碳化法是指利用Ca(OH)2與CO2碳化反應(yīng)得到CaCO3，由煅燒、消化、碳化、過濾、干燥等工序組成，是生產(chǎn)納米碳酸鈣的主流工藝，這中間既有加熱過程，又有冷卻過程，因此，為降低能耗，提高效益，生產(chǎn)過程中余熱利用與節(jié)能增效措施備受企業(yè)關(guān)注。
1、碳化法納米碳酸鈣生產(chǎn)主要耗能工序及能耗分析
?。?）煅燒工序
煅燒工序是石灰石在立窯中受熱分解過程，用燃料加熱（一般采用煙煤），使石灰石分解產(chǎn)生生石灰和二氧化碳，其燃料及石灰石成本占整個(gè)生產(chǎn)成本17%~20%左右，其中燃料消耗0.1~0.16t/t產(chǎn)品，占整個(gè)生產(chǎn)工藝燃料消耗的一半左右。
出窯氣體（主要是CO2和N2，分別占窯氣的三分之一和三分之二）溫度為200~250℃，經(jīng)過間壁式冷卻和洗滌凈化后，溫度降至45℃左右進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮成高濃度的CO2氣體后再經(jīng)過管外淋水冷卻（從200℃左右冷卻至55℃），送入碳化合成車間。
采用高效的煅燒設(shè)備，提高產(chǎn)能，降低單位能耗，提高二氧化碳的濃度，采取合理的冷卻和熱回收技術(shù)，以及降低壓縮機(jī)電耗是該工序節(jié)能降耗的主要途徑。
普通立窯煅燒工序?qū)ΩG氣有兩次間壁式冷卻過程，第一次是洗滌凈化前，該冷卻器可以預(yù)熱漿液或消化工序用熱水；第二段冷卻是將壓縮機(jī)出來的高壓氣體降溫，一般采用淋水蒸發(fā)冷卻方式。該工藝流程的兩次氣體冷卻過程余熱均可以回收利用。
?。?）消化（陳化）工序
石灰石經(jīng)過煅燒分解形成生石灰（CaO）和二氧化碳?xì)怏w后，生石灰進(jìn)入消化（陳化）工序并與水反應(yīng)形成石灰乳（Ca(OH)2），再進(jìn)行精制后進(jìn)入碳化工藝。
消化反應(yīng)本身雖然是個(gè)放熱反應(yīng)，但要獲得高活性的消化漿，需要有一定的溫度，較高的溫度還能提高石灰乳產(chǎn)率。研究表明，理想的消化溫度在80℃左右，采用適宜溫度（50~70℃）的熱水進(jìn)行消化有利于提高消化過程漿液質(zhì)量。由于消化耗水量并不大（一般灰水比），且對(duì)熱源品質(zhì)要求不高，可以利用廠區(qū)余熱資源對(duì)給水進(jìn)行預(yù)熱，有多種低溫余熱資源可選。
（3）碳化工序
在工藝流程中石灰乳Ca(OH)2與CO2在碳化設(shè)備中進(jìn)行的碳酸化反應(yīng)決定了納米碳酸鈣產(chǎn)品的品質(zhì)，因此碳化是納米碳酸鈣生產(chǎn)過程中最核心的一道工序。碳化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，其能耗主要取決于碳化技術(shù)。
目前，我國納米碳酸鈣的碳化生產(chǎn)工藝技術(shù)主要有間歇鼓泡碳化、連續(xù)噴霧碳化、超重力碳化、高剪切乳化碳化和膜分離碳化等，間歇鼓泡碳化法氣−液接觸時(shí)間長，易于控制晶型，可生產(chǎn)粒徑在20~200nm之間的碳酸鈣產(chǎn)品，操作要求相對(duì)簡單，設(shè)備投資少，是目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的一種碳化工藝，需要輔助以控制反應(yīng)溫度來控制結(jié)晶粒子的大小和粒徑分布，并且溫度控制較低（一般控制在25℃以下，需要冷凍水間壁式冷卻），使得碳化過程控制的能耗增加。
為了提高碳化合成速率，有采用增加攪拌裝置的間歇式攪拌鼓泡法等加快反應(yīng)進(jìn)程的改進(jìn)型間歇鼓泡式碳化工藝。按碳化溫度劃分主要有冷凍法（低溫）與非冷凍法（常溫或高于常溫），前者稱為低溫低濃碳化工藝，一般碳化溫度為15~25℃，包括了低溫間歇鼓泡式、低溫間歇攪拌式、低溫間歇超重力式、低溫間歇高剪切式、低溫膜分散微結(jié)構(gòu)式等；后者以常溫連續(xù)噴霧碳化法和高溫高濃非冷凍法碳化工藝為代表，一般碳化溫度不進(jìn)行控制，可在30~75℃，產(chǎn)品晶型與粒度通過不同模板劑進(jìn)行控制。
目前國內(nèi)外采用最多的工藝及設(shè)備還是低溫低濃間歇鼓泡式碳化法或攪拌式碳化法，中國還有常溫低濃噴霧連續(xù)碳化法、低溫低濃間歇式超重力碳化法，這些工藝均需要冷凍機(jī)將進(jìn)料石灰乳冷卻到25℃以下，能耗較高，采用傳統(tǒng)電制冷工藝制冷時(shí)，單位產(chǎn)品供冷耗電量為120~150kW·h/t，占整個(gè)生產(chǎn)工藝單位產(chǎn)品耗電量的20%左右。為了節(jié)約能耗，近幾年非冷凍碳化工藝正逐漸得到應(yīng)用推廣。
