提高噴霧干燥熱效率的方法

文/劉殿宇

（華禹乳品機(jī)械制造有限公司）

提高噴霧干燥熱效率的方法

文/劉殿宇

（華禹乳品機(jī)械制造有限公司）

噴霧干燥應(yīng)用廣泛，但其熱效率較低，僅53%左右。如何提高噴霧干燥的熱效率，是人們普遍關(guān)心的話題，也是研究者不斷探索的課題，就此進(jìn)行闡述。

噴霧干燥系統(tǒng)；熱效率；途徑

噴霧干燥應(yīng)用廣泛，噴霧干燥的熱效率并不高，其熱效率只有53%左右，如何提高噴霧干燥的熱效率，是人們普遍關(guān)心的話題，也是研究者不斷探索的課題，僅以RGYP01-500型噴霧干燥系統(tǒng)在奶粉生產(chǎn)中的應(yīng)用為例進(jìn)行闡述。

1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

生產(chǎn)能力：500 kg/h；物料介質(zhì)：濃縮后牛奶；進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)：40%；進(jìn)料溫度：40～45 ℃；環(huán)境相對(duì)濕度：70%；環(huán)境溫度：20 ℃；進(jìn)風(fēng)溫度：160～170 ℃；排風(fēng)相對(duì)濕度：80%；排風(fēng)溫度：85 ℃；出粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)：97.5%。

本噴霧干燥系統(tǒng)采用單級(jí)袋濾器捕粉，利用空氣加熱器產(chǎn)生的冷凝水對(duì)進(jìn)風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，干燥塔、進(jìn)風(fēng)排風(fēng)管道及袋濾器全部進(jìn)行保溫絕熱處理，保溫層厚度為200、100、60 mm。

2 噴霧干燥的熱效率

噴霧干燥的熱效率不高，只有53%左右，如何提高噴霧干燥的熱效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的是每個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都面臨的問(wèn)題。就噴霧干燥而言，提高噴霧干燥的熱效率要從以下3 個(gè)方面進(jìn)行考慮：一是充分利用冷凝水的余熱；二是充分利用排風(fēng)中的余熱；三是優(yōu)化噴霧干燥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使之趨于更加合理。

空氣在干燥塔之熱效率ηn，為空氣在干燥塔內(nèi)所放出熱量qe與空氣在干燥過(guò)程中所獲得的熱量q0之比值，即：

由熱量衡算得知，空氣經(jīng)過(guò)加熱器時(shí)所獲得的熱量為q0：

其中，式中：H0為進(jìn)風(fēng)機(jī)環(huán)境濕度，單位為kg/kg；t0、t1為空氣加熱前后的溫度，單位為K。

而空氣通過(guò)干燥塔時(shí)，溫度由t1降至t2。所放出的熱量為qe：

式中：t2為熱風(fēng)離開干燥塔溫度，單位為K。

因此熱效率為：

本例干空氣質(zhì)量L=6.14 kg/s，H0=0.009 kg/kg，t0=293K，t1=433K，t2=358K

2.1 利用空氣加熱器冷凝水對(duì)進(jìn)風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱

本例飽和蒸汽耗量為1 121.5 kg/h（計(jì)算略），將空氣加熱器中產(chǎn)生的冷凝水回收，利用空氣加熱器對(duì)進(jìn)風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱。假定進(jìn)風(fēng)經(jīng)預(yù)熱其溫度由20 ℃提升至30 ℃，預(yù)熱所需要的熱量計(jì)算公式為：

打破單純以課堂考試結(jié)果評(píng)價(jià)學(xué)生的傳統(tǒng)做法，建立突出學(xué)生職業(yè)素質(zhì)的頂崗實(shí)習(xí)全程評(píng)價(jià)、校企多元考核的開放性評(píng)價(jià)體系（圖2所示）。將企業(yè)內(nèi)部人力資源管理機(jī)制融入到對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，實(shí)現(xiàn)在真正的職業(yè)環(huán)境中學(xué)生評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)與生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)及要素的全方位結(jié)合。突出能力導(dǎo)向，將能力訓(xùn)練、知識(shí)學(xué)習(xí)、素質(zhì)培養(yǎng)與職業(yè)技能鑒定相結(jié)合，體現(xiàn)頂崗實(shí)習(xí)評(píng)價(jià)的多元性和開放性，對(duì)頂崗實(shí)習(xí)學(xué)生進(jìn)行綜合的考核和評(píng)定[1]。

