王利民

（山東麗波日化股份有限公司，濰坊 261031）

1. 概述

自1965年噴霧干燥用于蛋品處理以來，這種將處理對(duì)象由液態(tài)經(jīng)霧化和干燥在短時(shí)間直接變成固體粉末的技術(shù)，在上個(gè)世紀(jì)后葉取得了長足的進(jìn)步。我國最早將噴霧干燥技術(shù)用于工業(yè)化生產(chǎn)的是乳品行業(yè)，之后是洗滌劑和染料等工業(yè)[1]。噴霧干燥技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于無機(jī)化工、有機(jī)化工、日用化工、化肥、食品、醫(yī)藥、陶瓷、木材、糧食、漁業(yè)等領(lǐng)域[2]。目前，在全球洗滌劑市場上，噴霧干燥生產(chǎn)的洗衣粉仍占主導(dǎo)地位。

洗衣粉噴霧干燥工藝又稱高塔噴霧工藝。它是將有關(guān)的固體原料和液體原料按照設(shè)定的配方先配制成料漿，再經(jīng)過濾、老化、均質(zhì)后，用高壓泵把料漿輸送到塔頂部，通過噴槍噴嘴經(jīng)壓力霧化成霧滴，在塔內(nèi)與熱空氣相遇進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)得以干燥，洗衣粉從塔底流出，尾氣經(jīng)塔頂引風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)除塵后排入大氣。

按照料漿霧滴與熱風(fēng)在干燥塔內(nèi)流向的不同，噴霧干燥的操作方式分為順流、逆流和混流三種。洗衣粉生產(chǎn)一般采用順流和逆流兩種方式，順流干燥得到的產(chǎn)品視比重偏輕，逆流干燥得到的產(chǎn)品視比重偏重。由于逆流干燥中熱氣體在與仍然潮濕的液滴接觸后才離開塔頂，排出的尾氣溫度較低，氣液兩相的溫差較大，因此逆流干燥的熱效率較順流干燥為高。到目前為止，大多數(shù)洗衣粉的噴霧干燥都是采用逆流方式[3]。本文也只對(duì)逆流操作的洗衣粉噴霧干燥系統(tǒng)的節(jié)能減排作論述。該系統(tǒng)由熱風(fēng)產(chǎn)生、高壓泵輸送、噴霧與干燥、尾氣處理等四部分構(gòu)成，因此節(jié)能減排的措施也只對(duì)這四個(gè)工序相關(guān)的工藝設(shè)備而言之。

國務(wù)院節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃已于2012年8月發(fā)布實(shí)施，其中對(duì)工業(yè)節(jié)能減排提出了明確的要求和目標(biāo)。洗衣粉生產(chǎn)過程中，噴霧干燥系統(tǒng)的能耗占總能耗的比例達(dá)85%以上，而噴霧干燥系統(tǒng)的熱效率只有50%左右。因此，洗衣粉行業(yè)節(jié)能工作的重點(diǎn)應(yīng)是首先關(guān)注噴霧干燥系統(tǒng)的節(jié)能。

2. 節(jié)能

從大的方面講，節(jié)能措施分為技術(shù)措施和管理措施。技術(shù)措施包括工藝的、設(shè)備的、配電和自動(dòng)控制的措施，而管理措施則包括制度的和生產(chǎn)操作的措施。

2.1 技術(shù)方面

2.1.1 優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

合理設(shè)計(jì)洗衣粉噴霧干燥系統(tǒng)的生產(chǎn)規(guī)模，做到工藝設(shè)備的互相匹配。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，噴粉塔的直徑不能小于3.6m[4]，否則是很不經(jīng)濟(jì)的。塔徑是否越大越好，盡管目前尚無定論，但從理論上講，不是越大越好，一般認(rèn)為取值6～8m是合適的。

