喷雾干燥器的类型与热风炉选择

喷雾干燥器（又称喷雾干燥塔）主要供建筑陶瓷、日用陶瓷工业和电瓷工业制备压力成型用的坯粉料以及在干粉-泥浆混合法制备可塑泥料工艺中制备干粉用。在耐火材料、高岭土、化工行业也有广泛的应用。

（一）喷雾干燥塔的结构

喷雾干燥塔的结构种类很多，常见结构如图2-2-20所示。通常由下面几个部分组成。

图2-2-20　采用压力式雾化器的喷雾干燥塔主要结构

1—泥浆泵；2—雾化风机；3—调温冷风机；4—烧嘴；5—热风炉；6—热风管道；7—废气烟囱；
8—升降阀门；9—干燥塔；10—压力喷嘴雾化器；11—排风机；12—循环水泵；13—沉淀池；
14—水封器；15—洗涤塔；16—旋风分离器；17—叶轮给料机；18—振动筛

1.料浆供给系统

包括浆池、搅拌机、泥浆泵、料浆筛、输浆管道、流量计等。其作用是向雾化器供给料浆。

2.雾化器

雾化器是喷雾干燥塔中最重要的部件之一，其作用是将输入的料浆雾化成微细的液滴，以便干燥。良好的雾化器应该能提供大小均匀的雾滴。目前使用的雾化器有气流式雾化器、压力式雾化器、旋转式雾化器以及复合式雾化器等几种。

（1）气流式雾化器

采用压缩空气或蒸气以很高的速度（300m/s或更高）从喷嘴喷出，靠气液两相间速度差所产生的摩擦力，使液滴分裂为雾滴。雾滴的大小取决于相对速度和料浆的粘度。

（2）压力式雾化器

料浆用泵以较高的压力沿切线槽送入旋流室，在旋流室内料浆高速旋转，形成近似的自由涡流；越靠近喷嘴中心，旋转速度越大而压力越小，结果在喷嘴的中心孔附近料浆破裂，形成一股压力等于大气压力的空气柱，料浆在喷嘴内壁与空气柱之间的横截面中心以薄膜的形式喷出。喷出后，随着薄膜的伸长、变薄，拉成细丝，最后细丝断裂而成为液滴。图2-2-21为某螺线式压力雾化器结构示意图。

图2-2-21　螺线式压力雾化器

1—SD185-1喷嘴；2—SD185-2喷嘴架；3—胶管接头；
4—胶管；5—外丝内接头（单头）；6—球阀

因压力式雾化器中料浆的压力一般为1.8MPa～3.5MPa，喷嘴磨损较大，故材质必须具有高的耐磨性，喷嘴材质一般有钨碳合金、铬碳合金和陶瓷等。

（3）旋转式（离心式）雾化器

料液从中心输入高速旋转（圆周速度可达90m/s～140m/s）的转轮或转盘，然后在轮或盘的表面加速向外流到边缘，在离开边缘时分散成微细的雾滴。

（4）气流压力复合式雾化器

上述三种雾化器中，气流式雾化器动力消耗大，能量利用率只有约0.5%，生产能力小。压力式雾化器需要一台高压泵作为动力，喷孔小，易堵塞，不宜处理高粘度液体。因此，人们综合了这两种雾化器的优点，设计了气流压力复合雾化器，这种雾化器克服了上述雾化器的缺点，雾化效果好。

3.干燥塔

干燥塔是整个工艺的主体设备，其作用是容纳雾化后的料浆液滴同输入的热风交汇，完成干燥过程。

4.热风系统

主要包括热风炉、调温冷风机、热风分配器、热风管道等，其作用是为干燥塔提供热风作为干燥介质。为了保证干燥质量，热风进出干燥器的方式和热风分配器的形式必须与雾化器相适应。

热风分配器主要有导向叶片、导向筛板等，而前者使用较多。热风分配器的作用是均匀分配热风，使热风以一定的角度下旋，使料浆均匀受热。

热风炉是喷雾干燥流程中重要的设备之一，其燃料主要有煤气、重油、水煤浆等。这里主要介绍水煤浆热风炉。水煤浆的工艺布置如图2-2-22所示，工艺流程如下：配料→过秤→球磨机→浆池→隔膜泵→振动筛→伺服罐→柱塞泵→热风炉。

图2-2-22　水煤浆工艺布置

1—球磨机；2—浆池；3—隔膜泵；4—伺服罐、振动筛；5—柱塞泵；6—热风炉

（1）水煤浆热风炉的结构

水煤浆热风炉由烟道、配风（温）器、除尘室、燃烧室、除渣器、助燃风机、空气压缩机等组成，如图2-2-23所示。

图2-2-23　水煤浆旋风燃烧炉

1—烟道；2—配风器；3—除尘室；4—燃烧室；
5—除渣室；6—助燃风机；7—水煤浆；8—柴油；9—压缩空气

①烟道：是水煤浆旋风燃烧炉最上面的一部分，另一端与喷雾干燥塔的配风器相连。配风后的热气（600℃～700℃）经此进入喷雾干燥塔。烟道内衬为轻质耐火砖，上有人孔，便于砌砖和检修。

