大型干燥系統(tǒng)的節(jié)能改造

1、Feb. 200548現(xiàn)代化工M odern Chemical Industry 第25卷第2期2005年2月大型干燥系統(tǒng)的節(jié)能改造易春旺1,2, 徐滿才1, 朱文建2(1. 湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院, 湖南長沙410006;2. 寧波舜龍錦綸有限公司, 浙江寧波315400摘要:國內(nèi)聚合裝置所引進(jìn)的大型干燥系統(tǒng)普遍存在設(shè)計上的缺陷:第一風(fēng)機(jī)配備功率過高, 電耗過大, 干燥氮氣在循環(huán)過程中吸水能力下降過快, 干燥能力不強(qiáng), 熱能沒有互相交換。針對上述缺陷, 對聚合裝置原有干燥系統(tǒng)進(jìn)行了一系列改造, 包括脫水機(jī)的轉(zhuǎn)型、干燥塔分段設(shè)計、降低第一風(fēng)機(jī)功率、相互交換氮氣熱能等, 克服了原工藝存在的弊端

2、。關(guān)鍵詞:干燥系統(tǒng); 聚合裝置; 含水量; 切片; 節(jié)能改造中圖分類號:TQ0281672文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:0253-4320(2005 02-0048-03Large drying system modification for energy 2savingYI Chun 2wang 1, 2, XU Man 2cai 1, ZHU Wen 2jian 2(1. C ollege of Chemistry and Chemical Engineering , Hunan N ormal University , Changsha 410006, China ;2. Ningbo Shu

3、nlong P olyamide Fiber C o. Ltd. , Ningbo 315400, China Abstract :Large drying systems in polymer plants in China have had problems in general in design. F or example ,the electricity consumption of the first blower was too high ,the drying ability was not enough for the nitrogen because of too quic

4、kly decreasing of water 2abs orbing ability during the recycling process , the heat energy of nitrogen couldn t be exchanged. T o overcome the shortcomings above ,the drying system was m odified ,including a new type of dehydrator used ,a new drying tower with tw o sections adopted ,the watt of the

5、first blower lowered ,and a heat 2exchanger added.K ey w ords :drying system ; polymer plant ; water content ; chips ; energy saving m odification隨著聚合技術(shù)日新月異的發(fā)展, 錦綸聚合裝置的生產(chǎn)能力已從10年前的30004000t/a 上升到目前的2萬5萬t/a , 臺灣已有設(shè)計生產(chǎn)能力達(dá)到7萬t/a 的聚合裝置。聚合裝置生產(chǎn)過程中的能耗主要是電耗和蒸汽消耗, 而最大的電力消耗系統(tǒng)是干燥系統(tǒng)和聯(lián)苯加熱系統(tǒng)。隨著新型聚合工藝的出現(xiàn), 聚合管中的聯(lián)苯已不

6、再用電加熱, 在這種情況下, 干燥塔的電能消耗尤其令人注目。從最簡單的計算來看, 一套2萬t/a 聚合裝置的干燥系統(tǒng)至少需要配備2臺干燥風(fēng)機(jī), 總功率在250kW 以上, 無論聚合裝置的生產(chǎn)負(fù)荷有多少, 風(fēng)機(jī)都以100%負(fù)荷運行, 這種舊式干燥系統(tǒng)的設(shè)計模式既不節(jié)能, 又不利于風(fēng)機(jī)的安全運行。此外, 還存在對切片的含水量無法進(jìn)行微調(diào)、干燥溫度高、切片易氧化等現(xiàn)象。因此, 綜合多方面因素, 筆者在和設(shè)計院及外方技術(shù)人員進(jìn)行會審后, 決定對浙江寧波舜龍錦綸有限公司聚合裝置的干燥系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造, 以期獲得最理想的結(jié)果。收稿日期:2004-08-26; 修回日期:2004-12-071原干燥系統(tǒng)流程

