張海濱，張慶磊，李慧燕，彭麗華，趙平杰

(山東天力能源股份有限公司，山東 濟(jì)南 250013)

精制鹽干燥工藝有普通流化床工藝、振動(dòng)流化床工藝、氣流干燥工藝和內(nèi)加熱流化床工藝等[1-3]。由于普通流化床工藝和氣流干燥工藝熱風(fēng)量大，能耗高，振動(dòng)流化床設(shè)備故障率高，以上三種設(shè)備僅在粉雜鹽等低產(chǎn)量生產(chǎn)中仍有應(yīng)用。大規(guī)模精制鹽生產(chǎn)主要采用內(nèi)加熱流化床工藝。2018年，山東天力能源股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“公司”)開發(fā)了精制鹽的回轉(zhuǎn)干燥工藝[4-5]，首次將蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)用于精制鹽生產(chǎn)。

文章介紹了精制鹽的蒸汽回轉(zhuǎn)干燥技術(shù)，從工藝、能耗方面，對(duì)回轉(zhuǎn)干燥工藝和內(nèi)加熱流化床工藝進(jìn)行對(duì)比研究。

1 精制鹽干燥工藝介紹及對(duì)比

1.1 蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)簡(jiǎn)介

回轉(zhuǎn)干燥工藝的核心設(shè)備為蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)，主要由機(jī)體、換熱管、支撐裝置、傳動(dòng)裝置和罩體等組成。干燥機(jī)筒體內(nèi)設(shè)有換熱管，物料從換熱管外的筒體通過，換熱介質(zhì)從換熱管通過。干燥機(jī)從進(jìn)料端到出料端有一定的安裝傾角，物料從較高的一端進(jìn)料，從較低的一端出料。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，筒體沿中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，筒體內(nèi)的物料在筒內(nèi)做翻滾運(yùn)動(dòng)，使物料從高端流向低端。干燥過程中，換熱介質(zhì)和物料不接觸，兩者通過換熱管進(jìn)行間接換熱，干燥產(chǎn)生的水蒸氣由筒內(nèi)的攜濕氣帶走[6]。

根據(jù)換熱管型式的不同，蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)可分為直管式蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)和環(huán)管式蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)。直管式蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的換熱管為直管，根據(jù)物料特性和干燥需求，可以采用光滑管，也可以采用帶有外翅片的翅片管。環(huán)管式蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的換熱管為環(huán)管，兩根直管和連通兩根直管的多根支管組共同組成換熱管組，其整體外形像圓弧形的梯子，又稱梯形管，或T型管。

蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)出料側(cè)的端部設(shè)有汽室和旋轉(zhuǎn)接頭，蒸汽和冷凝水通過旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)入和排出。通過旋轉(zhuǎn)接頭的動(dòng)密封實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的筒體和靜止的管道的銜接，見圖1。

圖1 環(huán)管蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機(jī)外形圖Fig.1 Outline drawing of annular steam rotary dryer

1.2 工藝流程及工藝對(duì)比

回轉(zhuǎn)干燥工藝見圖2。其流程比較簡(jiǎn)單，在干燥機(jī)前設(shè)置進(jìn)料設(shè)備，干燥機(jī)后設(shè)置出料設(shè)備。其尾氣量小，粉塵夾帶少，用一臺(tái)小的濕式除塵器就能滿足除塵需求。尾氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)抽出后排空，不需要鼓風(fēng)機(jī)[6]。

圖2 回轉(zhuǎn)干燥工藝流程框圖Fig.2 Block diagram of rotary drying process

回轉(zhuǎn)干燥工藝的關(guān)鍵技術(shù)是防止鹽在筒體內(nèi)粘附。由于鹽的粒度較大，濕鹽含水率低，多為3.0%以下，其粘附性較輕。物料在干燥機(jī)內(nèi)及時(shí)脫水，以及干燥機(jī)內(nèi)干物料的沖刷作用，就能避免物料粘附于換熱管上。因此，鹽的干燥，往往不用返料。

當(dāng)濕鹽含水率偏高，或原料鹽的粒度小時(shí)，為避免鹽在換熱管上粘附，可以設(shè)置返料設(shè)備和混料機(jī)，將一部分干料返回到進(jìn)料端，和濕料混合后再送入干燥機(jī)中。通過返料，可以降低進(jìn)入干燥機(jī)中鹽的含水率，防止物料粘附。

