工業(yè)領(lǐng)域綠色低碳技術(shù)應(yīng)用案例10 流化床干燥尾氣閉路循環(huán)改造項目

案例10流化床干燥尾氣閉路循環(huán)改造項目主要完成單位：三張節(jié)能工程有限公司主要完成人員：張紅曉，邰付洪，張振亞，李建釗，李昌明，劉功曉，種學偉流化床是一種廣泛應(yīng)用于化工、冶金、環(huán)保等領(lǐng)域的重要設(shè)備，其基本原理是通過向床層中吹入氣體或液體使顆粒材料處于流態(tài)狀態(tài)。在流化床干燥過程中，通過向床層中吹入熱空氣或其他熱介質(zhì)，使顆粒材料處于流態(tài)狀態(tài)，從而加速干燥過程，但也會產(chǎn)生大量廢氣。一、項目背景沸騰流化床是我國食品藥品行業(yè)的主要烘干耗能設(shè)備，相關(guān)能耗占整個食品和藥品企業(yè)總能耗的40%以上，其中僅用于烘干廢氣的直接排放熱能占據(jù)其中約六成。面對沸騰流化床干燥高溫廢氣中蘊含的大量熱能，傳統(tǒng)工藝主要通過熱交換器回收、蒸汽循環(huán)、熱泵回收和直接加熱等回收利用余熱回收，但存在著熱能分散、溫度變化大、氣分組成復(fù)雜、設(shè)備腐蝕和能源效率低等問題，造成巨大的能源浪費，廢氣中所含熱能對大氣環(huán)境也造成了熱污染。因此，亟需針對現(xiàn)有沸騰流化床在整體生產(chǎn)工藝余熱回收應(yīng)用上的不足，通過勘查、研發(fā)、測試和優(yōu)化，實施干燥尾氣閉路循環(huán)改造，將節(jié)能降碳理念完美融合進入現(xiàn)有沸騰流化床工藝中。三張節(jié)能工程有限公司開展的流化床干燥尾氣閉路循環(huán)改造項目，投資總額為144.19萬元，旨在對飼料級全霉素流化床干燥裝置進行改進。項目通過高效熱泵技術(shù)、直聯(lián)風機技術(shù)、氣氣全熱交換技術(shù)、空壓機余熱利用技術(shù)、自動化控制技術(shù)融合后的余熱回收熱泵機組，在對流化床排放的廢氣進行降溫除濕后，對其廢氣熱能回收后，在通過電能驅(qū)動高效壓縮機和利用空壓機余熱，在提升熱能品質(zhì)后，再送入沸騰流化床進行烘干作業(yè)，完全閉式循環(huán)，整個過程不向外界排出氣體，從而實現(xiàn)近零排放節(jié)能干燥，達到初始含水量40-50%、終了<7%的干燥要求。圖SEQ圖\*ARABIC28設(shè)備具體布局示意圖圖SEQ圖\*ARABIC29空壓機余熱利用原理圖二、創(chuàng)新點及相關(guān)技術(shù)內(nèi)容創(chuàng)新點1：研究優(yōu)化干燥尾氣閉路循環(huán)原理傳統(tǒng)流化床干燥尾氣閉路循環(huán)主要依靠熱交換器對尾氣中的熱能進行回收利用，未引入熱泵技術(shù)或采用其他方式對尾氣進行加熱處理，智能化或優(yōu)化控制方面成熟度有限，導致能源利用效率不足。針對上述問題，項目基于現(xiàn)場實地勘察、設(shè)計負荷理論計算、風道基礎(chǔ)設(shè)計、設(shè)備能力仿真模擬及能力試驗測試、技術(shù)方案專家多輪論證、設(shè)備機組安裝過程的PLC實際智能控制程序優(yōu)化，重新設(shè)計優(yōu)化干燥尾氣閉路循環(huán)原理。圖SEQ圖\*ARABIC30干燥尾氣閉路循環(huán)原理圖通過回收利用空壓機高溫壓縮空氣所蘊含的大量熱能，制取75℃左右熱水并輸送至閉式熱泵除濕設(shè)備的加熱器中，由加熱器將從冷凝器出來的60℃干燥氣體加熱到80℃，能夠在充分利用多種余熱的同時降低空壓機的冷卻負荷，使空壓機運行更為節(jié)能，也延長了空壓機的使用壽命。創(chuàng)新點2：優(yōu)化明確工藝控制點傳統(tǒng)的流化床干燥尾氣閉路循環(huán)僅包括除濕過程，缺少對余熱回收利用的考慮，并且在設(shè)備配置和控制點方面相對不清晰明確，導致除濕效果與能源利用效率相對較低。