循環(huán)流化床鍋爐煉糖濾泥混原煤摻燒技術(shù)的應(yīng)用

楊文海，鄧先勇，林麗麗，張 志，裴幸豪，凌世貴，鄧承斌

（廣西糖業(yè)集團(tuán)防城精制糖有限公司，廣西 防城港 538021）

0 引言

食糖作為一種國(guó)家戰(zhàn)略物資，既關(guān)乎人民的日常生活，也關(guān)乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行。近年來(lái)，隨著人民生活水平的不斷提高，我國(guó)對(duì)食糖的需求越來(lái)越大，對(duì)食糖品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。我國(guó)生產(chǎn)的食糖已經(jīng)無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，每年需要進(jìn)口約500萬(wàn)t的原糖進(jìn)行加工生產(chǎn)。目前甘蔗制糖有兩種方法，一種是用亞硫酸法或者碳酸法直接生產(chǎn)白砂糖，稱為一步法；另一種是先利用石灰石法制備原糖，然后將原糖回溶、飽充、蒸發(fā)，再次結(jié)晶獲得精煉糖，稱為兩步法。兩步法生產(chǎn)適用于進(jìn)口原糖進(jìn)行煉糖加工，生產(chǎn)出的精煉糖純度更高，質(zhì)量更好，更受消費(fèi)者的青睞。兩步法制糖生產(chǎn)過(guò)程中，在回溶糖漿中添加石灰乳后利用鍋爐煙道氣中的CO2進(jìn)行飽充產(chǎn)生CaCO3沉淀，以吸附回溶糖漿中的膠體、雜質(zhì)和色素等非糖分物質(zhì)，然后加入硅藻土助濾劑經(jīng)板框壓濾機(jī)過(guò)濾，最終分離出清糖漿與濾泥。煉糖生產(chǎn)中產(chǎn)生的濾泥與原糖比約為3.5∶100，干基濾泥與原糖比約為2.4∶100。本公司通過(guò)試驗(yàn)研究，發(fā)明了將原煤與干燥后的濾泥進(jìn)行混合并將混合物在循環(huán)流化床鍋爐中燃燒和處理的方法，稱為“處理精制糖廠濾泥的方法”。該技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的試驗(yàn)和工藝改造，已基本成熟并取得良好效果。

1 煉糖濾泥混煤摻燒的可行性

1.1 煉糖濾泥的主要成分

根據(jù)目前大多數(shù)煉糖企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，碳法煉糖濾泥含水量30%～35%，其干基的主要成分是CaCO3、硅酸鹽礦物和有機(jī)物［1］，其中CaCO3含量為75%～85%，MgO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等礦物質(zhì)鹽的含量為6%～10%，這主要與石灰和硅澡土的成分及使用量有關(guān)；煉糖濾泥中還含有6%～10%的蔗糖、還原糖、膠質(zhì)及色素等有機(jī)物，其含量主要與原糖的質(zhì)量、飽充吸附脫色效果和過(guò)濾效果有關(guān)。在煉糖生產(chǎn)中對(duì)煉糖濾泥的成分和含量進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。在煉糖濾泥干基的成分中，CaCO3和SiO2等礦物質(zhì)鹽主要是由石灰及硅澡土助濾劑等生產(chǎn)輔料帶入的，有機(jī)物則是由石灰乳與CO2反應(yīng)產(chǎn)生CaCO3沉淀時(shí)吸附蔗糖溶液中的膠體、色素和還原糖以及過(guò)濾后殘留的蔗糖分，煉糖濾泥干基中的蔗糖分為2.2%左右。

表1 煉糖濾泥的主要成分和含量

1.2 煉糖濾泥混原煤摻燒對(duì)環(huán)境的影響

煉糖濾泥中的CaCO3在40分鐘焙燒試驗(yàn)中，焙燒溫度800 ℃時(shí)CaCO3分解率達(dá)到70%以上，分解溫度低于一般石灰石的分解溫度（950 ℃）時(shí)，分解率達(dá)到100%［2］。循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行床溫為800～900 ℃，符合CaCO3分解溫度，分解后產(chǎn)生的CaO可作為脫硫劑去除原煤燃燒產(chǎn)生的SO2［3（］脫硫過(guò)程反應(yīng)式為：CaO+SO2→CaSO3，CaSO3+O→CaSO4）。煉糖濾泥中的硅藻土煅燒后生成物穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)。摻燒后的煉糖濾泥產(chǎn)物大部分為粉煤灰，可作為高CaO粉煤灰水泥的原材料銷售，其余產(chǎn)物與煤渣一同排出，可作為生產(chǎn)水泥的原料［1］。

