大豆蛋白粉喷雾干燥塔尾气余热的回收与利用.pdf

大豆蛋白粉喷雾干燥塔尾气余热的回收与利用 伏渭娜赵景联 西安交通大学环境工程系， 西安 710049 摘要 针对大豆蛋白粉生产过程中喷雾干燥塔尾气温度较高， 有回收利用价值的现实， 也针对目前的节能需求， 对现有 的喷雾干燥塔的尾气排放部分进行改造， 设计一个片状空气预热器， 以利用高温的尾气与系统的进气做热交换， 实现 热量再利用， 降耗和提高蛋白粉产率的目的， 并对投资收益进行了分析。 关键词 蛋白粉;喷雾干燥塔;余热利用;片状预热器设计;节能 WASTE HEAT RECOVERY AND UTILIZATION OF TAIL GAS OF SPRAY DRYING TOWER FOR SOY PROTEIN POWDER Fu WeinaZhao Jinglian Department of Environmental Engineering，Xi’ an Jiaotong University，Xi’ an 710049，China AbstractFor the fact that temperature of the exhaust gas from the spray dryer during the process of soybean protein powder production is high and there is a value of recycling the heat，as well as the current demand of energy saving，a transation is done to the exhaust emissions of the existing spray drying tower. A sheet air preheater is designed，in which the high- temperature exhaust transfer the heat to the low-temperature air in the intake system，in this way， the heat can be reused by the way of heat exchange，consumption is reduced and the yield of protein powder is improved. Analysis of the investment and the income is also carried out. Keywordsprotein powder;spray drying tower;waste heat utilization;sheet preheater design;energy-saving 0引言 大豆生产蛋白粉常采用喷雾干燥塔进行喷雾干 燥。喷雾干燥几乎能实现瞬间脱水， 特别适用于干燥 大豆蛋白等热敏性物料 ［ 1- 2］。当喷雾干燥器对蒸煮后 的产品进行烘干时， 高压高温蒸汽在外夹套加热或内 管束加热空气， 通过高温空气对湿物料进行脱水干 燥， 在该过程中会产生一定湿度的高温尾气， 尾气的 主要组成成分为 空气、 水 蒸 气 和 一 定 含 量 的 蛋 白 粉 ［ 3］， 由于该尾气温度较高， 且颗粒物含量较高， 故 考虑回收其中热量， 并降低排放气体中颗粒物浓度。 本设计以山东新嘉华实业集团有限公司大豆蛋白 粉生产过程中喷雾干燥塔尾气为工程实例， 该尾气流 量为150 000 m3/h， 由于气量较大， 故分为两股， 按单股 80 000 m3/h 设计。尾气设计温度为 85 ℃， 蛋白粉含 量为 200 ～400 mg/m3。由于尾气温度较高， 且含有一 定含量的蛋白粉颗粒， 因此考虑对尾气中的热量和物 料进行回收利用， 以达到节能减排降耗的目的。 1节能方案 本设计的基本思路在于将大豆蛋白粉生产过程 中产生的尾气通过一个特殊的预热器， 将尾气的温度 传给在系统中经过处理的预热空气， 从而做到余热回 收。由于蛋白粉气体在降温过程中蛋白粉颗粒也会 凝结变大， 从而沉积下来而被收集， 既降低了排放尾 气中颗粒物的含量， 也提高了蛋白粉的产率， 从而达 到节能减排降耗的目的 ［ 4］。 1. 1改造前工艺流程 如图 1 所示为改造前蛋白粉生产中干燥工艺主 要流程。常温空气首先进入空气过滤器中除去杂质， 之后经鼓风机送入空气加热器， 在加热器中加热至高 温， 之后在喷雾干燥塔内与经高压泵输入的液料充分 接触， 高温空气将液料中的水分蒸发， 之后干燥的大 豆蛋白粉物料进入在喷雾干燥塔底部被收集， 之后喷 雾干燥塔出口处的尾气进入旋风分离器， 在旋风分离 器离心作用下， 尾气中部分大豆蛋白粉颗粒落入底 36 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 1过滤器;2鼓风机;3空气加热器;4喷雾干燥塔;5旋风分离器;6鼓风机 图 1改造前干燥工艺流程 部， 最后被收集， 从旋风分离器出来的尾气则通过风 机直接排入大气。 1. 2改造后工艺流程 图 2 为改造后蛋白生产的干燥工艺流程。与改 造前相比， 在末端旋风分离器与风机之间加入了一个 片状预热器， 预热器壳程走的是从旋风分离器出口出 来的高温蛋白粉气体， 管程走的是从空气过滤器过滤 的纯净空气， 两者通过换热之后， 蛋白粉尾气由于温 度降低颗粒变大， 在片状预热器内部沉积下来， 经过 一段时间， 清洗预热器内部即可回收此部分蛋白粉， 从而提高蛋白粉的收率。而在预热器管内走的空气 经过预加热后温度升高， 在加热器中进一步加热至所 需温度， 同时又降低了空气预热器的耗能。从预热器 出来的尾气中的颗粒物浓度会进一步降低， 符合生产 过程中减排的宗旨。 