CN104654768A

CN104654768A - 沼气热风干燥工艺

Info

Publication number: CN104654768A
Application number: CN201510100319.6A
Authority: CN
Inventors: 杨学伦; 晋冬; 汪羽宁; 刘春勇; 陈道华; 纪东; 孙伟伟; 陆林芸
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2015-05-27

Abstract

本发明公开了一种沼气热风干燥工艺，即利用沼气燃烧后的烟气混合新鲜空气制备热风直接作为干燥装置的干燥介质，由于沼气燃烧在高温中充分燃烧碳氢成分化合物几乎全部生成水和二氧化碳，不含粉尘和有毒有害物质，也不含可导致产品发生化学反应导致其质变的成分，因此可用于淀粉、食品、饲料、化工品等产品的干燥。本发明充分利用了工业有机废弃物产生的沼气，工艺简单，同时符合环境保护、清洁生产和节能减排的绿色生产要求，推广和应用本发明可实现沼气在干燥行业的高能效利用。

Description

沼气热风干燥工艺

技术领域

本发明属于干燥工艺技术领域，尤其涉及一种沼气热风干燥工艺。

背景技术

干燥设备能耗约占全国总能耗的12％，涉及国民经济的方方面面。与干燥设备配套的热源设备很多，通常按消耗的燃料来分类，有燃煤、燃油、燃气、电力等；按换热情况又可分为干燥介质直接加热和间接加热。直接加热热能利用充分，热效率高但容易受烟尘影响产品质量；间接加热完全将纯净空气进行加热，得到的是洁净无污染的热空气，产品质量不受烟尘影响，质量稳定，但间接加热存在两次加热，热效率低。如锅炉加热水形成水蒸汽，水蒸汽再通过散热器加热干燥空气，这种方式总的热效率仅仅40％左右；锅炉加热导热油，导热油再通过散热器加热干燥空气，这种方式总的热效率也仅有70％左右。

淀粉生产、化工加工、饲料加工等行业，其被干燥物料不允许被污染，因而对干燥介质要求较高，干燥工艺经历了燃煤热风炉-气流干燥(或喷雾干燥、流化床干燥等)组合干燥，到蒸汽加热干燥空气-气流干燥(或喷雾干燥、流化床干燥等)组合干燥，再到导热油加热干燥空气-气流干燥(或喷雾干燥、流化床干燥等)组合干燥的发展历程，产品品质和综合能效都得到了极大的提高。燃煤热风炉-气流干燥组合虽然能效高，但容易带入粉尘，影响产品品质，所以逐步被蒸汽加热-干燥装置组合所代替，后者得到的产品品质更高。然而，蒸汽加热-干燥装置组合由于其能效低、生产不稳定、效率低，也逐步被能效更高、生产更稳定、效率更高的导热油加热-干燥装置组合工艺代替。

尽管干燥工艺的改进已经使得综合能效、产品品质和生产效率都有了极大的提高，但是目前以煤炭为主要燃料，燃烧加热产生蒸汽或高温导热油，再通过产生蒸汽或高温导热油为加热新鲜空气产生热风的方式，均属间接热风干燥方式，存在二次加热过程，而且还伴存在设备庞大、环节多、远距离输送跑冒滴漏及管道损失等问题，在换热环节还存在介质温度低、生产效率低、热量浪费严重的现象。此外，煤炭燃烧过程排放大量SO₂、NO_x和粉尘等污染物，对环境危害巨大，是减排的重点对象。可见，干燥行业还存在广阔的节能减排空间。而清洁、高效的燃气燃烧烟气混合新鲜空气直接作为干燥介质，综合能效可达96％以上，是极具发展潜力的干燥工艺。近年来随着我国燃气事业的发展，该工艺得到了也飞速发展。

沼气燃烧过程基本不排放SO₂和粉尘。而且，与煤炭和石油相比，可减少约70％的CO₂和50％的NO_x排放。在干燥行业，采用沼气为燃料替代传统的煤炭，具有干燥介质温度高、热效率高、系统简单可靠、污染物排放低等特点，节能和环保优势非常明显。然而，实际生产过程中，大多是将沼气通过气煤两用导热油锅炉进行燃烧加热导热油，再通过到导热油加热干空气进入干燥设备的方式加以利用。气煤两用锅炉因为要兼顾燃煤和沼气燃烧的效果，沼气燃烧一般不充分，热效率多在60％以下，再加上管道和换热系统的热量损失，综合能效一般在50％以下。这种导热油炉-干燥装置组合工艺同样存在两次换热过程，极大地影响了其综合能效。

