淺析碳酸鈣干燥工藝控制技術及其應用

齊建軍^1、2   王  慶¹   楊京凱²

（1.石家莊鴻宇化學工程技術有限公司，2.石家莊通宇化工設備有限公司）

摘要：沉淀碳酸鈣干燥為重要能耗工序，分析干燥過程的控制因素，設計合理的工藝控制過程，配置、優化硬件和軟件系統，人機界面友好，達到穩定干燥機運行，穩定干燥質量的目的，實現節約能源降低消耗的目標。干燥控制單元可與總廠控制系統融合形成集散控制系統，提高系統的生產效率。

關鍵詞：沉淀碳酸鈣  滾筒列管干燥  能源消耗量  成本核算 自動控制

一、概述

根據行業內初步統計，從上世紀末至本世紀初沉淀碳酸鈣的國內年產能已經達到八百萬噸以上。國內各生產廠家在行業協會的指導下，碳酸鈣生產工藝技術在不斷地普及，生產工藝水平在不斷提高，規模化高效化技術得到了推廣。各生產廠家在產品的品種、質量、產能、成本等多方位展開了競爭。行業有序發展，企業相互學習促進，使輕質碳酸鈣生產工藝技術不斷向前發展。生產工藝技術和各類型人才的廣泛交流使輕質碳酸鈣生產得到了突飛猛進的發展。

碳酸鈣在化工、醫藥、建筑建材、造紙等行業得了深度開發應用，成為國民經濟中重要的無機化工原材料。

沉淀碳酸鈣的生產多數是由石灰消化后碳化生成，原理相同，工藝卻千姿百態，產生的效果也有明顯的區別。碳化后的水混合物經過濾水形成含水量不等的濕濾料。濕濾料必須通過干燥除去水分才能生產出符合要求的碳酸鈣產品。

干燥通常是采用熱媒加熱半成品物料而使水份蒸發的辦法來實現，這是一個消耗熱能的過程。

在碳酸鈣成本中，能源消耗成本占據了總成本的80%以上，而濕濾料干燥能耗成本費占總成本40%以上。因此干燥成本直接影響著產品成本的高低。提升干燥設備產能的同時提升設備的工藝控制技術水平，穩定干燥工況，是降低干燥能耗和成本的主要途徑。

二、干燥設備概況

目前各生產企業所使用的干燥設備主要有滾筒列管式、盤式、槳葉、熱風強力干燥等型式。根據濕濾料性質和含水份不同可采用不同型式的干燥設備。對于輕鈣而言多數廠家采用了滾筒列管式干燥設備。

近年來鴻宇公司生產的HYGL型系列滾筒列管干燥機在輕鈣干燥生產中得到了廣大用戶的認可。該系列產品是該公司自主研發，依靠科技創新，在原有技術基礎上生產的新產品。該產品主要由筒體、大面積內加熱管束、外加熱敷管、滾圈、托輪、擋輪、傳動機構及輔助元件組成。加熱介質可以是中低壓蒸汽，也可以是有機熱載體即導熱油類。使用溫度范圍220---300℃，壓力范圍0.4---1.2Mpa。

加熱介質通過旋轉接頭進入大面積排管及筒體敷管放出熱量，物料由物料加入口進入，當機組旋轉運行時，物料通過熱傳導、蒸發對流吸收熱量，物料及所含水份被加熱并不斷蒸發。蒸發出的水蒸汽被及時引出以降低蒸發表面壓力，維持干燥機蒸發筒內微負壓可促進蒸發過程的進行。由于筒體連續旋轉，內部物料在抄扳的作用下其蒸發表面不斷發生變化，強化了蒸發過程。

HYGL系列干燥機采用了大排管換熱，傳熱面積大，換熱效率高，單位容積干燥能力是常規干燥器的3倍以上，機組熱效率達到90%。由于采用了合理的結構，干燥機內物料與熱介質換熱合理，物流順暢，干燥的均勻性好，可操作性強，易于維護保養，運行穩定。

