循環流化床鍋爐煉糖濾泥混原煤摻燒技術的應用

楊文海，鄧先勇，林麗麗，張 志，裴幸豪，凌世貴，鄧承斌

（廣西糖業集團防城精制糖有限公司，廣西 防城港 538021）

0 引言

食糖作為一種國家戰略物資，既關乎人民的日常生活，也關乎國民經濟的正常運行。近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，我國對食糖的需求越來越大，對食糖品質的要求也越來越高。我國生產的食糖已經無法滿足國內市場需求，每年需要進口約500萬t的原糖進行加工生產。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，再次結晶獲得精煉糖，稱為兩步法。兩步法生產適用于進口原糖進行煉糖加工，生產出的精煉糖純度更高，質量更好，更受消費者的青睞。兩步法制糖生產過程中，在回溶糖漿中添加石灰乳后利用鍋爐煙道氣中的CO2進行飽充產生CaCO3沉淀，以吸附回溶糖漿中的膠體、雜質和色素等非糖分物質，然后加入硅藻土助濾劑經板框壓濾機過濾，最終分離出清糖漿與濾泥。煉糖生產中產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。本公司通過試驗研究，發明了將原煤與干燥后的濾泥進行混合并將混合物在循環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”。該技術經過多年的試驗和工藝改造，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

根據目前大多數煉糖企業的生產數據統計，碳法煉糖濾泥含水量30%～35%，其干基的主要成分是CaCO3、硅酸鹽礦物和有機物［1］，其中CaCO3含量為75%～85%，MgO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等礦物質鹽的含量為6%～10%，這主要與石灰和硅澡土的成分及使用量有關；煉糖濾泥中還含有6%～10%的蔗糖、還原糖、膠質及色素等有機物，其含量主要與原糖的質量、飽充吸附脫色效果和過濾效果有關。在煉糖生產中對煉糖濾泥的成分和含量進行分析，結果見表1。在煉糖濾泥干基的成分中，CaCO3和SiO2等礦物質鹽主要是由石灰及硅澡土助濾劑等生產輔料帶入的，有機物則是由石灰乳與CO2反應產生CaCO3沉淀時吸附蔗糖溶液中的膠體、色素和還原糖以及過濾后殘留的蔗糖分，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環境的影響

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

1.3 摻燒濾泥對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，摻入原煤中進入鍋爐燃燒后水分汽化從煙道排出，其過程會導致單位原煤燃燒的煙道熱量損失。當排煙溫度為115 ℃時，煉糖濾泥常溫下摻入原煤中進入鍋爐中燃燒，其中的水分從25 ℃吸熱升溫汽化從煙道排出，經過省煤器和空氣預熱器等進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，導到熱損失約3078 kJ。當煉糖濾泥的含水量為33.22%時，每摻燒1 kg煉糖濾泥干基則需帶入水分約0.5 kg，導致熱損失增加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備時所帶走的熱損失［4］，摻燒過程會導致單位原煤燃燒的灰渣物理熱損失。本公司使用的循環流化床鍋爐排煙溫度約為115 ℃，使用了水冷卻排渣機，放渣溫度80 ℃左右，假設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，在摻燒過程中，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%計算，分解吸收熱量損失為707 kJ。

1.3.4 有機物燃燒增加發熱量

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物燃燒可釋放熱量約為1619 kJ。

1.3.5 對鍋爐設備運行影響

濾泥摻煤后進入鍋爐燃燒，使燃料灰分增加，鍋爐床料及飛灰量也相應增加，將增加尾部受熱區域灰量及加快結垢［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 摻燒濾泥的經濟效益和社會效益

煉糖濾泥干基混合煤中含有的有機物可燃燒放熱，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，相當于0.26 kg的水分帶入導致的煙汽熱損失，說明在煉糖濾泥含水量為20.6%時摻燒對原煤供熱的效率不會造成影響。在一定范圍內，濾泥水分每增加或減少1%，熱量損失或結余51 kJ左右，相當于約2.7 g 4500 kcal/kg低位熱值的原煤。

1.4.1 經濟效益

制糖廠按日處理原糖1000 t計算，可產出濾泥約35 t/d。由于濾泥含水量較高，為防止煤管堵塞，摻燒按不超過原煤的12%進行，可摻燒煉糖濾泥約20 t/d，摻燒期間因熱損導致原煤供熱量的減少而增加原煤消耗522 kg，按原煤1150元/t計算，每日因摻燒濾泥增加原煤費用600元。濾泥運輸及填埋費用26元/t，粉煤灰及煤渣加權平均銷售費用30元/t，摻燒20 t煉糖濾泥可減少運輸和填埋費用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計算，可減少石灰石粉費用840元/d。每摻燒1 t煉糖濾泥可產生經濟效益56元，每日可產生效益1120元。

設備經過改造增加回轉滾筒干燥機，利用鍋爐煙氣烘干濾泥，烘干后的濾泥含水量在24%左右，產量約31 t/d，因摻燒產生的熱損失導致增加原煤消耗216 kg/d，費用為248元/d，干燥設備運行電費270元/d［自發電成本0.26元/（kW·h）］。減少濾泥運輸及填埋費用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用840元/d，每摻燒1 t煉糖濾泥可產生經濟效益53元，可增加效益1864元/d。

1.4.2 社會效益

對煉糖濾泥直接進行填埋處理是制糖行業普遍采用的方法，由于其成本低、無需額外的處理裝置、便于實施，在行業內受到普遍認可。但由于直接填埋煉糖濾泥無任何經濟效益產生，企業生產成本增加的同時也造成了環境的污染和破壞［1］，在面對日益嚴重的能源枯竭和環境問題的時候，該方法已不再適用，通過煉糖濾泥混原煤摻燒技術能使濾泥變廢為寶，符合國家鼓勵固廢綜合利用的政策。

2 摻燒技術要點

2.1 對設備改造的要求

未經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，影響鍋爐運行安全，因此有必要增加濾泥干燥設備。干燥設備可選用回轉滾筒干燥機，利用煙氣烘干時部分濾泥粉塵會跟隨煙氣飄走，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行脫硝。煉糖濾泥混原煤摻燒設備主要流程如圖1所示。

2.2 對工藝指標的要求

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，濾泥水分過高容易造成落煤管堵塞影響鍋爐運行安全，摻混的原煤灰分過高會造成受熱面積積灰過快影響鍋爐熱效率［4］，摻燒比例也會受原有鍋爐排灰排渣系統能力的限制，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。通過改造壓濾機設備降低壓濾機排泥水分，增加濾泥煙氣干燥系統，并選用較低灰分的原煤，可有效解決濾泥摻燒的技術難題。

2.3 摻燒操作方法

濾泥經過設備烘干至含水量為20%～25%的松散狀態，再將其輸送到煤場堆放。因濾泥較濕，提升進入干燥機的提升機容易積泥，需要定時清理。操作時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儲存后進行入鍋爐燃燒。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增加，因此，需要增加吹灰和排渣頻次。

3 結語

由于煉糖濾泥中CaCO3含量較高，容易使土壤板結，且有機質較少、肥力低，無法用來生產有機肥；又因其含有有機質，也無法直接用作建材原料進行循環利用，因此目前大多數制糖企業只能將煉糖濾泥進行填埋處理。通過濾泥混煤摻燒技術，摻燒后的固體產物可作為生產水泥或其他建材的原料，使濾泥具備綜合利用的價值，解決了煉糖濾泥排放填埋帶來的環境污染，變廢為寶，具有極大的環境效益和社會效益，也降低了企業的生產成本，增加了企業的經濟效益，對我國的制糖企業具有較高的參考價值。