淀粉生产、食品加工、酒精生产等行业生产过程中产生大量高浓度有机废水及有机固体废弃物，若直接排放这些有机废弃物，会引起水体缺氧、发臭等现象，污染水体和土壤等，因此必须先处理才能排放。这些有机废水及有机固体废弃物经厌氧发酵处理，会产生高效、清洁的燃气——沼气。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、综合能效高、清洁环保的沼气热风干燥工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：沼气热风干燥工艺，利用沼气燃烧后的烟气混合新鲜空气制备热风直接作为干燥装置的干燥介质。

沼气中氧的体积百分数＜0.5％，硫化氢浓度≤15mg/m³、总硫质量浓度≤200mg/m³；新鲜空气通过304/无纺布材质的中效空气过滤器过滤。

沼气由有机废弃物发酵并经脱水脱硫处理而得。

有机废弃物来自淀粉生产、食品加工、酒精生产过程中产生的有机废水及有机固体废弃物。

干燥介质用于淀粉、食品、饲料、化工品的干燥。

沼气在沼气燃烧器的绝热燃烧室内燃烧产生高温烟气，高温烟气离开燃烧室后进入热风处理系统，并在热风处理系统的混合室中与大量冷空气混合，待混合气体温度降至所需温度后进入干燥装置，直接作为干燥装置的干燥介质，期间通过PID控制系统控制整个热风产生及干燥过程。

沼气燃烧器的燃烧室采用310S耐高温不锈钢制作，混合室和与热风接触的部分全部采用304不锈钢制作；所述干燥装置为气流干燥装置、喷雾干燥装置、流化床干燥装置、回转滚筒干燥装置、滚筒刮板干燥装置、竖式干燥装置或箱式干燥装置。

气流干燥装置的进风口风温100-250℃，出风口风温40-150℃；喷雾干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃；流化床干燥装置的进风口风温70-500℃，出风口风温40-150℃；回转滚筒干燥装置的进风口风温70-500℃，出风口风温40-150℃；滚筒刮板干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃；竖式干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃；箱式干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃。

进风口风温通过在燃烧器内PID控制调节燃气流量实现，出风口风温由温控PID变频调节供料泵转速来改变进料量实现。

针对目前蒸汽锅炉系统和热油炉系统设备庞大、环节多、远距离输送跑冒滴漏及管道损失等缺点以及沼气利用能效低的问题，发明人充分利用工业有机废弃物产生的沼气，设计建立了一种沼气热风干燥工艺，即利用沼气燃烧后的烟气混合新鲜空气制备热风直接作为干燥装置的干燥介质。

干燥系统的干燥介质必须具备以下特征：<1>干燥介质不含可污染被干燥物料的成分，如粉尘、有毒有害物质等；<2>干燥介质不含可与被干燥物料发生化学反应导致其发生质变的成分。由于沼气主要成分是甲烷和二氧化碳，还有少量硫化氢和氢气等成分，脱硫后的沼气燃烧在高温中充分燃烧碳氢成分化合物几乎全部生成水和二氧化碳，不含粉尘和有毒有害物质，也不含可导致产品发生化学反应导致其质变的成分。因此，沼气充分燃烧后的高温烟气与新鲜空气混合后得到符合生产要求热风，完全具备作为淀粉、食品、饲料、化工品等产品的干燥介质的条件。

本发明工艺简单，同时符合环境保护、清洁生产和节能减排的绿色生产要求，推广和应用本发明可实现沼气在干燥行业的高能效利用。

附图说明

图1是沼气直燃热风炉干燥系统的结构及工作状态示意图，图中：1干燥装置，2冷风掺入口，3沼气热风炉，4助燃空气，5沼气。

图2是沼气燃烧器的结构及工作状态示意图，图中：1沼气，2助燃风，3火道，4旋流配风盘。

图3是木薯淀粉干燥设备结构及工作状态示意图，图中：1热交换器，2干燥器，3加料机，4旋风分离器，5粉碎机，6风机，7冷却管，8料箱，9旋风分离器，10风机，11回收塔，12湿淀粉，13干淀粉。

