粮食干燥尾气废热回收中的应用设计
粮食干燥过程中的尾气具有排放量大、杂物大量、温度低等特性,在其尾气回收利用过程中必须考虑以下几方面:
①尾气废热回收过程中的堵塞问题。避免尾气中的杂物造成堵塞,影响设备的正常运行,降低尾气废热的回收利用效率;
②尾气废热回收过程中的腐蚀性问题。因为尾气是湿热空气,里面杂物较多,长时间使用由于杂物发酵等原因容易对废热回收利用设备造成腐蚀损坏;
③效率、安全性问题。粮食干燥行业属于低收益、高能耗行业,但也属于国家战略战备相关,所以在尾气回收利用过程中不仅要高效,减少使用者的投资回收周期,而且更需要在整个尾气回收利用过程中保证粮食干燥的安全性。
针对以上几个问题,在实际应用过程中,利用水气直接接触换热法将尾气中湿热空气的热量交换至水中,过滤掉尾气中大部分的杂物,避免在粮食干燥过程中造成粉尘、碎屑、谷壳等杂物堆大气的污染,同时也避免了由于尾气热能品位低、风量大而导致在间接换热器设计过程中设备大、容易堵塞等缺陷。
通过水气直接换热后将尾气中的热量集中到水中形成30℃左右的中低温热水,并通过水过滤装置去除水中杂物,这样避免了直接对干燥尾气过滤造成的热量损耗,以及由于干燥尾气风量大且分散导致的过滤不干净、费用高等问题。
通过除杂后的中低温热水,有效地避免了在换热过程中的堵塞问题,从而利用高效蒸汽压缩热力学循环系统回收中低温水的中热量,制取60~80℃的热水,再将制取的热水通过热风换热器加热新风,替代部分粮食干燥用燃煤,达到粮食干燥过程中尾气的回收利用。整个尾气废热回收再利用的技术思路见图1。
其中蒸汽压缩热力学循环系统是将低品位、分散的尾气废热资源回收制取中高温热水的重要装置,采用蒸汽压缩热力学循环系统装置可以有效地减少石化能源的消耗。蒸汽压缩热力学循环系统制热的能效比(COP值)计算公式为:
所以,蒸汽压缩热力学循环系统在废热回收利用过程中制热的COP>1。故蒸汽压缩热力学循环系统一方面其从废热过程中吸取热量,减少废热产生的热污染,另一方面高效制取的高品位高温热源可供工业、民用等,减少了企业、城市等对石化能源或电力资源的依赖。在能源缺乏的今天,蒸汽压缩热力学循环系统技术充分体现了清洁、环保能源技术在废热回收过程中的经济、环保优势,对国家经济的可持续发展具有重要意义。
目前我国特别是北方广大地区,粮食干燥需求量非常大,但是能耗为国外发达地区的1.5~2倍。而且大多数的粮食干燥尾气都直接排放到大气,造成环境污染,也浪费了大量的能源。采用本文中的粮食干燥尾气回收再利用技术,可以高效地回收利用尾气中的低品位能源,减少粮食干燥过程中化石能源的使用,可为粮食干燥企业每年至少节省18%左右的能源消耗,同时减少相应的CO2、NOx、SO2等废气排放,可避免90%以上粮食干燥过程尾气中灰尘、粮食碎屑等杂物的无序排放。这对于实现粮食干燥行业的转型,降低行业对化石、电力等高品位能源的消耗和依赖,贯彻国家的节能减排方针,对实现国民经济的可持续发展具有重要意义。
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