喷雾干燥技术基本原理与生产控制

摘要:本文介绍了墙地砖生产过程中的重要环节——喷雾干燥制粉工序,对喷雾干燥的原理、生产过程控制、节能减排等作了详细阐述。

关键词:喷雾干燥;原理;工艺参数

1前 言

墙地砖生产过程包括三个重要的工序:制粉、成形与烧成。制粉是最重要也是非常关键的工序,制粉分两部分:原料的球磨和喷雾干燥。在球磨工序控制好泥浆的细度和水分后,喷雾干燥工序则决定了坯体粉料的质量,它直接影响后续工序的质量:粉料的成形性能、坯体均匀性、生坯强度等,进而影响瓷砖产品的性能。

喷雾造粒制备的粉料,一般要求满足以下性能:

(1) 具有一定的水分

(2) 合理的颗粒度及颗粒级配

(3) 良好的流动性

(4) 一定的松装密度

满足上述要求的前提下,充分发挥喷雾干燥塔的效率,达到节能减排的目的。本文根据文后所列文献,结合作者的生产实际经验,从喷雾干燥塔的结构开始,介绍喷雾干燥的工作原理,以及生产过程中的控制要点与缺陷克服措施等。

2喷雾干燥塔的结构

喷雾干燥塔的结构有很多种,陶瓷厂常用的喷雾干燥塔如图1所示,它通常包括如下几部分:

(1) 料浆供应系统

包括:浆池搅拌机、泥浆泵、料浆筛、输浆管道、流量计等。

作用:向雾化器供应料浆。

(2) 雾化器

雾化器是喷雾干燥塔最重要的部件。它的作用是将输入的料浆雾化成微细的液滴,以便干燥。雾化器种类有很多种:旋转式雾化器、喷嘴式雾化器、组合式雾化器。不同的雾化器可以适合不同的料浆类型,提供大小均匀的雾滴。

(3) 干燥塔

它是整个工艺过程的主体设备,它的主要作用是容纳雾化后的料浆液滴与热风交汇,完成干燥过程。

(4) 热风系统

包括:空气加热器(热风炉)、调温冷风机、分风器、热风管道等。它的作用是为喷雾干燥塔提供热风,作为干燥介质。分风器的作用是均匀分配热风,使热风以一定的角度下旋,使料浆均匀受热。如果分风器倾斜,将导致粉料干湿严重不均。

(5) 废气排放和除尘系统

包括:除尘机、排风机、废气烟囱、脱硫机等。

作用:回收废气中的粉料,并且对废气进行处理,使之达到国家规定的排放标准,保护环境。

(6) 卸料及粉料输送系统。

3喷雾干燥的工艺过程

喷雾干燥一般可以分为四个阶段:

(1) 泥浆雾化成雾滴

(2) 雾滴与空气接触(混合和流动)

(3) 雾滴干燥(水分蒸发)

(4) 干燥产品与空气分离

其中最重要的是雾化与干燥,直接影响产品质量。

3.1 泥浆的雾化

泥浆雾化即将泥浆分散为微细的雾滴。雾滴的平均直径约为150～350μm,按粉料的不同用途,确定雾滴大小。雾滴大小和均匀度对产品的质量影响很大,其中的雾化器是关键部件,将在后面专门讨论。

雾化的雾滴很细小,它的比表面积大,与热空气接触时,极易发生传质和传热,使雾滴迅速汽化干燥。

3.2 雾滴与空气混合

雾滴与热空气混合,取决于热空气入口和雾化器的相对位置,雾滴与热空气的接触方式分为:(1)并流式,分为向下并流、向上并流和水平并流;(2)逆流式;(3)混流式。其原理如图2所示。

3.2.1并流运动

热空气与雾滴在塔内以相同方向运动,如图2a～c所示。最热空气先与含水最高的雾滴接触,水分迅速蒸发,空气温度迅速降低。整个过程,物料温度不高,因而对热敏性物料干燥有利。由于水份蒸发迅速,雾滴容易膨胀甚至破碎,所得粉料多为非球形的多孔颗粒,粉料容重低。

