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  • 烘干工艺系统及设备的****选择
  • 2018/9/23 阅读次数:[343]
  • 物料烘干是水泥生产的第二大煤耗工序,是水泥生产工艺重要环节之一, 物料烘干的好坏不但影响基本煤耗、电耗及其它费用,而且更重要的是关系到生料磨、水泥磨产量的高低及质量的稳定,直接关系到生产成本和经济效益。水泥厂生料粉磨的原料和熟料混合材品种很多,进厂水分波动大,物料粒度及特性不一样,对烘干的需求也日益增大。但总体来看,这几年生产线的新建和扩建中,大多数水泥厂家主要集中在粉磨和烧成工艺设备的优化和增产节能,对于烘干系统则投入很少。有些新建厂家对烘干未考虑,以至于烘干工艺落后,设备选型不合理,成为制约整个生产线的瓶颈。盐城市盐富环保设备有限公司结合十多年来烘干技术开发研究及大量实践应用,针对现有烘干工艺系统中存在的问题,提出几点烘干工艺及设备优化选择措施,供广大水泥厂家参考。
    一、选用回转式烘干系统还是立式烘干系统
    目前水泥厂用于烘干的主要设备是回转烘干机和立式烘干机,老式回转烘干机虽然具有结构简单、运行可靠、使用方便的优点,但普遍存在热耗损失大、热效率低、煤耗高、出料水分难以控制、环境污染严重等问题。针对以上问题,我公司的科研人员进行了技术攻关,结合国内外烘干设备的先进经验,引用德国热交换技术,研制出高效节能烘干产品即YFHG高效回转烘干机及YFH系列高效立式烘干机两大系列烘干系统,该机具有投资少、电耗省、烘干产量高、煤耗低等显著效果,产品投放市场后,得到水泥企业以及相关企业的一致好评。
    (一)现有立式烘干机存在问题及解决办法:
    目前全国约有40多家机械制造厂家生产立式烘干机,但很多用户在当初选型时只看其优越性而忽视了其局限性,因为任何一种设备都有其应用范围,而不是****的;从而在使用过程中由于选型不当出现了很多问题,甚至有的使用厂家仅仅使用几个月就成了闲置设备。
     
    1. 立式烘干机是利用重力原理,将物料从高处落下让热烟气在引风机的带领下,在由下而上过程中与物料进行接触烘干,其结构决定了烘干工艺必然是逆流形式。因此物料必须由上部进入,从下部排出,
    2.物料烘不干,产量上不来。在烘干矿渣初水分较小时,烘干效果还不错,如果烘一些如粘土、粉煤灰等物料,该弊端尤其突出。在物料水分较高的情况下,设备粘堵极为严重,输送、喂料均非常不方便。尤其在烘干矿渣时易使料温急剧升高,导致其活性下降。
     
    3.上部几层滑料盆易堵塞,下部滑料盆及进风管易堵塞。出现这种情况大部分原因与配套炉型有关,配套炉型如采用煤粉炉时容易出现这种情况,这也是现有立式烘干机较常见的问题
    之一。有的厂家因为堵塞根本不能生产,有的厂家逼迫无奈,只好每班清理来维持生产。这个问题处理比较麻烦,上面篦锥角度及篦孔减小,尽管可以防止堵塞,但因下料速度加快,造成下面几层滑料盆堵塞和产量大幅度降低.究其原因:①初水份较高;②物料粘性大;③二次风管布置不合理。
     
    4. 立式烘干机的物料下落类似于自由落体运动,遵循重力加速度原则。例如从400m 高度垂直落下的时间只需 8~11s 。立式烘干高度一般在 10~26m 左右,烘干机内设有滑料盆、散料锥、截流装置等阻料结构,以使物料在下落过程中受到阻力作用,而延长在机内的停留时间,但毕竟停留时间较短。在绝大部分时间里,物料都不是与热介质直接接触,而是在这些阻料装置表面通过传导方式接触,因而烘干效果较差,
    5.阻料装置虽起缓料的作用,但通风阻力也随之增大,为缓解这种矛盾,在热交换装置上面开设一些小孔。但实际生产中,物料流动之后很快就会被堵塞起来,不能起到实质性作用,致使热源只在进入烘干机的很短一段高度内才存在着物料与热烟气的较大温差,而在此高度以外的热交换所产生的烘干作用不佳。
    6.内部易损件寿命短。下部实心滑料盆及底部空心盆、滑料锥易损烧坏。造成原因主要是①没有搞好下部浇注料;②实心滑料盆材质不当;③下部结构不合理,出料与进风位置不当。
    由于内部件处于高温、腐蚀性、磨损大的恶劣环境,故材质选用时一定要考虑应用耐磨耐热合金。
