洗衣粉噴霧干燥系統的節能減排

王利民

（山東麗波日化股份有限公司，濰坊 261031）

1. 概述

自1965年噴霧干燥用于蛋品處理以來，這種將處理對象由液態經霧化和干燥在短時間直接變成固體粉末的技術，在上個世紀后葉取得了長足的進步。我國最早將噴霧干燥技術用于工業化生產的是乳品行業，之后是洗滌劑和染料等工業[1]。噴霧干燥技術現已廣泛應用于無機化工、有機化工、日用化工、化肥、食品、醫藥、陶瓷、木材、糧食、漁業等領域[2]。目前，在全球洗滌劑市場上，噴霧干燥生產的洗衣粉仍占主導地位。

洗衣粉噴霧干燥工藝又稱高塔噴霧工藝。它是將有關的固體原料和液體原料按照設定的配方先配制成料漿，再經過濾、老化、均質后，用高壓泵把料漿輸送到塔頂部，通過噴槍噴嘴經壓力霧化成霧滴，在塔內與熱空氣相遇進行傳熱和傳質得以干燥，洗衣粉從塔底流出，尾氣經塔頂引風機抽出，經除塵后排入大氣。

按照料漿霧滴與熱風在干燥塔內流向的不同，噴霧干燥的操作方式分為順流、逆流和混流三種。洗衣粉生產一般采用順流和逆流兩種方式，順流干燥得到的產品視比重偏輕，逆流干燥得到的產品視比重偏重。由于逆流干燥中熱氣體在與仍然潮濕的液滴接觸后才離開塔頂，排出的尾氣溫度較低，氣液兩相的溫差較大，因此逆流干燥的熱效率較順流干燥為高。到目前為止，大多數洗衣粉的噴霧干燥都是采用逆流方式[3]。本文也只對逆流操作的洗衣粉噴霧干燥系統的節能減排作論述。該系統由熱風產生、高壓泵輸送、噴霧與干燥、尾氣處理等四部分構成，因此節能減排的措施也只對這四個工序相關的工藝設備而言之。

國務院節能減排“十二五”規劃已于2012年8月發布實施，其中對工業節能減排提出了明確的要求和目標。洗衣粉生產過程中，噴霧干燥系統的能耗占總能耗的比例達85%以上，而噴霧干燥系統的熱效率只有50%左右。因此，洗衣粉行業節能工作的重點應是首先關注噴霧干燥系統的節能。

2. 節能

從大的方面講，節能措施分為技術措施和管理措施。技術措施包括工藝的、設備的、配電和自動控制的措施，而管理措施則包括制度的和生產操作的措施。

2.1 技術方面

2.1.1 優化系統設計

合理設計洗衣粉噴霧干燥系統的生產規模，做到工藝設備的互相匹配。據文獻報道，噴粉塔的直徑不能小于3.6m[4]，否則是很不經濟的。塔徑是否越大越好，盡管目前尚無定論，但從理論上講，不是越大越好，一般認為取值6～8m是合適的。

目前國內洗衣粉生產廠的噴粉塔直徑從3m到9m不等，僅對噴霧干燥系統而言，有的廠存在“大馬拉小車”的現象，如熱風爐很大而噴粉塔較??；也有的廠存在“小馬拉大車”的現象，如熱風爐很小而噴粉塔很大。這兩種情況下，系統的能效都很低。因此，生產裝置設計合理的產能規模和設備匹配是節能的前提。

按照生產每噸洗衣粉平均耗熱量2.0GJ計算，年產10萬噸的噴粉塔配用熱負荷7.5～8.0MW的熱風爐是最經濟的。

2.1.2 工藝改進

1）在一定限度內，合理提高料漿的總固體含量。按照理論計算，料漿的總固體含量每提高1%，噴粉塔減少揮發水分5%左右。假如料漿總固體濃度由65%提高到70%，同樣條件下，則可比能耗降低20%以上。

2）合理提高料漿溫度。料漿溫度在一定范圍內適當提高，可降低料液的粘度，改善霧化性能，促進物料的傳熱與傳質，縮短霧滴在噴粉塔內被加熱的時間。經測算，一般操作條件下，料液溫度每提高1℃，噴粉塔蒸發1kg水分所需的熱量減少4.2～5.2kJ。料漿溫度的提高可通過回收其他生產工序的余熱來實現。

3）提高熱空氣進塔溫度，降低尾氣出塔溫度。在熱空氣量和產量不變的情況下，環境溫度20℃、尾氣溫度100℃時，熱空氣進塔溫度由350℃提高到400℃，熱效率則能提高3.3%。通過降低尾氣溫度，增大溫度差，充分利用熱空氣所帶熱量，也能提高熱效率。在熱風進塔溫度350℃、環境溫度20℃時，尾氣出塔溫度由100℃降到90℃時，熱效率則提高3.2%[2]。