3.2.2逆流运动

热空气与雾滴的运动方向相反,如图2d所示。由于热空气向上,雾滴向下,延缓了颗粒和雾滴的下降速度,在干燥室内停留时间长,有利于干燥。此方式只适用于非热敏性材料。

3.2.3混流运动

这种方式既有并流,又有逆流的运动,适合生产流动性好的粗粉,即陶瓷厂广泛使用的喷雾干燥塔类型。

混流有两种情况:

(1) 喷嘴安装在干燥塔底部,热风从顶部进入。雾滴先作逆流运动,到达最高点后下降,作并流运动。

(2) 喷嘴安装在塔的中部,物料向上喷雾,与塔顶进入的高温空气接触,使水分迅速蒸发。这种方式热效率高。雾滴先逆流运动,干燥到一定程度后,又与已经大幅降温的热空气向下并流,干燥的物料和已经降低到出口温度的空气接触,避免了物料的过热变质,适用于热敏性原料,陶瓷企业就是使用这种干燥塔。

3.3 雾滴的干燥

雾滴的干燥,与坯体的干燥原理相似,分为两个过程:恒速(第一阶段)和降速(第二阶段)。雾滴一遇到热空气,雾滴中的水即汽化进入到空气中。

(1) 恒速阶段:雾滴中有足够的水分,可以保持表面的湿润状态,蒸发恒速进行。

(2) 降速阶段:当雾滴水分不能保持表面的湿润状态,即到达临界点后,雾滴表面形成干壳。干壳的厚度随着时间而增加,蒸发速率也逐渐降低。

(3) 干燥时间。雾滴干燥所需的时间,决定了喷雾干燥塔的高度。对于固定的喷雾干燥塔,干燥时间还与产品的组成有关。要对不同的产品,进行不同的操作。例如,微粉砖坯体的底料、面料成分不同,制粉操作时应有所区别。

(4) 喷雾干燥过程

喷雾干燥过程如图3所示。

4雾化器的种类和特点[2]

雾化器是喷雾干燥塔的核心,有以下三种类型:气流式雾化器、 旋转式雾化器和压力式雾化器。目前陶瓷行业广泛使用的是压力式雾化器。

4.1 气流式雾化器

采用压缩空气以很高的速度(300m/s或更高)从喷嘴喷出,利用气液二相的速度差产生的摩擦力,使液滴分裂为雾滴。雾滴大小取决于相对速度和料液的粘度。料雾的分散度取决于气体的喷射速度、料液的物理性质、雾化器的几何尺寸、气液量之比。陶瓷厂辊道窑的烧油喷嘴即是一种气流式雾化器。

4.2 旋转式雾化器

料液从中心输入到高速旋转(圆周速度达90～140m/s)的转轮或转盘,然后在轮或盘的表面加速流向边缘,在离开边缘时分散成由微细的雾滴组成的料雾。甩釉机就是一种旋转式雾化器。

特点:可以通过控制轮的转速调节颗粒的大小。平均粒度与进料速度、料液粘度成正比,与转轮速度和转轮半径成反比。

4.3 压力式雾化器

料浆用泵以较高压力沿切线槽进入旋流室,在旋流室内,料浆高速旋转,形成近似的自由涡流。在压力作用下,料液从小孔喷出,形成锥形料雾。

由于压力式雾化器中,料浆的压力达到2MPa以上,很容量磨损喷嘴材料,尤其是喷嘴孔板,因此,喷嘴孔板一般采用硬质合金。

4.3.1 雾锥形状

压力式喷嘴产生的料雾,有两种形状:实心雾锥和空心雾锥(如图4所示)。在生产中,应尽量形成实心雾锥。

实心雾锥:干燥空气与雾锥全面接触,干燥均匀。并且,实心雾锥可以使雾滴在干燥塔中心位置到达行程的最高点。实心锥喷雾适合先逆流后并流的喷雾干燥系统,可以有效减少粘壁现象,其含有较大比例的大液滴。

