徐堯 盧國(guó)煒

（中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，武漢 430205）

0 引言

農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)酵母主要為食品、藥品、飼料、化肥等生產(chǎn)原料，我國(guó)是酵母生產(chǎn)的大國(guó)，占全球總產(chǎn)量的30%。在酵母發(fā)酵醪液處理過(guò)程中一般采用噴霧干燥工藝提煉出副產(chǎn)品糖粉，通過(guò)回收可以產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。但傳統(tǒng)噴霧干燥系統(tǒng)尾氣均采用濕法水膜除塵工藝收集糖粉，凈化效率低、排放濃度高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，且該工藝因凈化效率低導(dǎo)致大量的糖粉排放到大氣中，資源沒(méi)有回收，造成浪費(fèi)。同時(shí)，濕法工藝產(chǎn)生工業(yè)廢水，消耗水資源，并伴生異味，嚴(yán)重影響了環(huán)境空氣質(zhì)量。因此，開(kāi)發(fā)研究高效、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)路線來(lái)合理處置并收集糖粉具有重要意義。本文通過(guò)對(duì)酵母煙氣特征進(jìn)行分析，從酵母煙氣高效氣固分離新裝置、樣機(jī)研制與熱態(tài)試驗(yàn)，氣流分布模擬3個(gè)方面進(jìn)行研究，并對(duì)其工業(yè)化應(yīng)用案例進(jìn)行了介紹分析。

1 研究?jī)?nèi)容

1.1 酵母煙氣特征分析

酵母煙氣溫度100~120℃，顆粒物質(zhì)量濃度5~10 g/m3，濕度約35%，顆粒物的主要成分為蔗糖，屬于易燃易爆粉體，分離后的糖粉堆積，流動(dòng)性差，糖粉遇高溫會(huì)軟化粘壁，遇低溫結(jié)露會(huì)潮解和溶解，因此干化凈化的難度很大。

根據(jù)煙氣的特征，所采用的氣固分離裝置必須滿足以下要求：①凈化效率高，應(yīng)達(dá)到超低排放；②過(guò)濾阻力低，節(jié)能；③具備防爆、泄爆，防靜電；④溫度要求精準(zhǔn)控制，高于露點(diǎn)20℃以上，低于糖粉軟化溫度150℃以下；⑤糖粉在除塵器內(nèi)不堆積、易于流動(dòng)。

1.2 酵母煙氣高效氣固分離新裝置

針對(duì)上述廢氣的特點(diǎn)，采用了新的氣固分離的除塵器結(jié)構(gòu)形式——頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器[1]（中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰镜陌l(fā)明專利技術(shù)），見(jiàn)圖1。

垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器的工作原理是：含塵氣體從頂部垂直進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入除塵器，通過(guò)芯管（收縮形百葉折流器）部分粉塵在速度和慣性的作用下直接沉降到灰斗，實(shí)現(xiàn)預(yù)除塵；同時(shí)，下降氣體經(jīng)百葉折轉(zhuǎn)后以輻射狀直接向?yàn)V袋區(qū)域擴(kuò)散并過(guò)濾，這種流動(dòng)方式克服了傳統(tǒng)袋式除塵器氣體流動(dòng)過(guò)程中曲里拐彎，流動(dòng)阻力大的缺點(diǎn)；過(guò)濾后的干凈氣體匯集到上箱體內(nèi)部，最后從出風(fēng)管排出；當(dāng)運(yùn)行后濾袋過(guò)濾阻力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，脈沖噴吹清灰裝置開(kāi)始工作，逐排噴吹清灰，濾袋表面的粉餅脫落并沉降到灰斗，最終從底部排灰口排出。

本新型裝置的有益效果在于：能高效去除酵母煙氣中的細(xì)顆粒物，或?qū)崿F(xiàn)氣固兩相流的固體高效分離，與傳統(tǒng)袋式除塵器相比，本裝置結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，氣流分布更加均勻，可顯著降低過(guò)濾阻力和運(yùn)行能耗，減少占地、鋼耗量。