4）在配方一定、不影響產品質量前提下，適當減少前配噴粉量、增加后配原料量。這樣，后配加入的原料不需要消耗干燥能量即成為產品。因此，增加后配量會顯著降低洗衣粉的單位產品能耗。目前，國內上規模的洗衣粉生產廠大都采用了“前配＋后配”的工藝路線。就整個洗滌用品行業來說，總的單位產品能耗量已較以前有顯著的降低。

5）部分尾氣循環利用。由于利用了再循環尾氣所帶的余熱，使噴粉塔的熱效率提高。但隨著尾氣循環量的增加，使得熱空氣的濕含量也增加，干燥速率將隨之降低，干燥時間加長。因此，理論上存在一個最佳尾氣循環量，一般的尾氣循環量為20%～30%[5]。實際上，尾氣循環在現有的噴霧干燥裝置上已被采用多年，循環比以質量計可達出塔尾氣的50%。根據不同的配方，節能5%～10%是可行的[3]。

6）余熱的利用。洗衣粉生產過程中可用的余熱一般有三部分：噴粉塔尾氣余熱、蒸汽冷凝水余熱和磺化裝置的熱空氣（沒有磺化裝置的除外）。噴粉塔尾氣余熱回收的方式是，在塔頂引風機出口經除塵器后的尾氣管道上，設置間壁式換熱器從排空的尾氣中回收余熱，可用來預熱熱風爐系統的助燃空氣。常用的換熱設備有熱輪式換熱器、板式換熱器、熱管式換熱器、雙換熱式和洗滌式換熱器等[5]。為防止換熱器傳熱面結垢或積粉，影響傳熱效果，須對換熱器進行定期的清理。此外，采用無煙煤塊的熱煤氣發生爐系統，在主產水煤氣的同時會副產壓力為0.3～0.4Mpa的飽和蒸汽，此蒸汽可用于加熱液體物料而回收其余熱。

2.1.3 設備改進

1）設備的合理選型。熱風爐應根據各地的情況，分別選擇合適的燃燒方式，最常用的熱風爐有燃油（柴油、重油）式、燃氣（管道煤氣、天然氣）式、燃煤（有煙煤、無煙煤塊）式和燃植物秸稈式等幾種。這些熱風爐在洗衣粉行業先后得到應用，都是非常成功的。但從運行成本看，煤直燃式熱風爐是最低的，其次是用無煙煤塊的熱煤氣發生爐[6]。在選用熱風爐時一定要注意，爐子的熱負荷與噴粉塔的產能相匹配，否則會造成能源的浪費。電機和風機的選用應分別根據GB18613-2006和GB19761-2009的規定要求，選用能效值（效率）高的產品。須特別指出的是，根據國家工信部公告2012年第14號《高耗能落后機電（產品）淘汰目錄（第二批）》，目前普遍在用的Y系列電動機，除Y355～1120型號外，其他的型號大都被列入了淘汰目錄（第二批）中，自2012年10月1日起進行淘汰。對此，現有企業和新上企業都應引起重視，在技術改造和新上項目時應選用國家工信部《節能機電設備（產品）推薦目錄》中所列的節能型電動機。從節能的角度講，塔頂尾氣分離器選用單級旋風分離器阻力最小、能耗最低，旋風分離器組次之，布袋式分離器阻力最大、能耗最高。

2）合理確定塔內噴槍層數與布置。為提高單塔的產量，降低投資和能耗，在設計或設備改造時，直徑6m以上的塔應考慮噴槍雙層布置，一般單層噴槍布置的6m塔產能在6～8萬噸/年，采用雙層噴槍布置，產能可增至10～12萬噸/年[4]。雙層噴槍使單位時間內產量提高，從而使單位產品的能耗顯著下降。噴槍合理布置應注意長短槍間隔并在塔周布置均勻,這樣使霧化面能在塔內做到全覆蓋，從而降低尾氣出塔溫度，提高熱能利用率。

3）選用霧化角合適的噴嘴。洗衣粉料漿霧化多數廠家都采用旋渦式壓力噴嘴，霧化角在60o～120o，霧化后的液滴與干燥用熱空氣接觸充分，水分蒸發迅速，干燥效果好[4]。

4）合理設計和布置熱空氣進塔分布口。對一定產量的噴粉塔，塔圓柱部分的截面積是由干燥所需熱風的體積和熱風在塔內的流速所決定的，經典的速度應該在0.6～0.8m/s[3]。從湍流和溫度方面來考慮，使熱空氣在整個塔空間均勻分布，對于塔的高效操作是十分重要的。因此，熱風應以多股氣流送入塔中，且各股氣流的體積和速度盡可能相近。如果熱空氣進塔分布嚴重不均，最直接的后果是尾氣溫度偏高，塔底有濕粉產出，這樣會影響塔的干燥效率，并造成能耗偏高。