空心雾锥:颗粒偏小,产量低,容易形成粘壁料,严重影响喷雾干燥粉料的质量。空心锥喷雾特别适合并流喷雾干燥系统。

空心雾锥与实心雾锥可以相互转换。旋流室中,当轴向液体速度分量增大,足以抵消旋转运动时,空气芯消失,空心锥喷雾变为实心锥喷雾。所以旋流室和旋流片的尺寸很重要,对此后面将专门讨论。

4.3.2 喷雾角

喷雾角也称雾化角,是压力式喷嘴的重要参数。下面的一些因素会对雾化角产生影响。

(1) 压力对雾化角的影响

压力增大,雾化角变小。

(2) 粘度对雾化角的影响

粘度增大,雾化角缩小。粘度很大的液体,将变成一条射束,难以雾化。

(3) 雾化角与喷嘴流量的关系

雾化角与喷嘴流量呈反比例关系,雾化角越大,喷嘴流量越小。

(4) 雾化角对粉料质量的影响

雾化角过大,整个雾化面偏低,易粘塔壁,且不能有效利用塔顶部热空气均匀分布的优势。雾化角过小,雾化面增高,料浆可能射向塔顶,也会造成粘塔。两种情况都会产生较多的塔壁料,严重影响粉料质量。

5雾滴粒径的影响因素

雾滴粒径的大小,直接影响喷雾干燥粉料颗粒的大小和分布。雾滴粒度的大小,与雾化器的运行参数密切相关,此外还与泥浆的性能相关,如粘度等。生产中要根据产品种类的不同需要,确定喷雾干燥的各项参数。

5.1 运行参数对雾滴尺寸的影响

(1) 压力对雾滴粒度的影响

压力增大,雾滴减小。雾滴粒度与压力的-0.3次方成比例。在很高压力下,压力的变化对雾滴粒度无明显影响。

(2) 粘度对粒度的影响

粉料的粒度与泥浆粘度的0.17～0.2次方成比例,提高料浆粘度,将产生粗颗粒的雾滴。当粘度很大时,不能用压力喷嘴雾化。

生产过程中,适当控制和稳定泥浆的流动性,可以控制喷雾料的颗粒大小。例如,生产色斑耐磨砖,为增加着色效果,色粒要大,这就要调大色料浆的粘度,有需要时加CMC。为了改善坯体成形时的排气效果,可以适当提高喷雾干燥粉料的粒径,也可通过提高泥浆的粘度来实现。

(3) 喷嘴孔径对雾滴粒径的影响

在其他参数不变时,雾滴尺寸随喷嘴直径的平方而增加。这一因素影响非常大,生产中常用此法调节粒径,按照粉料的不同用途,配置不同的喷嘴口径。

5.2 雾滴的粒径分布

压力喷嘴获得的粒径范围较宽,粒径分布决定于喷嘴尺寸、操作压力和料液条件。粒径的分布范围,要根据压机的成形要求来进行调节[16]。

6热风炉[1,14]

陶瓷厂使用的热风炉,根据燃料不同,主要有四种加热设备:

(1) 重油炉

(2) 水煤气炉

(3) 水煤浆炉

(4) 链排炉

每种炉各有特点,张润禄[14]的文章中详细介绍了各种燃煤热风炉。

6.1 重油炉

生产过程中,对重油热风炉,主要控制以下几方面:

(1) 重油过筛,把渣子去除;

(2) 油温温度控制,温度过低,影响燃烧;

(3) 控制烧嘴结焦。

抛光砖中的黑点,有很多就是由于重油结焦引起的。

6.2 水煤气炉

(1) 冷煤气

正常使用,效果很好。

(2) 热煤气

热煤气中的煤粉含量高,会影响抛光砖的质量,因而不主张使用,但对有釉产品的影响稍小一些。

6.3 水煤浆炉

(1) 水煤浆的要求

水煤浆由70%的煤、29%的水和1%的添加剂组成。其煤质要求如下:热值大于6500大卡;杂质含量小于10%;挥发分大于30%。水煤浆要求静止24h后只能有少量沉淀。

