一种燃气加热系统在沸腾制粒机

引言

当前的沸腾制粒机(含立式、卧式)、包衣机和喷雾干燥机等设备,在对物料进行加热过程中所需热空气,是经过蒸汽对常温空气进行热交换,而蒸汽又是通过锅炉燃烧天然气使水汽化而产生的。在这个过程中依次经过了"天然气—水(水蒸气)—空气—物料"的能量传递,在能量转化的过程中不可避免地存在损耗,而根据能量守恒定理,物料最终从天然气燃烧所获得的能量转化效率是比较低的。由于物料特性和生产工艺、设备要求,不能够直接燃烧天然气对物料进行加热,因而采用燃气式进风柜,通过"天然气—空气—物料"的最简路线传递能量,有效提高热交换效率,从而节约能源成本,提高经济效益。

1燃气加热系统原理

要搞清楚燃气式沸腾制粒机的原理,首先应该了解在该技术中应用到的燃气加热系统即新型热风炉的工作原理。

传统的热风装置结构多为直通式机构,即前端采用辐射套管,末端采用管式换热组件。如图1所示,燃料在燃烧筒里燃烧,燃烧后的烟气首先要经过一个辐射段(或混风室即直接兑入部分冷空气)把烟气温度降到400~500C,再进入后一段的热交换器(换热器形式可为列管、热管、板式等任意形式),如此一来,大量的高位热能被浪费,被加热的洁净空气的温度上限同样受限。传统装置的主要缺点是设备笨重且占地面积大,自身消耗钢材量极大,且传热效率低下。

我们用到的新型热风炉由燃烧炉膛与高效板式换热组件组合而成。如图2所示,装置燃烧炉体与辐射段传热一体化设计,采用波节筒设计的炉膛直接作为辐射传热的本体,不仅扩展了传热面积,强化了辐射段换热强度,也能有效解决高温工况下金属的热应力所导致的焊缝拉裂问题。低温段采用板式换热组件,介质过流部分全部采用不锈钢材质,具备良好的耐温性和耐腐蚀性,高温段采用s31008耐热不锈钢,最高可以耐温1000℃以上,低温段采用s30408不锈钢,可以有效抵抗天然气和柴油烟气的碳酸低温露点腐蚀,整个装置结构紧凑,耗材量少,占地空间小,传热效率高。

2燃气式沸腾制粒机原理

如图3所示,进风经初效过滤器、中效过滤器处理后,再经过表冷、除湿段,进入燃气加热系统,通过燃气加热系统对进风进行加热,达到工艺所需温度,经进风管道进入设备,对物料加热后经排风管道及一系列除尘、消音处理达到环保要求后排向大气。

3投资回报实例计算

以我司某产品生产为依据,目前工作8h/班,每班生产6锅:沸腾制粒机每锅工作60~70min。则每天3班沸腾制粒机工作时间约18~21h。

根据某产品的生产工艺(生产过程中温度基本保持120℃、最大风量6000m3/h),结合某设备厂家设备选型及报价(表1)进行计算分析。

由表1可知,燃气式沸腾制粒机与传统蒸汽式沸腾制粒机设备投资价格相差13.35万元。

以设备风量600083/m、温度120h的状态进行计算:

蒸汽式沸腾制粒机耗汽量约380℃g/m,蒸汽费用按260元/t计算,则蒸汽耗费98.8元/m:以每天18m的工作时间计算,则消耗蒸汽费用1778.4元/天。

燃气式沸腾制粒机消耗燃气2683/m,燃气费用按3.1元/83计算,则燃气耗费80.6元/m:以每天18m的工作时间计算,则消耗天然气费用1450.8元/天。

因此,133500/(1778.4-1450.8)≈407.5天,按每年250个工作日计算,则投资回报期约1.63年。

4其他

燃气式包衣机、燃气式喷雾干燥机的设备原理与燃气式沸腾制粒机相同。

5结语

在研究燃气加热系统应用于沸腾制粒机(含立式、卧式)、包衣机和喷雾干燥机等设备的过程中,对相关设备的技术掌握和设备结合工作做了深入探析,并经过理论分析计算,证明其在有效提高热交换效率、节约能源成本、实现经济效益上的效果非常显著,目前已成功应用于部分项目。