生物发酵工程一起节能减排、清洁生产、资源回收利用的显著优势被列入了技术进步的重要领域。统计显示，热风干燥类设备对于年处理量的大型企业而言，能源消耗十分巨大，通过采用科学、可操作的节能减排设备，可大大提升各设备的热能利用空间，有助于推动国民经济持续稳定发展。
1常用热风干燥形式热能利用率分析
1.1喷雾类热风干燥
喷雾类干燥的原理是将原料液雾化成小水滴，再与热风瞬间接触干燥，干燥时间需20—50s，干燥空间大，热损失多，无法满足含水率严格的使用情况，在干燥塔底设置第二级干燥，塔底干燥量比例一般小于1%，设计、操作难度大。工艺流程图见图1。
图1 喷雾类干燥工艺流程示意图
在此以生物发酵类产品温度举例分析：当环境温度为10℃，进风温度165℃，排风温度75℃时，温差为90℃，由于喷雾类干燥设备的干燥面积大，热能损失大，因此其实际的利用率一般只有69%，约60℃，总利用率=60÷（165-10）=38.7%。蒸发1吨水耗用蒸汽量=1÷0.387×1.05=2.7t。
最终的物料成品含水率均有标准的要求，成品含水率与喷雾塔的尾气排风温度一般呈反比，含水率越低，温度需要越高，因此导致的热量损失也会更大，尾气热量也越多，整体的热能利用率较低。由此可见，提高热能利用率的方式主要有：增加保温，降低塔体散热，但是受到粘壁影响，不可过度保温；塔体散热利用，需要增加厂房封闭装置，大大增加了投资成本[1]。
1.2流化床类热风干燥设备
流化床干燥的原理是利用热风穿透干燥器内的物料层，该种方式的热质交换律较高，干燥时间短则几秒，长则数小时，均可实现，所需的干燥空间也较小，可被设计为多室流化床，对匀速、降速和冷却阶段均适用。工艺流程图见图2。
图2流化床类干燥工艺流程示意图
在此举例分析流化床（不带内换热器），98 赖氨酸烘干：当环境温度为10℃，进风温度145℃，排风温度70℃时，温差为70℃，由于流化床类设备的干燥面积小，热能损失小，因此其实际的利用率通常可达到98%，约68.6℃，总利用率=68.6÷（145-10）=50.8%。蒸发1吨水耗用蒸汽量=1÷0.508×1.05=2.07t。
而流化床（带内换热器），98赖氨酸 烘干，热能利用率接近100%，当进风温度为120—160℃时，热能利用率可达65%—70%（举例1÷X×1.05=1.49，X=70%）
2热风干燥类装置可采用的热能利用方式
2.1板式转换器
板式转换预热器主要由薄钢板制作而成，薄板呈波浪形，采用焊接法将其制成长方形板盒，再将多个盒子进行拼接，形成热尾气穿过的通道，盒子外侧为外通道，构成新鲜空气通道。为了进一步提高换热系数，一般会在钢板上加工成半圆形的凹凸，使热尾气与新鲜空气进行十字交叉换热，由于薄钢板为波浪形和凹凸面，因此其传热效率也得到了提高[2]。但同时，由于气体需要多次折流，因此气体的阻力较大，耗材较多，结构不紧密，需要焊接的部位较多，容易出现渗漏，因此正处于逐渐被淘汰的阶段。
在此以70 赖氨硫造粒机举例：当排风量为100000kg/h，新鲜风量为90000kg/h，板式换热器造价100万，热尾气温度下降（90℃→70℃），新鲜空气温度上升（23℃→25℃），热尾气气体阻力差为800Pa，新鲜空气为750Pa，二者的阻力差过大，节省的蒸汽价值抵消了部分电能消耗，对系统的正常运行干扰较大，由于存在波浪的凹凸面，使得设备清洗较为困难。
2.2管式换热器
管式空气预热器多为立方形箱体，由多根平行钢管排列焊接在管板上。烟气在管箱内部上-下流动，新鲜空气在管外左－右冲刷受热面，进而完成热量交换。管式空气预热器的导热性能良好，密封性好，维护简单，成本低，但同时，其也存在一定的缺陷，耗材多，占地面积大，造价昂贵。
2.3相变式热管换热器
相变热换器通过汽化－液化交替导热。相变下段工质水吸热、升温后，形成过热蒸汽，上升至上段，释放热量，重新凝结成水，工质水顺流回到下段，并进行二次汽化，不断循环，换热系数较高。但是由于需要经过上下端换热才能实现导热，因此通常在外部设置翅片。在热管内部，随着时间的不断增加，不凝气体容易导致换热效率降低，热管逐渐老化，直至失效[3]。工作时，热尾气的温度不可过低，否则会产生酸露腐蚀，当产生结露性灰垢后，便难以清除，必须拆除管结构，后续的维护成本较大，价值较高的造价，导致其运用受限。在相变式热管式换热器中，湿热、含粉尘尾气也经翅片区域，在换热时，翅片区域的湿度增加，产生的冷凝水与灰尘均会粘附在翅片上，清洗极为不便，同时也会导致换热效率降低。为了避免以上情况的发生，需严格要求翅片的清洗，但是在生物发酵行业，该操作难以实现。
2.4回转式换热器
以转子回转式空气预热器为例，转子式受热面分为许多仓格，内部安装有蓄热板，蓄热板进行正反应，转至空气面时，再进行逆反应，受热面在不断回转中完成热量传递，烟气温度下降，空气升温。回转式空气预热器的占地面积小，质量小，传热元件耐磨损性能好，适用于大型锅炉。但是其运行规模较大，结构复杂，耗能高，容易漏风。
2.5直管翅片式换热器
直管翅片式换热器是管式与相变式的结合体和改造体。每一根直管均为翅片形式，换热面积大大增加，总体积大大缩小，经济适用性更高。在处理量大时，起到相变原理，换热系数大大提高。新鲜空气随着季节变化温度降低，冷凝现象明显，换热效果更加优异[4]。
结语
在降速与冷却阶段的热风也可进行回收利用，游戏有效节省热能。在科学技术不断发展的今天，单一的换热技术已经不再适合生物行业的发展需要，综合各种技术，进行针对性的开发，将是生物发酵工程未来的发展方向，而提高热能利用率，对社会、经济效益的提升均有积极意义。
参考文献
[1]方永平,李洪东,黄超,林长宏,李傲,吉宏宇,王学双.发动机尾气热能再利用装置研究[J].现代车用动力,2021(01):53-55.
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[3]赵川.联碱法氯化铵干燥节能改造工艺的研究[J].纯碱工业,2021(03):17-18.DOI:10.16554/j.cnki.issn1005-8370.2021.03.006.
[4]黄盛杰,吴煜,沈健民.粮食干燥设备发展趋势——从热风干燥到石墨烯远红外辐射[J].江苏农机化,2021(01):33-36.DOI:10.16271/j.cnki.jsnjh.2021.01.012.
[5]曹晓东.浅析电石炉尾气综合利用技术[J].化工管理,2018(11):75.
