李 健，宋金虎，王海波

(上海藍濱石化設備有限責任公司，上海 201518)

目前，氨基酸廢水資源化[1]處理已經(jīng)成功工業(yè)化，國內資源化處理工藝主要有[2]：提取菌體蛋白后生產有機無機復混肥、生產飼料酵母蛋白后回收硫酸銨生產有機無機肥及家禽飼料添加劑，以上工藝流程均為提取蛋白—蒸發(fā)濃縮[3]—結晶提鹽—噴漿造?！繕水a品。其中噴漿造粒熱風溫度在400 ℃左右[4]，外排尾氣溫度130～140 ℃，同時含有較多塵粒、含硫臭氣及大量水蒸氣。目前，噴漿造粒熱風一般通過兩級噴淋降溫至70～80 ℃，在經(jīng)靜電除塵降溫至60 ℃形成尾氣排放，由于尾氣中含低沸點有機物，仍然會揮發(fā)至大氣中形成惡臭，針對這個問題有廠家[2]通過在噴淋[5]工序后增加板式氣-液換熱器將尾氣溫度降低至50 ℃以下，并增加生物吸附、臭氧氧化等工序將尾氣進一步處理后排放，在熱量回收和深度除臭方面有明顯改善。

板式換熱器[6]是以金屬薄板壓制成型后作為傳熱元件的一種高效熱交換器，19世紀60年代中期，蘭州石油機械研究所研制生產了我國第一臺板式換熱器[7]，自此板式換熱器在我國各行各業(yè)的傳熱領域作出了巨大貢獻。隨著研究、設計和制造的水平不斷提高，板式換熱器形式不斷增多，有可拆式、全焊接式、螺旋板式和蜂窩式。如今板式換熱器在產品類型方面的發(fā)展趨勢主要是大型可拆式板殼式換熱器和新型節(jié)能全焊接式板式換熱器，全焊接板式換熱器[8]具有傳熱系數(shù)高、流道間距可調、耐高溫、耐壓等諸多優(yōu)點，應用領域不斷擴大，相比傳統(tǒng)管殼式換熱器在某些場合體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。

1 全焊接板式換熱器

全焊接板式換熱器的“板管”由兩張壓制成型的波紋板片疊合后焊接而成，多個“板管”疊合后焊接就組成了“板束”，配合板框及支撐部件就組成了全焊接板式換熱器本體。與管式換熱器相似，全焊接板式換熱器同樣有冷熱兩側流道，可設置逆流、混流等流動模式，也可設置單程、雙程及多程流程模式，可用于氣-氣、氣-液、液-液、液-固熱交換。根據(jù)使用介質情況，板片材質可選用300系列奧氏體不銹鋼、雙相鋼、ND鋼以及Ti材，模塊化設計，占地面積小，板片采用自動電阻焊加弧焊的焊接方式，也可以直接采用激光焊的焊接型式，焊接效率高、密封可靠性好。

用于煙氣換熱的錯流式全焊接板式換熱器的流程及結構示意圖如圖1所示。

圖1 全焊接板式換熱器流程及結構示意圖Fig.1 Process and schematic diagram of all-welded plate heat exchanger

由圖1可知：全焊接板式換熱器，由于波紋形狀不同，其板片能夠在較薄的情況下依然具有較大強度，從而有效減小壁面熱阻、節(jié)省金屬材料消耗；波紋的存在可使“板管”內流體在較低雷諾數(shù)下達到湍流，有效提高傳熱系數(shù)的同時減少輸送功耗；根據(jù)不同流體介質可設置不等寬度流道，在滿足工藝要求前提下進一步節(jié)約運行費用。用于氣-液換熱的板式熱交換器，氣側需要較大的波紋深度，以增大流道間距降低氣側阻力損失，同時適應高固含量下的減緩結構和方便清灰的要求，而液體側需要較小的流道寬度，以提高對流傳熱系數(shù)和減少液體循環(huán)量。