目前國內(nèi)洗衣粉生產(chǎn)廠的噴粉塔直徑從3m到9m不等，僅對(duì)噴霧干燥系統(tǒng)而言，有的廠存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，如熱風(fēng)爐很大而噴粉塔較??；也有的廠存在“小馬拉大車”的現(xiàn)象，如熱風(fēng)爐很小而噴粉塔很大。這兩種情況下，系統(tǒng)的能效都很低。因此，生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)合理的產(chǎn)能規(guī)模和設(shè)備匹配是節(jié)能的前提。

按照生產(chǎn)每噸洗衣粉平均耗熱量2.0GJ計(jì)算，年產(chǎn)10萬噸的噴粉塔配用熱負(fù)荷7.5～8.0MW的熱風(fēng)爐是最經(jīng)濟(jì)的。

2.1.2 工藝改進(jìn)

1）在一定限度內(nèi)，合理提高料漿的總固體含量。按照理論計(jì)算，料漿的總固體含量每提高1%，噴粉塔減少揮發(fā)水分5%左右。假如料漿總固體濃度由65%提高到70%，同樣條件下，則可比能耗降低20%以上。

2）合理提高料漿溫度。料漿溫度在一定范圍內(nèi)適當(dāng)提高，可降低料液的粘度，改善霧化性能，促進(jìn)物料的傳熱與傳質(zhì)，縮短霧滴在噴粉塔內(nèi)被加熱的時(shí)間。經(jīng)測算，一般操作條件下，料液溫度每提高1℃，噴粉塔蒸發(fā)1kg水分所需的熱量減少4.2～5.2kJ。料漿溫度的提高可通過回收其他生產(chǎn)工序的余熱來實(shí)現(xiàn)。

3）提高熱空氣進(jìn)塔溫度，降低尾氣出塔溫度。在熱空氣量和產(chǎn)量不變的情況下，環(huán)境溫度20℃、尾氣溫度100℃時(shí)，熱空氣進(jìn)塔溫度由350℃提高到400℃，熱效率則能提高3.3%。通過降低尾氣溫度，增大溫度差，充分利用熱空氣所帶熱量，也能提高熱效率。在熱風(fēng)進(jìn)塔溫度350℃、環(huán)境溫度20℃時(shí)，尾氣出塔溫度由100℃降到90℃時(shí)，熱效率則提高3.2%[2]。

4）在配方一定、不影響產(chǎn)品質(zhì)量前提下，適當(dāng)減少前配噴粉量、增加后配原料量。這樣，后配加入的原料不需要消耗干燥能量即成為產(chǎn)品。因此，增加后配量會(huì)顯著降低洗衣粉的單位產(chǎn)品能耗。目前，國內(nèi)上規(guī)模的洗衣粉生產(chǎn)廠大都采用了“前配＋后配”的工藝路線。就整個(gè)洗滌用品行業(yè)來說，總的單位產(chǎn)品能耗量已較以前有顯著的降低。

5）部分尾氣循環(huán)利用。由于利用了再循環(huán)尾氣所帶的余熱，使噴粉塔的熱效率提高。但隨著尾氣循環(huán)量的增加，使得熱空氣的濕含量也增加，干燥速率將隨之降低，干燥時(shí)間加長。因此，理論上存在一個(gè)最佳尾氣循環(huán)量，一般的尾氣循環(huán)量為20%～30%[5]。實(shí)際上，尾氣循環(huán)在現(xiàn)有的噴霧干燥裝置上已被采用多年，循環(huán)比以質(zhì)量計(jì)可達(dá)出塔尾氣的50%。根據(jù)不同的配方，節(jié)能5%～10%是可行的[3]。

