提高噴霧干燥熱效率的方法

文/劉殿宇

（華禹乳品機械制造有限公司）

提高噴霧干燥熱效率的方法

文/劉殿宇

（華禹乳品機械制造有限公司）

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

噴霧干燥系統；熱效率；途徑

噴霧干燥應用廣泛，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型噴霧干燥系統在奶粉生產中的應用為例進行闡述。

1 主要設計參數和結構特點

生產能力：500 kg/h；物料介質：濃縮后牛奶；進料質量分數：40%；進料溫度：40～45 ℃；環境相對濕度：70%；環境溫度：20 ℃；進風溫度：160～170 ℃；排風相對濕度：80%；排風溫度：85 ℃；出粉質量分數：97.5%。

本噴霧干燥系統采用單級袋濾器捕粉，利用空氣加熱器產生的冷凝水對進風進行預熱，干燥塔、進風排風管道及袋濾器全部進行保溫絕熱處理，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，達到節能降耗的目的是每個生產企業都面臨的問題。就噴霧干燥而言，提高噴霧干燥的熱效率要從以下3 個方面進行考慮：一是充分利用冷凝水的余熱；二是充分利用排風中的余熱；三是優化噴霧干燥結構設計，使之趨于更加合理。

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

由熱量衡算得知，空氣經過加熱器時所獲得的熱量為q0：

其中，式中：H0為進風機環境濕度，單位為kg/kg；t0、t1為空氣加熱前后的溫度，單位為K。

而空氣通過干燥塔時，溫度由t1降至t2。所放出的熱量為qe：

式中：t2為熱風離開干燥塔溫度，單位為K。

因此熱效率為：

本例干空氣質量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進風進行預熱

本例飽和蒸汽耗量為1 121.5 kg/h（計算略），將空氣加熱器中產生的冷凝水回收，利用空氣加熱器對進風進行預熱。假定進風經預熱其溫度由20 ℃提升至30 ℃，預熱所需要的熱量計算公式為：

打破單純以課堂考試結果評價學生的傳統做法，建立突出學生職業素質的頂崗實習全程評價、校企多元考核的開放性評價體系（圖2所示）。將企業內部人力資源管理機制融入到對學生的評價指標體系中，實現在真正的職業環境中學生評價、教師評價與生產實踐過程中的各個環節及要素的全方位結合。突出能力導向，將能力訓練、知識學習、素質培養與職業技能鑒定相結合，體現頂崗實習評價的多元性和開放性，對頂崗實習學生進行綜合的考核和評定[1]。

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

預熱進風所需要的冷凝水量計算公式為：

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

得出G=1 058.46 kg/h。

由于實際冷凝水量為1 121.5 kg/h，因此冷凝水量足夠。

再計算預熱后干燥塔的熱效率為：

2.2 利用排風所帶出的余熱對進風預熱

噴霧干燥排風溫度一般在85 ℃左右，甚至會更高，將排風帶出的熱量回收，預熱進風使進風溫度提高，即采用間壁列管式換熱器，利用排風中的余熱對進風加以預熱，可提高進風溫度，起到節能降耗的作用。過去曾有應用，但造價、使用維護等問題一直存在，到目前，這部分能源并沒有得到很好的利用。本例把進風溫度為30 ℃（經冷水預熱后溫度）預熱至45 ℃，其計算過程如下。

2.2.1 預熱所需熱量估算

Q=GC（t1-t0）

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

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

2.2.2 換熱面積計算

所需要換熱面積按下式計算：

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，單位為kcal/m2·h·℃，這里K=25 kcal/m2·h·℃；Δtm為傳熱溫差，單位為℃；按對數溫差求傳熱溫差，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ψΔt=0.89）。

最后計算換熱面積為：

（這里傳熱系數K=104 kcal/m2·h·℃）。

回收排風的余熱后其熱效率為：

其次，噴霧干燥系統的優化設計也是體現節能降耗的關鍵。如干燥塔的生產能力、進排風機及空氣加熱器等的選擇是否合理，以及絕熱效果如何，這些都關系到噴霧干燥的能耗問題。所以優化噴霧干燥的設計也是節能減排的關鍵。

3 余熱回收應注意的問題及解決方法

從應用看，還有很多噴霧干燥系統這兩項余熱并沒有得到回收利用，尤其是排風中的余熱回收在實際應用就更少。排風余熱回收曾有應用，但由于受造價、制造廠家的引導及應用中出現的一些問題，最終沒有得到很好的應用。回收排風中的余熱，主要存在的問題是預熱器的結垢問題，排風攜帶極少的粉塵長期經過預熱器，就會在換熱管管壁產生垢層，時間久了就會阻礙傳熱。解決方法是，定期對換熱管進行檢查、清洗，清洗的方法是配制一定濃度的NaOH或HNO3溶液進行浸泡，后借助人工方法進行清洗或清理。

4 結論

從上述計算可看出，回收排風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，造價也比沒有余熱回收的高，再加上設計制造單位沒有正確引導等導致當前噴霧干燥系統熱利用率仍然較低。從長期應用看，采用余熱回收是一項節能減排的最佳途徑。

[1] 劉殿宇. 噴霧干燥塔余熱回收新設計[J]. 中國乳業，2007（1）：47-49.

[2] 劉殿宇. 空氣相對濕度對噴霧干燥生產的影響[J]. 乳業科學與技術，2011，34（4）：197-199.

[3] 劉殿宇. 噴霧干燥系統調試過程出現的問題及解決方法[J]. 化工裝備技術，2005（7）：7-8.

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

劉殿宇（1962-），男，高級工程師，主要研究設計方向為乳品機械、輕化工機械。

2017-04-30）