一种白炭黑喷雾干燥系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种白炭黑喷雾干燥系统，该系统包括燃机，所述燃机的燃气入口与燃气源连接，燃机废气出口与直接燃烧式热风炉相连通，热风炉高温气体出口与干燥塔气体入口连通，干燥塔物料入口与浆液罐连通，干燥塔出口与气固分离器入口连通，气固分离器气体出口连接有废水回收系统；将洁净的燃气和空气送入燃机燃烧，燃机利用高品位的热能发电，洁净的低品位低温烟气作为干燥塔的主要热源，实现了能源的梯级高效利用，采用直接燃烧式热风炉产生洁净的高温热风直接加热白炭黑浆液，干燥热效率高，省去间接加热燃煤高温热风炉必须采用的耐高温不锈钢管换热器，解决了高温换热器故障率高、价格昂贵问题，设备可靠率高、运行维护费用低。
【专利说明】一种白炭黑喷雾干燥系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及能源利用及干燥领域，特别涉及一种白炭黑喷雾干燥系统。
【背景技术】
[0002](一)白炭黑的生产特点
[0003]白炭黑是一种白色、无毒、无定形微细粉状物，其SiO2含量大于90%，化学稳定性好，耐高温、不燃烧、无毒无味以及电绝缘性好等优异特性。白炭黑的用途十分广泛，可作为补强剂用于橡胶制品和轮胎(如工程机械轮胎、子午线轮胎、胶鞋、自行车彩色轮胎、乳胶制品等)，作为分散剂和载体广泛应用于医药、农药、固体消防材料、涂料及油墨中，还可以用在农药、饲料等中作载体或流动助剂，在牙膏中用作摩擦剂和增稠剂，在涂料中作沉降剂和消光剂，在纸中作填充剂等。
[0004]市场上常见的白炭黑主要有气相法白炭黑和沉淀法白炭黑两种，其中沉淀法白炭黑所用原料便宜、易得，生产工艺和设备较为简单，产品售价低，目前占产品总量的85%左右。中国的白炭黑产业从1958年生产开始经历了快速发展过程，到2011年，直接从事白炭黑生产的企业有60多家，年总生产能力达到约145万吨，而当年国外白炭黑的总产量还不足100万吨。预计到2015年，中国白炭黑的生产能力将超过170万吨。
[0005]白炭黑生产的主要工序:反应、压滤和干燥。反应工序生产出含有白炭黑沉淀物的粗浆液；压滤工序对粗浆液进行固液分离处理，生产出含水率为78%至85%左右的滤饼，干燥工序对滤饼加热、并蒸发除去滤饼中大部分水分，生产含水率3%至8%左右的白炭黑成品O
[0006]随着白炭黑生产规模的扩大、白炭黑用途的增加，白炭黑干燥工序必须满足如下要求:
[0007](I)产品必须达到比较高的纯度，尤其在干燥过程中不能混入杂质。
[0008](2)干燥工序要求比较高的干燥热效率。白炭黑生产的干燥工序中，需要将含水率为80%左右的糊状浆液干燥成含水率5%左右的白炭黑产品，生产一吨白炭黑产品就需要蒸发掉3.75吨的水量，需消耗大量的热能和电能，属于高耗能产品，干燥工序占生产总能耗的80%以上。因此，较高的干燥热效率不仅可以节省燃料成本，还可以因为降低燃料消耗而有效降低大气污染物的排放量。
[0009](3)干燥设备必须有足够大的产量，设备的自动化水平高、连续生产，运行稳定可靠、故障率低。
[0010]为了满足上述第(I)条要求，目前普遍采用间接加热热风炉:煤炭燃烧产生含有大量煤灰的高温烟气，间接加热管壁另一侧的洁净空气，洁净的热空气进入到干燥机内与白炭黑湿料直接接触换热，使湿料中的水分蒸发。
[0011]为了满足上述第(2)条要求，需要提高进入到干燥机的热风初始温度。当热风温度从200°C上升到700°C时，干燥热效率可以从50%上升到88%。
[0012](二)白炭黑干燥技术现状[0013]二十世纪八十年代和九十年代开发的白炭黑的箱式干燥技术、滚筒干燥技术、旋转闪蒸干燥技术和热管干燥技术，存在如下缺点:干燥机的入口热风温度全部低于600°C，干燥热效率偏低；干燥过程的自动化程度低、人工劳动强度大、单机产量低、不能实现连续生产等。这些干燥技术逐渐被中国市场淘汰。