Q=1 121.5×4.19751×（90-40）=235 375.37 kJ/h（取進(jìn)出口平均比熱容）

預(yù)熱進(jìn)風(fēng)所需要的冷凝水量計(jì)算公式為：

G×4.19751（90-40）=22 104×1.005×（30-20）（取進(jìn)出口平均比熱容）

得出G=1 058.46 kg/h。

由于實(shí)際冷凝水量為1 121.5 kg/h，因此冷凝水量足夠。

再計(jì)算預(yù)熱后干燥塔的熱效率為：

2.2 利用排風(fēng)所帶出的余熱對(duì)進(jìn)風(fēng)預(yù)熱

噴霧干燥排風(fēng)溫度一般在85 ℃左右，甚至?xí)?，將排風(fēng)帶出的熱量回收，預(yù)熱進(jìn)風(fēng)使進(jìn)風(fēng)溫度提高，即采用間壁列管式換熱器，利用排風(fēng)中的余熱對(duì)進(jìn)風(fēng)加以預(yù)熱，可提高進(jìn)風(fēng)溫度，起到節(jié)能降耗的作用。過(guò)去曾有應(yīng)用，但造價(jià)、使用維護(hù)等問(wèn)題一直存在，到目前，這部分能源并沒(méi)有得到很好的利用。本例把進(jìn)風(fēng)溫度為30 ℃（經(jīng)冷水預(yù)熱后溫度）預(yù)熱至45 ℃，其計(jì)算過(guò)程如下。

2.2.1 預(yù)熱所需熱量估算

Q=GC（t1-t0）

式中：Q為熱量，單位為kJ/h；G為空氣質(zhì)量，單位為kg/h，這里G=22 104 kg/h；C為進(jìn)出口的定壓平均比熱容，單位為kJ/kg·℃，C=1.005 kJ/kg·℃；t0、t1為進(jìn)出口溫度，單位為℃，這里t0=30℃，t1=45 ℃。

根據(jù)公式計(jì)算：Q=GC（t1-t0）=22 104×1.005×（45-30）=333 217.8 kJ/h。

2.2.2 換熱面積計(jì)算

所需要換熱面積按下式計(jì)算：

式中：F為換熱面積，單位為m2；Q為加熱熱量，這里Q=333 217.8 kJ /h；K為傳熱系數(shù)，單位為kcal/m2·h·℃，這里K=25 kcal/m2·h·℃；Δtm為傳熱溫差，單位為℃；按對(duì)數(shù)溫差求傳熱溫差，逆流：85℃→65℃，45℃↖30℃；Δt1=85-45=40（℃），Δt2=65-30=35（℃）。因此，

Δtm=ψΔtΔt=0.89×37.44=33.3（℃）（這里溫度修正系數(shù)ψΔt=0.89）。

最后計(jì)算換熱面積為：

（這里傳熱系數(shù)K=104 kcal/m2·h·℃）。

回收排風(fēng)的余熱后其熱效率為：

其次，噴霧干燥系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也是體現(xiàn)節(jié)能降耗的關(guān)鍵。如干燥塔的生產(chǎn)能力、進(jìn)排風(fēng)機(jī)及空氣加熱器等的選擇是否合理，以及絕熱效果如何，這些都關(guān)系到噴霧干燥的能耗問(wèn)題。所以優(yōu)化噴霧干燥的設(shè)計(jì)也是節(jié)能減排的關(guān)鍵。

3 余熱回收應(yīng)注意的問(wèn)題及解決方法

從應(yīng)用看，還有很多噴霧干燥系統(tǒng)這兩項(xiàng)余熱并沒(méi)有得到回收利用，尤其是排風(fēng)中的余熱回收在實(shí)際應(yīng)用就更少。排風(fēng)余熱回收曾有應(yīng)用，但由于受造價(jià)、制造廠家的引導(dǎo)及應(yīng)用中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，最終沒(méi)有得到很好的應(yīng)用。回收排風(fēng)中的余熱，主要存在的問(wèn)題是預(yù)熱器的結(jié)垢問(wèn)題，排風(fēng)攜帶極少的粉塵長(zhǎng)期經(jīng)過(guò)預(yù)熱器，就會(huì)在換熱管管壁產(chǎn)生垢層，時(shí)間久了就會(huì)阻礙傳熱。解決方法是，定期對(duì)換熱管進(jìn)行檢查、清洗，清洗的方法是配制一定濃度的NaOH或HNO3溶液進(jìn)行浸泡，后借助人工方法進(jìn)行清洗或清理。

4 結(jié)論

從上述計(jì)算可看出，回收排風(fēng)中的余熱所需要的管式換熱器換熱面積較大，占用空間也較大，造價(jià)也比沒(méi)有余熱回收的高，再加上設(shè)計(jì)制造單位沒(méi)有正確引導(dǎo)等導(dǎo)致當(dāng)前噴霧干燥系統(tǒng)熱利用率仍然較低。從長(zhǎng)期應(yīng)用看，采用余熱回收是一項(xiàng)節(jié)能減排的最佳途徑。

[1] 劉殿宇. 噴霧干燥塔余熱回收新設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)乳業(yè)，2007（1）：47-49.

[2] 劉殿宇. 空氣相對(duì)濕度對(duì)噴霧干燥生產(chǎn)的影響[J]. 乳業(yè)科學(xué)與技術(shù)，2011，34（4）：197-199.

[3] 劉殿宇. 噴霧干燥系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法[J]. 化工裝備技術(shù)，2005（7）：7-8.

[4] 劉殿宇. 噴霧干燥連續(xù)生產(chǎn)的條件[J]. 發(fā)酵科技通訊，2015，44（3）：37-39.

劉殿宇（1962-），男，高級(jí)工程師，主要研究設(shè)計(jì)方向?yàn)槿槠窓C(jī)械、輕化工機(jī)械。

2017-04-30）