6）余熱的利用。洗衣粉生產(chǎn)過程中可用的余熱一般有三部分：噴粉塔尾氣余熱、蒸汽冷凝水余熱和磺化裝置的熱空氣（沒有磺化裝置的除外）。噴粉塔尾氣余熱回收的方式是，在塔頂引風(fēng)機(jī)出口經(jīng)除塵器后的尾氣管道上，設(shè)置間壁式換熱器從排空的尾氣中回收余熱，可用來預(yù)熱熱風(fēng)爐系統(tǒng)的助燃空氣。常用的換熱設(shè)備有熱輪式換熱器、板式換熱器、熱管式換熱器、雙換熱式和洗滌式換熱器等[5]。為防止換熱器傳熱面結(jié)垢或積粉，影響傳熱效果，須對(duì)換熱器進(jìn)行定期的清理。此外，采用無煙煤塊的熱煤氣發(fā)生爐系統(tǒng)，在主產(chǎn)水煤氣的同時(shí)會(huì)副產(chǎn)壓力為0.3～0.4Mpa的飽和蒸汽，此蒸汽可用于加熱液體物料而回收其余熱。

2.1.3 設(shè)備改進(jìn)

1）設(shè)備的合理選型。熱風(fēng)爐應(yīng)根據(jù)各地的情況，分別選擇合適的燃燒方式，最常用的熱風(fēng)爐有燃油（柴油、重油）式、燃?xì)猓ü艿烂簹狻⑻烊粴猓┦?、燃煤（有煙煤、無煙煤塊）式和燃植物秸稈式等幾種。這些熱風(fēng)爐在洗衣粉行業(yè)先后得到應(yīng)用，都是非常成功的。但從運(yùn)行成本看，煤直燃式熱風(fēng)爐是最低的，其次是用無煙煤塊的熱煤氣發(fā)生爐[6]。在選用熱風(fēng)爐時(shí)一定要注意，爐子的熱負(fù)荷與噴粉塔的產(chǎn)能相匹配，否則會(huì)造成能源的浪費(fèi)。電機(jī)和風(fēng)機(jī)的選用應(yīng)分別根據(jù)GB18613-2006和GB19761-2009的規(guī)定要求，選用能效值（效率）高的產(chǎn)品。須特別指出的是，根據(jù)國家工信部公告2012年第14號(hào)《高耗能落后機(jī)電（產(chǎn)品）淘汰目錄（第二批）》，目前普遍在用的Y系列電動(dòng)機(jī)，除Y355～1120型號(hào)外，其他的型號(hào)大都被列入了淘汰目錄（第二批）中，自2012年10月1日起進(jìn)行淘汰。對(duì)此，現(xiàn)有企業(yè)和新上企業(yè)都應(yīng)引起重視，在技術(shù)改造和新上項(xiàng)目時(shí)應(yīng)選用國家工信部《節(jié)能機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）推薦目錄》中所列的節(jié)能型電動(dòng)機(jī)。從節(jié)能的角度講，塔頂尾氣分離器選用單級(jí)旋風(fēng)分離器阻力最小、能耗最低，旋風(fēng)分離器組次之，布袋式分離器阻力最大、能耗最高。

2）合理確定塔內(nèi)噴槍層數(shù)與布置。為提高單塔的產(chǎn)量，降低投資和能耗，在設(shè)計(jì)或設(shè)備改造時(shí)，直徑6m以上的塔應(yīng)考慮噴槍雙層布置，一般單層噴槍布置的6m塔產(chǎn)能在6～8萬噸/年，采用雙層噴槍布置，產(chǎn)能可增至10～12萬噸/年[4]。雙層噴槍使單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量提高，從而使單位產(chǎn)品的能耗顯著下降。噴槍合理布置應(yīng)注意長短槍間隔并在塔周布置均勻,這樣使霧化面能在塔內(nèi)做到全覆蓋，從而降低尾氣出塔溫度，提高熱能利用率。

3）選用霧化角合適的噴嘴。洗衣粉料漿霧化多數(shù)廠家都采用旋渦式壓力噴嘴，霧化角在60o～120o，霧化后的液滴與干燥用熱空氣接觸充分，水分蒸發(fā)迅速，干燥效果好[4]。