[0014]随着耐高温不锈钢材料(如:310S)生产技术成熟，产生热风温度高达750°C的间接加热热风炉开始投入市场，干燥热效率可以高达85%以上。使用价格较低的燃煤作为燃料、使用耐高温不锈钢作为换热器的间接加热的高温热风炉正在得到推广应用；喷雾干燥技术具有易于实现自动控制、产量高、能够实现连续生产等优点。目前，以燃煤为燃料、使用耐高温不锈钢作为换热器的间接加热高温热风炉的喷雾干燥技术正在被中国白炭黑的大规模生产商所采用，具有燃料价格低、干燥热效率高、连续性生产、产量高等优点。但是，这种耐高温不锈钢间接加热的高温热风炉喷雾干燥技术存在以下不足:
[0015](I)采用间接加热的方式利用燃煤高温烟气间接加热干净的空气，必然使高温烟气温度与热风温度之间存在一定的换热温差，热效率降低；
[0016](2)虽然耐热不锈钢(如310S)能够承受一定高温，但是在烟气温度高达800°C以上的高温条件下换热，寿命非常有限，热风炉的故障率和运行维护费用高；
[0017](3)间接换热热风炉的耐热不锈钢管两侧通过的都是气体，气体之间间接换热的综合换热系数低，为了完成一定热量的交换，需要非常大的换热面积，不仅占地面积大，而且由于耐热不锈钢的价格昂贵(高达8万元/吨以上)，热风炉的造价高昂。
[0018](4)燃煤热风炉存在二氧化硫、氮氧化物、粉尘等大气污染物的排放问题，对热风炉当地环境造成不利影响。在我国目前大气污染物排放总量要求严格的条件下，很多地区的燃煤热风炉项目不能通过环境影响评价，推广应用受到限制。
[0019]此外，白炭黑浆液的组成中70%至80%的成分为水分，这些水分在浆液干燥过程中转变成水蒸汽、随烟气直接排放到大气中，造成水资源的浪费。
实用新型内容
[0020]本实用新型的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种充分利用能源，干燥热效率高、结构简单、大气污染物排放量少、实现烟气中废水回收的白炭黑喷雾干燥系统。
[0021]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0022]一种白炭黑喷雾干燥系统，包括燃机，燃机与发电机相连接，所述燃机的燃气入口安装燃气过滤器后与燃气源连接，燃机空气入口处安装有空气过滤器；燃机废气出口与直接燃烧式热风炉低温气体入口相连通，直接燃烧式热风炉内的燃烧器安装燃气过滤器后通过管道与燃气源连接，热风炉高温气体出口与干燥塔气体入口连通，干燥塔物料入口与白炭黑浆液输送管连通，干燥塔出口与气固分离器入口连通，气固分离器气体出口连接有废水回收系统。
[0023]所述废水回收系统包括喷淋塔，气固分离器气体出口经引风机与喷淋塔气体入口连通，喷淋塔内部从上至下依次设置有除雾器、喷淋头和集水池，集水池分别与冷工艺水管、热工艺水管和循环水管相连通，循环水管上设置循环泵并与喷淋头相连通。
[0024]所述干燥塔物料入口处设有雾化器，白炭黑浆液输送管与雾化器连通，白炭黑浆液输送管上设置浆液泵，浆液泵入口处设置有浆液过滤器。[0025]所述干燥塔气体入口处设有热风分布器，直接燃烧式热风炉高温气体出口与干燥塔热风分布器连通。
[0026]与现有技术相比本实用新型具有以下优点:
[0027](I)燃机燃气入口与空气入口处设置过滤器，将洁净的燃气和空气送入燃机燃烧，燃机利用高品位的热能发电，洁净的低品位低温烟气作为用于干燥白炭黑的干燥塔的主要热源，实现了能源的梯级高效利用，节省了白炭黑干燥过程的燃料成本，实现了节能减排。
[0028](2)采用直接燃烧式热风炉，在热风炉的进口燃气管上设置燃气过滤器，进入热风炉的洁净的含有大量氧气的低温烟气与洁净的燃气燃烧，产生洁净的高温热风，进入干燥塔直接加热白炭黑浆液，不会对白炭黑产品造成污染，干燥热效率高；直接燃烧式热风炉不需要间接换热的换热器，不存在传热温差，热效率高。
