提高喷雾干燥热效率的方法

文/刘殿宇

（华禹乳品机械制造有限公司）

提高喷雾干燥热效率的方法

文/刘殿宇

（华禹乳品机械制造有限公司）

喷雾干燥应用广泛，但其热效率较低，仅53%左右。如何提高喷雾干燥的热效率，是人们普遍关心的话题，也是研究者不断探索的课题，就此进行阐述。

喷雾干燥系统；热效率；途径

喷雾干燥应用广泛，喷雾干燥的热效率并不高，其热效率只有53%左右，如何提高喷雾干燥的热效率，是人们普遍关心的话题，也是研究者不断探索的课题，仅以RGYP01-500型喷雾干燥系统在奶粉生产中的应用为例进行阐述。

1 主要设计参数和结构特点

生产能力：500 kg/h；物料介质：浓缩后牛奶；进料质量分数：40%；进料温度：40～45 ℃；环境相对湿度：70%；环境温度：20 ℃；进风温度：160～170 ℃；排风相对湿度：80%；排风温度：85 ℃；出粉质量分数：97.5%。

本喷雾干燥系统采用单级袋滤器捕粉，利用空气加热器产生的冷凝水对进风进行预热，干燥塔、进风排风管道及袋滤器全部进行保温绝热处理，保温层厚度为200、100、60 mm。

2 喷雾干燥的热效率

喷雾干燥的热效率不高，只有53%左右，如何提高喷雾干燥的热效率，达到节能降耗的目的是每个生产企业都面临的问题。就喷雾干燥而言，提高喷雾干燥的热效率要从以下3 个方面进行考虑：一是充分利用冷凝水的余热；二是充分利用排风中的余热；三是优化喷雾干燥结构设计，使之趋于更加合理。

空气在干燥塔之热效率ηn，为空气在干燥塔内所放出热量qe与空气在干燥过程中所获得的热量q0之比值，即：

由热量衡算得知，空气经过加热器时所获得的热量为q0：

其中，式中：H0为进风机环境湿度，单位为kg/kg；t0、t1为空气加热前后的温度，单位为K。

而空气通过干燥塔时，温度由t1降至t2。所放出的热量为qe：

式中：t2为热风离开干燥塔温度，单位为K。

因此热效率为：

本例干空气质量L=6.14 kg/s，H0=0.009 kg/kg，t0=293K，t1=433K，t2=358K

2.1 利用空气加热器冷凝水对进风进行预热

本例饱和蒸汽耗量为1 121.5 kg/h（计算略），将空气加热器中产生的冷凝水回收，利用空气加热器对进风进行预热。假定进风经预热其温度由20 ℃提升至30 ℃，预热所需要的热量计算公式为：

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Q=1 121.5×4.19751×（90-40）=235 375.37 kJ/h（取进出口平均比热容）

预热进风所需要的冷凝水量计算公式为：

G×4.19751（90-40）=22 104×1.005×（30-20）（取进出口平均比热容）

得出G=1 058.46 kg/h。

由于实际冷凝水量为1 121.5 kg/h，因此冷凝水量足够。

再计算预热后干燥塔的热效率为：

2.2 利用排风所带出的余热对进风预热

喷雾干燥排风温度一般在85 ℃左右，甚至会更高，将排风带出的热量回收，预热进风使进风温度提高，即采用间壁列管式换热器，利用排风中的余热对进风加以预热，可提高进风温度，起到节能降耗的作用。过去曾有应用，但造价、使用维护等问题一直存在，到目前，这部分能源并没有得到很好的利用。本例把进风温度为30 ℃（经冷水预热后温度）预热至45 ℃，其计算过程如下。

2.2.1 预热所需热量估算

Q=GC（t1-t0）

式中：Q为热量，单位为kJ/h；G为空气质量，单位为kg/h，这里G=22 104 kg/h；C为进出口的定压平均比热容，单位为kJ/kg·℃，C=1.005 kJ/kg·℃；t0、t1为进出口温度，单位为℃，这里t0=30℃，t1=45 ℃。

根据公式计算：Q=GC（t1-t0）=22 104×1.005×（45-30）=333 217.8 kJ/h。

2.2.2 换热面积计算

所需要换热面积按下式计算：

式中：F为换热面积，单位为m2；Q为加热热量，这里Q=333 217.8 kJ /h；K为传热系数，单位为kcal/m2·h·℃，这里K=25 kcal/m2·h·℃；Δtm为传热温差，单位为℃；按对数温差求传热温差，逆流：85℃→65℃，45℃↖30℃；Δt1=85-45=40（℃），Δt2=65-30=35（℃）。因此，

Δtm=ψΔtΔt=0.89×37.44=33.3（℃）（这里温度修正系数ψΔt=0.89）。

最后计算换热面积为：

（这里传热系数K=104 kcal/m2·h·℃）。

回收排风的余热后其热效率为：

其次，喷雾干燥系统的优化设计也是体现节能降耗的关键。如干燥塔的生产能力、进排风机及空气加热器等的选择是否合理，以及绝热效果如何，这些都关系到喷雾干燥的能耗问题。所以优化喷雾干燥的设计也是节能减排的关键。

3 余热回收应注意的问题及解决方法

从应用看，还有很多喷雾干燥系统这两项余热并没有得到回收利用，尤其是排风中的余热回收在实际应用就更少。排风余热回收曾有应用，但由于受造价、制造厂家的引导及应用中出现的一些问题，最终没有得到很好的应用。回收排风中的余热，主要存在的问题是预热器的结垢问题，排风携带极少的粉尘长期经过预热器，就会在换热管管壁产生垢层，时间久了就会阻碍传热。解决方法是，定期对换热管进行检查、清洗，清洗的方法是配制一定浓度的NaOH或HNO3溶液进行浸泡，后借助人工方法进行清洗或清理。

4 结论

从上述计算可看出，回收排风中的余热所需要的管式换热器换热面积较大，占用空间也较大，造价也比没有余热回收的高，再加上设计制造单位没有正确引导等导致当前喷雾干燥系统热利用率仍然较低。从长期应用看，采用余热回收是一项节能减排的最佳途径。

[1] 刘殿宇. 喷雾干燥塔余热回收新设计[J]. 中国乳业，2007（1）：47-49.

[2] 刘殿宇. 空气相对湿度对喷雾干燥生产的影响[J]. 乳业科学与技术，2011，34（4）：197-199.

[3] 刘殿宇. 喷雾干燥系统调试过程出现的问题及解决方法[J]. 化工装备技术，2005（7）：7-8.

[4] 刘殿宇. 喷雾干燥连续生产的条件[J]. 发酵科技通讯，2015，44（3）：37-39.

刘殿宇（1962-），男，高级工程师，主要研究设计方向为乳品机械、轻化工机械。

2017-04-30）