使用水煤浆的优点是可以充分利用把酚水及煤焦油等污染物,减少环境污染。水煤浆旋风热风炉示意图见图5。

(2) 特点

优点:操作简单、燃烧效率高。

缺点:

1) 建造成本高;

2) 点火要烧油,备有燃油系统,结构复杂;

3) 水煤浆喷嘴易堵塞和磨损;

4) 炉膛易结焦,混入粉料中,影响产品质量;

5) 自身含有30%水分,影响热效率。

6.4 链排炉

链排炉全称为链条炉排热风炉,其结构示意图如图6所示。

(1) 优点

1) 直接燃烧原煤,结构简单、供热稳定、自动化程度高;

2) 可以把制水煤气的酚水、煤焦油一起加入烧掉,解决环保问题。

(2) 缺点

1) 燃烧效率较低,约75%左右;

2) 如果灰分熔点低,则易结焦;

3) 煤粉易混入粉料中,影响产品的质量。

经改进后的链排炉效果很好,能把抛光砖中的杂质控制在0.5%以下。广东某抛光砖厂使用改进后的链排炉,生产成本比水煤浆炉低很多,而杂质率在0.5%以下。

7影响粉料质量的工艺参数

7.1 选择合适的雾化角,保证料浆充分雾化

由前面的讨论可知,雾化角过大或过小都会产生粘壁料,影响粉料的流动性和成形性能。

若雾化不均,有较大液滴存在,此液滴干燥相对较慢,在运动过程中会形成许多孪生颗粒;若颗粒较大,来不及干燥而导致粘壁的可能性显著增大。另外,粉料颗粒粗细不均匀,分布不合理等,均会影响粉料的流动性。生产中,雾化角还要与旋流室的高度合理配合。

下面以蒸发量为200kg/h的喷雾干燥塔为例,探讨雾化角的合理调配。

7.1.1 雾化器喷嘴孔径与旋流室合理组合

喷嘴片孔径与旋流室高度对雾化角的影响如图7 所示(泵压为2MPa)。图中,斜直线代表喷嘴片孔径,曲线代表雾化角等值线。结论:旋流室高度减少、喷嘴片孔径增大,使雾化角增大。反之,雾化角减少。

7.1.2 雾化器与泵压的合理组合

旋流室高度与泵压的关系如图8所示。图中的参数是在孔径1.0mm的条件下测定的。固定泵压1.8MPa,调节旋流室高度由8mm、5mm到3mm,同时,调节泵压由1.8MPa到2.0、2.2、2.4MPa,分别测量雾化角的变化。结果如图8(a)、(b)、(c)所示。

图中压力一定时,雾化角随旋流室高度的减小而增大,反之亦然;旋流室高度一定时,雾化角随压力的增大而增大,反之亦然。

因此,为保证充分稳定雾化,必须:

(1) 泵压不能太低;

(2) 泵压要稳定;

(3) 防止泥浆搅拌过程中产生湍流或大量旋涡,否则会降低泥浆流动性,使泥浆不易雾化。

7.2 粒度分布的影响因素[5,8]

王晓兰等人[5]系统研究了影响喷雾干燥各项参数对粒度分布的影响,他们的试验条件是:2500型喷雾干燥塔、1700t自动压机。所用泥浆的基本参数如下:

比重:1.45～1.55g/mL

含水率:36.2%

粘度:18.5s

细度:万孔筛小于1%

7.2.1 泥浆含水率对粉料粒度分布的影响

泥浆粘度为18s,喷雾压力1MPa,喷片孔径1.5～1.8mm,改变泥浆含水率,测得粉料的粒径分布如表1所示。

从表1可见,在其他条件不变的情况下,随着泥浆水分的增加,粉料中的细粉比例增加,成形排气困难。水分越低,大颗粒越多,越利于成形。所以试验配方时,要让料浆水分尽量低。

