氣，排出等量的廢氣，以中和加熱空氣并且達(dá)到內(nèi)部壓力的平衡。整個(gè)干燥過程壓力都保持動(dòng)態(tài)平衡。

2.2 干燥器結(jié)構(gòu)

此設(shè)備結(jié)構(gòu)由干燥器殼體、通風(fēng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、管網(wǎng)系統(tǒng)、干燥窯車、控制系統(tǒng)組成。面對產(chǎn)量要求較大時(shí)，可采用多臺(tái)連體裝配的形式進(jìn)行，間與間獨(dú)立工作，互不干擾，而且密封效果很好。

2.2.1 干燥器殼體

其為催化劑干燥過程的存儲(chǔ)容器。主要采用鋼結(jié)構(gòu)、保溫材料，以國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)型材做骨架，并且表面須做特殊的防腐處理，以免鋼材生銹污染產(chǎn)品。根據(jù)設(shè)備自身特點(diǎn)，依據(jù)輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊，采用組裝式設(shè)計(jì)模式，即車間流水線式加工零部件，現(xiàn)場按圖紙分部分批組裝。其特點(diǎn)是零件加工精度要求高，現(xiàn)場安裝時(shí)間短，整體效果明顯。同時(shí)保溫材料的選擇十分關(guān)鍵，需選用保溫、隔潮、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐用的最新高科技材料。經(jīng)過對國際、國內(nèi)各種保溫材料的對比、測試，最終確定為歐式制造風(fēng)格的保溫復(fù)合板。

2.2.2 通風(fēng)系統(tǒng)

主要包括內(nèi)部進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、外部進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、熱風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)采用質(zhì)量輕、耐腐蝕、易加工的鋁材制作。

2.2.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)是咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院技術(shù)人員，根據(jù)干燥設(shè)備特點(diǎn)與專業(yè)的機(jī)械原理巧妙結(jié)合的產(chǎn)物，是動(dòng)態(tài)送風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。隨著干燥過程的繼續(xù)進(jìn)行，所需的階段性溫度與風(fēng)量，會(huì)有階段性的變化，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)按照系統(tǒng)控制動(dòng)態(tài)地完成變化。

2.2.4 催化劑干燥器

其所需的熱動(dòng)能為蒸汽或者天然氣，廠家根據(jù)催化劑原料特點(diǎn)，普遍選擇蒸汽作為動(dòng)力源。我院工藝技術(shù)人員通過對催化劑工藝特點(diǎn)及性能的掌握，結(jié)合陶瓷干燥機(jī)理，專門設(shè)計(jì)了催化劑干燥器增濕系統(tǒng)。因此，干燥器配有一整套的管網(wǎng)系統(tǒng)。

2.2.5 控制系統(tǒng)

采用最先進(jìn)的PLC進(jìn)行控制，合理地布置溫濕度測試點(diǎn)，進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)跟蹤，確保測試值與實(shí)際值相符，使得整個(gè)設(shè)備工作可靠，操作靈活。

3 干燥工藝流程及其參數(shù)

3.1 工藝流程

開啟窯門→裝窯前的溫度調(diào)整→放入待干燥

催化劑坯體→關(guān)閉窯門→干燥開始→干燥制度運(yùn)行→干燥完成→移出催化劑坯體

3.2 主要技術(shù)參數(shù)與指標(biāo)

干燥器裝備的主要技術(shù)參數(shù)與指標(biāo)：

1)容積：132 m3

2)尺寸規(guī)格：11 m×4 m×3 m

3)周期：6.5 d

4)容納干燥車：15輛

5)單臺(tái)干燥產(chǎn)量：720件

6)最高溫度：65 ℃

7)溫差：±2 ℃

8)運(yùn)行濕度：0～100%

9)濕度差±3%

10)最大負(fù)荷熱需求(每個(gè)干燥器)： 約 150 kW

11)產(chǎn)品合格率：≥95%

12)進(jìn)窯水分：12%～20%

13)出窯水分：6%～8%

14)裝機(jī)容量:60 kW

4 干燥性能優(yōu)勢

干燥器性能主要體現(xiàn)在：干燥均勻、干燥效率高，操作簡便，環(huán)保，低能耗。其特性主要體現(xiàn)在以下幾方面：

4.1 動(dòng)態(tài)送熱系統(tǒng)

筆者根據(jù)催化劑特點(diǎn)與干燥機(jī)理，針對性地設(shè)計(jì)出動(dòng)態(tài)送風(fēng)系統(tǒng)，使窯內(nèi)干燥介質(zhì)處于高速流動(dòng)狀態(tài)，增強(qiáng)了對流傳熱效率，并且利用自身特點(diǎn)進(jìn)行攪拌，有效地克服了內(nèi)部溫度不均勻，熱利用率低等不足，提高了干燥產(chǎn)品的合格率，降低了能耗。

4.2 增濕系統(tǒng)

筆者通過對催化劑工藝技術(shù)特點(diǎn)及性能，干燥養(yǎng)護(hù)機(jī)理的研究，根據(jù)各階段物理變化、蒸發(fā)水量及濕度，新增增濕系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了干燥養(yǎng)護(hù)效率和質(zhì)量。為了避免自來水中所含雜質(zhì)對催化劑單元造成污染，特選取經(jīng)過特殊處理的軟化水，并自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)水量，使不同階段的干燥介質(zhì)達(dá)到所需濕度，滿足干燥工藝要求。

4.3 全自動(dòng)智能控制系統(tǒng)

選用系統(tǒng)先進(jìn)、質(zhì)量可靠的PLC進(jìn)行控制，采用分站采集數(shù)據(jù)、集中控制的方式。通過集中控制室內(nèi)的操作員站將能實(shí)現(xiàn)對設(shè)備遠(yuǎn)程啟停，正常運(yùn)行的監(jiān)視和調(diào)整，以及異常與事故工況的處理。高溫保護(hù)系統(tǒng)，預(yù)防因測溫儀器異常，盲加熱，損壞設(shè)備，嚴(yán)重的引起火災(zāi)事故。

5 結(jié)語

此干燥設(shè)備已在國內(nèi)多個(gè)大型國有企業(yè)使用，產(chǎn)品合格率達(dá)到96%以上，達(dá)到國外同類設(shè)備的水平，得到用戶的高度贊賞和業(yè)內(nèi)人士的普遍認(rèn)可，完全可以取代同類進(jìn)口設(shè)備。