針對(duì)煙氣的特殊性，優(yōu)選了除塵器濾料，采用PTFE覆膜濾料，具有耐溫260℃、耐酸堿腐蝕、耐水解、阻燃的特性。

對(duì)除塵器保溫，對(duì)灰斗進(jìn)行加熱，防止結(jié)露。對(duì)除塵器工作溫度和灰斗溫度實(shí)施了精確控制，工作溫度高于露點(diǎn)20℃以上，防止糖粉的融解；對(duì)灰斗加熱溫度設(shè)置了高溫報(bào)警和連鎖控制，防止糖粉的融解。

1.3 樣機(jī)研制與熱態(tài)試驗(yàn)

針對(duì)酵母類型的煙氣，設(shè)計(jì)和制造了頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器樣機(jī)，開(kāi)展了除塵效率、設(shè)備阻力的熱態(tài)試驗(yàn)，完成了性能測(cè)試，為成果轉(zhuǎn)換和示范工程建設(shè)提供設(shè)計(jì)依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。

試驗(yàn)裝置的性能見(jiàn)表1，試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2。

表1 袋式除塵器規(guī)格參數(shù)

2017年10月熱態(tài)試驗(yàn)裝置投入運(yùn)行，經(jīng)過(guò)2年的熱態(tài)試驗(yàn)和運(yùn)行，裝置性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，經(jīng)檢測(cè)，顆粒物排放質(zhì)量濃度2.4 mg/m3，設(shè)備阻力小于600 Pa，達(dá)到了超低排放，為示范工程和成果推廣提供了依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 有組織廢氣檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖3為試驗(yàn)裝置清灰前后設(shè)備壓損的變化情況。由圖3曲線可知，清灰前設(shè)備阻力1 000 Pa、清灰后設(shè)備阻力430~800 Pa（期間設(shè)備壓損飆升至1 600 Pa左右，這是由煙氣濕度大糊袋所至）。本系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)備壓損較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)袋式除塵器阻力低30%（傳統(tǒng)袋式除塵器阻力約1 500 Pa）。

1.4 氣流分布模擬研究

頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器的關(guān)鍵是進(jìn)氣芯管的氣流分布均勻性，通過(guò)氣流分布的模擬，探索芯管的最佳結(jié)構(gòu)形式、錐度，葉片角度和數(shù)量等。

煙氣從芯管進(jìn)入袋式除塵器，芯管設(shè)計(jì)成錐形百葉窗式結(jié)構(gòu)，百葉折板對(duì)氣流進(jìn)行分配，以實(shí)現(xiàn)布袋表面煙氣負(fù)荷均勻。針對(duì)進(jìn)氣芯管的開(kāi)孔率、折板角度、折板高度、折板層數(shù)以及芯管錐度等方面開(kāi)展了氣流分布計(jì)算機(jī)模擬研究。得出最佳的流場(chǎng)效果，正交實(shí)驗(yàn)因素和水平如表3所示。圖4所示為模擬的折板層數(shù)對(duì)流場(chǎng)的影響。

表3 芯管設(shè)計(jì)參數(shù)及需要優(yōu)化的水平

2 工業(yè)化應(yīng)用

2.1 工程案例

示范工程于2018年5月底在安琪酵母（濱州）有限公司糖粉循環(huán)干燥除塵項(xiàng)目上建成（見(jiàn)圖5），系統(tǒng)處理風(fēng)量5.5萬(wàn)m3/h，投運(yùn)后裝置運(yùn)行可靠，性能穩(wěn)定，經(jīng)檢測(cè)顆粒物排放質(zhì)量濃度為6.7~7.3 mg/m3，除塵器進(jìn)出口壓差變送器顯示設(shè)備阻力600~700 Pa，單套裝置年回收糖粉肥料增產(chǎn)約41.5 t/a，節(jié)水3.15萬(wàn)t/a，節(jié)電81 845 kW·h/a，系統(tǒng)穩(wěn)定、運(yùn)行可靠，用戶給予了充分肯定和高度評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了超低排放和節(jié)能運(yùn)行，為農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)酵母煙氣凈化和資源回收提供了新技術(shù)支撐。