7.2.2 泥浆粘度对粉料粒度分布的影响

泥浆水分36%,喷雾压力1MPa,喷片孔径1.5～1.8mm,改变泥浆粘度,测得粉料的粒径分布如表2所示。

从表2可见,泥浆粘度大,粉料中粗颗粒就相应多一些;泥浆粘度小,粉料中细颗粒就相应多一些。生产中,泥浆粘度过大,容易造成塞枪;粘度过小,容易导致粘塔和塌壁料产生,所以,要适当控制泥浆粘度。

7.2.3 泥浆压力对粉料粒度分布的影响

泥浆水分36%,喷雾压力1MPa,喷片孔径1.5～1.8mm,改变泥浆压力,测得粉料的粒径分布如表3所示。

泥浆压力越大,粉料中细颗粒所占比例越大;泥浆压力越小,粉料中粗颗粒所占比例逐渐增多。压力过低,喷雾干燥塔制粉能力下降,制粉成本大幅度上升。

泥浆压力过大,则会导致泥浆雾化不好,部分泥浆可能碰到塔壁。因此,要根据工厂的喷雾干燥塔的大小,确定泥浆的压力,同时要考虑压机所需的粉料颗粒级配。

7.2.4 喷片孔径对粉料粒度分布的影响

泥浆水分36%,喷雾压力1MPa,改变喷片孔径,测得粉料的粒径分布如表4所示。从表4可见,喷片孔径的增大显著改变粉料的粒径分布,随孔径增大,粉料中粗颗粒所占比例明显增大,适合成形的粉料比例由80%～90%提高到92%以上。因此,要增加大颗粒的含量和喷雾干燥塔的产量,增大孔径为最有效快捷的方法。

7.2.5 几种因素的比较

比较上面几种影响因素,对粉料粒度分布影响的大小关系为:喷片孔径>喷雾压力>泥浆粘度>泥浆含水率。

7.3 粉料的流动性

7.3.1 粉料流动性的作用

粉料的流动性反映了压机成形时粉料均匀填满模具的能力。粉料流动性好,能使压制成形布料时颗粒间的内摩擦力减小,粉料能在较短的时间内均匀地填满模具的各个角落,以保证坯体的致密度和加压速度。因此,粉料的流动性直接影响压机的成形情况及产品的表面质量。

7.3.2 测试方法

粉料流动性的测定方法如下:用直径30㎜、高50㎜的圆筒放在玻璃板或瓷板上,将坯料装满刮平。然后提起圆筒,让粉料自然流散开来,再测量料堆的高度H(㎜)。

粉料的流动性f=50-H(㎜)。H的值越小,粉料的流动性越大,粉料越容易填满模具。

各种制粉方式获得的粉料流动性如下:

离心雾化的粉料流动性为:31～33s;

压力雾化的粉料流动性为:32.5～35s;

轮碾打粉的粉料流动性为:25～26s。

简易测试方法,直接用涂4杯装一杯粉料,看能否自动流完,能流完则流动性好,反之流动性差。

7.3.3 粉料流动性的影响因素

(1) 粉料的颗粒级配

粉料中细粉过多时,严重影响流动性。

(2) 颗粒的球形度

球形和椭球形的粉料流动性相对较好。选择合适的添加剂,对喷雾干燥的粉料形状影响很大。

(3) 粉料的强度

粉料在输送过程中挤压受力,如果颗粒的强度不够,会导致颗粒破碎,细粉增加,粉料的流动性就差。在坯体配方中添加CMC或坯体增强剂,可以提高颗粒的强度。

(4) 避免形成空心颗粒,因空心颗粒容易破碎成小颗粒。

7.4 粘壁料产生的原因和解决措施[6、15]

