农产品加工业酵母废气处置新技术及应用

徐尧 卢国炜

（中钢集团天澄环保科技股份有限公司，武汉 430205）

0 引言

农产品加工业酵母主要为食品、药品、饲料、化肥等生产原料，我国是酵母生产的大国，占全球总产量的30%。在酵母发酵醪液处理过程中一般采用喷雾干燥工艺提炼出副产品糖粉，通过回收可以产生较好的经济效益。但传统喷雾干燥系统尾气均采用湿法水膜除尘工艺收集糖粉，净化效率低、排放浓度高，无法实现达标排放，且该工艺因净化效率低导致大量的糖粉排放到大气中，资源没有回收，造成浪费。同时，湿法工艺产生工业废水，消耗水资源，并伴生异味，严重影响了环境空气质量。因此，开发研究高效、经济的技术路线来合理处置并收集糖粉具有重要意义。本文通过对酵母烟气特征进行分析，从酵母烟气高效气固分离新装置、样机研制与热态试验，气流分布模拟3个方面进行研究，并对其工业化应用案例进行了介绍分析。

1 研究内容

1.1 酵母烟气特征分析

酵母烟气温度100~120℃，颗粒物质量浓度5~10 g/m3，湿度约35%，颗粒物的主要成分为蔗糖，属于易燃易爆粉体，分离后的糖粉堆积，流动性差，糖粉遇高温会软化粘壁，遇低温结露会潮解和溶解，因此干化净化的难度很大。

根据烟气的特征，所采用的气固分离装置必须满足以下要求：①净化效率高，应达到超低排放；②过滤阻力低，节能；③具备防爆、泄爆，防静电；④温度要求精准控制，高于露点20℃以上，低于糖粉软化温度150℃以下；⑤糖粉在除尘器内不堆积、易于流动。

1.2 酵母烟气高效气固分离新装置

针对上述废气的特点，采用了新的气固分离的除尘器结构形式——顶部垂直进风袋式除尘器[1]（中钢集团天澄环保科技股份有限公司的发明专利技术），见图1。

垂直进风袋式除尘器的工作原理是：含尘气体从顶部垂直进风管进入除尘器，通过芯管（收缩形百叶折流器）部分粉尘在速度和惯性的作用下直接沉降到灰斗，实现预除尘；同时，下降气体经百叶折转后以辐射状直接向滤袋区域扩散并过滤，这种流动方式克服了传统袋式除尘器气体流动过程中曲里拐弯，流动阻力大的缺点；过滤后的干净气体汇集到上箱体内部，最后从出风管排出；当运行后滤袋过滤阻力达到设定值时，控制系统发出指令，脉冲喷吹清灰装置开始工作，逐排喷吹清灰，滤袋表面的粉饼脱落并沉降到灰斗，最终从底部排灰口排出。

本新型装置的有益效果在于：能高效去除酵母烟气中的细颗粒物，或实现气固两相流的固体高效分离，与传统袋式除尘器相比，本装置结构更为简单，气流分布更加均匀，可显著降低过滤阻力和运行能耗，减少占地、钢耗量。

针对烟气的特殊性，优选了除尘器滤料，采用PTFE覆膜滤料，具有耐温260℃、耐酸碱腐蚀、耐水解、阻燃的特性。

对除尘器保温，对灰斗进行加热，防止结露。对除尘器工作温度和灰斗温度实施了精确控制，工作温度高于露点20℃以上，防止糖粉的融解；对灰斗加热温度设置了高温报警和连锁控制，防止糖粉的融解。

1.3 样机研制与热态试验

针对酵母类型的烟气，设计和制造了顶部垂直进风袋式除尘器样机，开展了除尘效率、设备阻力的热态试验，完成了性能测试，为成果转换和示范工程建设提供设计依据和经验。

试验装置的性能见表1，试验装置见图2。

表1 袋式除尘器规格参数

2017年10月热态试验装置投入运行，经过2年的热态试验和运行，装置性能稳定，运行可靠，经检测，颗粒物排放质量浓度2.4 mg/m3，设备阻力小于600 Pa，达到了超低排放，为示范工程和成果推广提供了依据和经验。试验检测数据见表2。

表2 有组织废气检测数据

图3为试验装置清灰前后设备压损的变化情况。由图3曲线可知，清灰前设备阻力1 000 Pa、清灰后设备阻力430~800 Pa（期间设备压损飙升至1 600 Pa左右，这是由烟气湿度大糊袋所至）。本系统运行的设备压损较传统结构袋式除尘器阻力低30%（传统袋式除尘器阻力约1 500 Pa）。

