高温热管热风炉在白炭黑干燥中的应用

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一、前言

 

    热管是一种具有极高导热性能的传热元件，由热管组成的热管换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、轻纺、机械等行业中，并取得了显著的经济效益。

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    二、热管式热风炉

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    热风炉是燃烧燃料、加热空气、生产热风的设备。随着热管技术的发展，热管也正作为传热元件应用于热风炉中。热管式热风炉与其它型式的热风炉相比有下列优点：

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    (1)冷却段和加热段的长度比、翅片密度及两段传热面积可以人为地调节，以强化冷却端的换热，使壁温降低；

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    (2)高温区及低温区可采用不同结构、不同工质的热管；避免了为适应高温而整体采用昂贵的材料；

 

    (3)管子可拆卸，安装方便；热管两端可自由伸长，不存在热膨胀、热应力问题；

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    (4)烟气侧是管子外部换热，因而积灰比较容易清理；

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    (5)由于采用了翅片管强化传热，使整个设备结构比较紧凑。

 

    三、喷雾干燥

 

    喷雾干燥设备的热效率一般可以表示为：

 

    总效率η：η=(t₁-t₂)/ (t₁-t₀)×100%

 

    式中：t₁-t₂——干燥过程中热风的温度差(即进风温度一排风温度)[℃]

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t₀——大气温度[℃]

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    由上面式子可知，增大热风的温度，是提高热效率的关键。因此，在实际操作时，在不影响被干燥物料的质量前提下，尽可能提高热风入口温度，降低排风温度，对节约能源具有重大意义。喷雾干燥的温度与运转费用的关系如图1所示。

 

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    针对白炭黑喷雾干燥，如采用热风与物料并流进行传质热交换，550℃的热风也不会影响产品质量。因此为提高干燥热效率，降低白炭黑的运行成本，应尽量提高热风的进口温度，但如采用普通式的热风炉则很难产生400℃以上的热风。

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    四、应用

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    图2是一台用于白炭黑喷雾干燥的高温热管热风炉示意图。该热风炉根据不同的温度区，分别采用了高温热管、中温热管及普通水一碳钢热管。使得本热风炉热风温度可达到550℃。该热风炉基本参数如下：

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    热负荷：880kW(75万大卡/小时)

    烟气入口温度：850℃

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    烟气出口温度：180℃

    热风出口温度：550℃

    燃料：煤

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    该高温热管热风炉在福建某厂使用至今，热风洁净，各项指标均达到了设计要求，完全满足了该厂生产工艺需要。原项目设计规模为年产量2000吨，使用该设备后，由于突破了生产“瓶颈”，年产量可达3000吨，与传统热风炉相比，热风温度从350℃提高到550℃；干燥效率从60%提高到81%。综合年经济效益达到70万元。

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    五、总结

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    热管热风炉作为一种新型的热风炉，它可以获得500℃以上的干净热风，能够满足各种用热风设备的需要；而且烟气排烟温度低，因此热效率高、节省燃料，是一种高效节能型热风设备。它不仅适合于白炭黑的喷雾干燥，也同样适合于很多食品、颜料及其它化工产品的干燥。