徐堯 盧國煒

（中鋼集團天澄環(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，我國是酵母生產(chǎn)的大國，占全球總產(chǎn)量的30%。在酵母發(fā)酵醪液處理過程中一般采用噴霧干燥工藝提煉出副產(chǎn)品糖粉，通過回收可以產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。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，無法實現(xiàn)達標排放，且該工藝因凈化效率低導致大量的糖粉排放到大氣中，資源沒有回收，造成浪費。同時，濕法工藝產(chǎn)生工業(yè)廢水，消耗水資源，并伴生異味，嚴重影響了環(huán)境空氣質(zhì)量。因此，開發(fā)研究高效、經(jīng)濟的技術(shù)路線來合理處置并收集糖粉具有重要意義。本文通過對酵母煙氣特征進行分析，從酵母煙氣高效氣固分離新裝置、樣機研制與熱態(tài)試驗，氣流分布模擬3個方面進行研究，并對其工業(yè)化應用案例進行了介紹分析。

1 研究內(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，流動性差，糖粉遇高溫會軟化粘壁，遇低溫結(jié)露會潮解和溶解，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，應達到超低排放；②過濾阻力低，節(jié)能；③具備防爆、泄爆，防靜電；④溫度要求精準控制，高于露點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。

1.2 酵母煙氣高效氣固分離新裝置

針對上述廢氣的特點，采用了新的氣固分離的除塵器結(jié)構(gòu)形式——頂部垂直進風袋式除塵器[1]（中鋼集團天澄環(huán)保科技股份有限公司的發(fā)明專利技術(shù)），見圖1。

垂直進風袋式除塵器的工作原理是：含塵氣體從頂部垂直進風管進入除塵器，通過芯管（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，實現(xiàn)預除塵；同時，下降氣體經(jīng)百葉折轉(zhuǎn)后以輻射狀直接向濾袋區(qū)域擴散并過濾，這種流動方式克服了傳統(tǒng)袋式除塵器氣體流動過程中曲里拐彎，流動阻力大的缺點；過濾后的干凈氣體匯集到上箱體內(nèi)部，最后從出風管排出；當運行后濾袋過濾阻力達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，脈沖噴吹清灰裝置開始工作，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)更為簡單，氣流分布更加均勻，可顯著降低過濾阻力和運行能耗，減少占地、鋼耗量。

針對煙氣的特殊性，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。

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

1.3 樣機研制與熱態(tài)試驗

針對酵母類型的煙氣，設(shè)計和制造了頂部垂直進風袋式除塵器樣機，開展了除塵效率、設(shè)備阻力的熱態(tài)試驗，完成了性能測試，為成果轉(zhuǎn)換和示范工程建設(shè)提供設(shè)計依據(jù)和經(jīng)驗。

試驗裝置的性能見表1，試驗裝置見圖2。

表1 袋式除塵器規(guī)格參數(shù)

2017年10月熱態(tài)試驗裝置投入運行，經(jīng)過2年的熱態(tài)試驗和運行，裝置性能穩(wěn)定，運行可靠，經(jīng)檢測，顆粒物排放質(zhì)量濃度2.4 mg/m3，設(shè)備阻力小于600 Pa，達到了超低排放，為示范工程和成果推廣提供了依據(jù)和經(jīng)驗。試驗檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 有組織廢氣檢測數(shù)據(jù)

圖3為試驗裝置清灰前后設(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

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

煙氣從芯管進入袋式除塵器，芯管設(shè)計成錐形百葉窗式結(jié)構(gòu)，百葉折板對氣流進行分配，以實現(xiàn)布袋表面煙氣負荷均勻。針對進氣芯管的開孔率、折板角度、折板高度、折板層數(shù)以及芯管錐度等方面開展了氣流分布計算機模擬研究。得出最佳的流場效果，正交實驗因素和水平如表3所示。圖4所示為模擬的折板層數(shù)對流場的影響。

表3 芯管設(shè)計參數(shù)及需要優(yōu)化的水平

2 工業(yè)化應用

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)干燥除塵項目上建成（見圖5），系統(tǒng)處理風量5.5萬m3/h，投運后裝置運行可靠，性能穩(wěn)定，經(jīng)檢測顆粒物排放質(zhì)量濃度為6.7~7.3 mg/m3，除塵器進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t/a，節(jié)電81 845 kW·h/a，系統(tǒng)穩(wěn)定、運行可靠，用戶給予了充分肯定和高度評價，實現(xiàn)了超低排放和節(jié)能運行，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)濟效益

1）糖粉資源回收增產(chǎn)。采用新型頂部垂直進風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)備運行按350 d計算，年增產(chǎn)糖粉 資 源 初 步 計 算 為55 000×（100-10）×24×350天×10-9=41.48 t/a，按市場價格為1.25萬元/t計單臺設(shè)備每年可帶來經(jīng)濟效益51.85萬元/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計算，每年可節(jié)省用水3.15萬t，工業(yè)用水按2.5元/t計算，單臺設(shè)備每年可節(jié)省7.875萬元。

3）節(jié)省工業(yè)用電。新型頂部垂直進風袋式除塵器阻力為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)省主電機軸功率為：

式中，N為功率，kW；Q為風量，m3/h；P為全壓，Pa；為風機全壓效率，取0.8；K為機械轉(zhuǎn)動效率，取0.98。即每小時可節(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）計算，單臺設(shè)備每年可節(jié)省用電4.55萬元。

2.2.2 社會效益

1）對科技進步促進作用。該項目攻克了傳統(tǒng)濕法除塵工藝凈化效率低、排放濃度高、運行能耗高、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，促進了農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)大氣污染控制技術(shù)的進步。

2）解決農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)突出環(huán)境問題，環(huán)境效益顯著。農(nóng)產(chǎn)品加工過程中粉塵、異味超標是當前普遍存在的突出環(huán)境問題，經(jīng)常遭到投訴。該成果及時提供了一種技術(shù)先進、節(jié)能顯著、運行穩(wěn)定的技術(shù)裝備，以滿足當前市場的迫切需求。成果的應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)性采用頂部垂直進風袋式除塵器的方案，實現(xiàn)了該工藝煙氣濕法洗滌改為干法過濾的“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，符合市場需求及國家產(chǎn)業(yè)政策的發(fā)展方向。

3）實際工程案例表明，農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)酵母廢氣凈化采用頂部垂直進風布袋除塵工藝是有效、合理的處理方式，其工藝技術(shù)先進、可靠，不產(chǎn)生二次污染物，能滿足國家及地方的環(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、環(huán)境、經(jīng)濟效益顯著。