浅析甜菜颗粒粕尾气回收与节能改造

□ 许德礼

（包头市敕勒川糖业有限责任公司，内蒙古 包头 014100）

甜菜粕是甜菜经过浸出蔗糖后的物质，在糖厂一般称为废粕，经过压榨干燥后得到干粕内含纤维、蛋白质、果胶质，少量的蔗糖、果糖等，是反刍动物的优质饲料。

经过压榨后的湿粕称为压榨粕，干物质一般为25%～27%，为了便于存储，需要用烘干的方法将压榨粕的干物质提高到86%～88%，便于运输再将干粕压缩造成颗粒，在糖厂一般称为颗粒粕。本项目改造的目的是增加换热装置，合理利用外排蒸汽的余热，将冷凝水回收二次利用。

一、压榨粕的干燥过程

一般是使用燃烧炉燃烧标煤或天然气产生970℃高温，产生的热能用流动空气作为载体，直接与压榨粕表面相接触，换热效率较高。压榨粕在旋转的干燥炉中不断上下翻动，热空气的流动方向与压榨粕的运动方向相同，这样干燥的好处是干燥介质的温度高，被干燥物质的含水量大，能迅速使压榨粕中的水分被蒸发出来，而且碎小的压榨粕不会焦化燃烧，随着水分的蒸发，干燥介质的温度降低，被干燥物含水降低。在干燥器出口，压榨粕水分的12%～14%被排出。

二、压榨粕干燥过程的能源消耗

干燥过程中，空气加热器为了燃烧需氧量，而提高进风流速导致燃烧火线长，有部分火焰直接和压榨粕接触造成微小颗粒燃烧碳化，影响产品产量增加能耗；二次进风量高导致部分天然气燃烧不完全，部分进入干燥器内使干燥器内产生爆燃现象，致使能耗增加，产生安全隐患；二次进风量高导致在干丝出口取样时，干丝表面潮湿，水分难以控制，而且未降低能耗。

（一）现场生产数据

（1）处理量（A压榨粕）37t/h，压榨粕进口温度（t1）30℃，压榨干物质（G压榨）27%。

（2）进CH4流量（G燃气）1817m3/h。

（3）在室温25℃时，一次助燃鼓风流量（G一次助燃）13595m3/h（室内空气），二次风补充流量（G二次助燃）18160m3/h（外排蒸汽），合计（G合计）：31755m3/h。

（4）二次进风量（G二次进风）：生产中二次进风量为总进风量的60%，在总进风量为456773m3/h时，二次进风量为45677×0.6=27402（m3/h）。

（5）燃炉出风温度762℃，炉膛压力-137Pa。

（6）炉膛温度970℃，二次循环风温度99℃。

（7）物料出口温度97℃，出口干丝含水（G干丝）14%。

（二）相关数据分析

（1）在不考虑空气含水（室温25℃时，相对湿度30%，饱和空气含水7.23g/m3）。

（2）天然气密度（ρ天然气）；0.7174Kg/m3，空气密度（ρ空气）：标准1.293kg/m3。氧气密度（ρ氧气标）1.429kg/m3。当地海拔高度990m，空气密度（ρ当地空气）1.293×0.903=1.168kg/m3。氧气密度（ρ当地氧气）：1.429×0.903=1.291（Kg/m3），含氧浓度21%。