1.3 摻燒濾泥對(duì)鍋爐及其效能的影響

1.3.1 增加煙道熱量損失

煉糖濾泥中含有水分，摻入原煤中進(jìn)入鍋爐燃燒后水分汽化從煙道排出，其過(guò)程會(huì)導(dǎo)致單位原煤燃燒的煙道熱量損失。當(dāng)排煙溫度為115 ℃時(shí)，煉糖濾泥常溫下?lián)饺朐褐羞M(jìn)入鍋爐中燃燒，其中的水分從25 ℃吸熱升溫汽化從煙道排出，經(jīng)過(guò)省煤器和空氣預(yù)熱器等進(jìn)行煙氣熱量回收后最終以115 ℃的水蒸汽排出。1 kg的水從25 ℃升溫至115 ℃吸熱378 kJ，汽化潛熱約2700 kJ/kg，導(dǎo)到熱損失約3078 kJ。當(dāng)煉糖濾泥的含水量為33.22%時(shí)，每摻燒1 kg煉糖濾泥干基則需帶入水分約0.5 kg，導(dǎo)致熱損失增加1539 kJ。

1.3.2 增加灰渣熱量損失

煉糖濾泥混合原煤摻燒后，剩余的固體物質(zhì)大部分為粉煤灰，少量為爐渣，從鍋爐排出的粉煤灰與爐渣都具有一定的溫度，由此帶來(lái)的熱損失形成了灰渣物理熱損失。灰渣物理熱損失包括爐渣、飛灰和沉降灰排出鍋爐設(shè)備時(shí)所帶走的熱損失［4］，摻燒過(guò)程會(huì)導(dǎo)致單位原煤燃燒的灰渣物理熱損失。本公司使用的循環(huán)流化床鍋爐排煙溫度約為115 ℃，使用了水冷卻排渣機(jī)，放渣溫度80 ℃左右，假設(shè)排粉煤灰和爐渣平均溫度為150 ℃，其比熱為0.92 kJ/（kg·K），則每千克煉糖濾泥干基摻入原煤入鍋爐中燃燒，灰渣物理熱損失為104 kJ。

1.3.3 增加CaCO3分解吸熱損失

煉糖濾泥中CaCO3含量按79.24%計(jì)，在摻燒過(guò)程中，CaCO3分解為CaO和CO2，分解1000 g CaCO3需1785 kJ的熱量，每千克煉糖濾泥干基摻入原煤入鍋爐中燃燒，按CaCO3分解量為50%計(jì)算，分解吸收熱量損失為707 kJ。

1.3.4 有機(jī)物燃燒增加發(fā)熱量

煉糖濾泥干基中所含的蔗糖、還原糖、膠體及色素等有機(jī)物大多為蔗糖和蔗糖的衍生物，其平均燃燒熱量約為3980 kcal/kg（16656 kJ/kg），每千克煉糖濾泥干基中的有機(jī)物燃燒可釋放熱量約為1619 kJ。

1.3.5 對(duì)鍋爐設(shè)備運(yùn)行影響

濾泥摻煤后進(jìn)入鍋爐燃燒，使燃料灰分增加，鍋爐床料及飛灰量也相應(yīng)增加，將增加尾部受熱區(qū)域灰量及加快結(jié)垢［4］，飛灰含量增加而加快水冷壁管表面磨損，鍋爐排渣量增加而加大排渣工作量等。

1.4 摻燒濾泥的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

煉糖濾泥干基混合煤中含有的有機(jī)物可燃燒放熱，足以抵消灰渣物理熱損失和CaCO3分解吸熱損失，在不計(jì)效能變化的情況下，每千克煉糖濾泥干基燃燒的放熱量高于灰渣物理熱損失及CaCO3分解吸熱損失，相當(dāng)于0.26 kg的水分帶入導(dǎo)致的煙汽熱損失，說(shuō)明在煉糖濾泥含水量為20.6%時(shí)摻燒對(duì)原煤供熱的效率不會(huì)造成影響。在一定范圍內(nèi)，濾泥水分每增加或減少1%，熱量損失或結(jié)余51 kJ左右，相當(dāng)于約2.7 g 4500 kcal/kg低位熱值的原煤。

1.4.1 經(jīng)濟(jì)效益

制糖廠按日處理原糖1000 t計(jì)算，可產(chǎn)出濾泥約35 t/d。由于濾泥含水量較高，為防止煤管堵塞，摻燒按不超過(guò)原煤的12%進(jìn)行，可摻燒煉糖濾泥約20 t/d，摻燒期間因熱損導(dǎo)致原煤供熱量的減少而增加原煤消耗522 kg，按原煤1150元/t計(jì)算，每日因摻燒濾泥增加原煤費(fèi)用600元。濾泥運(yùn)輸及填埋費(fèi)用26元/t，粉煤灰及煤渣加權(quán)平均銷售費(fèi)用30元/t，摻燒20 t煉糖濾泥可減少運(yùn)輸和填埋費(fèi)用520元，增加粉煤灰和煤渣銷售收入360元，減少脫硫石灰石使用量3 t/d以上［3］，石灰石粉按280元/t計(jì)算，可減少石灰石粉費(fèi)用840元/d。每摻燒1 t煉糖濾泥可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益56元，每日可產(chǎn)生效益1120元。