图4是本发明沼气热风干燥工艺的流程图。

图5是应用例一原干燥工艺流程图。

图6是应用例一改造后干燥工艺流程图。

具体实施方式

一、沼气热风干燥工艺的研究

1、发明原理

如图1所示，整个干燥系统主要由燃烧器、沼气热风炉和干燥装置等组成。沼气在沼气燃烧器的绝热燃烧室内燃烧产生高温烟气，高温烟气离开燃烧室后进入热风处理系统，并在热风处理系统的混合室中与大量冷空气混合，待混合气体温度降至所需温度后进入干燥装置，直接作为干燥装置(如气流干燥、喷雾干燥、流化床干燥、回转滚筒干燥、滚筒刮板干燥、竖式干燥或箱式干燥)的干燥介质。

2、工艺流程

如图4所示。

3、保障措施

由于本发明直接将沼气燃烧烟气和新鲜冷空气混合产生的热风作为干燥介质，因此要求混合热风必须符合产品品质要求。混合热风介质质量直接受沼气燃烧烟气和新鲜冷空气的质量直接影响。因此，必须根据具体产品品质和气源特征，对热风产生方式和沼气净化燃烧程度做选择，以确保干燥介质符合特定产品生产相关要求。

产品品质要求是热风产生方式的决定因素。比如，干燥后直接口服的产品(比如奶粉、医药等)对干燥介质要求极高，热风只能用间接换热产生，即通过高温热源加热处理达标后的新鲜冷空气产生热风；而淀粉、粮食干燥、化工等可以洁净燃气燃烧产生的烟气混合处理达标后的新鲜冷空气产生热风直接产生热风作为干燥介质。

影响本发明干燥介质质量主要有三个方面的因素：一是进入燃烧器的沼气的质量和沼气在燃烧器里面燃烧程度；二是进入混合室的冷鲜空气的质量；三是燃烧室、混合室和管道与热风接触部分的材质。为确保干燥介质质量，可采用如下措施：

<1>沼气源控制

沼气由有机废弃物发酵并经脱水脱硫处理而得，有机废弃物可来自淀粉生产、食品加工、酒精生产等过程中产生的有机废水及有机固体废弃物。需根据产品品质和用途选择气源。比如淀粉干燥优先选用淀粉废水处理产生的沼气，不宜用垃圾填埋场产生的沼气，而化工产品干燥可以用垃圾填埋场产生的沼气。

<2>沼气净化处理及燃烧室控制

沼气必须经净化(脱水脱硫)处理达标(表1)后方可进入燃烧器，从源头上杜绝污染物。

表1 沼气质量表

为保证沼气充分燃烧并产生高温烟气，需使用沼气燃烧器。图2显示的是一种采用旋流扩散式结构的沼气燃烧器。助燃空气经过轴向叶片，形成旋流，沼气从中心管小孔中高速射出，边混合边燃烧。由于二次风是旋转的，扰动强烈，可加强沼气与空气的混合，强化燃烧。旋转射流在中心形成回流区，回卷高温烟气，起到稳燃作用。沼气在燃烧器内充分燃烧，通过旋流作用及二次风是旋转的扰动强烈，强化了燃烧，提高了燃烧温度，使沼气再一步稳燃和燃尽，进一步保证了燃烧烟气的质量。

<3>空气净化处理

新鲜冷空气通过304/无纺布材质的中效空气过滤器过滤保证其质量。

<4>燃烧室、混合室和热风管道材质控制

燃烧室采用310S耐高温不锈钢制作，混合室和与热风接触部分全部采用304不锈钢制作，以保证烟气质量，提高燃烧温度，进一步促进稳燃和燃尽。

<5>控制系统

整个工艺通过PID控制系统控制整个热风产生及干燥过程。进风口风温根据生产工艺温度来设定，通过在燃烧器内PID控制调节燃气流量实现，出风口风温由温控PID变频调节供料泵转速来改变进料量实现自动控温。其中，