7.4.1 粘壁问题

粘壁是指被干燥的物料粘附在喷雾干燥塔的内壁上,这是喷雾干燥塔操作中的一个大难点,有时粘壁料的厚度达到10～15cm。有的喷雾干燥塔因设计或操作不当,产生严重粘壁,甚至使喷雾干燥塔不能正常投入使用。粘壁会产生如下问题:

(1) 粘壁后的粉料由于长时间停留在内壁上,有可能被烧焦或变质,在抛光砖中产生色点。

(2) 粘壁后的粉料进入产品中,使粉料水分不合格;结块的粉料使产品产生鸡爪裂。

(3) 影响能耗。很多的粘壁料(塌壁料)要回池重喷。

(4) 有的喷雾干燥塔要中途停止运行,才能清除粘壁料,影响喷雾干燥塔的产量。

粘壁可分为三种类型:半湿物料粘壁、干粉表面吸附、低熔点物料的热熔性粘壁。陶瓷企业最常见的是半湿物料粘壁,低熔物很少产生。下面简要分析半湿物料粘壁现象的产生原因与对应的解决办法。

7.4.2 粘壁料的产生原因[15]

概括起来有以下一些原因:

(1) 泥浆振动筛损坏,大颗粒泥浆通过柱塞泵进入喷枪,堵塞喷片造成不能雾化或雾化效果差,泥浆在塔中不能很快干燥,造成粘壁。

(2) 喷枪中的喷片过度磨损,没有及时更换,造成雾化效果差,导致粘壁。喷嘴孔因磨损不圆时,产生的雾锥就不对称,这时易产生粘壁现象。

(3) 进风温度过低,雾化的泥浆不能迅速干燥,造成粘壁。

(4) 塔门处和喷枪处没有严格密封,冷风进入塔内,造成局部温度下降过多,导致粘壁。塔下锥翻板下料器漏风,导致塔下锥处粘壁。

(5) 喷枪安装不正,喷头斜向上喷泥浆,直接喷到塔壁处,导致粘壁。喷枪长时间使用后造成变形,也会导致粘壁。

(6) 分风器设计不合理,塔内热风温度不均,温度低的地方会造成粘壁。

(7) 塔体保温效果差,也会造成粘壁。

(8) 塔内负压过大,未来得及完全干燥的物料被风机抽下,造成粘壁。

(9) 柱塞泵压力波动过大,也容易造成粘壁。

总结起来,温度过低、喷枪堵塞和磨损是造成粘壁的主要原因。生产过程中应根据喷雾干燥塔的实际运行情况,找到问题的根源,有针对性地予以解决。

7.5 粉料水分

粉料的水分对压机的成形有很大影响。要根据成形工序的要求来确定粉料的水分。注意水分的测试方法和标准必须统一,成形工序和制粉工序的测量标准要一致。

粉料水分的调节主要依靠调整进风温度和泥浆泵压力。注意废气温度变化时,可能表明粉料的水分有所波动。

7.6 粉料中的杂质

使用水煤浆、煤粉、重油等作燃料,都有可能结焦,在粉料中产生黑点,要定期抽查。例如:每4h取喷雾干燥粉料5kg,用120目筛淘洗,观察筛余,根据筛余中的黑粒,及时检查热风炉情况。根据筛余,还可以知道振动筛是否有损坏,是否有高温塌壁料。

还有一种检测方法,对测试粉料中的煤灰类杂质很有帮助。分别抽取泥浆池浆料和喷雾干燥后的粉料,检测其高温灼烧量。如果喷雾干燥后的烧失量增加,则意味着喷雾干燥过程中有可燃性杂质混入,要检查热风炉的燃烧情况。抛光砖的变形有些正是由于粉料中混入过多的煤粉或煤灰引起的。

8喷雾干燥的节能措施

为提高喷雾干燥塔的能效,蔡祖光[11]研究了喷雾干燥塔的各项数据,通过实验得出节能降耗的七条措施。

(1) 提高热风的进塔温度

在离塔温度不变的情况下,热风的进塔温度越高,传递给泥浆雾滴的热量越多,单位热风蒸发的水分越多。在生产能力恒定的情况下,所需热风量减少(即减少了热风离塔时带走的热量),降低了喷雾干燥制粉的热量消耗。