[0029](3)直接燃烧式热风炉直接燃烧产生洁净高温热风，省去间接加热燃煤高温热风炉必须采用的耐高温不锈钢管换热器，热风炉的造价大幅度降低，系统体积小、占地面积小；由于不存在工作温度在800°C以上高温换热器，解决了高温换热器故障率高的问题，连续运行周期长，设备可靠率高、运行维护费用低。
[0030](4)采用洁净的燃气作为燃料，解决了传统的间接加热燃煤高温热风炉燃煤燃烧排放大量二氧化硫、氮氧化物、粉尘等对当地环境造成的污染问题。
[0031](5)采用技术相对成熟的喷雾干燥技术，白炭黑的产量可以大幅度提高，单条白炭黑生产线的生产能力可以高达年产6万吨。
[0032]进一步，利用喷淋塔，对进入喷淋塔的热烟气喷水降温，使烟气中的水蒸汽凝结成水并收集到集水池中，实现对烟气中的废水进行回收利用，实现了水资源的循环利用。
[0033]在本实用新型中，传统用于气体净化装置的的喷淋塔被用作废水回收装置，不仅回收了热烟气中大量水分，而且降低了烟气的温度，减轻高温烟气排放对环境造成的危害，回收的废水可以作为白炭黑生产用的工艺水使用，节约水资源。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本实用新型的结构示意图。
[0035]图中:1-燃气源，2-燃气管，3-燃气过滤器，4-燃烧器，5-高温烟道，6_干燥塔，7-料气通道，8-气固分离器，9-排料口，10-引风机，11-冷工艺水管，12-集水池，13-热工艺水管，14-循环泵，15-循环水管，16-喷淋头，17-除雾器，18-喷淋塔，19-浆液罐，20-浆液过滤器，21-浆液泵，22-浆液管，23-雾化器，24-热风分布器，25-直接燃烧式热风炉，26-低温烟道，27-发电机，28-燃机，29-空气过滤器，30-进风管。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0037]参见图1，本实用新型主要包括燃机28，燃气管2和燃气过滤器3，进风管30和空气过滤器29，直接燃烧式热风炉25，干燥塔6，气固分离器8、浆液罐19、喷淋塔18等。
[0038]所述燃机28的燃气进口通过燃气管2与燃气源I相连通，燃气管2上设置燃气过滤器3，燃机28的空气入口与进风管30相连通，进风管30上设置空气过滤29，燃机28与发电机27相连接，燃机28通过低温烟道26与直接燃烧式热风炉25低温气体入口相连通，直接燃烧式热风炉25设置燃烧器4，并通过设置燃气过滤器3的燃气管2与燃气源I相连通，直接燃烧式热风炉25通过高温烟道5与干燥塔6气体入口相连通，干燥塔6通过料气通道7与气固分离器8入口相连通，气固分离器8设置排料口 9，其气体出口与引风机10相连通。干燥塔6安装热风分布器24和雾化器23，热风分布器24与高温烟道5相连通，雾化器23通过浆液管22与浆液罐19相连通，浆液管22上设置浆液泵21，浆液泵21入口设置浆液过滤器20。所述的喷淋塔18下部的烟气进口通过引风机10与气固分离器8气体出口相连通，喷淋塔18下部的集水池12分别与冷工艺水管11、热工艺水管13和循环水管15相连通，循环水管15上设置循环泵14、并与喷淋头16相连通，喷淋塔18的上部设置除雾器17。
[0039]一种白炭黑喷雾干燥方法，包括以下步骤:
[0040](I)燃气源I通过燃气管2为燃机28提供过滤后的燃气，过滤的空气通过进风管30进入燃机28，燃气与空气在燃机28内燃烧放热，高品位热能转化为机械能推动发电机27发电，低品位热能以低温烟气的形式经低温烟道26进入到直接燃烧式热风炉25中，燃机28排放的低温烟气温度一般低于600°C,含有大量的氧气,氧气浓度一般高于10% ；