4）合理設(shè)計(jì)和布置熱空氣進(jìn)塔分布口。對(duì)一定產(chǎn)量的噴粉塔，塔圓柱部分的截面積是由干燥所需熱風(fēng)的體積和熱風(fēng)在塔內(nèi)的流速所決定的，經(jīng)典的速度應(yīng)該在0.6～0.8m/s[3]。從湍流和溫度方面來考慮，使熱空氣在整個(gè)塔空間均勻分布，對(duì)于塔的高效操作是十分重要的。因此，熱風(fēng)應(yīng)以多股氣流送入塔中，且各股氣流的體積和速度盡可能相近。如果熱空氣進(jìn)塔分布嚴(yán)重不均，最直接的后果是尾氣溫度偏高，塔底有濕粉產(chǎn)出，這樣會(huì)影響塔的干燥效率，并造成能耗偏高。

5）選用合適的保溫材料和保溫層厚度。熱風(fēng)爐系統(tǒng)、噴粉塔系統(tǒng)、熱空氣管道、料漿管道、分離器和尾氣管道等均應(yīng)做好保溫。應(yīng)根據(jù)GB/T8175-2008《設(shè)備及管道絕熱設(shè)計(jì)導(dǎo)則》選用合適的保溫材料，并通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較來確定保溫材料的厚度。從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看，絕熱層厚度應(yīng)在裝置絕熱層所需投資和相應(yīng)熱損失耗費(fèi)之間作出選擇，最小保溫層厚度應(yīng)該達(dá)到：塔體100mm石棉類保溫層，熱風(fēng)管路200mm石棉類保溫層[3]。但從同樣厚度材料的保溫效果看，復(fù)合硅酸鋁材料優(yōu)于石棉（巖棉）材料。如果噴粉塔、熱空氣管道、分離器和尾氣管道安裝在室外，保溫層外部應(yīng)做好防水處理。由于南方與北方的氣溫差別很大，因此保溫工作應(yīng)有所區(qū)別對(duì)待。

2.1.4 配電與控制系統(tǒng)的改進(jìn)

1）縮短供電距離。變配電室盡量靠近負(fù)荷中心，縮短低壓供電半徑，并按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面，從而減少輸電線路的損耗。

2）做好三相電壓的平衡。用電設(shè)備應(yīng)合理接線，降低三相電壓的不平衡度，做到用電均衡化，提高負(fù)荷率。

3）提高功率因數(shù)。采取對(duì)裝置進(jìn)行集中與就地補(bǔ)償相結(jié)合的辦法，提高功率因數(shù)，大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不應(yīng)低于0.90，低負(fù)荷時(shí)不得過補(bǔ)償。

4）采用高壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)。功率在200kW及以上的宜采用高壓電動(dòng)機(jī)。功率在50kW及以上的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)單獨(dú)配置電壓、電流、有功電能等計(jì)量儀表，以便監(jiān)測其運(yùn)行中的有關(guān)參數(shù)。

5）變頻節(jié)電。對(duì)高壓泵、鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)等這些變負(fù)荷設(shè)備的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采用變頻節(jié)電技術(shù)。

6）使用高效照明燈具。生產(chǎn)裝置區(qū)域的照明應(yīng)優(yōu)先選用光效高、顯色性好的光源以及配光合理、安全高效的燈具。有條件的企業(yè)可采用太陽能照明燈具。

7）采用自動(dòng)控制系統(tǒng)。對(duì)熱風(fēng)爐、高壓泵、塔頂尾氣引風(fēng)機(jī)等均可采用自動(dòng)控制技術(shù)，穩(wěn)定噴粉塔系統(tǒng)的操作。如高壓泵可與噴槍壓力聯(lián)鎖控制、尾氣引風(fēng)機(jī)可與塔頂負(fù)壓連鎖控制等等。

