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水捕集回收干燥冷卻機(DC)首層廢熱工藝分析

發布日期:2019-08-21 中國油脂網

 溫小榮,袁媛,管磊,梁椿松
 
(邁安德集團有限公司,江蘇揚州225127)
 
摘要:水捕集回收干燥冷卻機(DC)首層廢熱具有重要的節能和環保意義。DC首層出口廢汽溫度通常控制在74℃,水蒸氣含量為22.2%左右,相對濕度80.6%。逆流捕集可將廢汽中大部分粕沫捕集下來,并將水加熱至70.8℃,通過刮刀過濾器除去粕沫后,熱水給進干燥風機的進口冷風加熱,可將冷風溫度從25℃加熱至64.8℃。5000t/d大豆加工生產線,增加水捕集節能系統每噸大豆可節約蒸汽消耗7.5kg,對節約總蒸汽消耗具有明顯的效果。
 
關鍵詞:水捕集;DC;廢熱回收;蒸汽消耗
 
中圖分類號:TS228;S816文獻標識碼:A                文章編號:1003-7969(2019)07-0158-03

Process analysis of heat recovery from dryer and cooler (DC) 
first tray by water trapping
WEN Xiaorong, YUAN Yuan, GUAN Lei, LIANG Chunsong
(Myande Group Co., Ltd., Yangzhou 225127, Jiangsu, China)
 
 
Abstract:Water trapping to recovery heat from DC first tray has important energy saving and environmental protection significance. The waste vapor from DC first tray with the temperature of 74 ℃,in which has 22.2% steam, results in the relative humidity of 80.6%. By countercurrent contacting, most of fines in the waste vapor were washed down, and water could be heated to 70.8 ℃. After fines in the water were removed by scraper filter, the hot water was used to heat the cold wind from drying fan inlet from 25 ℃ to 64.8 ℃. For 5 000 t/d soybean processing line, adding water trapping system could reduce steam consumption of 7.5 kg/t, and the effect of saving total steam comsuption was obvious.
Key words:water trapping; DC; waste heat recovery; steam consumption

降低蒸汽消耗是降低生產成本的關鍵出發點,如何降低油料浸出車間蒸汽消耗一直是廣大科學研究者、工程技術人員和生產企業的研究熱點。各種先進的研究方法被應用于浸出車間節能換熱,如“夾點分析”,通過“夾點分析”,浸出車間熱能回收率已達到最大回收潛力的96%\[1\]。新的節能技術,如蒸汽冷凝水先進空氣加熱器節能換熱后進閃蒸罐,冷凝水閃蒸汽作為直接汽通入蒸脫機(DT),浸出車間冷凝水輸送至預處理車間給進調質塔的大豆預熱,汽提塔氣相與熱水換熱后給大豆原料預熱等,已經被越來越多的新建油廠應用,已建油廠也在不斷進行改造,旨在最大限度地降低蒸汽消耗。
 
浸出車間干燥冷卻機(DC)首層熱風溫度通常為68~76℃,雖然其品質較低(含75%以上的空氣,傳熱系數低),但量大,并含有20%左右的水蒸氣(水蒸氣冷凝可釋放出潛熱),具有一定的回收價值。目前,多數油廠未將DC首層熱風利用,而是直接排空,造成能源浪費,也有越來越多企業意識到這個問題,積極增加廢熱回收工藝管線和設備。
 
為實現DC首層廢熱利用,目前有兩種工業化工藝路線:一種是DC首層熱風直接與進風機空氣進行風-風換熱,空氣在進風機前被加熱,節約了后續加熱蒸汽消耗。這種熱能利用方式優點是空氣可被加熱至更高的溫度,當DC首層熱風溫度為74℃時,可將空氣加熱至68~70℃,缺點是需要配置的風-風換熱器面積大,且DC熱風中攜帶的粕沫容易附著在換熱面上,造成污垢系數增大,換熱效率下降。另一種DC首層廢熱利用工藝為水捕集熱量回收,在熱風和水的逆流接觸過程中將水進行加熱,加熱后的水再給進風機前的冷風加熱。這種工藝的優點在于,在水捕集廢熱的過程中,把廢汽中的粕沫也捕集下來,既有節能的作用,也達到了環保的效果。
 
本文介紹了水捕集回收DC首層廢熱的工藝流程,討論了水捕集DC首層廢熱工藝設計中,如何計算確定空氣的量,廢汽的組成及物性參數。利用ProII對整個系統的物料與熱量平衡進行模擬,并對其經濟性進行了分析。
 
1水捕集回收DC首層出口熱風工藝流程
 
水捕集回收DC首層廢熱工藝流程如圖1所示。從圖1可以看出,DC首層熱風經過剎克龍后進入廢熱捕集器,廢汽從捕集器底部通入,水從捕集器上部噴入,二者實現逆流混合接觸,實現傳質換熱。廢汽中一部分水蒸氣冷凝下來,水被加熱至70℃左右,然后熱水用循環泵輸送至空氣換熱器,在空氣換熱器中給進風機前的冷風加熱。冷風被加熱至62~68℃后進入干燥風機,作為DC干燥層的干燥熱風,從而節約了干燥風機后冷風被加熱的蒸汽量。在循環泵與空氣換熱器之間一般設計一個刮刀過濾器,用于除去捕集下來的粕沫,減緩廢熱捕集器和空氣換熱器的結垢。
 