[0041](2)燃气源I通过燃气管2为直接燃烧式热风炉25补充部分过滤后的燃气，并通过燃烧器4与燃机28排放的富含大量氧气的低温烟气燃烧将低温烟气加热成温度高于700°C的高温热风，高温热风通过高温烟道5及布置在干燥塔6上的热风分布器24进入到干燥塔6中，与进入干燥塔6的白炭黑浆液直接接触换热，白炭黑浆液中的水分蒸发后形成干燥白炭黑颗粒，高温热风在干燥塔6内完成对白炭黑浆液的干燥后转变成温度为80°C至130°C左右的废气，浆液中的大部分水分蒸发后进入到废气中；
[0042](3)干燥后的白炭黑颗粒与废气一同离开干燥塔6，通过料气通道7进入到气固分离器8中进行气固分离，捕集下来的白炭黑颗粒经排料口 9排出，气固分离器8排放的烟气通过引风机10进入到喷淋塔18并向上流动，烟气与喷淋头16喷入的工艺水逆向流动，并直接换热，烟气温度降低、烟气中的水蒸汽凝结转变成水并被捕集到喷淋塔18下部的集水池12中，烟气中夹杂的小水滴进一步被布置在喷淋塔18上部的除雾器17捕集下来进入到集水池12中，最后烟气从喷淋塔18上部出口排入到大气中，集水池12中的工艺水由热工艺水管13向白炭黑的生产过程提供生产工艺用水。
[0043]作为本实用新型的进一步优化方案，步骤(2)中利用浆液泵21，把浆液罐19内的含水率为78%至85%左右的白炭黑浆液通过浆液管22输送到干燥塔6入口，再通过雾化器23将浆液雾化成白炭黑浆液滴后，喷入到干燥塔6内，在干燥塔6内，高温热风与白炭黑浆液滴直接接触换热，浆液滴中的大部分水分蒸发后进入到烟气中，浆液滴在大部分水分蒸发后形成含水率为5%左右的白炭黑颗粒，水分蒸发后进入到热风中，在浆液泵21的入口安装浆液过滤器20，避免浆液中的杂物对浆液泵21造成损害。
[0044]为了避免直接燃烧式热风炉25产生的高温热风对白炭黑产品造成污染，在燃机28的入口燃气管2和进风管30上分别设置燃气过滤器3和空气过滤器29，将燃气和空气中的杂质在进入燃机28之前被过滤掉，确保燃机28排放的低温烟气不含造成白炭黑产品污染的杂质；在直接燃烧式热风炉25的进口燃气管2上设置燃气过滤器3，将燃气中的杂质在进入直接燃烧式热风炉25之前过滤掉，确保直接燃烧式热风炉25产生的高温热风不含造成白炭黑产品污染的杂质。[0045]雾化器23可以将浆液泵21提供的白炭黑浆液雾化成浆液滴，以便浆液在干燥塔6内迅速干燥，并形成达到一定粒度要求的白炭黑浆液颗粒。热风分布器24确保高温热风进入干燥塔6后形成理想的流型，建立起合理的热风-雾滴的流动图形，防止部分产品黏附在器壁和雾化器23上。
[0046]采用天然气作为燃料的直接燃烧的热风炉，洁净的天然气与洁净的空气在热风炉内直接燃烧产生高温烟气，由于这种燃烧方法产生的高温烟气不含有固体杂质，不会对白炭黑产品造成污染，可以直接将高温烟气引入到干燥机中对白炭黑湿料进行加热干燥。天然气热风炉不需要耐高温不锈钢换热器，彻底解决了采用耐高温不锈钢换热器的间接加热方式的高温热风炉的相关问题，而且天然气燃烧产生的二氧化硫、粉尘等大气污染物排放量极低，对当地大气环境的影响非常小。因此，采用天然气直接燃烧的高温热风炉喷雾干燥技术是一种清洁、高效、高产的白炭黑干燥技术。
[0047]本实用新型还具有以下有益效果:
[0048]1、在燃机的进风管和燃气管上安装空气过滤器和燃气过滤器，以及在直接燃烧式热风炉的进口燃气管上安装燃气过滤器，上述措施允许白炭黑干燥工艺可以采用直接燃烧方式的高温直接燃烧式热风炉，热风炉所产生的洁净的高温热风不会对白炭黑产品造成污染。
[0049]2、通过燃气与燃机排放的低温烟气直接燃烧产生温度高达700°C以上的高温热风，不需要燃煤间接热风炉必须的耐高温不锈钢换热器，节省大量昂贵的耐高温不锈钢材料，节省了庞大的耐高温不锈钢换热器的占地空间。解决了传统燃煤间接热风炉的高温换热器故障率高、温差传热造成的热效率低、运行维护费用高等缺点。
[0050]3、进入干燥塔的热风温度高达700°C以上，喷雾干燥塔的干燥热效率高达85%左右。
[0051]4、进入干燥塔的热风温度高达700°C以上，所需干燥的热风量小，干燥塔的体积减小，占地面积和建造成本降低。
