惠 涛 贾书雄

(咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)

前言

我国在近几个五年计划中把节能减排、降低温室气体排放、PM2.5要求提到了重要的日程，各行各业也都采取了有效措施，并投入大量的人力物力对废水、废渣、废气进行治理。我国众多燃煤企业为了治理烟气中产生的氮氧化物，引进国外脱硝(氮氧化物)催化剂生产的关键技术及装备，年引进技术及装备需花费3 000多万美元，其中干燥设备占到资金总量的20%。我院结合我国国情，为了适应社会发展，满足企业发展需求，投入大量人力物力，研发出了质量可靠的燃煤烟气脱硝催化剂所用的一次干燥器。现已在国内多个催化剂生产厂家投入使用，得到用户的认可。

1 干燥机理

湿坯水分存在方式主要有3种类型：

1)吸附水。是依靠坯体中分子引力(范德华力)与毛细管力，处于坯体颗粒表面或者微毛细管(直径小于1×10-4mm)中的水分。

2)化学结合水。是参与组成物料晶格的水分，其结合形式最牢固，需要较大的能量才可排出。

3)自由水。分布于坯体颗粒的间隙中，靠内聚力与物料松弛地结合，基本符合水的一般物理特性，水分易于排出。

湿坯含水率一般较高，强度低，不利于机械搬运。为了提高坯体的机械强度，应对坯体进行干燥处理，使其水分含量降低。干燥就是排出大部分自由水的过程。

水分由坯体表面蒸发到周围介质中的过程，称为外扩散。随着干燥介质的连续升温，坯体表面的水分不断地扩散到周围介质中。介质吸收水分的多少，取决于温度的高低，温度升高，吸收水分量增大，但也不是无限制的增加，同时也取决与介质的相对湿度。随着坯体水分的不断蒸发，表面水分含量小于坯体内部，导致内部水分源源不断地向表面迁移，这种过程称为内扩散。

干燥初期，坯体刚从成形车间转移到干燥设备中，表面受热升温，水分随之蒸发。随着温度的不断升高，湿坯吸收的热量不断增加，其中一部分向蒸发部位转移，导致蒸发水量增多。当坯体温度升高到一定阶段，湿坯温度将不再升高，即坯体所吸收的热量与蒸发水分所消耗的热量达到动态平衡。此阶段采用低温、高湿的环境，时间相对较短，排出水量不多，坯体体积基本没有变化，这时升温速度可适当加快。

随着干燥过程的继续进行，坯体吸收的热量全部用于蒸发，内部水分的扩散速度等于表面水分的蒸发速度，坯体自身温度保持恒定，干燥速率不变。由于水分的蒸发，坯体体积逐渐收缩。此阶段要保持一定的温度与湿度，而且过程要缓慢进行，使其干燥均匀。

当水分蒸发到一定程度后，颗粒相互靠拢，结构趋于致密化，内部水分扩散的阻力增大，蒸发水量减少。但此阶段是最易产生干燥开裂的阶段，必须严格控制干燥速度。

2 干燥器工作原理及结构

2.1 工作原理

干燥器的工作原理：热由换(加)热装置产生，经循环风机送入干燥器壳体内，对产品进行升温干燥。热风系统管道形成闭路循环，将干燥器内部抽出的冷风加热后，再次送回壳体内部。在此过程中会吸入少量的新鲜空气，排出等量的废气，以中和加热空气并且达到内部压力的平衡。整个干燥过程压力都保持动态平衡。

2.2 干燥器结构

此设备结构由干燥器壳体、通风系统、驱动系统、管网系统、干燥窑车、控制系统组成。面对产量要求较大时，可采用多台连体装配的形式进行，间与间独立工作，互不干扰，而且密封效果很好。