7、及缺陷111原干燥系統(tǒng)流程對于聚合裝置來說, 無論是國內(nèi)還是國外, 在以往的工程設(shè)計中, 為了滿足除水需要, 干燥塔都配備2臺風(fēng)機(jī)。一般從萃取塔出來的切片含水量約為10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù), 下同 , 其中絕大部分是表面水, 僅含015%左右的結(jié)合水。經(jīng)干燥后切片含水量必須0108%, 有些聚合裝置為了滿足紡絲工藝的要求, 嚴(yán)格規(guī)定干燥后切片含水量0106%, 此時表面水已全部除去, 切片中只含微量的結(jié)合水。這種嚴(yán)格的除水要求決定了干燥塔的基本設(shè)計模式和風(fēng)機(jī)配備方式。來自萃取塔的切片經(jīng)脫水機(jī)脫水后進(jìn)入干燥塔, 此時切片含水量約為7%。切片從干燥塔頂部進(jìn)入塔內(nèi), 氮氣分2路進(jìn)入干燥塔:一路經(jīng)第一風(fēng)機(jī)加壓

8、, 然后經(jīng)第一氮氣加熱器加熱到125后進(jìn)入干燥塔上段, 這部分氮氣用來干燥切片的表面水, 預(yù)作者簡介:易春旺(1974- , 男, 碩士生, 工程師, 從事工藝技術(shù)管理工作, 通訊聯(lián)系人0574-66203617,superyi16sohu. com ; 徐滿才(1966- , 男, 博士, 教授, 博士生導(dǎo)師, 主要從事高分子合成方面的研究。2005年2月易春旺等:大型干燥系統(tǒng)的節(jié)能改造49期效果是將切片的表面水全部除去, 也就是說, 切片經(jīng)過干燥塔上段后, 其含水量應(yīng)降至015%以下。為保證除水效果, 第一風(fēng)機(jī)的功率不小于220kW , 干燥塔上段的氮氣流量為60

9、00m 3/h 。另一路氮氣首先經(jīng)第二風(fēng)機(jī)加壓, 然后經(jīng)第二氮氣加熱器加熱到115后進(jìn)入干燥塔下段, 這部分氮氣用來干燥切片的結(jié)合水, 經(jīng)過下段氮氣的干燥后, 切片的含水量降至0108%以下。相應(yīng)配備的第二風(fēng)機(jī)功率在50kW 左右, 下段氮氣流量為4000m 3/h 。下段氮氣最終與上段氮氣匯合, 從干燥塔頂部出來, 大部分氮氣重新返回第一風(fēng)機(jī)加壓, 經(jīng)第一氮氣加熱器加熱后再次進(jìn)入干燥塔上段, 這部分循環(huán)氮氣含水量比較高, 但由于干燥塔上段切片含水量很高, 所以不影響上段切片的除水效果, 且可以減輕噴淋塔的除水負(fù)擔(dān)。而剩余氮氣則去噴淋塔(噴淋水流量一般都脫水, 在2530m 3/h , 冷卻水

10、溫度一般在810然后經(jīng)除沫器除去水霧, 經(jīng)催化系統(tǒng)除氧, 再經(jīng)第二風(fēng)機(jī)加壓, 加熱后重新進(jìn)入干燥塔下段。舊式干燥系統(tǒng)流程見圖1 。2新干燥系統(tǒng)工藝流程及優(yōu)點211新干燥系統(tǒng)工藝流程新型干燥系統(tǒng)干燥塔不是一個獨立塔, 而是由上下2段組成,2段之間用管道和閥門連接, 干燥塔的進(jìn)料方式是采用德國阿加飛聚合工程公司(Aquafil Engineering ,AE 的干燥進(jìn)料方式, 從萃取塔出來的切片與水的分離不是采取常規(guī)的離心脫水機(jī), 而是采用氮氣與輸送的圓盤型脫水機(jī)脫水, 輸送氮氣來自預(yù)干燥塔頂部的氮氣出口。此干燥塔極為節(jié)能, 其簡化流程如圖2 。1脫水機(jī);2分離器;3第一氮氣流量計;4預(yù)干燥塔;5