2 氨基酸廢水處理中噴漿造粒尾氣特性及處理工藝

發(fā)酵法生產氨基酸產生大量的高濃度廢水[9]，目前，氨基酸廢水資源化過程中的噴漿造粒工序產生了大量高溫尾氣，這些高溫尾氣含空氣、水蒸氣、粉塵、二氧化碳、二氧化硫、含硫有機物等成分，排放前需經(jīng)過文丘里除塵、噴淋洗滌、脫霧、除臭等工序進行深度處理才能夠排放。

徐太海等[2]通過在文丘里除塵等工序前設置換熱器，將洗滌水降溫以減少惡臭氣體揮發(fā)；在二次洗滌塔后繼續(xù)設置換熱器進一步降低尾氣溫度至50 ℃，以減少電除霧及臭氧發(fā)生器負荷，通過以上改善將粉塵的產生質量濃度由180 mg/m3降低至100 mg/m3，臭氣排放濃度從20(無量綱)降低到15(無量綱)。煙塵和臭氣排放濃度均能滿足并低于GB 9078—1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》二級標準中煙塵200 mg/m3、臭氣20(無量綱)限值，應用效果良好。

3 全焊接板式換熱器工程應用

基于內蒙古某企業(yè)氨基酸廢水處理中噴漿造粒尾氣特點(尾氣成份及含量如表1所示)，設計了全焊接板式換熱器(設計參數(shù)如表2所示)，并結合表2參數(shù)將傳統(tǒng)管殼式換熱器與全焊接板式換熱器進行了等目標設計對比，設計結果對比如表3所示。對比表明，全焊接板式換熱器在占地面積、冷源循環(huán)量、金屬材料消耗(投資)等方面具有明顯優(yōu)勢，因此業(yè)主最終選擇了該全焊接板式換熱器(現(xiàn)場應用如圖2所示)，運行顯示該全焊接板式換熱器完全達到工藝要求，應用成功。

表1 內蒙古某企業(yè)噴漿造粒尾氣成份及含量

表2 設計參數(shù)Table 2 Design parameters

表3 設計結果對比Table 3 Comparison of design results

圖2 全焊接板式換熱器工程應用實例Fig.2 An engineering application example of all welded plate heat exchanger

針對尾氣中含有較多固體顆粒，設計了單程錯流工藝，以盡可能地減小氣側壓降，進口處設置布風器，以減緩沖刷腐蝕及氣體分布不均造成的傳熱惡化。長期運行氣側會出現(xiàn)結灰、垢下腐蝕等現(xiàn)象，影響傳熱效果及設備使用壽命，因此設計了氣側清洗裝置和不停車清洗工藝，如圖3所示。為了更好地回收熱量，建議嘗試如圖4所示的工藝路線。

圖3 氣側清洗及不停車清洗工藝示意圖Fig.3 Schematic diagram of airside cleaning and no-stop cleaning process

圖4 建議工藝方案Fig.4 Proposed process

4 結 論

全焊接板式換熱器以其良好的傳熱性能、相對較低的造價及較低的運行成本在氨基酸廢水處理中噴漿造粒尾氣降溫工段成功工業(yè)化應用。但是，在工程應用中全焊接板式換熱器僅作為傳熱單元引入，用于進一步降低噴淋塔尾氣溫度，整體節(jié)能效果一般，如果在噴漿造粒尾氣處理工藝中用兩級全焊接板式換熱器將高溫尾氣直接冷卻到45 ℃，將省掉噴淋段涼水塔和換熱器，同時，冷源用氨基酸廢水原水逆流換熱，二級全焊接板式換熱器將原水加熱到70 ℃后閃蒸，閃蒸母液與一級全焊接板式換熱器換熱至95 ℃，然后將95 ℃廢水加入閃蒸罐或三效蒸發(fā)系統(tǒng)，節(jié)能效果將更加明顯。