（3）天然气的燃烧热量：8000～10000kcal/m3

（4）每小时产生的水量与所需的空气量：

百吨压榨粕蒸发水分（W1）：

W1=100-G压榨-G干丝=100-27-14=59﹙吨﹚

每小时蒸发水分（W2）：

W2=W1÷（100/A压榨粕）=59÷（100/37）=21.85﹙吨水/小时﹚。

1m3天然气所需的空气体积数：

［﹙64÷1.291﹚÷﹙16÷0.717﹚］÷21%＝10.57

实际燃烧需要的空气量（G1）：

1817×10.58＝19205.69（m3）

燃烧产生的水（W3）：

W3=﹙36÷16﹚×G燃气×ρ天然气÷1000=﹙36÷16﹚×1817×0.717÷1000=2.931﹙吨﹚

需要蒸发水量总和（W4）：

W4=W3+W2=2.931+21.85=24.781﹙吨﹚

完全燃烧需要补充的空气量（G2）：

G2=G1-G一次助燃=19205-13595＝5610（m3）

如果排出蒸汽温度为100℃则达到蒸汽饱和不析出水则需空气量（G3）：

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

实际进入的空气量（G3）：

G3=G合计+G二次进风=31755＋27402.6＝59157.6（m3）

因干燥器内是负压，实际引风机排出量我们乘以1.1的系数：

G3=59157×1.1＝61897.2（m3）

假设从引风机循环回的风是饱和蒸汽，则在出口处蒸汽的含水实际值为：

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

由于在干燥器前部温度较高，空气携带水分能力较强，随着温度的降低，必定有部分水分析出。

在出口处返回到菜丝水分：827.7－580.6＝247.1（g/m3）

从计算结果来看，我们的假设是正确的，即使引风机循环风蒸汽含水开始不饱和，循环几个周期后仍要达到饱和状态。通过计算，我们基本找到了问题的根源，由于一次助燃风量不足，部分燃气没有完全燃烧，等到二次风机吹进的风中有部分氧气时，使得燃烧推迟，有部分在干燥机内燃烧菜丝直接被碳化。由于总风量的不足，使得部分水分由于过饱和在出口处又返回的菜丝表面，这也是为什么菜丝里面干外边潮湿的原因。

三、甜菜颗粒粕尾汽回收节能改进措施

通过分析，从引风机排出的蒸汽含有大量热能，可以通过换热的方式回收利用，这样就解决了二次风中含水过大和含氧不足的问题。

（一）节能改进设计方案

（1）从旋风除尘器到引风机中间加一组换热器，被换热介质使用室内空气，加一根1m的引风管接到一次鼓风机入口，换热后空气温度达到50℃，风流量20000～25000m3/h。

（2）从引风机出口加一组换热器，被换热介质使用室内空气，使用原来1.2m管路引到二次鼓风机入口，换热后空气温度40～50℃，风流量30000～35000m3/h。

（3）蒸汽冷凝水通过汽水分离器分离后用泵送至高位热水箱经过滤后给车间使用。

（4）换热器在满足换热温度的情况下，还必须保证通过足够的风量。

（二）换热面积计算

换热介质采用铝板，导热系数237W/（m·k），铝板厚度0.5mm。空气比重m=1.168kg/m3，空气比热容C=1.003kJ/kg·K，排汽温度100℃，换热后温度80℃，

二级加热温度80℃，换热后出风温度50℃。进风温度25℃，出风温度50℃。

一次风换热后需要的热量（Q1）：

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

二次风换热后需要的热量（Q2）：

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

按平均法计算温差（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，外面热交换系数（W/m2℃S）；AN=30，内面热交换系数（W/m2℃S），δ＝0.005，壁厚（m），λ=237介质导热系数（W/m℃S）。

K=29

一级加热需要换热面积：

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

二级加热需要换热面积：

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

考虑到以后处理量达到55t/h要求，换热面积需加大。

一级加热修正后换热面积：94×55÷37＝140（m2）

二级加热修正后换热面积：240×55÷37=366（m2）

节约燃气量：﹙562488﹢687556﹚÷4.2÷8000=37.2（m3/h）

一天节约燃气量：37.2×24＝892.8（m3）

一个榨期按100天计算，每立方天然气按2.5元。

全期可节约成本：892.8×100×2.5＝22.32﹙万元﹚

通过技术改造减少了总进风量，使用的燃气也相应减少，产品质量得到保证。同时回收的大量热水，企业的生产成本降低，提高了经济效益，增强了企业的市场竞争力。