[实用新型]一种白炭黑喷雾干燥系统

说明书

技术领域

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

（一）白炭黑的生产特点

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。

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。

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。

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：

（1）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。

（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。

（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。

为了满足上述第（1）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。

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℃上升到700℃时，干燥热效率可以从50%上升到88%。

（二）白炭黑干燥技术现状

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℃，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。

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℃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：

（1）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；

（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℃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；

（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。

（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。