气流干燥装置的进风口风温100-250℃，出风口风温40-150℃；

喷雾干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃；

流化床干燥装置的进风口风温70-500℃，出风口风温40-150℃；

回转滚筒干燥装置的进风口风温70-500℃，出风口风温40-150℃；

滚筒刮板干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃；

竖式干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃；

箱式干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃。

二、沼气热风干燥工艺的应用

应用例一

某淀粉加工厂原有干燥工艺如图3和5所示。锅炉燃煤产生热量将导热油加热至180℃，180℃的导热油在热交换器处加热新鲜空气至150-180℃。新鲜洁净的空气，通过热交换器加热后，与从加料轮机输送来的物料颗粒混合，并利用热空气做介质，把热能传给物料颗粒，使附着在物料颗粒表面上和一部分含在物料颗粒内部的水分，变成蒸汽而混入干燥管中的气流当中。最后利用旋风分离器，将物料与空气、水蒸汽分离，从而降低了物料中水分。干燥后的物料经粉碎机通过风机给动力进入冷却管，从冷却管出来的物料再次通过旋风分离器回收，并流入料箱，进入包装工序。尾气经干燥箱和二次旋风分离器进入回收塔后，从回收塔排出。

应用本发明改造后，其烘干工艺如图6所示，即：用沼气热风炉直燃沼气并混合新鲜空气代替原来通过导热油加热好的新鲜热空气作为干燥介质，省去锅炉及导热油加热体系和热交换器，增加沼气生产、净化、储存及炉体系，其它工序保持不变。沼气在绝热燃烧室内燃烧，产生大量高温烟气。高温烟气离开燃烧室后，在混合室与大量冷空气混合，温度降至180℃左右后，进入气流干燥装置。生产过程中沼气直接来源于污水处理站产生的沼气，沼气成分见表2。

表2 沼气成分表

与原系统相比，改造后的沼气直燃干燥系统具有以下优势：(1)干燥介质温度不受热载体(导热油)温度的限制，很容易提高到180℃以上，且不再受导热油管网温度波动的影响，干燥介质温度稳定，企业生产力增强，产量提高。(2)干燥介质温度采用PID自动控制，可以根据物料水份含量灵活调节，干燥品质得到保证。(3)采用导热油炉为热源的干燥系统热转换环节较多，导热油加热、输送和使用三个过程都存在热损失，分别为锅炉热损失、蒸汽输送管损和换热器热损失，综合能效70％以下。改造后的沼气直燃热风炉干燥系统中，只存在两部分热损失，分别为沼气燃烧热损失和炉体散热损失。沼气直燃炉采用绝热炉体，保证了沼气的完全燃烧，燃烧效率为98％左右；高温烟气离开燃烧室后，与大量冷空气进行混合，在此过程中炉体散热损失很少，可忽略不计。因此，热风炉干燥系统的总热效率可96％以上，与导热油为热源的干燥系统相比，热效率提高26％以上，节能效果显著。(4)沼气热风炉完采用自动化控制，省去了锅炉及其附属设备、导热油系统、换热器和大量的附属管道，简化了干燥工序，减少了操作人员，便于系统维护。

应用例二

某生物制药公司以粮食为原料提炼生物药品，生产过程中有大量的尾料需要烘干，作为生物质饲料的原料。该公司原采用蒸汽锅炉道蒸汽作为热源，干燥介质为空气。整个干燥系统主要由蒸汽锅炉、换热器和回转干燥筒组成。冷空气进入换热器，被锅炉蒸汽加热后，温度达到150℃左右，进入回转干燥筒。生产中可根据实际需要，调节蒸汽流量和冷凝水流量，来调整干燥介质温度。然而，原干燥系统存在以下问题：(1)原系统设计出口热风(干燥介质)温度为170℃，但由于热力蒸汽经长距离管输后，至换热器前温度已经下降至170℃。经换热后，只能得到150℃左右的出口热风，干燥能力受到影响。尤其在冬季，受环境温度影响，出口热风温度更低，干燥能力直线下降，严重影响企业正常生产。(2)企业为提高出口热风温度，在实际运行中，将蒸汽阀和疏水阀调至最大，以增加蒸汽流量和加速冷凝水排出，导致冷凝水温度和含汽率分别高达130℃和15％，部分蒸汽未完全冷凝即被排出换热器，造成蒸汽的热利用率降低。