針對上述問題，項目優(yōu)化工藝流程，明確工藝控制點，相比傳統(tǒng)的流化床干燥尾氣閉路循環(huán)更加復(fù)雜，但也更加全面和高效，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的除濕效果和能源利用效率。圖SEQ圖\*ARABIC31工藝控制點示意圖具體包括：一是排出空氣首先冷卻塔系統(tǒng)，將空氣由狀態(tài)點0冷卻至狀態(tài)點1，狀態(tài)點1溫度32℃以下，濕度100%，除去水分400-800公斤。二是狀態(tài)點1空氣經(jīng)氣氣換熱器除濕后至狀態(tài)點2，狀態(tài)點2溫度30℃以下，濕度100%，氣氣換熱系統(tǒng)除去水分150-250公斤。三是狀態(tài)點2空氣經(jīng)三級熱泵除濕蒸發(fā)器至狀態(tài)點3，狀態(tài)點3溫度20℃以下，濕度100%。余熱回收熱泵機組除去水分600-800公斤。三級除溫系統(tǒng)每級配壓縮機50P，采用渦旋式壓縮機。四是狀態(tài)點3空氣通過氣氣換熱器，將空氣加熱至狀態(tài)點4，狀態(tài)點4溫度約30℃。五是狀態(tài)點4空氣再通過余熱回收熱泵機組，將空氣加熱至狀態(tài)點5，狀態(tài)點5空氣溫度約60℃。六是空壓機余熱系統(tǒng)將從冷凝器出來的烘干氣體從60℃加熱到80℃。七是狀態(tài)點5空氣再通過原蒸汽加熱系統(tǒng)，將空氣加熱至100℃左右供烘干使用。創(chuàng)新點3：采用PLC智能控制集成系統(tǒng)傳統(tǒng)流化床干燥系統(tǒng)由多個單獨的設(shè)備組成，控制系統(tǒng)相對獨立，且需要人工操作和調(diào)節(jié)，操作人員需要根據(jù)經(jīng)驗和實際情況手動控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，反應(yīng)速度相對較慢，控制方式相對固定，調(diào)節(jié)和修改控制邏輯相對困難。針對上述問題，項目采用PLC智能控制集成系統(tǒng)與現(xiàn)有沸騰流化床控制系統(tǒng)兼容，相比傳統(tǒng)流化床干燥系統(tǒng)具有自動化程度高、集成性強、實時性好、可編程性強等優(yōu)勢，能夠提高系統(tǒng)的運行效率和控制精度。通過自動調(diào)控壓縮機工作狀態(tài)、風閥的開度等系統(tǒng)運行情況，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、智慧屏幕顯示與用戶自定義工藝參數(shù)，實現(xiàn)無人值守、全自動生產(chǎn)作業(yè)，節(jié)省大量人力成本。圖SEQ圖\*ARABIC32整機外觀圖及參數(shù)銘牌三、經(jīng)驗總結(jié)與推廣價值流化床干燥尾氣閉路循環(huán)改造項目可適用于使用流化床的其他行業(yè)，如石油化工、精細化工、醫(yī)藥、食品、糧油和廢渣處理等領(lǐng)域，有助于實現(xiàn)回收尾氣余熱并提升熱能品質(zhì)，有效節(jié)約蒸汽的消耗。項目的經(jīng)濟、環(huán)境與社會效益顯著。根據(jù)三張節(jié)能工程有限公司測算數(shù)據(jù)，以一條金霉素流化床生產(chǎn)線余熱回收熱泵機組為例，實施后可節(jié)約蒸汽量3348t/年（折合288tce/年），節(jié)約人工費12000元/年，通過回收冷凝水減少9720t/年的用水量。同時，項目通過內(nèi)循環(huán)改造，每年可減少廢氣排放量9720萬立方，同時在回收尾氣余熱后，通過熱泵技術(shù)提升了熱能品質(zhì)，減少企業(yè)的能源消耗，每年共計可減少620噸二氧化碳排放量。參考恒州博智統(tǒng)計及預(yù)測，2022年全球大容量流