11、第一氮氣加熱器;6第一風(fēng)機(jī);7第二氮氣流量計;8干燥塔;9第二氮氣加熱器;10第二風(fēng)機(jī);11第三氮氣加熱器;12第三風(fēng)機(jī);13第三氮氣換熱器;14第四氮氣換熱器;15除沫器; 16噴淋塔圖2新干燥系統(tǒng)流程圖新型干燥系統(tǒng)氮氣循環(huán)路線與舊干燥塔氮氣循環(huán)路線相同:切片從預(yù)干燥塔頂部進(jìn)入塔內(nèi), 氮氣分2路進(jìn)入干燥塔:一路經(jīng)第一風(fēng)機(jī)加壓, 此風(fēng)機(jī)額定1脫水機(jī);2干燥塔;3第一氮氣流量計;4第一氮氣加熱功率僅為90kW , 運行負(fù)載低于80%, 循環(huán)氮氣流量為3500m 3/h , 然后經(jīng)第一氮氣加熱器加熱到120后進(jìn)入預(yù)干燥塔, 這部分氮氣用來干燥切片的表面水, 其含水量應(yīng)降至015%以下, 但實際生產(chǎn)

12、中可降到0108%以下, 基本上切片在預(yù)干燥塔中就可以完全除水; 另一路氮氣首先經(jīng)第三風(fēng)機(jī)加壓, 此風(fēng)機(jī)額定功率為50kW , 運行負(fù)載一般低于80%, 循環(huán)氮氣流量為2000m 3/h , 然后經(jīng)第三氮氣加熱器加熱到110后進(jìn)入干燥塔下段, 這部分氮氣用來干燥切片器;5第一風(fēng)機(jī); 6第二氮氣流量計; 7第二氮氣加熱器;8第二風(fēng)機(jī);9除沫器;10換熱器;11噴淋塔;12噴淋水循環(huán)泵;13噴淋水流量計圖1舊式干燥系統(tǒng)流程圖112原干燥系統(tǒng)存在的缺陷原干燥系統(tǒng)在設(shè)計上存在明顯的不足之處:錦綸切片的干燥溫度一般較低, 循環(huán)熱氮氣完全可以將切片加熱到干燥溫度, 但會大大增加生產(chǎn)成本; 在干燥塔頂利用離

13、心機(jī)進(jìn)行切片水分離, 脫水效果不是很好, 而且電耗大; 下段氮氣沿干燥塔向上流通吸水的同時, 壓力和吸水能力會越來越低, 無法發(fā)揮干燥氮氣的最佳除水效果; 經(jīng)噴淋水降溫脫水的冷氮氣未和來自冷卻料倉的熱氮氣換熱, 是對熱能的嚴(yán)重浪費。的結(jié)合水, 經(jīng)過下段氮氣的干燥后, 切片的含水量降至0106%以下。下段氮氣最終與上段氮氣匯合, 從預(yù)干燥塔頂部出來, 大部分氮氣重新返回第一風(fēng)機(jī)加壓, 經(jīng)加熱后再次進(jìn)入預(yù)干燥塔上段, 而剩余氮氣則去噴淋塔(噴淋水流量對含水量的影響已經(jīng)不是很明顯, 一般噴淋量為1020m 3/h ; 冷卻水溫度在12時就能夠滿足氮氣脫水的要求, 脫水后經(jīng)除沫器除去水霧, 經(jīng)催化系統(tǒng)

14、除氧, 再經(jīng)第三風(fēng)機(jī)加壓,50現(xiàn)代化工第25卷第2期加熱后重新進(jìn)入干燥塔下段。第二風(fēng)機(jī)是備用風(fēng)機(jī), 一般僅在特殊情況下才會考慮運行。212新干燥系統(tǒng)的優(yōu)點新干燥系統(tǒng)與舊干燥系統(tǒng)在干燥塔設(shè)計和配備方面有非常明顯的區(qū)別:新型干燥塔由上下2段組成, 下段氮氣吸水后溫度和壓力雖然明顯下降, 但之后經(jīng)第一風(fēng)機(jī)再次加壓和第一氮氣加熱器再次加熱后, 氮氣的吸水能力再次獲得提升, 這也正是分段氮氣流量和總流量可以大幅度減小的關(guān)鍵所在; 切片進(jìn)入新干燥塔是經(jīng)氮氣輸送, 氮氣吹動濕切片粒子在圓盤脫水機(jī)中做向心運動, 大部分水在切片沿圓盤運動過程中不斷被甩出, 還有一部分水被輸送氮氣直接吸收帶走, 因此, 切片經(jīng)過