1过滤器;2鼓风机;3空气加热器;4喷雾干燥塔;5旋风分离器;6片状预热器;7风机 图 2改造后干燥工艺流程 2预热器的选型与设计 2. 1预热器的选型 片状空气预热器采用扩展受热面技术强化传热， 传热系数高、 重量轻、 体积小。与普通列管式换热器 相比， 可以减少省煤器布置空间， 减少承压钢材耗量。 根据需要可以适当增加换热面积， 降低排烟温度， 且 投资较小。图 3 为片状管的结构示意图。 图 3片状管的构造示意 2. 2预热器的设计 2. 2. 1传热量 计 算 所 需 传 热 量 为 2 281 752kJ/h，即 633. 82 kW［ 5］。 2. 2. 2传热面积的确定 F Q KΔT 633. 82 79 10 －3 34. 8 230 m2 管子根数 Z F Fo 230 0. 47 489 根 ， 取为 540 根。 2. 2. 3预热器管束的列数和排数 一根管空气流通面积 fa 0. 011 3 m2， 蛋白粉侧 流通面积 ff 0. 126 m2， 预热器管束的列数计算所得 结果为 26. 5 根， 取为 27 根 ［ 5］。 46 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 空气一个行程的管束 Z′， 其计算结果为 4. 7 排， 取为 5 排。预热器空气的行程数为 4。 3预热器功率校核 对于片状预热器， 一般用经验公式计算其阻力 损失。 3. 1空气侧压降 Δh a 0. 3 9. 8 102 308 273 2 663 Pa 3. 2蛋白粉空气侧压降 Δh f 0. 0145 9. 8 5 3 25 343 273 36 Pa 4投资与收益分析 1投资 预计投资为 60 万元。主要的投资是片 状预热器的加工 费用， 其 他 包 括 部 分 管 道 及 安 装 费用 ［ 6］。 2收 益 由 计 算 可 知， 加 装 预 热 器 后 能 节 省 633. 82 kW 的能量， 按 1 年 300 个工作日 计总节省 的能源为16 428 614. 4 MJ。将它转换成标准煤的 效益， 标煤的热值为29 400 MJ/t， 收益为558 796元。 蛋白粉颗粒聚集在预热器内部也会被收集， 假如尾气 中有 60 的蛋白粉颗粒被在预热器内聚集而收集下 来， 则可增收蛋白粉 324t/a， 计人民币 220 万元。且 经过预热器后排放的的尾气颗粒物浓度降低至 120 mg/m3。由此可见， 在不到一年的时间就可以收回投 资， 且盈利 215. 88 余万元， 第二年起就可每年净盈利 275. 88 余万元。 对于一台折旧年限在 10 年以上的空气预热器， 在它的生命周期里， 这样的改造所得到的经济、 社会、 环境效益相当可观。 参考文献 ［1 ］ 王钰， 程涛， 宋恒祥， 等 . 大豆分离蛋白的生产工艺［J］ . 中国 乳品业， 2002 5 110- 112. ［2 ］ 岳莉. 大 豆 蛋 白 的 加 工 及 其 利 用［J］ . 甘 肃 科 技， 2005 5 166- 167. ［3 ］ 章其鸽. 喷雾干燥塔的尾气余热回收［J］ . 化学工程师， 2008 6 45- 46. ［4 ］ 胡前， 梁少华. 5 000 t/a 大豆分离蛋白喷雾干燥塔的设计及结 构［J］ . 中国油脂， 2006 9 19- 21. ［5 ］ 章成骏. 空气预热器原理与计算［M］ . 上海 同济大学出版社， 1995 100- 150. ［6 ］ 王建平， 王清. 20 kt/a 硫酸装置的余热回收与尾气治理［J］ . 磷 肥与复肥， 1999 3 32- 33. 作者通信处伏渭娜710049陕西省西安市咸宁西路 28 号西安 交通大学 1620 信箱 E- mail4winner gmail. com 2010 － 01 － 25 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 小知识 全球气候变暖的危害 全球变暖继续下去， 意味着今天在地球上生活的许多植物和动物 包括我们 可能会面临生存危机， 意味 着更严重的干旱和洪水， 意味着冰川融化、 海平面上升、 城市淹没 自然生态系统及自然物理过程的各领域对各气候要素都有一个适应的范围， 如果气候变化导致某要素超 出该适应范围， 就会给自然生态系统带来不利影响。分析资料显示， 气候变化将会使动植物的生长期、 地理分 布以及物种组成发生重大改变， 并且会使生物多样性减少， 特别是一些脆弱物种灭绝的风险增大， 随着气候变 化的深入， 如果缺乏适当的管理， 会有更多的物种灭绝或进入 “濒危和脆弱” 的行列。 对水资源和农业的影响 气候变化所引起的降水变化以及极端天气频率的增加将导致地表径流、 旱涝灾害频率和一些地区的水质 等发生变化， 特别是水资源供求矛盾将更为突出， 许多受水资源胁迫国家的水短缺问题会更加剧。 而农业是对气候变化反应最为敏感的系统之一， 气候变化可能会引起农业生产的不稳定性增加， 产量波动 大， 农业生产布局和结构出现变动， 农业生产条件改变， 农业成本和投资大幅度增加等。 对人类社会的影响 气候变暖造成冰川融化和海平面上升， 这将直接威胁到低海拔地区的小岛国以及沿海城市的安全。另外全 球变暖增加了酷热、 飓风、 水涝、 干旱等极端天气出现的频率， 也极大地威胁了人类社会生产和生活的安全。 气候变化还可能造成传染性疾病增加， 危害人体健康。一些靠病菌、 食物和水传播的传染性疾病对气候状 况变化十分敏感。气候变化将伴随热浪的产生， 空气湿度和污染程度会有一定的增加， 可能造成与热浪有关的 死亡率増加和流行病的产生。 56 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期