    (二)新型高效回转烘干系统主要特点及巨大的优越性
    回转烘干机作为传统的烘干机已有几十年的历史,通过不断的完善改造成新型高效回转烘干机,现在已成为产量高(可比同类型烘干机增产80~150%)、煤耗省(可比同类型烘干机节煤30~80%)、适应性特强(无论水分大,还是粘性强的物料,都可以烘干,真正摆脱堵塞的烦恼)。这三大主要优越性是任何其它型式烘干机无法比拟的。目前全国有90%以上的烘干机是回转烘干机,以较低的投入,在不增加土建的情况下,相当于又新建了1~2套烘干生产线。
    1、目前老式回转烘干系统存在的问题:
    ① 烘干机内部扬料板形式单一、布置不合理、数量较少,所以易形成“风洞”,难以形成均匀的料幕;
    ②除尘采用引风机风量不配套,直接影响烘干蒸发效率;
    ③炉型选择不合理。老式手烧炉不仅煤耗高,温度很低,热效率低下,产量上不来。
    ④烘干供热不足,由于排气量小,风速低,导致热交换风不高;
    ⑤烘干除尘能力不够。
    2、YFHG新型回转烘干机优越性
     
    ①烘干产量高,比同类型烘干机增产80~150% 。采用新型复合式扬料装置及X型扬料装置。这两套装置组合使用,结构独特,它是根据物料的烘干原理而优化组合的一种新型装置。
    由于物料刚进烘干机时含水量较大,如果立即与高温热气体长时间热交换,会造成表面结壳,不利于进一步烘干,物料表面容易粘扬料板。为此,进料端采用正向螺旋扬料板,使扬料板预热后,顺利进入烘干阶段。这种扬料装置能使物料沿轴向呈"波浪"形式向前"蠕动"。整套扬料装置具有一定的导向、均流、阻料等功能,不但提高了物料的抛撒均匀性及增加了物料滞留时间,增加了物料的翻转烘干次数,而且新型物料装置中每一组扬料在径向位置上有一角度的组合。通过其角度的变化,内撒位置差来补偿时间差而产生的撒料间隙性。通过增加烘干机的转速使物料脱离扬料板的初速以及扬料板的角度变化增大了扬料板装置的撒料区域及抛撒的均匀性,使物料在筒体截面上呈现"瀑布"状下落。在轴向上各排扬料板交叉布置,互为补充,避免了"风洞"和"阶梯撒料"现象,从而大幅度提高烘干效率。
    ②适应能力强。对初水份较大,甚至达到30%物料都可以烘干到1%以下,特别是一些粘性物料如粘土、粉煤灰等因为扬料装置结构的改进,也都能烘干。优化系统工艺参数,综合发挥系统热能利用率。
     
    (三)回转烘干及立式烘干机究竟哪一种效果更好
    1.从现有烘干机的情况来看, 如果厂家已有回转烘干机,可考虑将其改造成为高效回转烘干机,不仅能力扩大一倍以上,而且投资省,3~4个月即可收回投资。
    2.从烘干物料品种来看,如果物料粘性大或初水份达到25~30%,****选用高效回转烘干机;如果是松散性物料,且初水份在10~15%左右,可选用立式烘干机,但一定要根据物料原始数据设计好烘干内部滑料结构。
    3.从长远投资来看,立式烘干机具有投资省,可节省30%,见效快,但使用寿命及设备可靠性不如回转烘干机,如考虑长期生产角度来算,可选用高效回转烘干机,或买二手的回转烘干机,通过综合改造成为高效回转烘干机。
    4.从物料技术要求看,如果对终水份要求高〈1%、初水份波动大达到20~25%、出料物料温度有控制要求,****选用回转烘干机。
    5.从占地面积来看,立式烘干机本身具有占地面积小, 但高度较高,风载较大.而回转烘干机占地面积较大。
    6.从电耗及煤耗看, 对于松散性和颗粒状物料,高效回转烘干机及立式烘干机相差不大。
    7.从运转率来看,高效回转烘干机比立式烘干机要高,因立式烘干机受堵塞及其它故障影响,常常会降低运转率。
    8.从生产规模来看,如果生产能力达到35~40吨/时以上,****选用高效回转烘干机。因为大规格立式烘干机受其水分结构及高度等限制,分散效果较差,很难达到理想效果。
    二、 采用顺流工艺,改造和淘汰逆流工艺 目前,国内回转烘干机主要采用逆流工艺和顺流工艺两种形式逆流烘干工艺操作简单、出机含尘浓度低,便于收尘,但由于以下方面的不足,制约生产的现象十分突出。
    (一) 不易密封,粘堵现象严重
