引言

當前的沸騰制粒機(含立式、臥式)、包衣機和噴霧干燥機等設備,在對物料進行加熱過程中所需熱空氣,是經(jīng)過蒸汽對常溫空氣進行熱交換,而蒸汽又是通過鍋爐燃燒天然氣使水汽化而產生的。在這個過程中依次經(jīng)過了"天然氣—水(水蒸氣)—空氣—物料"的能量傳遞,在能量轉化的過程中不可避免地存在損耗,而根據(jù)能量守恒定理,物料最終從天然氣燃燒所獲得的能量轉化效率是比較低的。由于物料特性和生產工藝、設備要求,不能夠直接燃燒天然氣對物料進行加熱,因而采用燃氣式進風柜,通過"天然氣—空氣—物料"的最簡路線傳遞能量,有效提高熱交換效率,從而節(jié)約能源成本,提高經(jīng)濟效益。

1燃氣加熱系統(tǒng)原理

要搞清楚燃氣式沸騰制粒機的原理,首先應該了解在該技術中應用到的燃氣加熱系統(tǒng)即新型熱風爐的工作原理。

傳統(tǒng)的熱風裝置結構多為直通式機構,即前端采用輻射套管,末端采用管式換熱組件。如圖1所示,燃料在燃燒筒里燃燒,燃燒后的煙氣首先要經(jīng)過一個輻射段(或混風室即直接兌入部分冷空氣)把煙氣溫度降到400~500C,再進入后一段的熱交換器(換熱器形式可為列管、熱管、板式等任意形式),如此一來,大量的高位熱能被浪費,被加熱的潔凈空氣的溫度上限同樣受限。傳統(tǒng)裝置的主要缺點是設備笨重且占地面積大,自身消耗鋼材量極大,且傳熱效率低下。

我們用到的新型熱風爐由燃燒爐膛與高效板式換熱組件組合而成。如圖2所示,裝置燃燒爐體與輻射段傳熱一體化設計,采用波節(jié)筒設計的爐膛直接作為輻射傳熱的本體,不僅擴展了傳熱面積,強化了輻射段換熱強度,也能有效解決高溫工況下金屬的熱應力所導致的焊縫拉裂問題。低溫段采用板式換熱組件,介質過流部分全部采用不銹鋼材質,具備良好的耐溫性和耐腐蝕性,高溫段采用s31008耐熱不銹鋼,最高可以耐溫1000℃以上,低溫段采用s30408不銹鋼,可以有效抵抗天然氣和柴油煙氣的碳酸低溫露點腐蝕,整個裝置結構緊湊,耗材量少,占地空間小,傳熱效率高。

2燃氣式沸騰制粒機原理

如圖3所示,進風經(jīng)初效過濾器、中效過濾器處理后,再經(jīng)過表冷、除濕段,進入燃氣加熱系統(tǒng),通過燃氣加熱系統(tǒng)對進風進行加熱,達到工藝所需溫度,經(jīng)進風管道進入設備,對物料加熱后經(jīng)排風管道及一系列除塵、消音處理達到環(huán)保要求后排向大氣。

3投資回報實例計算

以我司某產品生產為依據(jù),目前工作8h/班,每班生產6鍋:沸騰制粒機每鍋工作60~70min。則每天3班沸騰制粒機工作時間約18~21h。

根據(jù)某產品的生產工藝(生產過程中溫度基本保持120℃、最大風量6000m3/h),結合某設備廠家設備選型及報價(表1)進行計算分析。

由表1可知,燃氣式沸騰制粒機與傳統(tǒng)蒸汽式沸騰制粒機設備投資價格相差13.35萬元。

以設備風量600083/m、溫度120h的狀態(tài)進行計算:

蒸汽式沸騰制粒機耗汽量約380℃g/m,蒸汽費用按260元/t計算,則蒸汽耗費98.8元/m:以每天18m的工作時間計算,則消耗蒸汽費用1778.4元/天。

燃氣式沸騰制粒機消耗燃氣2683/m,燃氣費用按3.1元/83計算,則燃氣耗費80.6元/m:以每天18m的工作時間計算,則消耗天然氣費用1450.8元/天。

因此,133500/(1778.4-1450.8)≈407.5天,按每年250個工作日計算,則投資回報期約1.63年。

4其他

燃氣式包衣機、燃氣式噴霧干燥機的設備原理與燃氣式沸騰制粒機相同。

5結語

在研究燃氣加熱系統(tǒng)應用于沸騰制粒機(含立式、臥式)、包衣機和噴霧干燥機等設備的過程中,對相關設備的技術掌握和設備結合工作做了深入探析,并經(jīng)過理論分析計算,證明其在有效提高熱交換效率、節(jié)約能源成本、實現(xiàn)經(jīng)濟效益上的效果非常顯著,目前已成功應用于部分項目。