5）選用合適的保溫材料和保溫層厚度。熱風爐系統、噴粉塔系統、熱空氣管道、料漿管道、分離器和尾氣管道等均應做好保溫。應根據GB/T8175-2008《設備及管道絕熱設計導則》選用合適的保溫材料，并通過經濟技術比較來確定保溫材料的厚度。從經濟觀點看，絕熱層厚度應在裝置絕熱層所需投資和相應熱損失耗費之間作出選擇，最小保溫層厚度應該達到：塔體100mm石棉類保溫層，熱風管路200mm石棉類保溫層[3]。但從同樣厚度材料的保溫效果看，復合硅酸鋁材料優于石棉（巖棉）材料。如果噴粉塔、熱空氣管道、分離器和尾氣管道安裝在室外，保溫層外部應做好防水處理。由于南方與北方的氣溫差別很大，因此保溫工作應有所區別對待。

2.1.4 配電與控制系統的改進

1）縮短供電距離。變配電室盡量靠近負荷中心，縮短低壓供電半徑，并按經濟電流密度選擇導線截面，從而減少輸電線路的損耗。

2）做好三相電壓的平衡。用電設備應合理接線，降低三相電壓的不平衡度，做到用電均衡化，提高負荷率。

3）提高功率因數。采取對裝置進行集中與就地補償相結合的辦法，提高功率因數，大負荷時的功率因數不應低于0.90，低負荷時不得過補償。

4）采用高壓驅動電機。功率在200kW及以上的宜采用高壓電動機。功率在50kW及以上的電動機，應單獨配置電壓、電流、有功電能等計量儀表，以便監測其運行中的有關參數。

5）變頻節電。對高壓泵、鼓風機和引風機等這些變負荷設備的電動機，應采用變頻節電技術。

6）使用高效照明燈具。生產裝置區域的照明應優先選用光效高、顯色性好的光源以及配光合理、安全高效的燈具。有條件的企業可采用太陽能照明燈具。

7）采用自動控制系統。對熱風爐、高壓泵、塔頂尾氣引風機等均可采用自動控制技術，穩定噴粉塔系統的操作。如高壓泵可與噴槍壓力聯鎖控制、尾氣引風機可與塔頂負壓連鎖控制等等。

2.2 管理方面

2.2.1 精化生產操作

1）合理安排不同品種的生產，減少開停車次數，盡量做到不停車換品種，確保生產的連續性。

2）合理控制塔內頂部負壓在30～98 MPa，減少系統冷空氣的漏入。

3）分離器下來的細粉可用作工業擦洗劑或其他相關產品，也可直接回塔，減少回溶再噴消耗的能量。

4）粗粉可經粉碎后直接摻入基粉中，避免回溶再噴耗能。

2.2.2 健全制度與考核

1）根據GB/T15587-2008《工業企業能源管理導則》要求，建立健全能源管理的機構、人員和規章制度，明確職責，落實責任。

2）制定節能目標并分解到班組貫徹執行，認真考核，嚴格獎懲（節獎超罰）。

3）登記好能源臺賬，并對能源利用情況做定期分析，發現問題及時整改。

2.2.3 搞好能源計量

1）根據GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》要求，建立健全能源計量管理的機構、人員和規章制度，配齊必要的能源計量器具，建立計量器具臺賬。

2）用能設備的設計、安裝和使用應滿足GB/T6442、GB/T15316中關于用能設備的能源監測要求。

3）能源計量器具的配備位置、數量和計量精度等必須符合標準規定。

4）對能源計量數據應準確匯總、及時分析處理或上報。

3. 減排

3.1 廢水

噴霧干燥系統的廢水主要是來自高壓泵的冷卻水和熱風爐系統的冷卻水，經集中收集后可用于配制料漿。燃煤熱風爐和熱煤氣發生爐除渣機處排除的廢水，可經生產廠自己的污水處理站處理后回用。用濕式除塵器的噴淋洗滌水也可經收集后用于配制料漿。

3.2 廢氣

3.2.1 塔頂尾氣

尾氣主要通過分離器進行除塵后排放入大氣，因此分離器效率的高低將決定著粉塵排放量的大小。目前，洗衣粉行業應用的分離器有以下幾種：單級旋風分離器、旋風分離器組、布袋式除塵器和濕式除塵器等。一般情況下，用布袋式除塵器一級分離后的尾氣就能達到國家規定的排放標準；用旋風分離器（或組）的最好后面加濕式除塵器做二級分離，否則一旦操作控制異常就容易出現跑粉現象。為保證較高的分離效率，旋風分離器（或組）需定期進行人工清理，布袋除塵器則需定期檢查更換布袋。此外，控制好塔內微負壓操作也十分關鍵，如果塔內負壓太大，就會使尾氣中夾帶過多的細粉，從而影響分離器的效率。