 
2水捕集回收DC首層出口熱風工藝參數及設計
 
2.1DC首層熱風空氣流量
 
在干燥冷卻過程中,空氣在料層的速度控制為14~21m/min,穿過料層的壓降為2000~3000Pa。總風量根據產量確定,通常每加工1kg大豆,需要0.8~1m3空氣(取0.8m3/kg)。對于加工量為5000t/d的大豆浸出車間,需要配置風機的總風量為5000/24×1000×0.8=166667(m3/h),通常設計兩個風機,一個熱風風機,一個冷風風機,每個風機風量選90000m3/h,風壓7000~7500Pa(表壓)。DC干燥冷卻共6層,每層風量30000m3/h(25℃,密度1.18kg/m3)。
 
2.2DC首層出口熱風水蒸氣含量
 
大豆濕粕在脫溶過程中,預脫層利用間接蒸汽加熱,溫度維持在68℃左右;進入混脫層,大量水蒸氣冷凝,使粕溫度由68℃升高至100℃,粕水分增加至17%~21%;從混脫層首層至直接汽層,粕溫度由100℃升至105~110℃,水分降低1%左右,即進入DC首層粕水分為16%~20%(計算時取19%)。
 
DC作用主要是對粕進行干燥冷卻,濕粕與空氣在DC干燥冷卻層進行逆流換熱,將水分由19%降至12.5%左右,即帶走6.5%左右的水分。其中,絕大多數水分是在DC的首層被帶走的(取5%,即水分由19%降至14%)。取大豆原料含油20%、水分12%,5000t/d大豆加工生產線粕干基量(理論值)為5000/24×(100%-20%-12%)=141.7(t/h)。DC首層熱風帶走的水分為141.7/(100%-19%)×19%-141.7/(100%-14%)×14%=332-23.1=10.1(t/h)=10100(kg/h)。
 
DC首層熱風中水蒸氣含量為:10100/(10100+1.18×30000)=22.2%,絕對濕度H=10100/(30000×1.18)=0.29(kg/kg)。DC首層熱風溫度為74℃左右,查空氣性質表可知,74℃空氣飽和濕度為0.36kg/kg,則相對濕度φ=絕對濕度/飽和濕度=0.29/0.36=80.6%。
 
2.3DC首層出口熱風物性參數
 
表1為DC首層出口熱風物性參數表,其中溫度和壓力為通過現場生產調試時測定,相對濕度計算所得。其他參數利用軟件ExchangerDesign&Rating(EDR)中B-JAC數據包查詢所得,氣液計算方法采用Soave-Redlich-Kwong。
 
 
 
2.4DC首層廢熱回收系統物料與熱量平衡
 
以5000t/d大豆浸出為例,廢汽總流量為空氣流量與水蒸氣的總和,即30000×1.18+10100=45500(kg/h),取液氣比為2.0,則噴淋量為2.0×45500=91000(kg/h),選100m3/h的循環泵。廢熱捕集器可采用板塔、格柵板填料塔或散裝填料塔,通常空塔氣速可設計2m/s左右,設計時要考慮塔的壓降,合理控制在800Pa以下。
 
空氣換熱器宜采用翅片式,水走管內,空氣走管外。翅片換熱器設計時,熱側進口溫度與冷側出口溫度控制在4~8℃,迎風面氣速宜控制在3~5m/s,冷側(翅片側)壓降宜控制在500Pa以下。
 
采用化工模擬軟件ProII對5000t/d大豆浸出車間DC廢熱回收系統進行模擬,物性方法采用SRK,整個模擬流程圖如圖1所示,物流名稱也與圖1一致,模擬結果如表2所示。由表2可以看出,74℃的DC首層出口廢汽可將水加熱至70.8℃,然后70.8℃的水可將進風機前空氣加熱至64.8℃。
 
 
 
 
3水捕集回收DC首層廢熱經濟性分析
 
以5000t/d大豆浸出車間水捕集系統為例,冷風風機風量為90000m3/h,密度1.18kg/m3,比熱容為1kJ/(kg·℃)。設定室外溫度為25℃,由表2可知溫度可升至64.8℃,獲取總能量為Q1=1.18×90000×1×(64.8-25)=4227(MJ/h),折算成表壓0.8MPa,蒸汽潛熱2031kJ/kg,蒸汽量為4227×1000/2031=2081(kg/h),考慮到增加捕集器后由于阻力增加導致風量下降,以及過程中熱量損耗,實際節約蒸汽量按理論節約量的75%計算。即5000t/d大豆加工線增加水捕集系統可節約蒸汽2081×75%=1561(kg/h)。折算成噸大豆節約蒸汽量為75kg。按照蒸汽220元/t計算,每噸大豆可節約加工成本1.65元,每日節約成本8250元,以年開工300d計算,年節約加工成本248萬元。
 
4結語
 
通過水捕集回收DC首層廢熱用于干燥風機空氣加熱,對節約浸出車間總蒸汽消耗具有明顯的效果,特別是對于2000t/d以上的大豆加工項目。同時,水捕集過程中將廢汽中粕沫捕集下來,降低尾氣中粉末的排放量,對保護環境具有重要意義。
參考文獻:
\[1\] HAMM W. Edible oil processing\[M\]. 2nd ed. UK: A John Wiley & Sons, Ltd., Publication, 2013:117-123.
 

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