內(nèi)加熱流化床工藝見圖3。除干燥主機(jī)的差異外，兩種工藝的主要差別是攜濕氣的處理。

圖3 內(nèi)加熱流化床工藝流程框圖Fig.3 Process flow diagram of internal heating fluidized bed

內(nèi)加熱流化床工藝的攜濕氣同時(shí)做流化風(fēng)，需要使物料形成流態(tài)化，需要具備一定的風(fēng)速，并克服物料的床層阻力。因此，其對(duì)流化風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)壓的要求都較高。為保障干燥效率，對(duì)攜濕氣的進(jìn)風(fēng)溫度也有較高的要求。因此，內(nèi)加熱流化床工藝需要設(shè)置鼓風(fēng)機(jī)，以提供風(fēng)量足夠的流化風(fēng)，并為流化風(fēng)提供足夠的風(fēng)壓；需要設(shè)置空氣預(yù)熱器，提高流化風(fēng)的進(jìn)風(fēng)溫度[4]。

由于流化風(fēng)量較大，且流化風(fēng)在床層內(nèi)有一定的風(fēng)速，顆粒較小的鹽易被流化風(fēng)帶走，并夾帶于干燥尾氣中。這種狀況，一方面造成了產(chǎn)品損失，降低了產(chǎn)品收率；另一方面，夾帶粉塵的尾氣需要凈化后才能放空，除塵負(fù)荷較高，往往需要較大的除塵器才能滿足除塵需求。由于尾氣量大，尾氣處理設(shè)備多，尾氣引風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓都較高。此外，由于尾氣量大，隨尾氣帶走的熱量多，會(huì)降低熱效率，增大系統(tǒng)能耗。

回轉(zhuǎn)干燥工藝中，物料運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來自筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，攜濕氣只做攜濕用，不用攜帶物料運(yùn)動(dòng)，也不用克服物料的阻力[6]。攜濕氣風(fēng)量?jī)H需要滿足尾氣對(duì)露點(diǎn)的要求，防止結(jié)露；風(fēng)壓僅需要克服設(shè)備和管道的阻力。因此，其風(fēng)量和風(fēng)壓均很低。因尾氣量小，風(fēng)速低，尾氣中夾帶的粉塵量少，易于除塵凈化。尾氣量小，隨尾氣帶走的熱量少。因此，其熱效率較高，有助于降低能耗。

兩種工藝的對(duì)比見表1。

表1 精制鹽干燥工藝對(duì)比表Tab.1 Comparison of drying process of refined salt

2 能耗對(duì)比

干燥系統(tǒng)的能耗主要體現(xiàn)在蒸汽消耗(簡(jiǎn)稱汽耗)和動(dòng)力消耗(簡(jiǎn)稱電耗)兩個(gè)方面。

自2018年提出精制鹽的回轉(zhuǎn)干燥工藝后，經(jīng)過理論分析、小試研究和中試實(shí)驗(yàn)研究，2019-08在江蘇瑞洪鹽業(yè)有限公司建成了處理量50 t/h的工業(yè)鹽蒸汽回轉(zhuǎn)干燥裝置。文章以50 t/h的處理量為例，對(duì)兩種工藝的能耗和成本進(jìn)行分析。

示例中，濕鹽的濕含量為3%，干燥后精制鹽的濕含量為0.1%。加熱介質(zhì)為0.75 MPa(G)的飽和蒸汽。動(dòng)力電源為380 V、50 Hz。

2.1 滿負(fù)荷工況

兩種工藝的能耗及尾氣排放情況見表2。

表2 滿負(fù)荷工況精制鹽干燥消耗和尾氣排放對(duì)比表Tab.2 Comparison of refined salt drying consumption and tail gas emission under full load condition

由表2可以看出，和內(nèi)熱床工藝相比，滿負(fù)荷工況下，精制鹽回轉(zhuǎn)干燥工藝的汽耗、電耗、尾氣排放量均大幅度下降。汽耗的為內(nèi)熱床工藝的64.52%，電耗為內(nèi)熱床工藝的38.45%，尾氣排放量?jī)H為內(nèi)熱床工藝的16.67%。

蒸汽價(jià)格按170元/t，電價(jià)按照0.7元/kW·h，實(shí)際電耗按裝機(jī)功率的0.8倍估算。兩種工藝的能耗成本見表3。

表3 單位產(chǎn)品能耗成本對(duì)比表Tab.3 Comparison of energy consumption cost per unit product

