利用锅炉烟道气余热加热蔗汁的工艺研究

张 贇 钮德明

（广西经济职业学院，广西 南宁 530105）

利用锅炉烟道气余热加热蔗汁的工艺研究

张 贇 钮德明

（广西经济职业学院，广西 南宁 530105）

采用气液接触法回收及利用糖厂锅炉烟道气余热的工艺，蔗汁能高效的吸收烟道气余热，温度从25℃提升到60℃，锅炉烟道气从烟囱排出温度控制在80℃以下，还能将烟道气中二氧化碳、二氧化硫等有害气体部分去除，降低排烟对环境的污染。该工艺方案节能减排效果显著，技术可靠，工艺流程及设备简单，且易操作易管理。

锅炉烟道气；加热；蔗汁

目前，糖厂的锅炉都以蔗渣或煤为燃料，锅炉烟道气出口温度在150℃到250℃之间，因此，糖厂锅炉烟道气的热焓值很高，研究如何回收及有效利用锅炉烟道气带走的低品位热能，是糖厂节能降耗的重要课题。本文提出了采用气液接触法回收及利用糖厂锅炉烟道气余热的工艺，蔗汁能高效的吸收烟道气余热，温度从25℃提升到60℃，锅炉烟道气从烟囱排出温度控制在80℃以下，还能将烟道气中二氧化碳、二氧化硫等有害气体部分去除，降低排烟对环境的污染。该工艺方案节能减排效果显著，技术可靠，工艺流程及设备简单，且易操作易管理。

1 利用糖厂锅炉烟道气余热加热蔗汁的工艺流程

1.1锅炉以蔗渣为燃料工况的工艺流程

大部分糖厂的锅炉都以蔗渣为燃料，蔗渣是属环保型的生物质燃料，燃烧后不会产生污染产品的有害物质，故可以与加工中的蔗汁直接接触，具体工艺流程如图 1所示：锅炉烟道气直接进入气液接触式余热回收器3，与喷雾状的蔗汁直接接触，将蔗汁加热到工艺的要求，而降温后的烟道气经塔顶进入气液分离器4，通过离心分离烟道气夹带的蔗汁沫后，烟气由气液分离器4顶部经引风机5抽至烟囱向空中排放，而分离后的蔗汁经气液分离器 4底部流回气液接触式余热回收器3；蔗汁送到气液接触式余热回收器3的蔗汁进口，在塔内烟气与喷雾状的蔗汁直接接触，加热后的蔗汁经气液接触式余热回收器3下部出口由蔗汁泵2抽送蔗汁过滤器 1，将热蔗汁中的渣灰除去，然后再送去后续工段。

图1　利用糖厂锅炉烟道气余热加热蔗汁的工艺流程（1）

1.2锅炉以煤为燃料工况的工艺流程

锅炉采用煤作燃料时，因其灰渣成份复杂，与蔗汁直接混合，食品安全风险较大，所以在保证锅炉烟道气热能不散失的条件下，只能采用专用烟道气除尘器，将烟道气中粉尘去除，以利除尘后的烟道气与喷雾状的混合蔗汁直接接触进行热量交换，达成锅炉烟道气废热回收利用的目的，具体工艺流程如图2所示：锅炉烟道气先进入烟道气除尘器1，将烟道气中粉尘去除，除尘后的烟道气进入气液接触式余热回收器2，与喷雾状的蔗汁直接接触，将蔗汁加热到工艺的要求，而降温后的烟道气经塔顶进入气液分离器3，通过离心分离烟道气夹带的蔗汁沫后，烟气由气液分离器 3顶部经引风机抽至烟囱向空中排放，而分离后的蔗汁经气液分离器 3底部流回气液接触式余热回收器2；蔗汁由蔗汁泵4送到气液接触式余热回收器 2的蔗汁进口，加热后的蔗汁经气液接触式余热回收器2下部出口去后续工段。

图2　利用糖厂锅炉烟道气余热加热蔗汁的工艺流程（2）

2 利用糖厂锅炉烟道气余热加热蔗汁的关键设备

利用糖厂锅炉烟道气余热加热蔗汁的关键设备是气液接触式余热回收器，它具有热交换充分、不易堵塞、安装方便的优点，特别适用于糖厂锅炉烟道气余热的回收及利用。

2.1气液接触式余热回收器的主要结构

气液接触式余热回收器的主要结构如图 3所示，气液接触式余热回收器由裙座1、气体进口管2、壳体3、环形拦液板4、气体旋出管5、气体旋进管6、除沫器7、气体出口管8、气体分布锥9、液体回流出口管10、冷液体进口管11、喷头12、液体回流进口管13、热液体出口管14组成，其中壳体3下部有气体进口管2，与气体输入管连接；在壳体3内装有多个喷头12，喷头12连接冷液体进口管11，与冷液体输送管连接；在壳体3内装有多块环形拦液板4，将壳体3壁上液体拦截回流到气体上升空间；壳体3上部有气体旋出管5，与气体旋进管6连接；壳体3上部内装有气体分布锥9和除沫器7，气体进入旋风分离器后高速旋转，后经气体分布锥 9进入除沫器7，将气流夹带的液沫分离；液体回流出口管10与液体回流进口管13连接；气体出口管8，与气体排空管连接；壳体3最下方设置热液体出口管14，与热液体罐连接。