2.2.1 干燥器壳体

其为催化剂干燥过程的存储容器。主要采用钢结构、保温材料，以国内标准型材做骨架，并且表面须做特殊的防腐处理，以免钢材生锈污染产品。根据设备自身特点，依据轻型钢结构设计手册，采用组装式设计模式，即车间流水线式加工零部件，现场按图纸分部分批组装。其特点是零件加工精度要求高，现场安装时间短，整体效果明显。同时保温材料的选择十分关键，需选用保温、隔潮、强度高、耐腐蚀、耐用的最新高科技材料。经过对国际、国内各种保温材料的对比、测试，最终确定为欧式制造风格的保温复合板。

2.2.2 通风系统

主要包括内部进风系统、外部进风系统、热风系统、排风系统。这些系统采用质量轻、耐腐蚀、易加工的铝材制作。

2.2.3 驱动系统

该系统是咸阳陶瓷研究设计院技术人员，根据干燥设备特点与专业的机械原理巧妙结合的产物，是动态送风系统的关键部件。随着干燥过程的继续进行，所需的阶段性温度与风量，会有阶段性的变化，驱动系统会按照系统控制动态地完成变化。

2.2.4 催化剂干燥器

其所需的热动能为蒸汽或者天然气，厂家根据催化剂原料特点，普遍选择蒸汽作为动力源。我院工艺技术人员通过对催化剂工艺特点及性能的掌握，结合陶瓷干燥机理，专门设计了催化剂干燥器增湿系统。因此，干燥器配有一整套的管网系统。

2.2.5 控制系统

采用最先进的PLC进行控制，合理地布置温湿度测试点，进行全程动态跟踪，确保测试值与实际值相符，使得整个设备工作可靠，操作灵活。

3 干燥工艺流程及其参数

3.1 工艺流程

开启窑门→装窑前的温度调整→放入待干燥

催化剂坯体→关闭窑门→干燥开始→干燥制度运行→干燥完成→移出催化剂坯体

3.2 主要技术参数与指标

干燥器装备的主要技术参数与指标：

1)容积：132 m3

2)尺寸规格：11 m×4 m×3 m

3)周期：6.5 d

4)容纳干燥车：15辆

5)单台干燥产量：720件

6)最高温度：65 ℃

7)温差：±2 ℃

8)运行湿度：0～100%

9)湿度差±3%

10)最大负荷热需求(每个干燥器)： 约 150 kW

11)产品合格率：≥95%

12)进窑水分：12%～20%

13)出窑水分：6%～8%

14)装机容量:60 kW

4 干燥性能优势

干燥器性能主要体现在：干燥均匀、干燥效率高，操作简便，环保，低能耗。其特性主要体现在以下几方面：

4.1 动态送热系统

笔者根据催化剂特点与干燥机理，针对性地设计出动态送风系统，使窑内干燥介质处于高速流动状态，增强了对流传热效率，并且利用自身特点进行搅拌，有效地克服了内部温度不均匀，热利用率低等不足，提高了干燥产品的合格率，降低了能耗。

4.2 增湿系统

笔者通过对催化剂工艺技术特点及性能，干燥养护机理的研究，根据各阶段物理变化、蒸发水量及湿度，新增增湿系统，进一步提高了干燥养护效率和质量。为了避免自来水中所含杂质对催化剂单元造成污染，特选取经过特殊处理的软化水，并自动调节进水量，使不同阶段的干燥介质达到所需湿度，满足干燥工艺要求。

4.3 全自动智能控制系统

选用系统先进、质量可靠的PLC进行控制，采用分站采集数据、集中控制的方式。通过集中控制室内的操作员站将能实现对设备远程启停，正常运行的监视和调整，以及异常与事故工况的处理。高温保护系统，预防因测温仪器异常，盲加热，损坏设备，严重的引起火灾事故。

5 结语

此干燥设备已在国内多个大型国有企业使用，产品合格率达到96%以上，达到国外同类设备的水平，得到用户的高度赞赏和业内人士的普遍认可，完全可以取代同类进口设备。