2.2 管理方面

2.2.1 精化生產(chǎn)操作

1）合理安排不同品種的生產(chǎn)，減少開停車次數(shù)，盡量做到不停車換品種，確保生產(chǎn)的連續(xù)性。

2）合理控制塔內(nèi)頂部負(fù)壓在30～98 MPa，減少系統(tǒng)冷空氣的漏入。

3）分離器下來的細(xì)粉可用作工業(yè)擦洗劑或其他相關(guān)產(chǎn)品，也可直接回塔，減少回溶再噴消耗的能量。

4）粗粉可經(jīng)粉碎后直接摻入基粉中，避免回溶再噴耗能。

2.2.2 健全制度與考核

1）根據(jù)GB/T15587-2008《工業(yè)企業(yè)能源管理導(dǎo)則》要求，建立健全能源管理的機(jī)構(gòu)、人員和規(guī)章制度，明確職責(zé)，落實(shí)責(zé)任。

2）制定節(jié)能目標(biāo)并分解到班組貫徹執(zhí)行，認(rèn)真考核，嚴(yán)格獎(jiǎng)懲（節(jié)獎(jiǎng)超罰）。

3）登記好能源臺(tái)賬，并對(duì)能源利用情況做定期分析，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改。

2.2.3 搞好能源計(jì)量

1）根據(jù)GB17167-2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》要求，建立健全能源計(jì)量管理的機(jī)構(gòu)、人員和規(guī)章制度，配齊必要的能源計(jì)量器具，建立計(jì)量器具臺(tái)賬。

2）用能設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝和使用應(yīng)滿足GB/T6442、GB/T15316中關(guān)于用能設(shè)備的能源監(jiān)測要求。

3）能源計(jì)量器具的配備位置、數(shù)量和計(jì)量精度等必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

4）對(duì)能源計(jì)量數(shù)據(jù)應(yīng)準(zhǔn)確匯總、及時(shí)分析處理或上報(bào)。

3. 減排

3.1 廢水

噴霧干燥系統(tǒng)的廢水主要是來自高壓泵的冷卻水和熱風(fēng)爐系統(tǒng)的冷卻水，經(jīng)集中收集后可用于配制料漿。燃煤熱風(fēng)爐和熱煤氣發(fā)生爐除渣機(jī)處排除的廢水，可經(jīng)生產(chǎn)廠自己的污水處理站處理后回用。用濕式除塵器的噴淋洗滌水也可經(jīng)收集后用于配制料漿。

3.2 廢氣

3.2.1 塔頂尾氣

尾氣主要通過分離器進(jìn)行除塵后排放入大氣，因此分離器效率的高低將決定著粉塵排放量的大小。目前，洗衣粉行業(yè)應(yīng)用的分離器有以下幾種：單級(jí)旋風(fēng)分離器、旋風(fēng)分離器組、布袋式除塵器和濕式除塵器等。一般情況下，用布袋式除塵器一級(jí)分離后的尾氣就能達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)；用旋風(fēng)分離器（或組）的最好后面加濕式除塵器做二級(jí)分離，否則一旦操作控制異常就容易出現(xiàn)跑粉現(xiàn)象。為保證較高的分離效率，旋風(fēng)分離器（或組）需定期進(jìn)行人工清理，布袋除塵器則需定期檢查更換布袋。此外，控制好塔內(nèi)微負(fù)壓操作也十分關(guān)鍵，如果塔內(nèi)負(fù)壓太大，就會(huì)使尾氣中夾帶過多的細(xì)粉，從而影響分離器的效率。

3.2.2 二氧化硫

熱風(fēng)爐系統(tǒng)用柴油、天然氣、管道煤氣或植物秸稈做燃料的，煙道氣中的SO2含量極低，不存在尾氣中SO2超標(biāo)排放的問題；用重油、煤和發(fā)生爐熱煤氣做燃料的，煙道氣中SO2含量則相對(duì)較高，但因其在噴粉塔中與堿性料漿直接接觸后，SO2與堿發(fā)生反應(yīng)被去除了絕大部分，因此尾氣排放時(shí)SO2的濃度不會(huì)超過國家排放標(biāo)準(zhǔn)[7]。盡管如此，還是建議用煤做熱風(fēng)爐燃料的企業(yè)應(yīng)盡可能使用低硫煤。