图3　气液接触式余热回收器结构示意图

2.2气液接触式余热回收器的工作原理

气液接触式余热回收器的工作原理是：操作时，气体由气体进口管 2切线进入，由下往上，与多个喷头喷射的雾滴直接接触，由于接触面积较大，接触时间长，热交换充分，气体得以迅速冷却，被冷却的气体经气体旋出管5、气体旋进管 6进入旋风分离器后高速旋转，将气体夹带的大液滴甩到壳体3壁面上，后经气体分布锥9进入除沫器7，将气体夹带的细小液沫分离，然后由气体出口管 8排出，气体排出温度可降低到80度以下；喷头12连接冷液体进口管11，与冷液体输送管连接，冷液体被气体迅速加热，流入壳体 3下部，在壳体3内装有多块环形拦液板4，将喷头12喷射到壳体3壁上的液流拦截回流到气体上升空间，确保气体与液体的接触时间，另外气液分离后的液体经液体回流出口管10、液体回流进口管13流回壳体3下部，壳体3下部的热液体经热液体出口管14排出，流入热液体罐备用。

2.3气液接触式余热回收器的技术特点

（1）热交换效率高：由于气体与雾状液滴直接接触，且接触面积大，接触时间长，热交换充分，换热效率高。

（2）能净化烟道气：由于烟道气与雾状碱性液滴直接接触，且接触面积大，接触时间长，质量传递充分，能将烟道气中二氧化碳、二氧化硫等有害气体去除，降低排烟对环境的污染。

（3）结构简单：利用液体传递能量、质量和热量，本身没有运动部件，故有结构简单，无需维修等特点。

（4）工作可靠：由于采用通孔较大，且喷射雾化较好的喷头，故不易堵塞。

（5）安装方便：气液接触式余热回收器体积小，重量轻，便于安装。

3 利用糖厂锅炉烟道气余热加热蔗汁的效益分析

3.1回收及利用的热能

将糖厂看成一个耗能系统，能量的输入和输出见图4，由图 4知：能量的输入主要是输入锅炉的总热量，其次是外电输入的电能；能源的输出是向外输出的电能。

图4　糖厂耗能系统示意图

从糖厂实际运行情况来看，向外输出电能的厂家不多，而使用外电也不多，当糖厂正常运转时，其能耗系统所耗能主要是锅炉燃料提供的热能。

取中试糖厂 2014/2015榨季的生产报表提供的数据为计算实例，报表提供的数据：百吨甘蔗耗标煤4.6吨。

输入锅炉的总热量按近似计算式1计算：

Qr—输入锅炉的总热量

B-燃料量（t标煤/100t蔗），取标煤低位发热量：Qd=29300（KJ/Kg）；

中试糖厂锅炉热平衡测试数据：锅炉热效率η=72.2%；锅炉排烟热损失为q2＝22.90%；气体未完全燃烧热损失为q3＝1.70%；固体未完全燃烧热损失为q4＝1.80%；散热损失为q5＝1.40%；灰渣物理热损失接近于零，q6≈0%。

日榨甘蔗5000t的糖厂，锅炉每小时锅炉排烟热损失：

利用糖厂锅炉烟道气余热加热蔗汁的中试数据显示：锅炉排烟温度为 160℃，与蔗汁接触热交换后为 80℃，混合蔗汁从25℃加热到60℃，混合蔗汁200t/h。取锅炉烟道气热量的 50%用来加热混合蔗汁，而混合蔗汁热量计算按水计，水的热焓：25℃，为104.79kJ/kg；60℃，为250.68kJ/kg，需要的热量为：

由此可知，利用糖厂锅炉烟道气余热来加热混合蔗汁是足够的。

3.2废热回收及利用的效益分析

糖厂锅炉的燃料主要是蔗渣,查蔗渣低位发热量表得含水分为49%的蔗渣的低位发热量R =7901 kJ/kg。利用糖厂锅炉烟道气余热来加热混合蔗汁的热量Q1＝29178000 KJ/h，锅炉的热效率η=0.722，折合49%水分的蔗渣：

糖厂榨季为120天，按每吨蔗渣0.05万元计，则一个榨季可节约燃料费：

4 结论及建议

采用气液接触式余热回收器，利用糖厂锅炉烟道气余热来加热混合蔗汁的工艺方案，与传统工艺相比，有三大优势：

（1）回收及利用锅炉烟道气的低品位热能，效益显著。

（2）利用混合蔗汁对锅炉烟道气除尘降温，节减了大量的循环冷却水。

（3）通过混合蔗汁与烟道气直接接触，能将烟道气中二氧化碳、二氧化硫等有害气体部分去除，降低排烟对环境的污染。

建议糖厂采用该工艺方案，因其技术可靠，工艺流程及设备简单，易操作易管理；对原工艺流程变动少，工程费用少，当年投资可当年回收；符合清洁生产的要求，可收到节能降耗和保护环境的双重效益。

[1] 钮德明.糖厂蒸发末效汁汽的废热回收及利用[J].广西节能,2008,(3):21-22.

[2] 钮德明.糖厂的能耗现状及降低能耗的途径[J].广西节能, 2011,(1):32-34.

[3] 钮德明.利用锅炉烟道气废热加热蔗汁的方法:中国, 20110001384.5[P].2011-01-06.

[4] 钮德明.气液接触式余热回收器:中国,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

广西高校科研项目“利用糖厂锅炉烟道气余热加热蔗汁的工艺及设备的研究”（YB2014580）。

张贇（1962－），男，广西桂林人，广西经济职业学院副教授，硕士，从事节能减排项目技术经济分析及研究。