由表3可以看出，滿負(fù)荷工況下，和內(nèi)熱床工藝相比，生產(chǎn)每噸精制鹽，回轉(zhuǎn)干燥工藝可減少4.86元的能耗成本。

按照年運(yùn)行時(shí)間8 000 h計(jì)算，年能耗成本見表4。

表4 年能耗成本對(duì)比表Tab.4 Comparison of annual energy consumption cost

由表4可以看出，滿負(fù)荷工況下，和內(nèi)熱床工藝相比，處理量50 t/h的生產(chǎn)裝置，回轉(zhuǎn)干燥工藝每年可節(jié)約汽耗成本219.52萬(wàn)元，節(jié)約用電成本108.97萬(wàn)元，能耗節(jié)約總成本328.49萬(wàn)元。能耗成本大幅度降低。

2.2 非滿負(fù)荷工況

非滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，內(nèi)加熱流化床工藝具有如下特征：

(1)為保障物料正常的流化狀態(tài)，流化風(fēng)量、風(fēng)壓，需要和滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)保持一致。因此，風(fēng)機(jī)仍要滿負(fù)荷運(yùn)行。

(2)為保障干燥效率，進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)溫度保持不變。因此，空氣預(yù)熱器的熱負(fù)荷保持不變。即蒸汽預(yù)熱器部分的蒸汽消耗和滿負(fù)荷相同。

(3)因處理量下降，物料干燥需要的熱負(fù)荷降低。因此，流化床換熱器部分熱負(fù)荷降低。即換熱器部分蒸汽消耗減少。

(4)進(jìn)出料設(shè)備多采用工頻設(shè)備，仍滿負(fù)荷運(yùn)行，負(fù)荷保持不變。

非滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，回轉(zhuǎn)干燥工藝的特征如下：

(1)因處理量下降，物料干燥需要的熱負(fù)荷降低。因此，干燥機(jī)換熱管的熱負(fù)荷降低。即，干燥機(jī)部分蒸汽消耗減少。

(2)因干燥蒸發(fā)的水分減少，需要的攜濕氣量降低。因此，風(fēng)機(jī)的負(fù)荷可有所降低。

(3)干燥機(jī)轉(zhuǎn)速和滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)相同，負(fù)載下降，用電負(fù)荷略有下降。

(4)進(jìn)出料設(shè)備多采用工頻設(shè)備，仍滿負(fù)荷運(yùn)行，負(fù)荷保持不變。

非滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，用電設(shè)備的負(fù)荷雖有降低，但降低程度不明顯，電耗降低程度有限。因此，估算能耗時(shí)，不考慮電耗降低，僅計(jì)算汽耗的變化。根據(jù)以上分析進(jìn)行工藝計(jì)算，不同負(fù)荷時(shí)，回轉(zhuǎn)干燥工藝和內(nèi)熱床工藝的汽耗分別見圖4和圖5。

圖4 回轉(zhuǎn)干燥工藝不同負(fù)荷工況的汽耗曲線Fig.4 Steam consumption curve of rotary drying process under different load conditions

圖5 內(nèi)熱床工藝不同負(fù)荷工況的汽耗曲線Fig.5 Steam consumption curve of internal heat bed process under different load conditions

由圖4和圖5可知，非滿負(fù)荷工況下，回轉(zhuǎn)干燥工藝單位汽耗不變，總汽耗和負(fù)荷量呈正比。隨著負(fù)荷量下降，內(nèi)熱床工藝的單位汽耗呈拋物線升高，負(fù)荷越低，單位汽耗越大。以上分析說明，回轉(zhuǎn)干燥工藝的單位汽耗不受負(fù)荷量的影響，而內(nèi)熱床工藝的汽耗受負(fù)荷影響很大。和內(nèi)熱床工藝相比，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，回轉(zhuǎn)干燥工藝的節(jié)能效果更加顯著。

3 結(jié)論

1)介紹了精制鹽的回轉(zhuǎn)干燥工藝，和內(nèi)熱床工藝相比，回轉(zhuǎn)干燥工藝的流程更加簡(jiǎn)單。風(fēng)壓和風(fēng)量需求均大幅度減少。

2)以50 t/h的生產(chǎn)裝置為例對(duì)比能耗情況。研究證明，在滿負(fù)荷工況下，回轉(zhuǎn)干燥工藝的汽耗僅為內(nèi)熱床工藝的64.52%，電耗為內(nèi)熱床工藝的38.45%，尾氣排放僅為內(nèi)熱床工藝的16.67%。節(jié)約能耗成本約328.49萬(wàn)元/a。

3)非滿負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，回轉(zhuǎn)干燥工藝的單位汽耗不隨負(fù)荷量改變，內(nèi)熱床工藝的單位汽耗隨負(fù)荷量的降低呈拋物線升高。