高塔噴霧工藝生產(chǎn)洗衣粉節(jié)能分析

鄧龍輝 戴 殷 盧志敏

（廣州市浪奇實(shí)業(yè)股份有限公司，廣東廣州，510661）

2017年國(guó)內(nèi)洗衣粉產(chǎn)量達(dá)到456.79萬(wàn)噸[1]，其中絕大多數(shù)均為高塔噴霧工藝生產(chǎn)。高塔噴霧工藝中能耗最大部分是干燥工段，干燥工段能源占比在40%～70%，所以，提高干燥工段的能源利用率可以顯著提高整體的能源利用率。

提高干燥熱效率可以從以下三方面進(jìn)行考察：① 提高熱風(fēng)進(jìn)口溫度；② 降低熱風(fēng)出塔溫度；③ 提高料漿總固體。以下將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)討論。

1 熱風(fēng)進(jìn)口溫度的影響

1.1 熱風(fēng)進(jìn)口溫度對(duì)熱效率的影響

提高塔內(nèi)熱風(fēng)的熱量密度可以有效提高干燥效率，而提高熱風(fēng)熱量密度的有效途徑就是提高熱風(fēng)的溫度。

洗衣粉漿料的干燥需要熱量，該熱量通過(guò)燃燒燃料產(chǎn)生的煙道氣提供。因此，熱風(fēng)的進(jìn)口溫度和熱風(fēng)的氣速是影響塔內(nèi)熱量密度的關(guān)鍵因素。提高熱風(fēng)在塔內(nèi)的速度意味著提供更多的熱量，熱風(fēng)在塔內(nèi)的經(jīng)典氣速是0.6～0.8m/s[2]，基本上是一個(gè)定量，所以，只有進(jìn)風(fēng)口的溫度這一變量可以考慮。假定熱風(fēng)出塔溫度為110℃，不同熱風(fēng)進(jìn)口溫度對(duì)熱效率的影響見(jiàn)表1。

從表1可以看出：熱風(fēng)的進(jìn)口溫度越高，熱效率越高；但隨著熱風(fēng)進(jìn)口溫度越來(lái)越高，熱效率的提高幅度有所降低。

1.2 熱風(fēng)進(jìn)口溫度對(duì)粉體外觀的影響

提高熱風(fēng)進(jìn)口溫度涉及到材料耐受能力及粉體高溫情況下烤黃、烤焦等問(wèn)題，故進(jìn)口溫度存在一個(gè)合適的范圍。從材料角度分析，低碳鋼可以承受500℃的高溫。從粉體的色澤看，洗衣粉的漿料含有大量的有機(jī)物及為提高粉體白度而添加的增白劑，干燥溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致粉體白度降低，甚至粉體發(fā)黃。在實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：如果對(duì)粉體的白度要求比較高，熱風(fēng)進(jìn)口溫度則不宜超過(guò)370℃；如果對(duì)粉體的白度要求相對(duì)較低，熱風(fēng)進(jìn)口溫度選擇超過(guò)370℃比較經(jīng)濟(jì)。另一方面，由于粉體會(huì)黏附在塔壁上，如果熱風(fēng)溫度過(guò)高，在熱風(fēng)進(jìn)口區(qū)域附近粘附的塔壁粉很容易出現(xiàn)燒焦情況。燒焦的粉體一旦發(fā)生脫落，就會(huì)污染產(chǎn)品，影響產(chǎn)品質(zhì)量。雖然可以通過(guò)優(yōu)化熱風(fēng)進(jìn)口結(jié)構(gòu)，適當(dāng)降低粘塔壁粉的量，但這種情況不可避免。所以，熱風(fēng)進(jìn)口溫度也不宜過(guò)高。

1.3 熱風(fēng)進(jìn)口溫度對(duì)表觀密度的適應(yīng)性

不同表觀密度的粉體也需要選用不同的熱風(fēng)進(jìn)口溫度，表觀密度越大，粉體在塔內(nèi)停留時(shí)間會(huì)越短，單位時(shí)間內(nèi)對(duì)熱量的需求量越高。因此，低于400g/L的表觀密度選擇低于350℃的熱風(fēng)進(jìn)口溫度比較好，超過(guò)400g/L的表觀密度選擇超過(guò)350℃的熱風(fēng)進(jìn)口溫度較合適。