为克服原干燥系统的不足，应用本发明。采用沼气直燃热风炉代替原蒸汽换热器，直接采用沼气燃烧烟气作为干燥介质。改造后的干燥系统主要由燃烧器、沼气热风炉和回转干燥筒等组成。沼气在绝热燃烧室内燃烧，产生大量高温烟气。高温烟气离开燃烧室后，在混合室与大量冷空气混合，温度降至180℃左右后，进入回转干燥筒。

与原系统相比，改造后的沼气直燃干燥系统具有以下优势：(1)干燥介质温度不受热载体(蒸汽锅炉)温度的限制，很容易提高到180℃以上，且不再受导热油管网温度波动的影响，干燥介质温度稳定，企业生产力增强，产量提高。(2)干燥介质温度采用PID自动控制，可以根据物料水份含量灵活调节，干燥品质得到保证。(3)采用蒸汽锅炉为热源的干燥系统热转换环节较多，导热油加热、输送和使用三个过程都存在热损失，分别为锅炉热损失、蒸汽输送管损和换热器热损失，综合能效50％以下。改造后的沼气直燃热风炉干燥系统中，只存在两部分热损失，分别为沼气燃烧热损失和炉体散热损失，综合能效达96％以上。(4)沼气热风炉完采用自动化控制，省去了锅炉及其附属设备、导热油系统、换热器和大量的附属管道，简化了干燥工序，减少了操作人员，便于系统维护。

Claims

1.一种沼气热风干燥工艺，其特征在于利用沼气燃烧后的烟气混合新鲜空气制备热风直接作为干燥装置的干燥介质。

2.根据权利要求1所述的沼气热风干燥工艺，其特征在于：所述沼气中氧的体积百分数＜0.5％，硫化氢浓度≤15mg/m³、总硫质量浓度≤200mg/m³；所述新鲜空气通过304/无纺布材质的中效空气过滤器过滤。

3.根据权利要求2所述的沼气热风干燥工艺，其特征在于：所述沼气由有机废弃物发酵并经脱水脱硫处理而得。

4.根据权利要求3所述的沼气热风干燥工艺，其特征在于：所述有机废弃物来自淀粉生产、食品加工、酒精生产过程中产生的有机废水及有机固体废弃物。

5.根据权利要求1所述的沼气热风干燥工艺，其特征在于：所述干燥介质用于淀粉、食品、饲料、化工品的干燥。

6.根据权利要求1所述的沼气热风干燥工艺，其特征在于：所述沼气在沼气燃烧器的绝热燃烧室内燃烧产生高温烟气，高温烟气离开燃烧室后进入热风处理系统，并在热风处理系统的混合室中与大量冷空气混合，待混合气体温度降至所需温度后进入干燥装置，直接作为干燥装置的干燥介质，期间通过PID控制系统控制整个热风产生及干燥过程。

7.根据权利要求6所述的沼气热风干燥工艺，其特征在于：所述沼气燃烧器的燃烧室采用310S耐高温不锈钢制作，混合室和与热风接触的部分全部采用304不锈钢制作；所述干燥装置为气流干燥装置、喷雾干燥装置、流化床干燥装置、回转滚筒干燥装置、滚筒刮板干燥装置、竖式干燥装置或箱式干燥装置。

8.根据权利要求7所述的沼气热风干燥工艺，其特征在于：所述气流干燥装置的进风口风温100-250℃，出风口风温40-150℃；所述喷雾干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃；所述流化床干燥装置的进风口风温70-500℃，出风口风温40-150℃；所述回转滚筒干燥装置的进风口风温70-500℃，出风口风温40-150℃；所述滚筒刮板干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃；所述竖式干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃；所述箱式干燥装置的进风口风温200-500℃，出风口风温40-150℃。

9.根据权利要求8所述的沼气热风干燥工艺，其特征在于：所述进风口风温通过在燃烧器内PID控制调节燃气流量实现，所述出风口风温由温控PID变频调节供料泵转速来改变进料量实现。