3.3 廢渣

3.3.1 細(xì)粉

塔頂除塵器分離下來的細(xì)粉一般做回溶或回塔處理，采用直接回塔處理會(huì)更經(jīng)濟(jì)。

3.3.2 粗粉

掃塔、基粉氣提和過篩中產(chǎn)生的粗粉，一般都做回溶處理，若直接粉碎回?fù)絼t更為經(jīng)濟(jì)。

3.3.3 爐渣

熱風(fēng)爐用煤做燃料的，產(chǎn)生的煤渣可用于制磚；用植物秸稈做燃料的，產(chǎn)生的草木灰渣可做無機(jī)肥料使用。

3.4 噪聲

噴霧干燥系統(tǒng)的噪聲源主要是熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)和塔頂尾氣引風(fēng)機(jī)，一般采取機(jī)座加減震墊的方式消噪。因各生產(chǎn)廠設(shè)備所處位置的不同，噪聲對(duì)環(huán)境的影響也不同，如果噪聲超標(biāo)，可以采用在風(fēng)機(jī)周圍建消音房或是在排氣出口管道上加消音器的方式解決。

4. 未來發(fā)展趨勢展望

根據(jù)國家發(fā)改委令2011年第9號(hào)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本）》，“單層噴槍洗衣粉生產(chǎn)工藝及設(shè)備，1.6t/h以下規(guī)?；腔b置”被列入限制類，而“多效、節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保型表面活性劑和濃縮型合成洗滌劑的開發(fā)與生產(chǎn)”則被列入了鼓勵(lì)類，這就為合成洗滌劑行業(yè)今后的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指明了方向。

濃縮洗滌劑以其節(jié)水經(jīng)濟(jì)、去污高效、環(huán)保等特點(diǎn)而成為全球尤其是發(fā)達(dá)國家洗滌劑市場的主流，也正逐步成為我國國內(nèi)洗滌劑市場的新寵。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的進(jìn)一步提高，人們對(duì)洗衣粉的消費(fèi)理念也會(huì)產(chǎn)生深刻的變化。如今在洗滌劑市場上，濃縮洗衣粉和液體洗滌劑的份額在不斷擴(kuò)大、而普通洗衣粉的份額在不斷減少就是最好的例證。近幾年來，中國洗滌用品工業(yè)協(xié)會(huì)為推廣濃縮洗衣粉做了大量卓有成效的工作，并會(huì)同中國輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)于2009年7月16日在北京聯(lián)合召開了濃縮洗衣粉市場推廣新聞發(fā)布會(huì)，同時(shí)舉行了“濃縮洗衣粉標(biāo)志”揭牌儀式，此舉標(biāo)志著我國洗衣粉濃縮化進(jìn)程已經(jīng)開始推進(jìn)。此后，中國洗協(xié)先后組織召開了幾次濃縮洗滌劑推廣座談會(huì)，業(yè)內(nèi)很多企業(yè)和有識(shí)之士也正在積極推進(jìn)這項(xiàng)工作。

與高塔噴霧相比，濃縮洗衣粉具有節(jié)約原料和節(jié)省能源的優(yōu)勢，生產(chǎn)和使用過程又可減少廢水、廢氣和廢棄包裝物的排放，也可減少包裝物的過度使用，降低運(yùn)輸車輛的能耗和排放，有利于整個(gè)社會(huì)的節(jié)能減排。因此，逐步推廣濃縮洗衣粉符合我國的產(chǎn)業(yè)政策。從全社會(huì)節(jié)能減排的角度講，濃縮洗衣粉和液體洗滌劑將是未來的發(fā)展趨勢。今年9月29日，協(xié)會(huì)又與家樂福（中國）攜手在全國范圍內(nèi)大力推廣使用濃縮洗滌劑，工信部等相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)專門表示支持。相信在國家的大力支持下，我國的洗滌劑濃縮化進(jìn)程將會(huì)加快步伐。

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