②配风器：通过调节闸板的开度大小来控制配入冷风的量，调节进风温度，调节塔内及炉膛内的压力。

③除尘室：水煤浆燃烧炉内有射流风管，形成旋转气流，将煤燃烧所产生的煤粉尘、微细炉渣进行收集，以免污染粉料，除尘效率达98%以上，内衬为耐高温浇注料。

④燃烧室：是水煤浆的主要燃烧空间。

⑤除渣器：位于水煤浆燃烧炉的最下部，是内腔充水的冷却部分，也有定期清炉的人孔。下部有一水斗，加水起密封作用，防止冷空气漏入。

⑥助燃风机：助燃风机主要提供燃烧所需的助燃空气，同时提供除尘用风。通过闸板进行控制。

⑦空气压缩机：提供约0.6MPa的压缩空气作为雾化空气。

（2）水煤浆热风炉的工作过程

伺服罐中的水煤浆（已经过振动筛过滤）通过柱塞泵以1.0MPa～2.0MPa的压力送至喷嘴，与此同时，由雾化风机经雾化风管送来的雾化风（压力0.6MPa～0.7MPa）与之混合，使水煤浆充分雾化，在热风炉内形成很细的雾滴，然后与助燃风（由助燃风机产生，通过助燃风管输送）相遇、燃烧，产生的热烟气经炉内除尘室，除去烟气中的大部分煤灰，再通过配风器、热风管道送到喷雾干燥塔。

5.废气排放和除尘系统

包括除尘器、排风机、废气烟囱等。其作用是把部分粉尘从废气中分离出来，并排放废气。含有粉尘的废气经排风机进入旋风分离器。旋风分离器一般采用侧面进风，质量大的颗粒被甩向外侧，沿除尘器壁下落，被袋式除尘器捕获收集。废气通过旋风分离器之后，里面还含有许多质量小的颗粒料（一般小于50μm）和废气一起经引风机抽出排入大气。

有的干燥塔在此基础上设有二级除尘系统，即带有细小颗粒的废气并不直接经引风机排出，而是进入洗涤塔，经过水淋、过滤，几乎干净的废气由烟囱排入大气。混有细粉的污水入沉淀池，细粉经沉淀后回收。

6.卸料及输送系统

包括卸料阀、振动筛（或转动筛）、皮带输送机等。其作用是把粉料从干燥塔内卸出、筛分并输送到料仓。常见的卸料阀有手动蝶形阀、推拉阀和自动恒重阀等。

（二）喷雾干燥工作过程

如图2-2-24所示为喷雾干燥工作过程示意图。料浆经柱塞泥浆泵压至雾化喷嘴（一般喷嘴的孔径为2mm），压力为2MPa左右的料浆通过喷嘴时雾化形成雾滴（雾滴的平均直径一般为20μm～60μm，雾化角一般为53°的锥体形状），与热风炉产生的热风做相反方向的运动。热风从上面的分风器均匀地向下流动，而雾化的料浆是由下向上喷洒，在瞬间干燥成球形的颗粒。而这些颗粒继续上升，在重力作用下上升速度逐渐下降而停止，最后下落至塔底，经过筛选得到标准的粉体。而随风带出的细粉，先经过旋风除尘器，使稍大的粉粒在重力作用下在旋风除尘器旋转中落到除尘器的底部，进行第一次除尘。伴有细微粉尘的热废气再通过排风机进入湿式洗涤塔，洗涤塔中部装有环形水管，上面开有很细的孔，通过循环水泵输送的水从这些孔中喷淋而下，热废气经过水淋洗涤（有的还设有过滤器将热废气进行过滤），废气中大部分的细粉和水混合进入沉淀池，经过洗涤的干净热废气排出。最终完成整个喷雾干燥造粒过程。

图2-2-24　喷雾干燥工作过程示意图

1—热风炉；2—热风管道；3—干燥塔体；
4—雾化喷嘴；5—排风管道；6—旋风除尘器；7—水浴除尘器

由上可知，喷雾干燥过程可划分为四个阶段：料液雾化成雾滴；雾滴与干燥介质接触（混合和流动）；雾滴干燥；干燥产品与废气分离。其中最主要的是液滴的雾化及与干燥介质的接触和干燥过程，它们直接影响干燥效果和干燥产品的质量。

（三）喷雾干燥塔的运行调试

1.检查和准备(https://www.chuimin.cn)