    烘干过程中,烟气流动的动力是通过引风机产生的负压梯度形成的。由于逆流烘干系统进料口和尾气出风口、出料口和热风进口分别为同一位置,造成漏风严重,系统不能形成稳定的负压,引风机不能形成足够的负压动力,导致热风炉的热烟气很难****限度地进入烘干机参与烘干热交换;另一方面,逆流烘干物料在低温段时的含水量****,物料在蠕动过程中表面被烘烤至结壳的时间长,相互粘结强烈,运动不流畅,连续性喂料时容易造成堵料。
    (二) 物料与热烟气的接触方式,有可能改变物料物化性能
    烘干物料的入机水分****,出机水分****;而逆流烘干工艺的温度走向是在物料含水率****时温度****,在含水率****时温度****,即物料处于高温段时,内部水分低,蒸发强度低,接近焙烧状态。因此,物料的某些物化性能(活性、晶体结构等)容易改变,如烘干煤时会造成煤的热耗损失。因为出口物料温度较高,会带走大量热量,增大了物料的热耗,烘干能耗会增加。而顺流工艺正好避免了上述情况,温度变化适应物料水分由高到低的烘干要求,且工艺简单、烘干效率相对较高,热效率高。
    三、 选用节能与热效率高的热风炉作烘干热源
    热风炉是烘干系统的热量来源。热风炉热效率高低取决于热烟气的输入量和介质温度,实际烘干中热风炉有多种形式。
    层燃式手烧炉:由人工手动喂煤,可直接燃烧 50mm 以下的粒状煤,需不断的进煤、清渣,工人劳动强度大,清渣时大量冷风带入炉内,燃烧过程不稳定、炉内烟气温度低、不完全燃烧损失大,造成煤耗高、热效率低、供热量小,但操作简单,技术要求低。
    磨煤喷粉炉: 对火焰长度控制要求严格,火焰过深,则容易烧坏烘干机内部筒体及扬料板,甚至改变物料的物性;过短,则烟气进入烘干机的温度不足,烘干能力变差。此外,对煤质发热量及细度要求严格,燃烧不稳定,操作要求一般。
    普通沸腾炉:它介于层燃和悬浮状燃烧之间,燃烧时呈沸腾状态,具有强化燃烧、传热效果好、结构简单、可燃烧劣质燃料等优点。但传统沸腾炉由于局部结构设计不合理,直角部分多,使用寿命短,炉内易结渣,涡流现象严重,煤耗较高,燃烧温度偏低,操作要求高,自动化程度高。
    GXF节能型高温沸腾炉:是盐城市盐富环保烘干研究中心在传统沸腾炉的基础上进行整体改型和优化设计的一种新炉型。其采用小炉床整体框架结构,炉床容积较常规缩小 1/3 ,炉体结构更加稳固,大大提高了炉体的使用寿命和单位容积热强度;减少了尖锐直角,降低了结渣频率,能够在原有沸腾炉的基础上节煤 30~40% ,炉温大幅度提升并可自由控制,进一步放宽了对劣质煤的适应程度。几种炉型的技术经济指标对比
    四、 视物料情况,采用高效系统配置设备,强化烘干机的热交换状况。
    物料的水分分为化合水、吸附水和表面水。正常烘干的要求,化合水很难通过物理烘干来消除,所以烘干效果取决于对表面水和吸附水的蒸发能力,物料在吸收热量的同时蒸发出水分。传热过程主要是依靠接触传导,最直接的途径就是尽量扩大接触面积和延长接触时间。接触面积越大,热交换的范围越广,单位时间的蒸发量就越大,烘干效果就越明显。物料与热介质的接触:一是堆积在扬料板上的物料与热介质间的接触,这种接触器方式非常浅,只有附着在表面的物料参与到热交换中,内部的物料烘干程度低;二是物料在抛撒过程中与热介质间的接触,这种接触相对全面。由于物料在滞空时间段的空隙极大,热介质的穿透率高,能与物料充分进行热交换,故烘干效果显著。因此,增加接触面积应增大物料的抛撒面积。普通烘干机的扬料装置对物料的抛撒次数少,而且空洞比较多,更多的物料始终处于扬料装置表面或筒体横截面的下部,积料厚度深。从这一点看,采用密集交叉和适宜角度布置的新型复合式扬料装置及X型高效扬料装置,有利于提高物料的抛撒次数,分散更充分,堆积在每个扬料装置上的物料少、堆积浅,更多的物料被不断地抛撒整个截面形成一道道“料幕”,****程度地增大了物料在空中的分布面积和滞空时间,加之适当提高烘干机转速,也大幅度提高了物料被抛撒的频率,故而烘干效率更为显著。