值得注意的是，過(guò)高的熱風(fēng)進(jìn)塔溫度會(huì)令活性物里面的游離油進(jìn)入到尾氣中，在排放口形成藍(lán)煙現(xiàn)象，造成大氣污染，還會(huì)對(duì)塔的正常運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。

2 出塔溫度對(duì)熱效率的影響

噴粉塔的熱效率η可以根據(jù)下述公式[2]進(jìn)行計(jì)算：

其中，Ti為熱風(fēng)入塔溫度，單位為K；

T0為塔頂出口溫度，單位為K；

T為室溫，單位為K。

從上述公式可知，當(dāng)熱風(fēng)入塔溫度和室溫一定時(shí)，降低熱風(fēng)出塔溫度可以提高熱效率。降低熱風(fēng)出塔溫度主要涉及到塔的設(shè)計(jì)問(wèn)題，如：合理布局噴槍充分利用塔內(nèi)空間，減少不做功離開(kāi)塔的熱風(fēng)量；采用旋風(fēng)塔設(shè)計(jì)，加大熱風(fēng)在塔內(nèi)的紊流程度。

表1 熱風(fēng)進(jìn)口溫度對(duì)熱效率的影響

2.1 噴槍布局對(duì)熱效率的影響

塔平面內(nèi)均勻布置噴槍?zhuān)顕婌F面積覆蓋整個(gè)塔面積，可以充分利用塔內(nèi)空間、充分利用熱量，減少熱量無(wú)用功損失。塔平面內(nèi)均勻布置噴槍?zhuān)梢酝ㄟ^(guò)采用長(zhǎng)短槍、上下層槍及調(diào)整噴槍布置角度的方式實(shí)現(xiàn)。采用一般的沿著塔壁布置噴槍的模式，在塔的中心區(qū)域由于沒(méi)有被噴霧覆蓋，故存在一個(gè)

熱量通道”，該區(qū)域的熱量較少被利用。如果在塔中心區(qū)域設(shè)置一支噴槍?zhuān)瑒t該噴槍的霧化覆蓋區(qū)域可以利用這部分熱量。增加中心區(qū)域的噴槍后可以在原有的操作條件下降低出塔溫度，且不影響產(chǎn)品的水分。根據(jù)實(shí)際測(cè)試情況，在塔中心區(qū)域增加一支噴槍后，熱風(fēng)出塔溫度可以降低3～5℃。設(shè)定熱風(fēng)進(jìn)口溫度為350℃，熱風(fēng)入塔區(qū)域溫度為317℃，室溫為20℃，噴槍布置對(duì)熱效率的影響見(jiàn)表3。

由表2可見(jiàn)，通過(guò)增加中央噴槍?zhuān)瑹嵝士梢蕴岣呓?個(gè)百分點(diǎn)，洗衣粉的產(chǎn)量也可以增加，單位產(chǎn)品的能耗可以進(jìn)一步降低。

提高熱效率的另外一種噴槍的布置方式為上下層槍的布置（表3）。通常情況下，該方式設(shè)計(jì)兩層槍的間距為5m左右，此設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)為下層槍距熱風(fēng)進(jìn)口的距離較短。由于霧炬在高壓的作用下會(huì)比較長(zhǎng)，下層槍霧炬末端的霧化顆粒離熱風(fēng)進(jìn)口的距離過(guò)短不利于干燥。根據(jù)觀察：洗衣粉生產(chǎn)操作中霧炬的長(zhǎng)度一般在2～3m左右。下層槍位置適當(dāng)向上層槍靠近，不會(huì)產(chǎn)生顯著的顆粒碰撞現(xiàn)象。在上層槍位置布置一支向上噴霧的噴槍?zhuān)梢燥@著降低出塔溫度5～8℃。但這一操作需要嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算，因?yàn)樗攨^(qū)域?yàn)槭照O(shè)計(jì)，風(fēng)速較大，存在夾帶的風(fēng)險(xiǎn)。

