淺析甜菜顆粒粕尾氣回收與節(jié)能改造

□ 許德禮

（包頭市敕勒川糖業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014100）

甜菜粕是甜菜經(jīng)過浸出蔗糖后的物質(zhì)，在糖廠一般稱為廢粕，經(jīng)過壓榨干燥后得到干粕內(nèi)含纖維、蛋白質(zhì)、果膠質(zhì)，少量的蔗糖、果糖等，是反芻動(dòng)物的優(yōu)質(zhì)飼料。

經(jīng)過壓榨后的濕粕稱為壓榨粕，干物質(zhì)一般為25%～27%，為了便于存儲，需要用烘干的方法將壓榨粕的干物質(zhì)提高到86%～88%，便于運(yùn)輸再將干粕壓縮造成顆粒，在糖廠一般稱為顆粒粕。本項(xiàng)目改造的目的是增加換熱裝置，合理利用外排蒸汽的余熱，將冷凝水回收二次利用。

一、壓榨粕的干燥過程

一般是使用燃燒爐燃燒標(biāo)煤或天然氣產(chǎn)生970℃高溫，產(chǎn)生的熱能用流動(dòng)空氣作為載體，直接與壓榨粕表面相接觸，換熱效率較高。壓榨粕在旋轉(zhuǎn)的干燥爐中不斷上下翻動(dòng)，熱空氣的流動(dòng)方向與壓榨粕的運(yùn)動(dòng)方向相同，這樣干燥的好處是干燥介質(zhì)的溫度高，被干燥物質(zhì)的含水量大，能迅速使壓榨粕中的水分被蒸發(fā)出來，而且碎小的壓榨粕不會(huì)焦化燃燒，隨著水分的蒸發(fā)，干燥介質(zhì)的溫度降低，被干燥物含水降低。在干燥器出口，壓榨粕水分的12%～14%被排出。

二、壓榨粕干燥過程的能源消耗

干燥過程中，空氣加熱器為了燃燒需氧量，而提高進(jìn)風(fēng)流速導(dǎo)致燃燒火線長，有部分火焰直接和壓榨粕接觸造成微小顆粒燃燒碳化，影響產(chǎn)品產(chǎn)量增加能耗；二次進(jìn)風(fēng)量高導(dǎo)致部分天然氣燃燒不完全，部分進(jìn)入干燥器內(nèi)使干燥器內(nèi)產(chǎn)生爆燃現(xiàn)象，致使能耗增加，產(chǎn)生安全隱患；二次進(jìn)風(fēng)量高導(dǎo)致在干絲出口取樣時(shí)，干絲表面潮濕，水分難以控制，而且未降低能耗。

（一）現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)

（1）處理量（A壓榨粕）37t/h，壓榨粕進(jìn)口溫度（t1）30℃，壓榨干物質(zhì)（G壓榨）27%。

（2）進(jìn)CH4流量（G燃?xì)猓?817m3/h。

（3）在室溫25℃時(shí)，一次助燃鼓風(fēng)流量（G一次助燃）13595m3/h（室內(nèi)空氣），二次風(fēng)補(bǔ)充流量（G二次助燃）18160m3/h（外排蒸汽），合計(jì)（G合計(jì)）：31755m3/h。

（4）二次進(jìn)風(fēng)量（G二次進(jìn)風(fēng)）：生產(chǎn)中二次進(jìn)風(fēng)量為總進(jìn)風(fēng)量的60%，在總進(jìn)風(fēng)量為456773m3/h時(shí)，二次進(jìn)風(fēng)量為45677×0.6=27402（m3/h）。

（5）燃爐出風(fēng)溫度762℃，爐膛壓力-137Pa。

（6）爐膛溫度970℃，二次循環(huán)風(fēng)溫度99℃。

（7）物料出口溫度97℃，出口干絲含水（G干絲）14%。

（二）相關(guān)數(shù)據(jù)分析

（1）在不考慮空氣含水（室溫25℃時(shí)，相對濕度30%，飽和空氣含水7.23g/m3）。

（2）天然氣密度（ρ天然氣）；0.7174Kg/m3，空氣密度（ρ空氣）：標(biāo)準(zhǔn)1.293kg/m3。氧氣密度（ρ氧氣標(biāo)）1.429kg/m3。當(dāng)?shù)睾０胃叨?90m，空氣密度（ρ當(dāng)?shù)乜諝猓?.293×0.903=1.168kg/m3。氧氣密度（ρ當(dāng)?shù)匮鯕猓?.429×0.903=1.291（Kg/m3），含氧濃度21%。

