精制盐回转干燥工艺能耗分析

2022-05-19张海滨张庆磊李慧燕彭丽华赵平杰

盐科学与化工 2022年5期

张海滨，张庆磊，李慧燕，彭丽华，赵平杰

(山东天力能源股份有限公司，山东济南 250013)

精制盐干燥工艺有普通流化床工艺、振动流化床工艺、气流干燥工艺和内加热流化床工艺等[1-3]。由于普通流化床工艺和气流干燥工艺热风量大，能耗高，振动流化床设备故障率高，以上三种设备仅在粉杂盐等低产量生产中仍有应用。大规模精制盐生产主要采用内加热流化床工艺。2018年，山东天力能源股份有限公司(以下简称“公司”)开发了精制盐的回转干燥工艺[4-5]，首次将蒸汽回转干燥机用于精制盐生产。

文章介绍了精制盐的蒸汽回转干燥技术，从工艺、能耗方面，对回转干燥工艺和内加热流化床工艺进行对比研究。

1 精制盐干燥工艺介绍及对比

1.1 蒸汽回转干燥机简介

回转干燥工艺的核心设备为蒸汽回转干燥机，主要由机体、换热管、支撑装置、传动装置和罩体等组成。干燥机筒体内设有换热管，物料从换热管外的筒体通过，换热介质从换热管通过。干燥机从进料端到出料端有一定的安装倾角，物料从较高的一端进料，从较低的一端出料。设备运行时，筒体沿中轴线转动，筒体内的物料在筒内做翻滚运动，使物料从高端流向低端。干燥过程中，换热介质和物料不接触，两者通过换热管进行间接换热，干燥产生的水蒸气由筒内的携湿气带走[6]。

根据换热管型式的不同，蒸汽回转干燥机可分为直管式蒸汽回转干燥机和环管式蒸汽回转干燥机。直管式蒸汽回转干燥机的换热管为直管，根据物料特性和干燥需求，可以采用光滑管，也可以采用带有外翅片的翅片管。环管式蒸汽回转干燥机的换热管为环管，两根直管和连通两根直管的多根支管组共同组成换热管组，其整体外形像圆弧形的梯子，又称梯形管，或T型管。

蒸汽回转干燥机出料侧的端部设有汽室和旋转接头，蒸汽和冷凝水通过旋转接头进入和排出。通过旋转接头的动密封实现运动的筒体和静止的管道的衔接，见图1。

图1 环管蒸汽回转干燥机外形图Fig.1 Outline drawing of annular steam rotary dryer

1.2 工艺流程及工艺对比

回转干燥工艺见图2。其流程比较简单，在干燥机前设置进料设备，干燥机后设置出料设备。其尾气量小，粉尘夹带少，用一台小的湿式除尘器就能满足除尘需求。尾气经引风机抽出后排空，不需要鼓风机[6]。

图2 回转干燥工艺流程框图Fig.2 Block diagram of rotary drying process

回转干燥工艺的关键技术是防止盐在筒体内粘附。由于盐的粒度较大，湿盐含水率低，多为3.0%以下，其粘附性较轻。物料在干燥机内及时脱水，以及干燥机内干物料的冲刷作用，就能避免物料粘附于换热管上。因此，盐的干燥，往往不用返料。

当湿盐含水率偏高，或原料盐的粒度小时，为避免盐在换热管上粘附，可以设置返料设备和混料机，将一部分干料返回到进料端，和湿料混合后再送入干燥机中。通过返料，可以降低进入干燥机中盐的含水率，防止物料粘附。

内加热流化床工艺见图3。除干燥主机的差异外，两种工艺的主要差别是携湿气的处理。

图3 内加热流化床工艺流程框图Fig.3 Process flow diagram of internal heating fluidized bed

内加热流化床工艺的携湿气同时做流化风，需要使物料形成流态化，需要具备一定的风速，并克服物料的床层阻力。因此，其对流化风风量和风压的要求都较高。为保障干燥效率，对携湿气的进风温度也有较高的要求。因此，内加热流化床工艺需要设置鼓风机，以提供风量足够的流化风，并为流化风提供足够的风压；需要设置空气预热器，提高流化风的进风温度[4]。

由于流化风量较大，且流化风在床层内有一定的风速，颗粒较小的盐易被流化风带走，并夹带于干燥尾气中。这种状况，一方面造成了产品损失，降低了产品收率；另一方面，夹带粉尘的尾气需要净化后才能放空，除尘负荷较高，往往需要较大的除尘器才能满足除尘需求。由于尾气量大，尾气处理设备多，尾气引风机的风量和风压都较高。此外，由于尾气量大，随尾气带走的热量多，会降低热效率，增大系统能耗。

