规模化碳酸钙工厂模块化设计及解决方案

    作为碳酸钙行业的一个技术工作者，在这个以创新为主题的行业会议上，我想把这几年在工厂设计方面所作的工作和大家做个交流，期间也借鉴了很多同行的创新点，也有些算是自己的一些创新，当然更多的是一些教训。限于个人的工作范围及认知水平，很多观点未必客观正确，仅供大家参考。

    碳酸钙行业正在发生翻天覆地的变化，随着环保观念的强化，政府主导下的产业整合，及产能过剩造成的竞争态势的日益激化，原先“钙帮”自嘲的“白公馆”、“渣滓洞”式工厂正在逐步消失，曾经的简陋起家，几十万几百万建厂已成历史，取代的是新建工厂规划动辄十几万吨、几十万吨甚至上百万吨，企业面貌也在向着环境优美的高大上形象进行设计和建设，相对应的投资规模开始以亿为单位。在这种新形势下，作为工厂龙头，工艺设计的是否先进和合理显得更为重要，它决定了产品的性能和成本，决定了产品在同等条件下市场上的竞争能力，也就决定了企业的生存能力。一旦工艺设计不合理，十多年前的”要想死的快，就上纳米钙“就会因投资的级数式扩大而以更惨烈的形式重演。在巨大的投资背景下，如果产品不能及时进入市场或在市场上取得应有的毛利，仅财务费用也很有可能将一个新进企业拖垮，因此我还是提醒新进企业不要头脑发热，尽量压缩投资，即使是规划了的规模工厂，也尽量分期建设，另外就是在工厂建设过程中要注意对方案的优化选择，降低投资费用。

    对于一个现代规模化的碳酸钙工厂工艺设计，以我个人观点，有三个方面是互相关联，互为前提，一是生产线布局（总图）设计，二是工艺装备的选型，第三是目标产品的设计。目标产品决定了工艺条件的设计和工艺装备选型，而设备选型对生产线布置有着极大的影响。

一、规模化工厂应该对生产线进行工序功能模块化布局设计

    首先应该感谢众多服务于碳酸钙行业的技术装备企业，为碳酸钙行业发展作出了莫大的贡献。但毋庸避讳的是目前碳酸钙行业单机设备生产能力仍然十分有限，相对于水泥行业一条生产线可年产数百万吨水泥，碳酸钙生产线轻钙一般在年产5万吨左右，纳米钙在年产仅2万吨左右，造成单线产量无法规模化，所以必须是数条生产线的叠加拼凑才能达成十几万吨，几十万吨的规模。过去建厂规模相对较小，一般都是一条生产线从石灰窑和消化开始，包装结束，从头走到尾，烘干机边配热风炉或导热油炉，一条2万吨的纳米钙生产线或者是5万吨的轻钙生产线就要占地几十亩地，这样的方式用于现在大规模工厂的设计布局，不仅占地面积大，建设成本高，而且也给后续的管理带来相当的不利，特别是物流通道混乱，优美整洁的生产厂区就实现。

    因此对于数条十数条生产线才能达成的规模工厂，需要进行工序模块化设计，形成数条生产线并联以求单一工序的规模化，集中控制，减少生产线占地零碎化。

    例如，石灰窑放在一起可共用石料堆场和石灰运送道路，可节省大量的土地面使用面积和控制人员数量。消化系统系统放在一起，尽管可能生产不同的产品，有普通轻钙或纳米钙，两者消化用水要求不同，但这并不影响集中管理的优势的发挥，而且纳米碳酸钙回用水处理后浓缩水可以更方便地用于轻钙生产，消化除渣形成的废料更是可以集中处理，这对厂容和环境改善有很多的好处。其他的碳化，脱水、烘干还有包装，同样都可以进行数条线并联而使产能规模达到要求。

概括起来，模块化设计有如下优势：

1、模块化布局可充分考虑中心控制室作为工厂控制中心，以最短的辐射路线控制最需控制的点，如石灰窑、消化车间、碳化车间及表面处理中心，而压滤和烘干及包装相对自成一体，可以稍微远一点没有问题。