對(duì)于低溫碳化工序，節(jié)能的措施一是改進(jìn)碳化工序，降低冷凍降溫和表面處理工序漿液升溫能耗，二是考慮用低品位的余熱制冷替代高品位的電制冷方式。
（4）過濾與干燥工序
經(jīng)過碳化合成的漿液先經(jīng)過表面改性工藝，再經(jīng)過壓濾脫水過濾后進(jìn)入干燥工序。納米級(jí)碳酸鈣漿液經(jīng)過機(jī)械脫水后的濾餅往往含水率達(dá)30%~55%，進(jìn)行干燥后最終粉體含水在0.2%以下。選擇適宜過濾設(shè)備，可以降低濾餅含水率，繼而降低干燥能耗。過濾設(shè)備中上懸式離心機(jī)、板框壓濾機(jī)使用最廣，干燥設(shè)備則以帶式干燥機(jī)、盤式干燥機(jī)、管束干燥機(jī)、滾筒干燥機(jī)等居多，且多采用熱風(fēng)干燥形式，需配置熱風(fēng)爐。機(jī)械脫水主要消耗電能，而熱風(fēng)干燥的熱風(fēng)爐多以燃煤、燃油或燃?xì)鉃槿剂稀?br />
如果以燃煤為燃料，熱風(fēng)干燥燃料用量每噸產(chǎn)品需要消耗0.11~0.15t煤，約占整個(gè)工藝燃料用量的一半，提高熱風(fēng)爐能效，回收煙氣余熱，可以起到明顯的節(jié)能降耗作用；還可通過開發(fā)其他干燥工藝如真空脫水干燥等或者更高效的脫水及干燥設(shè)備及工藝降低干燥能耗。
此外，干燥機(jī)的排氣實(shí)際上是含碳酸鈣粉塵的水蒸氣與空氣混合潮氣，一般采用濕氣水膜收塵器或旋風(fēng)除塵器回收碳酸鈣，如果結(jié)合冷凝熱回收技術(shù)，可以將該部分余熱用于預(yù)熱表面處理前的漿液。
2、碳化法納米碳酸鈣生產(chǎn)的余熱資源梯級(jí)利用方案
余熱資源優(yōu)化利用原則及改造方案余熱資源優(yōu)化和梯級(jí)利用遵循以下原則：將中高溫余熱用于余熱制冷替代電制冷，將低溫余熱用于預(yù)熱消化用水和表面處理工序前的漿液?；谝陨显瓌t進(jìn)行如下余熱回收及梯級(jí)利用改造：
?。?）將來自立窯煙氣的125℃以上部分較高品質(zhì)的余熱、壓縮機(jī)出口125℃以上部分的壓縮窯氣余熱和熱風(fēng)爐出口煙氣的125℃以上部分較高品質(zhì)的余熱分別用氣水換熱器進(jìn)行余熱回收，產(chǎn)生三股120℃的熱水匯入雙效型溴化鋰制冷機(jī)組熱水入口聯(lián)箱，作為驅(qū)動(dòng)熱源，釋放熱量后降至68℃，再由循環(huán)泵輸送至上述兩個(gè)換熱器單元，形成熱水閉環(huán)；產(chǎn)生的冷凍水用于低溫碳化工藝；由于碳化工藝需要的冷凍水溫度可比普通空調(diào)供冷溫度高一些，可采用大溫差供冷機(jī)組，制冷機(jī)組運(yùn)行能效可以更高一些；
（2）將釋放高位熱的立窯出口煙氣、壓縮窯氣的低位余熱進(jìn)一步用來預(yù)熱消化用水（氣體溫度降至55℃左右），可以將消化用水溫度提高7~8℃；
?。?）熱風(fēng)爐出口煙氣釋放高位熱量后，溫度降至160℃左右，再進(jìn)入暖風(fēng)器預(yù)熱空氣，可以將干燥用熱風(fēng)從常溫升高至80℃，同時(shí)煙氣溫度降至110℃左右后排放；干燥用空氣從常溫升高至80℃后進(jìn)入熱風(fēng)爐出口的空氣加熱器，升溫至420~450℃后進(jìn)入烘干設(shè)備；
（4）來自碳化工藝的漿液先經(jīng)過溴化鋰?yán)鋮s系統(tǒng)的熱回收換熱器，可以將消化用水從常溫25℃左右預(yù)熱到36℃，分別進(jìn)入立窯出口余熱回收換熱器二段和壓縮窯氣余熱回收換熱器二段進(jìn)行再熱后，溫度升至43℃再進(jìn)表面處理工藝；
（5）熱風(fēng)干燥器出來的潮氣先經(jīng)過冷凝式換熱器釋放凝結(jié)熱后再進(jìn)入水膜除塵系統(tǒng)，潮氣冷凝熱用于預(yù)熱表面處理前的漿液（可以將漿液溫度提高35℃左右），這一改造的另一個(gè)好處是可以降低水膜除塵器的用水消耗（通過回收凝結(jié)水和降低潮氣進(jìn)入水膜除塵器的溫度），起到節(jié)水作用。
來源：涂愛民,王飛揚(yáng),莫遜,等.碳化法納米碳酸鈣生產(chǎn)過程的余熱利用與節(jié)能增效[J].新能源進(jìn)展,2019,7(06):542-547.
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