利用鍋爐煙道氣余熱加熱蔗汁的工藝研究

張 贇 鈕德明

（廣西經濟職業學院，廣西 南寧 530105）

利用鍋爐煙道氣余熱加熱蔗汁的工藝研究

張 贇 鈕德明

（廣西經濟職業學院，廣西 南寧 530105）

采用氣液接觸法回收及利用糖廠鍋爐煙道氣余熱的工藝，蔗汁能高效的吸收煙道氣余熱，溫度從25℃提升到60℃，鍋爐煙道氣從煙囪排出溫度控制在80℃以下，還能將煙道氣中二氧化碳、二氧化硫等有害氣體部分去除，降低排煙對環境的污染。該工藝方案節能減排效果顯著，技術可靠，工藝流程及設備簡單，且易操作易管理。

鍋爐煙道氣；加熱；蔗汁

目前，糖廠的鍋爐都以蔗渣或煤為燃料，鍋爐煙道氣出口溫度在150℃到250℃之間，因此，糖廠鍋爐煙道氣的熱焓值很高，研究如何回收及有效利用鍋爐煙道氣帶走的低品位熱能，是糖廠節能降耗的重要課題。本文提出了采用氣液接觸法回收及利用糖廠鍋爐煙道氣余熱的工藝，蔗汁能高效的吸收煙道氣余熱，溫度從25℃提升到60℃，鍋爐煙道氣從煙囪排出溫度控制在80℃以下，還能將煙道氣中二氧化碳、二氧化硫等有害氣體部分去除，降低排煙對環境的污染。該工藝方案節能減排效果顯著，技術可靠，工藝流程及設備簡單，且易操作易管理。

1 利用糖廠鍋爐煙道氣余熱加熱蔗汁的工藝流程

1.1鍋爐以蔗渣為燃料工況的工藝流程

大部分糖廠的鍋爐都以蔗渣為燃料，蔗渣是屬環保型的生物質燃料，燃燒后不會產生污染產品的有害物質，故可以與加工中的蔗汁直接接觸，具體工藝流程如圖 1所示：鍋爐煙道氣直接進入氣液接觸式余熱回收器3，與噴霧狀的蔗汁直接接觸，將蔗汁加熱到工藝的要求，而降溫后的煙道氣經塔頂進入氣液分離器4，通過離心分離煙道氣夾帶的蔗汁沫后，煙氣由氣液分離器4頂部經引風機5抽至煙囪向空中排放，而分離后的蔗汁經氣液分離器 4底部流回氣液接觸式余熱回收器3；蔗汁送到氣液接觸式余熱回收器3的蔗汁進口，在塔內煙氣與噴霧狀的蔗汁直接接觸，加熱后的蔗汁經氣液接觸式余熱回收器3下部出口由蔗汁泵2抽送蔗汁過濾器 1，將熱蔗汁中的渣灰除去，然后再送去后續工段。

圖1　利用糖廠鍋爐煙道氣余熱加熱蔗汁的工藝流程（1）

1.2鍋爐以煤為燃料工況的工藝流程

鍋爐采用煤作燃料時，因其灰渣成份復雜，與蔗汁直接混合，食品安全風險較大，所以在保證鍋爐煙道氣熱能不散失的條件下，只能采用專用煙道氣除塵器，將煙道氣中粉塵去除，以利除塵后的煙道氣與噴霧狀的混合蔗汁直接接觸進行熱量交換，達成鍋爐煙道氣廢熱回收利用的目的，具體工藝流程如圖2所示：鍋爐煙道氣先進入煙道氣除塵器1，將煙道氣中粉塵去除，除塵后的煙道氣進入氣液接觸式余熱回收器2，與噴霧狀的蔗汁直接接觸，將蔗汁加熱到工藝的要求，而降溫后的煙道氣經塔頂進入氣液分離器3，通過離心分離煙道氣夾帶的蔗汁沫后，煙氣由氣液分離器 3頂部經引風機抽至煙囪向空中排放，而分離后的蔗汁經氣液分離器 3底部流回氣液接觸式余熱回收器2；蔗汁由蔗汁泵4送到氣液接觸式余熱回收器 2的蔗汁進口，加熱后的蔗汁經氣液接觸式余熱回收器2下部出口去后續工段。