[0052]5、利用燃机燃烧燃气发电并产生低温烟气，实现能源的梯级利用，燃料的综合利用率提高。利用低温烟气作为白炭黑干燥的热源，与传统的直接燃用燃气的热风炉相比，干燥所需的燃料成本大幅度降低。
[0053]6、与传统的间接加热燃煤高温热风炉相比，本实用新型每年可以大幅度减少二氧化硫、氮氧化物、粉尘等大气污染物的排放量。
[0054]利用喷淋塔对烟气降温，使烟气中的大量水蒸汽凝结成水并回收利用，大幅度提高了水资源的利用率。
[0055]实施例1，针对一条年产六万吨白炭黑生产线，本实用新型与传统燃煤间接加热式热风炉干燥工艺进行经济、环境对比。各种资源价格以一下数据为基础:天然气价2.38元/米3，水价3.8元/吨，电价0.75元/kWh (考虑到天然气发电电价)，动力燃煤价格600元/吨，燃煤的含硫量为1.5%。
[0056]本实用新型的经济指标见表1，传统燃煤间接加热式热风炉的经济指标见表2，二者的环境指标见表3。
[0057]表I和表2表明，虽然本实用新型的年燃料费高达6280.3万元，传统燃煤干燥系统的燃料费仅为2307.8万元，但是本实用新型实现了能源梯级利用，优质能源用于发电，每年对外销售大量电能，在燃气成本扣除售电收入后，本实用新型干燥系统的燃料成本仅为1501.3万元，比传统燃煤干燥系统的燃料成本低。此外，本实用新型每年可以回收废水
16.5万吨，节约水费62.7万元。
[0058]表3可以看出，与传统燃煤干燥系统相比，本实用新型年减少二氧化碳排放2.4万吨，几乎没有二氧化硫和粉尘排放，氮氧化物的排放低于传统燃煤干燥系统的50%，而传统燃煤干燥系统的二氧化硫和粉尘排放量分别高达169吨/年和46.3吨/年。
[0059]因此，本实用新型不仅节省燃料成本和水资源、还实现能源梯级高效利用，同时大幅度消减大气污染物的排放量，具有非常明显的经济效益、环境效益和社会效益。
[0060]表1本实用新型的经济性指标
[0061]
【权利要求】
1.一种白炭黑喷雾干燥系统，其特征在于:包括燃机(28)，燃机(28)与发电机(27)相连接，所述燃机(28)的燃气入口安装燃气过滤器(3)后与燃气源(I)连接，燃机(28)空气入口处安装有空气过滤器(29 );燃机(28 )废气出口与直接燃烧式热风炉(25 )低温气体入口相连通，直接燃烧式热风炉(25 )内的燃烧器(4)安装燃气过滤器(3 )后通过管道与燃气源(I)连接，直接燃烧式热风炉(25)高温气体出口与干燥塔(6)气体入口连通，干燥塔物料入口与白炭黑浆液输送管连通，干燥塔(6)出口与气固分离器(8)入口连通，气固分离器(8)气体出口连接有废水回收系统。
2.根据权利要求1所述的白炭黑喷雾干燥系统，其特征在于:所述废水回收系统包括喷淋塔(18)，气固分离器(8)气体出口经弓I风机(10)与喷淋塔(18)气体入口连通，喷淋塔(18)内部从上至下依次设置有除雾器(17)、喷淋头(16)和集水池(12)，集水池(12)分别与冷工艺水管(11 )、热工艺水管(13)和循环水管(15)相连通，循环水管(15)上设置循环泵(14)并与喷淋头(16)相连通。
3.根据权利要求1或2所述的白炭黑喷雾干燥系统，其特征在于:所述干燥塔(6)物料入口处设有雾化器(23)，白炭黑浆液输送管与雾化器(23)连通，白炭黑浆液输送管上设置浆液泵(21)，浆液泵(21)入口处设置有浆液过滤器(20 )。
4.根据权利要求1或2所述的白炭黑喷雾干燥系统，其特征在于:所述干燥塔(6)气体入口处设有热风分布器(24)，直接燃烧式热风炉(25)高温气体出口与干燥塔热风分布器(24)连通。
【文档编号】C01B33/12GK203577342SQ201320671077
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】何秀锦 申请人:凤阳海泰科能源环境管理服务有限公司