3.2.2 二氧化硫

熱風爐系統用柴油、天然氣、管道煤氣或植物秸稈做燃料的，煙道氣中的SO2含量極低，不存在尾氣中SO2超標排放的問題；用重油、煤和發生爐熱煤氣做燃料的，煙道氣中SO2含量則相對較高，但因其在噴粉塔中與堿性料漿直接接觸后，SO2與堿發生反應被去除了絕大部分，因此尾氣排放時SO2的濃度不會超過國家排放標準[7]。盡管如此，還是建議用煤做熱風爐燃料的企業應盡可能使用低硫煤。

3.3 廢渣

3.3.1 細粉

塔頂除塵器分離下來的細粉一般做回溶或回塔處理，采用直接回塔處理會更經濟。

3.3.2 粗粉

掃塔、基粉氣提和過篩中產生的粗粉，一般都做回溶處理，若直接粉碎回摻則更為經濟。

3.3.3 爐渣

熱風爐用煤做燃料的，產生的煤渣可用于制磚；用植物秸稈做燃料的，產生的草木灰渣可做無機肥料使用。

3.4 噪聲

噴霧干燥系統的噪聲源主要是熱風爐鼓風機和塔頂尾氣引風機，一般采取機座加減震墊的方式消噪。因各生產廠設備所處位置的不同，噪聲對環境的影響也不同，如果噪聲超標，可以采用在風機周圍建消音房或是在排氣出口管道上加消音器的方式解決。

4. 未來發展趨勢展望

根據國家發改委令2011年第9號《產業結構調整指導目錄（2011年本）》，“單層噴槍洗衣粉生產工藝及設備，1.6t/h以下規?；腔b置”被列入限制類，而“多效、節能、節水、環保型表面活性劑和濃縮型合成洗滌劑的開發與生產”則被列入了鼓勵類，這就為合成洗滌劑行業今后的產業結構調整指明了方向。

濃縮洗滌劑以其節水經濟、去污高效、環保等特點而成為全球尤其是發達國家洗滌劑市場的主流，也正逐步成為我國國內洗滌劑市場的新寵。隨著我國經濟的不斷發展和人民生活水平的進一步提高，人們對洗衣粉的消費理念也會產生深刻的變化。如今在洗滌劑市場上，濃縮洗衣粉和液體洗滌劑的份額在不斷擴大、而普通洗衣粉的份額在不斷減少就是最好的例證。近幾年來，中國洗滌用品工業協會為推廣濃縮洗衣粉做了大量卓有成效的工作，并會同中國輕工業聯合會于2009年7月16日在北京聯合召開了濃縮洗衣粉市場推廣新聞發布會，同時舉行了“濃縮洗衣粉標志”揭牌儀式，此舉標志著我國洗衣粉濃縮化進程已經開始推進。此后，中國洗協先后組織召開了幾次濃縮洗滌劑推廣座談會，業內很多企業和有識之士也正在積極推進這項工作。

與高塔噴霧相比，濃縮洗衣粉具有節約原料和節省能源的優勢，生產和使用過程又可減少廢水、廢氣和廢棄包裝物的排放，也可減少包裝物的過度使用，降低運輸車輛的能耗和排放，有利于整個社會的節能減排。因此，逐步推廣濃縮洗衣粉符合我國的產業政策。從全社會節能減排的角度講，濃縮洗衣粉和液體洗滌劑將是未來的發展趨勢。今年9月29日，協會又與家樂福（中國）攜手在全國范圍內大力推廣使用濃縮洗滌劑，工信部等相關領導專門表示支持。相信在國家的大力支持下，我國的洗滌劑濃縮化進程將會加快步伐。

[1]唐金鑫, 等. 噴霧干燥工程的研究進展及其開發應用[J]. 南京林業大學學報, 1997(21): 10-14.

[2]王喜忠, 等. 噴霧干燥[M]. 北京: 化學工業出版社, 2003.

[3]方云, 等譯. 現代洗衣粉成型技術[M]. 北京: 中國輕工業出版社, 1996.

[4]中國洗協科技委員會, 中國日化工業信息中心.常用洗滌劑配制技術[M]. 北京: 化學工業出版社, 2003.

[5]于才淵, 等. 干燥裝置設計手冊[M]. 北京: 化學工業出版社, 2005.

[6]王利民. 煤直燃式熱風爐在洗衣粉生產中的應用[J]. 中國洗滌用品工業, 2008(4): 66-68.

[7]范偉莉, 張彪. 洗衣粉熱風系統技術進展[J]. 中國洗滌用品工業, 2008(3): 61-64.