圖2　利用糖廠鍋爐煙道氣余熱加熱蔗汁的工藝流程（2）

2 利用糖廠鍋爐煙道氣余熱加熱蔗汁的關鍵設備

利用糖廠鍋爐煙道氣余熱加熱蔗汁的關鍵設備是氣液接觸式余熱回收器，它具有熱交換充分、不易堵塞、安裝方便的優點，特別適用于糖廠鍋爐煙道氣余熱的回收及利用。

2.1氣液接觸式余熱回收器的主要結構

氣液接觸式余熱回收器的主要結構如圖 3所示，氣液接觸式余熱回收器由裙座1、氣體進口管2、殼體3、環形攔液板4、氣體旋出管5、氣體旋進管6、除沫器7、氣體出口管8、氣體分布錐9、液體回流出口管10、冷液體進口管11、噴頭12、液體回流進口管13、熱液體出口管14組成，其中殼體3下部有氣體進口管2，與氣體輸入管連接；在殼體3內裝有多個噴頭12，噴頭12連接冷液體進口管11，與冷液體輸送管連接；在殼體3內裝有多塊環形攔液板4，將殼體3壁上液體攔截回流到氣體上升空間；殼體3上部有氣體旋出管5，與氣體旋進管6連接；殼體3上部內裝有氣體分布錐9和除沫器7，氣體進入旋風分離器后高速旋轉，后經氣體分布錐 9進入除沫器7，將氣流夾帶的液沫分離；液體回流出口管10與液體回流進口管13連接；氣體出口管8，與氣體排空管連接；殼體3最下方設置熱液體出口管14，與熱液體罐連接。

圖3　氣液接觸式余熱回收器結構示意圖

2.2氣液接觸式余熱回收器的工作原理

氣液接觸式余熱回收器的工作原理是：操作時，氣體由氣體進口管 2切線進入，由下往上，與多個噴頭噴射的霧滴直接接觸，由于接觸面積較大，接觸時間長，熱交換充分，氣體得以迅速冷卻，被冷卻的氣體經氣體旋出管5、氣體旋進管 6進入旋風分離器后高速旋轉，將氣體夾帶的大液滴甩到殼體3壁面上，后經氣體分布錐9進入除沫器7，將氣體夾帶的細小液沫分離，然后由氣體出口管 8排出，氣體排出溫度可降低到80度以下；噴頭12連接冷液體進口管11，與冷液體輸送管連接，冷液體被氣體迅速加熱，流入殼體 3下部，在殼體3內裝有多塊環形攔液板4，將噴頭12噴射到殼體3壁上的液流攔截回流到氣體上升空間，確保氣體與液體的接觸時間，另外氣液分離后的液體經液體回流出口管10、液體回流進口管13流回殼體3下部，殼體3下部的熱液體經熱液體出口管14排出，流入熱液體罐備用。

2.3氣液接觸式余熱回收器的技術特點

（1）熱交換效率高：由于氣體與霧狀液滴直接接觸，且接觸面積大，接觸時間長，熱交換充分，換熱效率高。

（2）能凈化煙道氣：由于煙道氣與霧狀堿性液滴直接接觸，且接觸面積大，接觸時間長，質量傳遞充分，能將煙道氣中二氧化碳、二氧化硫等有害氣體去除，降低排煙對環境的污染。