2、碳酸钙工厂每个工段对电力需求是不一样的，模块化设计布局，可将变压站设置在靠近用电最多的车间，如石灰窑，粉体解聚 车间，以防低压远距离输送带来电力损耗加大。

3、模块化设计的集中供热，集中堆渣除渣对工厂环境优化和维持有着极大的好处，除了消化工段集中后的废渣集中堆放和处理外，再如供热锅炉，尽管可以远距离输送，但也可尽量靠近主要用热单元烘干车间，另外可照顾到燃煤的堆放和煤渣的外运（如果是用天然气就没这个问题）。

4、由于每个工段的设施不同，对厂房的承重和高度要求都不尽相同，可设置不同的厂房结构以降低造价。如消化生浆及数浆陈化工段，有大面积的罐区，可用简单的风雨棚加上围护结构，而脱水和烘干车间由于是立体布置，高度较高，屋顶强度因要设置起吊设备，可进行专门设计；而仓库适合大面积的钢结构加牛腿以方便加装桁车。这样的工厂建筑错落有致也不失位美观。如果整条线都放在一个厂房内，外观固然不错，但各工序干湿不同，温度不同，会造成互相影响，另外对厂房高度要求不同，强度要求不同，最后往往是屋内架屋，建厂成本大幅上升。大家都想着法把生产线全部设施放到厂房内，其实大可不必，我曾经参观过英国伯明翰一家碳酸钙厂，应该是属于世界碳酸钙巨头SMI公司的，其碳化设备和罐区是露天的，但精美的不锈钢制作，穹顶的上盖，横平竖直的管道，看上去也很漂亮。

二、适用于多线并联模块化布置的两种烘干机的介绍

    烘干系统的模块化设计会受到供热系统的影响，传统的热风由于不能远距离传送，所以一般放在烘干机边上。在使用煤炭作燃料的条件下，煤炭的储存和煤渣的运送限制了数条生产线烘干系统的模块化设计。为解决这个问题，我设计了以蒸汽为热源的烘干系统，利用蒸汽能集中供热远距离输送的特点，同时两种烘干系统，专门用于纳米碳酸钙和普通轻质碳酸钙，使烘干系统的集中排布模块化设计成为了可能。下面专门介绍一下这两种烘干机。


1、适用于纳米碳酸钙生产的蒸汽供热穿流网带烘干机

    传统用于纳米碳酸钙生产的烘干机主要是热风穿流网带烘干机，其 特点是物料（纳米钙）连续布放在网带上，热风进入到烘干机后向上穿过网带和网带上的滤饼发生热交换使之脱水烘干，网带在不断移动，最后将烘干后滤饼移出烘干机。这种烘干机优点在于物料在半静态状态得到烘干，扬尘少；在热风温度得到控制条件下，物料不会受高温而引起表面有机处理剂变质。但缺点也很明显，一是装机容量大，为了输送大量热风，需要数台大功率的风机；二是体积庞大，为了让物料有足够的内部停留空间，网带长度有25米以上甚至更长，烘干机占地面积极大。三是能耗高，由于排潮风量，进入烘干机的温度和排潮风温度差值小，一般进口温度在300度以内，出口温度100度左右，热能利用效率低。

    为此本人在传统网带烘干机的基础上，设计了一款用蒸汽作为热源的网带烘干机，蒸汽通过热交换器给烘干机供热，热交换器分为外置和内置两种，有两台15千瓦的循环风机不断把热量从热交换器带出，在穿过网带时和物料进行热交换使滤饼得到烘干。新设计的蒸汽供热网带烘干机有如下优点：1）占地面积小，长度不到传统网带烘干机的一半。2）装机容量小，由于减少了大量的热风传送风机，装机容量不到传统设备的三分之一。3）热能效率高，由于没有进风，排潮风极少，外排热量也极低，烘干纳米钙的耗能约130公斤实物煤，约为传统设备的一半。最后当然是由于蒸汽的集中供热，加上本身设备体积有限，所以可以达成多条纳米碳酸钙烘干系统的集中排布模块化设计。

    图一为烘干机的内部结构，可以看到有很多的内置热交换器，气体在穿过物料温度下降后，会通过热交换器使之温度提高，用于下一层网带的烘干，所以只需要少量的循环风量把大量的热量带给物料。   

    下图是蒸汽供热网带烘干机的外形，尺寸约为长13米X宽2.5米X高6.5米，烘干产能为2万吨/年纳米钙。当然也可以做得更大一点，产能扩展到2.5万吨/年。
   

几个 参数比较：