回转干燥工艺中，物料运动的动力来自筒体转动，携湿气只做携湿用，不用携带物料运动，也不用克服物料的阻力[6]。携湿气风量仅需要满足尾气对露点的要求，防止结露；风压仅需要克服设备和管道的阻力。因此，其风量和风压均很低。因尾气量小，风速低，尾气中夹带的粉尘量少，易于除尘净化。尾气量小，随尾气带走的热量少。因此，其热效率较高，有助于降低能耗。

两种工艺的对比见表1。

表1 精制盐干燥工艺对比表Tab.1 Comparison of drying process of refined salt

2 能耗对比

干燥系统的能耗主要体现在蒸汽消耗(简称汽耗)和动力消耗(简称电耗)两个方面。

自2018年提出精制盐的回转干燥工艺后，经过理论分析、小试研究和中试实验研究，2019-08在江苏瑞洪盐业有限公司建成了处理量50 t/h的工业盐蒸汽回转干燥装置。文章以50 t/h的处理量为例，对两种工艺的能耗和成本进行分析。

示例中，湿盐的湿含量为3%，干燥后精制盐的湿含量为0.1%。加热介质为0.75 MPa(G)的饱和蒸汽。动力电源为380 V、50 Hz。

2.1 满负荷工况

两种工艺的能耗及尾气排放情况见表2。

表2 满负荷工况精制盐干燥消耗和尾气排放对比表Tab.2 Comparison of refined salt drying consumption and tail gas emission under full load condition

由表2可以看出，和内热床工艺相比，满负荷工况下，精制盐回转干燥工艺的汽耗、电耗、尾气排放量均大幅度下降。汽耗的为内热床工艺的64.52%，电耗为内热床工艺的38.45%，尾气排放量仅为内热床工艺的16.67%。

蒸汽价格按170元/t，电价按照0.7元/kW·h，实际电耗按装机功率的0.8倍估算。两种工艺的能耗成本见表3。

表3 单位产品能耗成本对比表Tab.3 Comparison of energy consumption cost per unit product

由表3可以看出，满负荷工况下，和内热床工艺相比，生产每吨精制盐，回转干燥工艺可减少4.86元的能耗成本。

按照年运行时间8 000 h计算，年能耗成本见表4。

表4 年能耗成本对比表Tab.4 Comparison of annual energy consumption cost

由表4可以看出，满负荷工况下，和内热床工艺相比，处理量50 t/h的生产装置，回转干燥工艺每年可节约汽耗成本219.52万元，节约用电成本108.97万元，能耗节约总成本328.49万元。能耗成本大幅度降低。

2.2 非满负荷工况

非满负荷运行时，内加热流化床工艺具有如下特征：

(1)为保障物料正常的流化状态，流化风量、风压，需要和满负荷运行时保持一致。因此，风机仍要满负荷运行。

(2)为保障干燥效率，进风和出风温度保持不变。因此，空气预热器的热负荷保持不变。即蒸汽预热器部分的蒸汽消耗和满负荷相同。

(3)因处理量下降，物料干燥需要的热负荷降低。因此，流化床换热器部分热负荷降低。即换热器部分蒸汽消耗减少。

(4)进出料设备多采用工频设备，仍满负荷运行，负荷保持不变。

非满负荷运行时，回转干燥工艺的特征如下：

(1)因处理量下降，物料干燥需要的热负荷降低。因此，干燥机换热管的热负荷降低。即，干燥机部分蒸汽消耗减少。

(2)因干燥蒸发的水分减少，需要的携湿气量降低。因此，风机的负荷可有所降低。

(3)干燥机转速和满负荷运行时相同，负载下降，用电负荷略有下降。

(4)进出料设备多采用工频设备，仍满负荷运行，负荷保持不变。

非满负荷运行时，用电设备的负荷虽有降低，但降低程度不明显，电耗降低程度有限。因此，估算能耗时，不考虑电耗降低，仅计算汽耗的变化。根据以上分析进行工艺计算，不同负荷时，回转干燥工艺和内热床工艺的汽耗分别见图4和图5。

图4 回转干燥工艺不同负荷工况的汽耗曲线Fig.4 Steam consumption curve of rotary drying process under different load conditions

图5 内热床工艺不同负荷工况的汽耗曲线Fig.5 Steam consumption curve of internal heat bed process under different load conditions

由图4和图5可知，非满负荷工况下，回转干燥工艺单位汽耗不变，总汽耗和负荷量呈正比。随着负荷量下降，内热床工艺的单位汽耗呈抛物线升高，负荷越低，单位汽耗越大。以上分析说明，回转干燥工艺的单位汽耗不受负荷量的影响，而内热床工艺的汽耗受负荷影响很大。和内热床工艺相比，低负荷运行时，回转干燥工艺的节能效果更加显著。