設(shè)備經(jīng)過(guò)改造增加回轉(zhuǎn)滾筒干燥機(jī)，利用鍋爐煙氣烘干濾泥，烘干后的濾泥含水量在24%左右，產(chǎn)量約31 t/d，因摻燒產(chǎn)生的熱損失導(dǎo)致增加原煤消耗216 kg/d，費(fèi)用為248元/d，干燥設(shè)備運(yùn)行電費(fèi)270元/d［自發(fā)電成本0.26元/（kW·h）］。減少濾泥運(yùn)輸及填埋費(fèi)用910元/d，增加粉煤灰及煤渣銷售收入632元/d，減少脫硫石灰石粉使用費(fèi)用840元/d，每摻燒1 t煉糖濾泥可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益53元，可增加效益1864元/d。

1.4.2 社會(huì)效益

對(duì)煉糖濾泥直接進(jìn)行填埋處理是制糖行業(yè)普遍采用的方法，由于其成本低、無(wú)需額外的處理裝置、便于實(shí)施，在行業(yè)內(nèi)受到普遍認(rèn)可。但由于直接填埋煉糖濾泥無(wú)任何經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生，企業(yè)生產(chǎn)成本增加的同時(shí)也造成了環(huán)境的污染和破壞［1］，在面對(duì)日益嚴(yán)重的能源枯竭和環(huán)境問(wèn)題的時(shí)候，該方法已不再適用，通過(guò)煉糖濾泥混原煤摻燒技術(shù)能使濾泥變廢為寶，符合國(guó)家鼓勵(lì)固廢綜合利用的政策。

2 摻燒技術(shù)要點(diǎn)

2.1 對(duì)設(shè)備改造的要求

未經(jīng)烘干的煉糖濾泥由于含水量較高，摻燒比例受原煤水分的影響，容易造成鍋爐落煤管堵塞，影響鍋爐運(yùn)行安全，因此有必要增加濾泥干燥設(shè)備。干燥設(shè)備可選用回轉(zhuǎn)滾筒干燥機(jī)，利用煙氣烘干時(shí)部分濾泥粉塵會(huì)跟隨煙氣飄走，因此需要配套除塵器使用，除塵后的煙氣抽回原鍋爐煙氣管道進(jìn)行脫硝。煉糖濾泥混原煤摻燒設(shè)備主要流程如圖1所示。

2.2 對(duì)工藝指標(biāo)的要求

影響煉糖濾泥摻燒的主要因素是煉糖濾泥的含水量和原煤的灰分，濾泥水分過(guò)高容易造成落煤管堵塞影響鍋爐運(yùn)行安全，摻混的原煤灰分過(guò)高會(huì)造成受熱面積積灰過(guò)快影響鍋爐熱效率［4］，摻燒比例也會(huì)受原有鍋爐排灰排渣系統(tǒng)能力的限制，因此要求原煤含水量小于30%，表面干爽；原煤灰分在8%以下，混合濾泥后總灰分在25%以下。通過(guò)改造壓濾機(jī)設(shè)備降低壓濾機(jī)排泥水分，增加濾泥煙氣干燥系統(tǒng)，并選用較低灰分的原煤，可有效解決濾泥摻燒的技術(shù)難題。

2.3 摻燒操作方法

濾泥經(jīng)過(guò)設(shè)備烘干至含水量為20%～25%的松散狀態(tài)，再將其輸送到煤場(chǎng)堆放。因?yàn)V泥較濕，提升進(jìn)入干燥機(jī)的提升機(jī)容易積泥，需要定時(shí)清理。操作時(shí)先用煤吊車抓斗抓取一定量的煉糖濾泥，灑入即將輸送燃燒的原煤中進(jìn)行多次抓拌混合均勻（濾泥與煤比約18∶100），然后將混合物輸送到煤倉(cāng)儲(chǔ)存后進(jìn)行入鍋爐燃燒。濾泥混煤燃燒后，燃料灰分大幅增加，鍋爐床料及飛灰量也相應(yīng)增加，因此，需要增加吹灰和排渣頻次。

3 結(jié)語(yǔ)

由于煉糖濾泥中CaCO3含量較高，容易使土壤板結(jié)，且有機(jī)質(zhì)較少、肥力低，無(wú)法用來(lái)生產(chǎn)有機(jī)肥；又因其含有有機(jī)質(zhì)，也無(wú)法直接用作建材原料進(jìn)行循環(huán)利用，因此目前大多數(shù)制糖企業(yè)只能將煉糖濾泥進(jìn)行填埋處理。通過(guò)濾泥混煤摻燒技術(shù)，摻燒后的固體產(chǎn)物可作為生產(chǎn)水泥或其他建材的原料，使濾泥具備綜合利用的價(jià)值，解決了煉糖濾泥排放填埋帶來(lái)的環(huán)境污染，變廢為寶，具有極大的環(huán)境效益和社會(huì)效益，也降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)我國(guó)的制糖企業(yè)具有較高的參考價(jià)值。