全部设备安装完后，必须做详细全面的检查并清洗设备的内外表面，在喷雾干燥塔运行前再进行如下检查和准备。

（1）逐个检查各机器的注油情况、可转动部件是否灵活及密封情况等。

（2）各设备单独启动运转，并检查其旋转的方向，注意柱塞泥浆泵必须在通水冲洗后才允许启动运行。

（3）各设备单独连续运转，确认各机器的轴承无异常的发热现象及无异常的振动和噪音。

（4）检查泥浆管、水管、油管、风管连接处有无渗漏，泥浆管路应作通水打压4MPa泄漏试验。

（5）热风炉检查

①检查设备的润滑、密封是否有效。使水煤浆前的进浆阀处于打开位置，炉体煤浆阀、气阀、油阀处于关闭位置；

②检查电源、电路是否正常。风机、水煤浆泵、油泵运行是否正常，搅拌机、振动筛运转是否正常。检查压缩空气压力P应为0.4MPa～0.6MPa，且保持稳定；

③下灰器水槽的水面应在离槽50mm处密封，密封门应关闭，并扣好；

④热风炉上部，配风口各配风门处于打开位置；

⑤喷雾塔引风机关闭至最小档位（用变频调节可全开）；

⑥喷雾塔检修门打开；

⑦检查水煤浆伺服罐，水煤浆储存量是否充足；

⑧检查油箱内柴油储存量是否充足。

（6）检查泥浆

①检查浆池的浆量；

②测量泥浆性能：比重、粘度等。

（7）检查供水情况

①开总水阀；

②打开排风机、泥浆泵上的冷却水阀；

③为湿法水泵注入启动水。

2.启动运行及调试

（1）热风炉点火及烘烤

①将喷嘴的供浆管、供气管分别插在供油、供气座上，并插好安全销。将油泵的回流阀开至最大，启动油泵、电机，然后调整回油阀，使输出油压在0.3MPa～0.5MPa。

②打开压缩空气阀。

③启动喷雾干燥塔引风机，调整配风器风门至合适位置（保持炉膛内微负压状态）。

④将点火用的火炬放至烧嘴下方，按照先供气后供油的原则，依次打开供气、供油阀，根据雾化燃烧情况及时调整风压和油压，使火焰的长度到达炉膛对面，稳定燃烧前不可撤掉火炬。

点燃烧嘴的个数（或对数）应根据热风炉的烘烤要求而定。

⑤热风炉的烘烤。热风炉点火后必须进行烘烤，以使炉体逐渐干燥，以免砌体出现干裂或剥落。烘炉时，升温速度可控制在20℃/h～40℃/h，在100℃、117℃、163℃、270℃、573℃、800℃、1000℃等温度点上应保温30～40分钟。烘炉时最好使用柴油（烘炉初期可使用木柴），有利于温度控制，保证温度均匀。

⑥当燃烧室温度达到800℃以上时，开始启动水煤浆燃烧系统：开启伺服罐出浆阀门和水煤浆回浆阀门，按下水煤浆的启动按钮；逐渐关小回浆阀，使浆压调整在0.5MPa左右。按照“先气后浆”的顺序，分别打开烧嘴的雾化风阀和煤浆阀门，并注意调整烧嘴至最佳的雾化燃烧状态，此时煤浆开始喷入炉内燃烧；水煤浆烧嘴依次投入燃烧后，当炉膛温度接近1000℃时，应关闭油烧嘴，切换最后一支水煤浆烧嘴，然后控制炉膛温度稳定在1000℃～1150℃范围内，并根据塔内进风温度（一般为500℃左右）及干燥粉料质量进行调整。

注意：每次点火前必须排风10分钟，以免点火时残存气体爆炸；点火时任何人不要将脸正对烧嘴，以免发生喷火伤人事故。

（2）水喷雾试验调试

①当干燥塔体进风温度达到150℃时，即应喷水降温，保证后部设备不致过热。

②待进风温度升至500℃时，即可开始水喷雾试验，先控制雾化喷嘴开启个数（不能都开）。随进风温度升高，进塔热风量不断增加，增开雾化喷嘴，保持排风温度在80℃以上。此过程到各项工艺参数达额定值时止。

注意：吸入管上的浆阀应关死，防止水倒流入浆池。短期停车后开车可不经水喷雾阶段。

③记录燃料耗量、炉膛温度、进风温度、排风温度、测量蒸发水量（增加喷水的喷嘴个数至塔下有水流出，测量泵的冲程、往复次数、计算出塔的喷雾水量，二者之差为蒸发水量）。作为干燥器性能的一项参考内容。注意每个测定条件需稳定30分钟以上方可记录数据。

（3）泥浆喷雾试验调试

通过了水喷雾试验，并确认所有设备运行正常稳定后，即可进行泥浆喷雾试验调试。试验内容有：

①开塔底振动筛。

②开塔底粉料运输设备。

③开测温仪表的自动记录装置。

④开闭泵吸浆管路上的相应阀门、改吸泥浆。

⑤测定不同孔径的喷嘴与干粉粒度的关系，确定适当的喷孔片的孔径及组合方式。

⑥喷浆量不变，改变热风温度及进塔热风量，核定干粉的含水率、粒度级配、容重等参数，了解进风温度对工艺的影响。

⑦在热风炉炉膛温度不超过额定温度的条件下，测定干燥塔的最大产量。

⑧经长时间（2天以上）的连续操作、收集各种类型的全部资料来确定设备的稳定性及较佳的工艺参数。

（4）运行检查

在取得最佳运行参数后，根据产量要求，调节各温度、压力参数等至最佳额定值运行干燥塔，在正常运行的情况下还要进行如下检查：

①定时检查各设备运行情况。

②定时记录各工艺参数。

③定时测定泥浆及干粉的含水量。

④发现故障及时排除。