（3）天然氣的燃燒熱量：8000～10000kcal/m3

（4）每小時(shí)產(chǎn)生的水量與所需的空氣量：

百噸壓榨粕蒸發(fā)水分（W1）：

W1=100-G壓榨-G干絲=100-27-14=59﹙噸﹚

每小時(shí)蒸發(fā)水分（W2）：

W2=W1÷（100/A壓榨粕）=59÷（100/37）=21.85﹙噸水/小時(shí)﹚。

1m3天然氣所需的空氣體積數(shù)：

［﹙64÷1.291﹚÷﹙16÷0.717﹚］÷21%＝10.57

實(shí)際燃燒需要的空氣量（G1）：

1817×10.58＝19205.69（m3）

燃燒產(chǎn)生的水（W3）：

W3=﹙36÷16﹚×G燃?xì)狻力烟烊粴狻?000=﹙36÷16﹚×1817×0.717÷1000=2.931﹙噸﹚

需要蒸發(fā)水量總和（W4）：

W4=W3+W2=2.931+21.85=24.781﹙噸﹚

完全燃燒需要補(bǔ)充的空氣量（G2）：

G2=G1-G一次助燃=19205-13595＝5610（m3）

如果排出蒸汽溫度為100℃則達(dá)到蒸汽飽和不析出水則需空氣量（G3）：

G3=W4÷含水率=﹙24.781×106）÷580.6＝42681.7（m3）

實(shí)際進(jìn)入的空氣量（G3）：

G3=G合計(jì)+G二次進(jìn)風(fēng)=31755＋27402.6＝59157.6（m3）

因干燥器內(nèi)是負(fù)壓，實(shí)際引風(fēng)機(jī)排出量我們乘以1.1的系數(shù)：

G3=59157×1.1＝61897.2（m3）

假設(shè)從引風(fēng)機(jī)循環(huán)回的風(fēng)是飽和蒸汽，則在出口處蒸汽的含水實(shí)際值為：

［24.781＋﹙18160＋27402﹚×0.5806×10-3］×106÷61897.2＝827.70（g/m3）

由于在干燥器前部溫度較高，空氣攜帶水分能力較強(qiáng)，隨著溫度的降低，必定有部分水分析出。

在出口處返回到菜絲水分：827.7－580.6＝247.1（g/m3）

從計(jì)算結(jié)果來看，我們的假設(shè)是正確的，即使引風(fēng)機(jī)循環(huán)風(fēng)蒸汽含水開始不飽和，循環(huán)幾個(gè)周期后仍要達(dá)到飽和狀態(tài)。通過計(jì)算，我們基本找到了問題的根源，由于一次助燃風(fēng)量不足，部分燃?xì)鉀]有完全燃燒，等到二次風(fēng)機(jī)吹進(jìn)的風(fēng)中有部分氧氣時(shí)，使得燃燒推遲，有部分在干燥機(jī)內(nèi)燃燒菜絲直接被碳化。由于總風(fēng)量的不足，使得部分水分由于過飽和在出口處又返回的菜絲表面，這也是為什么菜絲里面干外邊潮濕的原因。

三、甜菜顆粒粕尾汽回收節(jié)能改進(jìn)措施

通過分析，從引風(fēng)機(jī)排出的蒸汽含有大量熱能，可以通過換熱的方式回收利用，這樣就解決了二次風(fēng)中含水過大和含氧不足的問題。

（一）節(jié)能改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

（1）從旋風(fēng)除塵器到引風(fēng)機(jī)中間加一組換熱器，被換熱介質(zhì)使用室內(nèi)空氣，加一根1m的引風(fēng)管接到一次鼓風(fēng)機(jī)入口，換熱后空氣溫度達(dá)到50℃，風(fēng)流量20000～25000m3/h。

（2）從引風(fēng)機(jī)出口加一組換熱器，被換熱介質(zhì)使用室內(nèi)空氣，使用原來1.2m管路引到二次鼓風(fēng)機(jī)入口，換熱后空氣溫度40～50℃，風(fēng)流量30000～35000m3/h。

（3）蒸汽冷凝水通過汽水分離器分離后用泵送至高位熱水箱經(jīng)過濾后給車間使用。

（4）換熱器在滿足換熱溫度的情況下，還必須保證通過足夠的風(fēng)量。

（二）換熱面積計(jì)算

換熱介質(zhì)采用鋁板，導(dǎo)熱系數(shù)237W/（m·k），鋁板厚度0.5mm。空氣比重m=1.168kg/m3，空氣比熱容C=1.003kJ/kg·K，排汽溫度100℃，換熱后溫度80℃，

二級加熱溫度80℃，換熱后出風(fēng)溫度50℃。進(jìn)風(fēng)溫度25℃，出風(fēng)溫度50℃。

一次風(fēng)換熱后需要的熱量（Q1）：

Q1=19205.69×1.003×1.168×﹙50-25﹚＝562488﹙kJ﹚

二次風(fēng)換熱后需要的熱量（Q2）：

Q2=﹙42681.7－19205.69﹚×1.003×1.168×﹙50-25﹚＝687556﹙kJ﹚

按平均法計(jì)算溫差（Δt）

Δt1＝［﹙100－50﹚＋﹙80－25﹚］÷2＝57.5℃

Δt2＝［﹙80－50﹚＋﹙50－25﹚］÷2＝27.5℃

K=1/﹙1/AW+δ/λ+1/AN﹚

查表：AW=1000，外面熱交換系數(shù)（W/m2℃S）；AN=30，內(nèi)面熱交換系數(shù)（W/m2℃S），δ＝0.005，壁厚（m），λ=237介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)（W/m℃S）。

K=29

一級加熱需要換熱面積：

A1=Q1÷﹙K×Δt1﹚=562488×1000÷29÷57.5÷3600＝94（m2）

二級加熱需要換熱面積：

A2=Q2÷﹙K×Δt2﹚=687556×1000÷29÷27.5÷3600＝240（m2）

考慮到以后處理量達(dá)到55t/h要求，換熱面積需加大。

一級加熱修正后換熱面積：94×55÷37＝140（m2）

二級加熱修正后換熱面積：240×55÷37=366（m2）

節(jié)約燃?xì)饬浚憨v562488﹢687556﹚÷4.2÷8000=37.2（m3/h）

一天節(jié)約燃?xì)饬浚?7.2×24＝892.8（m3）

一個(gè)榨期按100天計(jì)算，每立方天然氣按2.5元。

全期可節(jié)約成本：892.8×100×2.5＝22.32﹙萬元﹚

通過技術(shù)改造減少了總進(jìn)風(fēng)量，使用的燃?xì)庖蚕鄳?yīng)減少，產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。同時(shí)回收的大量熱水，企業(yè)的生產(chǎn)成本降低，提高了經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭力。