由表3可見(jiàn)，雙層噴槍比單層噴槍的熱效率提高了近3個(gè)百分點(diǎn)，是比增加中央噴槍更有效的方法，但對(duì)設(shè)計(jì)的要求更高。

2.2 旋風(fēng)塔設(shè)計(jì)對(duì)熱效率的影響

旋風(fēng)塔的設(shè)計(jì)初衷是增加熱風(fēng)在進(jìn)塔區(qū)域的紊流程度，通過(guò)令熱風(fēng)在塔內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方式使粉體跟隨熱風(fēng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)化了粉體與氣流的接觸，延長(zhǎng)粉體在塔內(nèi)的停留時(shí)間，同時(shí)，熱風(fēng)出塔的溫度得到降低。所以，旋風(fēng)塔可以顯著提高熱效率，達(dá)到降低能耗的目的。設(shè)定熱風(fēng)進(jìn)口溫度為350℃，熱風(fēng)入塔溫度為317℃，室溫為20℃，平流塔的塔頂溫度為110℃，在同樣條件下，旋風(fēng)塔的塔頂溫度理想情況下可以降低至85℃，兩種塔對(duì)熱效率的影響可見(jiàn)表4。

由表4可見(jiàn)，旋風(fēng)塔的熱效率是平流塔的112%，比調(diào)整噴槍的布局更有效。

表2 噴槍布置對(duì)熱效率的影響

表3 噴槍層數(shù)對(duì)熱效率的影響

但值得注意的是，旋風(fēng)形式會(huì)在旋風(fēng)的中心形成一個(gè)低壓區(qū)域，隨著熱風(fēng)在塔內(nèi)的上升，該區(qū)域與周?chē)膲翰钪饾u減小。旋風(fēng)模式由于存在離心力，粉體會(huì)在離心力的作用下向塔壁運(yùn)動(dòng)，故粘壁粉的數(shù)量會(huì)有所增加。旋風(fēng)塔在上部應(yīng)該處于較弱的旋風(fēng)模式或者是轉(zhuǎn)變成平流模式，否則，由于上部處于噴嘴霧化區(qū)，顆粒濕含量高，顆粒粘塔壁的現(xiàn)象則更嚴(yán)重。通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化將上部區(qū)域的旋風(fēng)強(qiáng)度降低可以減小粉體受到的離心力，這樣可以將粘壁粉的量降到最低。如果設(shè)計(jì)不合理，粘壁粉的量會(huì)比較大，且粘壁粉在長(zhǎng)期高溫作用下發(fā)黃，發(fā)黃的粘壁粉在旋風(fēng)作用下離開(kāi)粘附位置，摻雜到基粉中會(huì)影響粉的外觀。

表4 噴粉塔設(shè)計(jì)對(duì)熱效率的影響

3 漿料總固體對(duì)熱耗的影響

由于提高料漿的總固體減少了需要蒸發(fā)的水分，故可以顯著提高熱效率。但料漿總固體提高會(huì)使料漿的流動(dòng)性顯著降低，不利于霧化。為解決料漿流動(dòng)性差的問(wèn)題，較直接的解決辦法是提高料漿溫度。提高料漿的溫度雖然改善了料漿的流動(dòng)性，但本身也降低了熱耗。通過(guò)添加某些類(lèi)型的高分子材料也可以改善料漿的流動(dòng)性。

4 總結(jié)

(1) 提高熱風(fēng)進(jìn)口溫度可以提高熱效率，但要注意熱風(fēng)進(jìn)口溫度對(duì)粉體外觀的影響。

(2) 降低出塔溫度可以提高熱效率，具體實(shí)施方式有合理布置噴槍和采用旋風(fēng)塔的設(shè)計(jì)。

(3) 提高漿料總固體可以降低熱耗，但要注意漿料總固體提高后對(duì)漿料流動(dòng)性的影響。

(4) 綜合運(yùn)用提高進(jìn)風(fēng)口溫度、降低出塔溫度、提高漿料總固體，干燥操作能源消耗可以降低8%～14%。