（3）結構簡單：利用液體傳遞能量、質量和熱量，本身沒有運動部件，故有結構簡單，無需維修等特點。

（4）工作可靠：由于采用通孔較大，且噴射霧化較好的噴頭，故不易堵塞。

（5）安裝方便：氣液接觸式余熱回收器體積小，重量輕，便于安裝。

3 利用糖廠鍋爐煙道氣余熱加熱蔗汁的效益分析

3.1回收及利用的熱能

將糖廠看成一個耗能系統，能量的輸入和輸出見圖4，由圖 4知：能量的輸入主要是輸入鍋爐的總熱量，其次是外電輸入的電能；能源的輸出是向外輸出的電能。

圖4　糖廠耗能系統示意圖

從糖廠實際運行情況來看，向外輸出電能的廠家不多，而使用外電也不多，當糖廠正常運轉時，其能耗系統所耗能主要是鍋爐燃料提供的熱能。

取中試糖廠 2014/2015榨季的生產報表提供的數據為計算實例，報表提供的數據：百噸甘蔗耗標煤4.6噸。

輸入鍋爐的總熱量按近似計算式1計算：

Qr—輸入鍋爐的總熱量

B-燃料量（t標煤/100t蔗），取標煤低位發熱量：Qd=29300（KJ/Kg）；

中試糖廠鍋爐熱平衡測試數據：鍋爐熱效率η=72.2%；鍋爐排煙熱損失為q2＝22.90%；氣體未完全燃燒熱損失為q3＝1.70%；固體未完全燃燒熱損失為q4＝1.80%；散熱損失為q5＝1.40%；灰渣物理熱損失接近于零，q6≈0%。

日榨甘蔗5000t的糖廠，鍋爐每小時鍋爐排煙熱損失：

利用糖廠鍋爐煙道氣余熱加熱蔗汁的中試數據顯示：鍋爐排煙溫度為 160℃，與蔗汁接觸熱交換后為 80℃，混合蔗汁從25℃加熱到60℃，混合蔗汁200t/h。取鍋爐煙道氣熱量的 50%用來加熱混合蔗汁，而混合蔗汁熱量計算按水計，水的熱焓：25℃，為104.79kJ/kg；60℃，為250.68kJ/kg，需要的熱量為：

由此可知，利用糖廠鍋爐煙道氣余熱來加熱混合蔗汁是足夠的。

3.2廢熱回收及利用的效益分析

糖廠鍋爐的燃料主要是蔗渣,查蔗渣低位發熱量表得含水分為49%的蔗渣的低位發熱量R =7901 kJ/kg。利用糖廠鍋爐煙道氣余熱來加熱混合蔗汁的熱量Q1＝29178000 KJ/h，鍋爐的熱效率η=0.722，折合49%水分的蔗渣：

糖廠榨季為120天，按每噸蔗渣0.05萬元計，則一個榨季可節約燃料費：

4 結論及建議

采用氣液接觸式余熱回收器，利用糖廠鍋爐煙道氣余熱來加熱混合蔗汁的工藝方案，與傳統工藝相比，有三大優勢：

（1）回收及利用鍋爐煙道氣的低品位熱能，效益顯著。

（2）利用混合蔗汁對鍋爐煙道氣除塵降溫，節減了大量的循環冷卻水。

（3）通過混合蔗汁與煙道氣直接接觸，能將煙道氣中二氧化碳、二氧化硫等有害氣體部分去除，降低排煙對環境的污染。

建議糖廠采用該工藝方案，因其技術可靠，工藝流程及設備簡單，易操作易管理；對原工藝流程變動少，工程費用少，當年投資可當年回收；符合清潔生產的要求，可收到節能降耗和保護環境的雙重效益。

[1] 鈕德明.糖廠蒸發末效汁汽的廢熱回收及利用[J].廣西節能,2008,(3):21-22.

[2] 鈕德明.糖廠的能耗現狀及降低能耗的途徑[J].廣西節能, 2011,(1):32-34.

[3] 鈕德明.利用鍋爐煙道氣廢熱加熱蔗汁的方法:中國, 20110001384.5[P].2011-01-06.

[4] 鈕德明.氣液接觸式余熱回收器:中國,201410113170.6[P]. 2014-03-25.

Technology research of using waste heat boiler flue gas heat the juice

Using gas-liquid contact and the use of recovered sugar boiler flue gas heat recovery process, the juice can efficiently absorb the flue gas heat, the temperature increased from 25 ℃ to 60 ℃, boiler flue gas from chimneys temperature control in 80 ℃ or less, but also the part of harmful gases in the flue gas carbon dioxide, sulfur dioxide removal, reduce exhaust pollution of the environment. The process scheme energy saving effect is remarkable, reliable technology, process and equipment is simple, easy to manage and easy to operate.

Boiler flue gas; heating; juice

TS24

A

1008-1151(2015)07-0076-03

2015-06-11

廣西高校科研項目“利用糖廠鍋爐煙道氣余熱加熱蔗汁的工藝及設備的研究”（YB2014580）。

張贇（1962－），男，廣西桂林人，廣西經濟職業學院副教授，碩士，從事節能減排項目技術經濟分析及研究。