1.4 气流分布模拟研究

顶部垂直进风袋式除尘器的关键是进气芯管的气流分布均匀性，通过气流分布的模拟，探索芯管的最佳结构形式、锥度，叶片角度和数量等。

烟气从芯管进入袋式除尘器，芯管设计成锥形百叶窗式结构，百叶折板对气流进行分配，以实现布袋表面烟气负荷均匀。针对进气芯管的开孔率、折板角度、折板高度、折板层数以及芯管锥度等方面开展了气流分布计算机模拟研究。得出最佳的流场效果，正交实验因素和水平如表3所示。图4所示为模拟的折板层数对流场的影响。

表3 芯管设计参数及需要优化的水平

2 工业化应用

2.1 工程案例

示范工程于2018年5月底在安琪酵母（滨州）有限公司糖粉循环干燥除尘项目上建成（见图5），系统处理风量5.5万m3/h，投运后装置运行可靠，性能稳定，经检测颗粒物排放质量浓度为6.7~7.3 mg/m3，除尘器进出口压差变送器显示设备阻力600~700 Pa，单套装置年回收糖粉肥料增产约41.5 t/a，节水3.15万t/a，节电81 845 kW·h/a，系统稳定、运行可靠，用户给予了充分肯定和高度评价，实现了超低排放和节能运行，为农产品加工行业酵母烟气净化和资源回收提供了新技术支撑。

2.2 效益分析

2.2.1 经济效益

1）糖粉资源回收增产。采用新型顶部垂直进风袋式除尘器后酵母废气糖粉颗粒物排放量小于10 mg/m3，原湿法工艺糖粉颗粒物排放质量浓度为100 mg/m3左右，全年设备运行按350 d计算，年增产糖粉 资 源 初 步 计 算 为55 000×（100-10）×24×350天×10-9=41.48 t/a，按市场价格为1.25万元/t计单台设备每年可带来经济效益51.85万元/a。

2）节省水资源。新工艺使用干法除尘代替了湿法除尘工艺，原湿法工艺用水90 m3/d，设备使用全年按350 d计算，每年可节省用水3.15万t，工业用水按2.5元/t计算，单台设备每年可节省7.875万元。

3）节省工业用电。新型顶部垂直进风袋式除尘器阻力为700~1 000 Pa，原湿法工艺设备为1200~1 500 Pa，设备本体阻力平均降低500 Pa以上，可节省主电机轴功率为：

式中，N为功率，kW；Q为风量，m3/h；P为全压，Pa；为风机全压效率，取0.8；K为机械转动效率，取0.98。即每小时可节省55 000 m3/h×500 Pa/3 600/1 000/0.8/0.98=9.75 kW·h。设备使用全年按350 d计算，每年可节省用电81 845 kW·h，工业用电按0.556元（/kW·h）计算，单台设备每年可节省用电4.55万元。

2.2.2 社会效益

1）对科技进步促进作用。该项目攻克了传统湿法除尘工艺净化效率低、排放浓度高、运行能耗高、消耗水资源且产生二次污染的难题，在净化工艺和高效气固分离装置方面取得了创新突破，促进了农产品加工行业大气污染控制技术的进步。

2）解决农产品加工行业突出环境问题，环境效益显著。农产品加工过程中粉尘、异味超标是当前普遍存在的突出环境问题，经常遭到投诉。该成果及时提供了一种技术先进、节能显著、运行稳定的技术装备，以满足当前市场的迫切需求。成果的应用可使颗粒物排放质量浓度从50～100 mg/m3下降到10 mg/m3以下，运行能耗降低30%以上，可有效回收有用资源，增效、环保、节能效益显著。

3 结论

1）首创性采用顶部垂直进风袋式除尘器的方案，实现了该工艺烟气湿法洗涤改为干法过滤的“湿改干”工艺，有效回收了资源。

2）该新型顶部袋式除尘器采用了新结构，具有良好的气流分布，设备阻力比传统除尘设备降低30%，节能效果显著，符合市场需求及国家产业政策的发展方向。

3）实际工程案例表明，农产品加工业酵母废气净化采用顶部垂直进风布袋除尘工艺是有效、合理的处理方式，其工艺技术先进、可靠，不产生二次污染物，能满足国家及地方的环保要求，为农产品加工行业酵母烟气净化和资源回收提供了新的技术和装备支撑，社会、环境、经济效益显著。