三、滾筒列管干燥機自動化控制工藝方案

采用目前應用廣泛、性能成熟的自動化控制工藝技術，干燥設備可達到運行穩定，節能降耗的目標。現將有關內容做如下介紹。

單臺年產三萬五千噸輕鈣滾筒列管干燥機自動化控制方案

1、工藝參數

（1）進、出料成份

含水小于32%的沉淀碳酸鈣膏體物料

進  料 溫 度：25～30℃

進   料   量：6～8噸/小時

出料水分含量：0.3%

（2）加熱蒸汽

溫        度：260±5℃

壓        力：0.8±0.05MPa

流        量：3～6噸/小時

2、工藝控制原理

滾筒列管干燥機出料水分的多少與出料溫度、干燥蒸發壓力有直接關系，與加料量、滾筒轉速有正相關系。根據這些因素，以出料溫度為主控參數，干燥機內壓力為輔助控制參數。

當出料溫度與設定值產生偏差時，調節器分別輸出一組信號，一路送副環調節器調節蒸汽加入量；另一路送滾筒變頻調節器調整滾筒轉速；第三路送加料機變頻調節器調整給料機的轉速從而調整給料量。當出料溫度升高時調節器調整蒸汽調節閥關小進汽量，相應增加加料量，同時滾筒轉速也相應增加，直至出料溫度恢復正常值；當出料溫度降低時，調節器增大蒸汽供入量，適當降低進料量，相應降低滾筒轉速直至出料溫度恢復正常值。當加料增加或減少時相應增加或減小滾筒的轉速以保持進出料的平衡。

當蒸汽壓力發生變化時由副環調節克服此干擾。

為使蒸發的水蒸汽及時排走并得到處理，以排潮汽筒內壓力為控制參數。當該壓力發生變化時，由壓力變送器送壓力調節器并與給定值比較，輸出一調節信號控制引風機變頻，變頻器控制引風機電機轉速，以達到控制排潮汽筒內壓力的效果。排潮汽筒內壓力維持微負壓。

干燥機滾筒電機與進料電機聯鎖，當干燥機因故障停機時給料電機跳停并報警。排潮風機與給料電機聯鎖，當排潮風機因故障停機時給料電機跳停并報警。出料電機與滾筒電機聯鎖，當出料電機因故障停車時滾筒電機跳停并報警。

3、自動控制設計和設備選擇

初步統計后，確定模擬量I/O點數，數字I/O點數，開關量數。

儀表熱工人員可根據上述情況做出邏輯控制設計，終端設備及硬件選擇。

對控制過程進行軟件設計，軟件人員對干燥機控制分析的有效性進行評價，捕獲靈敏有效的可控物理化學量，對過程進行控制及聯鎖、程控圖表的形成，產生I/O表格，設計出各類報表和記錄格式表。

完成上述任務后軟件人員對相關設備及控制系統進行組態，上機模擬運行，經甲方及監理機構初步驗收，形成友好人機界面。設備交付后進行現場安裝，試車運行，專家組驗收，形成文字報告。編制工藝操作使用手冊，培訓相關操作管理人員等工作。其中在調試運行階段要實行設計人員、工藝技術人員和經驗豐富的操作人員三結合。即，對于計算方法及程控不合理的地方由軟件設計人員在試車時及時修正；工藝技術人員要配合軟件設計人員完成控制系統的優化；有經驗的操作人員提出最佳操作數據和各因素變化周期供工藝技術人員參考整定PID等參數。并且整定后的參數也要隨物料特性和熱媒特性的改變而及時修正。只有這樣才有可能使控制系統處于最好的運行狀態，發揮出應有的功效。

綜合以上所述即形成該干燥機控制單元。

當多臺干燥機并列運行時可實現DCS控制并與工廠的總體控制系統相融合，實現集中監視分散控制的目標。

4、經濟效益和環保效益分析

實施干燥機自動控制技術后，干燥機運行平穩，產品質量穩定，熱量消耗下降。據有關資料計算，自動控制比人工操作所消耗的能源要低30％。年產3.5萬噸的輕鈣生產線，年節約動力煤為：

3.5萬噸×90公斤/噸鈣×30％/1000=0.0945萬噸

折價  0.0945×800元/噸＝75.6萬元。

單臺干燥機控制系統投資約16萬元，則投資回收期為：

16 /（75.6/11）=2.32個月。即正常情況下不足三個月即可收回投資。

由于減少了用煤量，所以排放量自然減少，并且單臺機每年可節約資金七十多萬元。

干燥機控制工藝方案如下圖：

四、結論

HYGL滾筒列管干燥機實施溫度、給料和出料自動控制，可以達到穩定干燥機運行，保證產品質量，降低能源消耗的目標。該項目不僅有好的經濟效益而且有很好的環保效益，值得在廣大用戶中推廣應用。

參考文獻

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