    一般认为烘干的时间越长,物料被烘干的效果越好。在实际生产中,物料的烘干过程主要是在筒体高温段完成的,随着物料的不断推移,水分含量越来越低,介质温度不断下降,压力对平衡方向的反推动作用力度开始加大,进入降速阶段后,物料极易出现“回潮”、“反湿”现象,此时应该是尽快将物料排出筒体,而不能一味追求延长物料在筒体内的停留时间。新型组合式物料装置中采取的分层排布,互不交叉的特点,可以起到扩大“回潮”段的风洞、加快物料排出机外的速度,以消除“回潮”现象。适当的延长时间也是指延长物料在高温段的停留时间和被抛撒在空中的有效时间。而高温段的长度取决于热风炉所提供热风的能力,和热风在运行中受到的阻力程度。新型复合式扬料装置所起的“定点返回”作用,在高温段长度一定的情况下,可大大延长物料在高温段的停留时间,将热效率提升到****程度。同时,阻止了物料脱离扬料空间,窜入到筒体上,磨损筒体,大大延长了烘干机筒体的使用寿命。所以追求在筒体内烘干停留时间不能是无节制的,应该是有针对性的,盲目追求延长时间会加大投资的费用。
    五、收尘系统
    烘干的通风收尘系统为负压工作,其风量较大,废气中的含尘浓度较高,特别是对烘干要求的产量大、水分 < 2% 时,烟气中的含尘浓度急剧增加,粉尘颗粒也相对偏大。而蒸发的水分全部通过废气中进入尾部收尘装置,废气含湿量一般在 15~20% 以上,露点温度一般高达 42~52 ℃ ,冬季甚至可高于 68~82 ℃, 若燃煤硫含量高,露点温度还会升高并产生对除尘设备的腐蚀。这些都是增大收尘难度和设备管道磨蚀的直接原因。烘干机含尘废气水泥厂常用烘干收尘系统主要有四种工艺。
    (1)采用一级组合旋风收尘器+除尘风机
    这种收尘适用于矿渣、水渣等原料的烘干。选用高效耐磨旋风收尘器作一级收尘,具有处理风量大、抗磨损、结构简单和投资较低等特点,投资约为其他收尘设备的1/5 。但它依靠重力进行离心分离收尘,收尘效率较低,一般只有78~83% ,用于矿渣烘干的收尘可达到260~320mg/Nm3。
    (2)采用一级JQM抗结露袋式收尘器
    这种收尘对处理含尘浓度高的烟气最简单有效。由于拒水防油滤袋具有综合憎水、耐折、耐磨损等几种特定性能,加上织物具有的光洁、平整、均匀、极易清灰等特点,能够非常好的适应对高浓度、湿粘性粉尘的过滤;同时,内部采用分室高压喷吹清灰方式可彻底解决清灰不完全和二次扬尘现象,并且清灰时间、次数、压力均可由微机控制,该收尘设备工艺简单,收尘效果好,如JQM、LFEF 型等收尘器的废气排放浓度均能够达到低于50~60mg/Nm3 。
    (3)一级旋风收尘器+抗结露电收尘器+除尘风机
    这种收尘可用于废气中粉尘颗粒比较粗、湿含量过大的粘性物料的烘干收尘,具有效率高、抗高温、抗粘堵等特点,一般废气排放浓度低于130~150mg/Nm3 。如一级收尘器负担较重,必须适当加大设备的处理能力;另外,烘干原煤时需要加设防爆、防腐、防锈等装置,而对于高浓度、大风量的含尘烟气则不宜使用该工艺。
    (4)采用一级旋风收尘器+JQM抗结露袋式收尘器+除尘风机
    如果处理粉尘浓度过高需要一级收尘预收尘可采用这种工艺,这种收尘对处理含尘浓度高的烟气最简单有效。由于拒水防油滤袋具有综合憎水、耐折、耐磨损等几种特定性能,加上织物具有的光洁、平整、均匀、极易清灰等特点,能够非常好地适应对高浓度、湿粘性粉尘的过滤;同时,内部采用分室高压喷吹清灰方式可彻底解决清灰不完全和二次扬尘现象,并且清灰时间、次数、压力均可由微机控制,该收尘设备工艺简单,收尘效果好,如 JQM、LFEF 型等收尘器的废气排放浓度均能够达到低于 50~60mg/Nm3 。烘干系统中连接烘干机及收尘器、引风机之间的管道布置,尽量避免水平管道,应尽可能紧凑,以减少管道的压力损失,同时做好保温措施,生产中风速控制宜保持为13~18m/s ,并加强锁风,严格控制漏风率,提高收尘效果。 盐城市盐富环保烘干研究中心在通过多条烘干生产线改造和新建项目实践中总结出:选用GXF节能型高温沸腾炉,配用带YFHG新型复合式扬料装置和组合式X型高效扬料装置的回转式烘干机的烘干效果,采用顺流工艺明显好于逆流工艺。通过选用优化收尘,保证引风、堵绝漏风、加强保温等环节上正常运行的前提下,大幅度提高产量达80~90%和终水份可控制在1~2%,煤耗及电耗可降低30~45%。对于目前急需投资烘干生产线及对现有烘干系统进行增产增效改造的水泥厂家一个好选择。
     
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