15、脫水機(jī)后含水量大大降低(低于3% , 而舊干燥系統(tǒng)切片經(jīng)離心機(jī)脫水后含水量一般不低于7%; 新型干燥塔采用3臺風(fēng)機(jī), 其中第二風(fēng)機(jī)長期處于備用狀態(tài), 當(dāng)運行風(fēng)機(jī)干燥能力不夠, 或是需要對切片的含水量進(jìn)行微調(diào)時才啟動; 新型干燥塔氮氣采取冷氮氣和熱氮氣進(jìn)行二次熱交換, 可以充分利用來自冷卻料倉的熱氮氣熱能加熱經(jīng)噴淋水降溫的干燥冷氮氣, 同時可將冷卻料倉的熱氮氣進(jìn)行降溫, 從而可以充分利用和節(jié)約熱能; 由于切片含水量可以進(jìn)行微調(diào), 有利于在干燥塔進(jìn)行固相增黏, 從而適當(dāng)提高切片的黏度。運輸過程的吸濕可能性, 則最高含水量不得超過0106%。對于舊式干燥系統(tǒng)而言, 干燥塔的含水量調(diào)節(jié)能力一直都受限制

16、, 要低于0106%不太難, 但不能調(diào)節(jié)到一個理想的含水值。而新型干燥系統(tǒng)則不同, 其較強(qiáng)的干燥能力使得其對切片含水量的調(diào)節(jié)能力同樣較強(qiáng), 在其他干燥參數(shù)不變的情況下, 僅通過調(diào)節(jié)預(yù)干燥塔的溫度就可以調(diào)節(jié)切片的含水量。改造前后2種干燥塔上下2段的溫度對切片含水量的影響見圖3 。;2 ; 1改造前(下段溫度:115改造后(下段溫度:1103切片含水上限圖3不同干燥塔上段溫度對干燥切片含水量的影響312統(tǒng)計數(shù)據(jù)比較3新舊干燥系統(tǒng)干燥能力及統(tǒng)計數(shù)據(jù)比較311干燥能力比較改造前后2種干燥系統(tǒng)的能源消耗和其他工藝數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。從表1可知, 新干燥系統(tǒng)由于風(fēng)機(jī)額定功率非常低, 電能消耗大大降低, 另外,

17、 由于干燥系統(tǒng)與冷卻料倉氮氣循環(huán)交換熱能, 蒸汽消耗也大大降低。表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)比較上段溫度/舊干燥系統(tǒng)新干燥系統(tǒng)125120干燥塔的作用是干燥切片的表面水和結(jié)合水, 切片的表面水通過水分的蒸發(fā)而除去, 是一個相對較快的能量消耗過程。但相對于氣體混合物中組分的擴(kuò)散而言, 固體中的分子擴(kuò)散是一個相當(dāng)慢的過程, 因此, 熱干燥處理的停留時間相對較長。所以在干燥過程中, 盡可能選擇最高溫度來進(jìn)行切片干燥, 但是, 必須考慮到錦綸6切片(PA-6 的化學(xué)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定, 且不必要的后冷凝會使黏度增大, 這一影響對于高速紡絲是不利的, 因為絲張力和表面張力斷裂都會增大, 因此, 對于干燥紡絲級切片應(yīng)盡可能選擇最低的溫度和較長的處理時間, 這正是新型干燥塔設(shè)計和使用的理論依據(jù)所在。但是, 最低溫度的選擇前提是必須保證切片干燥后的含水量達(dá)到紡絲要求, 因為如果切片的含水量偏高, 那么紡絲過程中極易出現(xiàn)氣泡絲或者注頭而使斷頭率大為增加, 所以干燥溫度必須保證干燥后切片的最高含水量不得超過0108