(2) 降低热风的离塔温度

在热风的进塔温度恒定不变的情况下,降低热风的离塔温度,可以减少热风离塔时所带走的热量,能最大限度地利用热风的热量来干燥泥浆雾滴。

(3) 增大进塔热风与离塔热风之间的温度差

通过提高热风的进塔温度或降低热风的离塔温度, 增大进塔热风与离塔热风之间的温度差 ,充分利用热风的热量蒸发泥浆雾滴的水分,以达到提高喷雾干燥塔的热效率、降低能耗的目的。

(4) 降低陶瓷泥浆的含水率

陶瓷泥浆流动性好、易于雾化,可有效缩短喷雾干燥时间、提高生产效率。在陶瓷泥浆中添加适宜的减水剂,可降低泥浆的含水率。

(5) 提高陶瓷泥浆的温度

通过提高泥浆的温度 ,能有效降低泥浆的粘度, 改善泥浆的雾化性能及预防泥浆堵塞雾化器等。泥浆的温度提高后,泥浆在喷雾干燥塔内不需预热就能直接蒸发水分, 降低了喷雾干燥制粉的热量消耗。

(6) 循环利用部分离塔热风(废气)

陶瓷泥浆经喷雾干燥制粉后,离塔热风(废气) 通常经除尘后直接排入大气中,这样大约损失喷雾干燥制粉生产工序总热量消耗的10%～20%;当离塔热风(废气)的温度较高时,其热量损失就更大。实际测试表明,若热风离塔温度高于100℃时,采用部分废气循环利用技术 ( 如循环利用50%的废气),喷雾干燥器可以节约15%左右的燃料消耗。

(7) 利用热交换器回收废气余热

利用余热交换器,可以显著节省能源。板式换热器的散热面积大、 换热效率高, 目前国内外喷雾干燥塔通常利用空气-液体-空气型板式换热器回收废气余热。

9废气治理

喷雾干燥的废气治理,主要是粉尘和二氧化硫的去除。粉尘主要采用旋风分离除尘、布袋除尘。脱硫主要采用脱硫剂,如石灰(CaO)和纯碱(Na2CO3)。石灰浆与废气中的SO2反应:

Ca(0H)2+SO2=CaSO3+H2O(1)

在氧化气氛中,部分CaSO3转变为CaSO4,产生的CaSO4和CaSO3沉淀物经压滤后,作为废物填埋。

还有一种方法,在泥浆中添加纯碱,喷雾干燥时,碱液与热风中的SO2发生中和反应而将SO2从废气中脱除,脱硫产物与大部分粉料一起由排料器排出。

采用纯碱脱硫的反应[13]如下

Na2CO3+SO2=Na2SO3↓+CO2↑ (2)

在高温、碱性条件下,上述反应瞬间完成,产物Na2SO3在高温有氧条件下迅速氧化为Na2SO4,同时被还原成Na2S。

4Na2SO3(有氧环境下加热)=3Na2SO4+Na2S(3)

Na2SO4和Na2S比较稳定,熔点分别为884℃和1180℃,一般条件下不发生分解。

纯碱本身就是良好的减水剂,使用纯碱作为脱硫剂,一举两得,经济效果显著。产生的反应产物Na2SO4和Na2S可以留在坯体中,不必专门处理。佛山西樵某公司的4000型喷雾干燥塔,使用该技术后脱硫效果良好。

使用该方法时要注意以下问题

(1) 严格控制泥浆的pH值。泥浆的pH值必须控制在10以上,方可获得最佳的脱硫效果。

(2) 根据燃料的含硫量,计算出泥浆中纯碱的加入量。

(3) 注意纯碱若转化为NaHCO3,将严重影响各种效果,因此应注意包装袋的密封性。

(4) Na2SO4和Na2S对产品有多大影响还未有定论。

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