2.2 效益分析

2.2.1 經(jīng)濟(jì)效益

1）糖粉資源回收增產(chǎn)。采用新型頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器后酵母廢氣糖粉顆粒物排放量小于10 mg/m3，原濕法工藝糖粉顆粒物排放質(zhì)量濃度為100 mg/m3左右，全年設(shè)備運(yùn)行按350 d計(jì)算，年增產(chǎn)糖粉 資 源 初 步 計(jì) 算 為55 000×（100-10）×24×350天×10-9=41.48 t/a，按市場(chǎng)價(jià)格為1.25萬(wàn)元/t計(jì)單臺(tái)設(shè)備每年可帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益51.85萬(wàn)元/a。

2）節(jié)省水資源。新工藝使用干法除塵代替了濕法除塵工藝，原濕法工藝用水90 m3/d，設(shè)備使用全年按350 d計(jì)算，每年可節(jié)省用水3.15萬(wàn)t，工業(yè)用水按2.5元/t計(jì)算，單臺(tái)設(shè)備每年可節(jié)省7.875萬(wàn)元。

3）節(jié)省工業(yè)用電。新型頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器阻力為700~1 000 Pa，原濕法工藝設(shè)備為1200~1 500 Pa，設(shè)備本體阻力平均降低500 Pa以上，可節(jié)省主電機(jī)軸功率為：

式中，N為功率，kW；Q為風(fēng)量，m3/h；P為全壓，Pa；為風(fēng)機(jī)全壓效率，取0.8；K為機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)效率，取0.98。即每小時(shí)可節(jié)省55 000 m3/h×500 Pa/3 600/1 000/0.8/0.98=9.75 kW·h。設(shè)備使用全年按350 d計(jì)算，每年可節(jié)省用電81 845 kW·h，工業(yè)用電按0.556元（/kW·h）計(jì)算，單臺(tái)設(shè)備每年可節(jié)省用電4.55萬(wàn)元。

2.2.2 社會(huì)效益

1）對(duì)科技進(jìn)步促進(jìn)作用。該項(xiàng)目攻克了傳統(tǒng)濕法除塵工藝凈化效率低、排放濃度高、運(yùn)行能耗高、消耗水資源且產(chǎn)生二次污染的難題，在凈化工藝和高效氣固分離裝置方面取得了創(chuàng)新突破，促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)大氣污染控制技術(shù)的進(jìn)步。

2）解決農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)突出環(huán)境問(wèn)題，環(huán)境效益顯著。農(nóng)產(chǎn)品加工過(guò)程中粉塵、異味超標(biāo)是當(dāng)前普遍存在的突出環(huán)境問(wèn)題，經(jīng)常遭到投訴。該成果及時(shí)提供了一種技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能顯著、運(yùn)行穩(wěn)定的技術(shù)裝備，以滿足當(dāng)前市場(chǎng)的迫切需求。成果的應(yīng)用可使顆粒物排放質(zhì)量濃度從50～100 mg/m3下降到10 mg/m3以下，運(yùn)行能耗降低30%以上，可有效回收有用資源，增效、環(huán)保、節(jié)能效益顯著。

3 結(jié)論

1）首創(chuàng)性采用頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器的方案，實(shí)現(xiàn)了該工藝煙氣濕法洗滌改為干法過(guò)濾的“濕改干”工藝，有效回收了資源。

2）該新型頂部袋式除塵器采用了新結(jié)構(gòu)，具有良好的氣流分布，設(shè)備阻力比傳統(tǒng)除塵設(shè)備降低30%，節(jié)能效果顯著，符合市場(chǎng)需求及國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的發(fā)展方向。

3）實(shí)際工程案例表明，農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)酵母廢氣凈化采用頂部垂直進(jìn)風(fēng)布袋除塵工藝是有效、合理的處理方式，其工藝技術(shù)先進(jìn)、可靠，不產(chǎn)生二次污染物，能滿足國(guó)家及地方的環(huán)保要求，為農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)酵母煙氣凈化和資源回收提供了新的技術(shù)和裝備支撐，社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益顯著。