浓缩燃烧法处理糖蜜酒精废液技术 当前位置:首页废水治理高浓度废水处理
 

一、对糖蜜酒精废液治理原则

 1、 以严格保护水资源和环境为目的,对酒精废液进行综合治理;
 2、 治理酒精废液的工艺应考虑技术的实用性和可靠性,投资及工程运行的经济合理性
 3、 在治理废液同时可回收能源和其他用的物质,创造经济效益,从而达到环境效益、社会效益、经济效益的统一。

二、甘蔗糖蜜酒精废液治理势在必行

  综合目前国内外糖厂废水治理的情况来看,最难处理的是酒精生产废液,因此,解决酒精生产废液,是治理糖厂废水的关键。

  酒精废液是指以甘蔗糖蜜为原料,经发酵后的醪液在酒精粗馏塔中蒸馏,在蒸出酒精后经粗馏塔底部排出的废液。酒精生产的方式不同,产生的废液量和浓度也不同,采用常压塔蒸馏,生产1吨酒精产生13~15 吨(平均按14吨)废液,浓度为8~12°BX,采用差压蒸馏(或常压塔加再沸器)生产一吨酒精产生11~13吨废液,锤度为15.50~16.80° BX,比用常压蒸馏的废水量要减少21%。

  酒精废液属于特高的高浓度有机废水,COD含量一般都80000~120000mg/l,最高达到170000mg/l,硫酸根为5000-8000mg/l,有的甚至高达12000mg/l;废液中含有大量固体悬浮物外,还含有较高浓度的糖类、果胶和蛋白质等溶解性有机污染物。这类废水排入放水中,会大量消耗水体的溶解氧,使水体腐败,恶化水质,由于水体富营养化,使藻类大量繁殖,抑制了鱼、虾、贝类等生长繁殖,甚至大量死亡,从而严重地影响水体的利用价值。企业一不经意排入了河海,就会造成污染事故,引起农民、渔民不满,要求赔偿等。

  糖蜜酒精废液是一种腐蚀性极强的废水,具有很强的渗透性。存储池塘时间过长,会渗入地下水,污染地下水源,致使地下水不能利用,尤其是在缺乏淡水的地区,会造成严重的后果。由此看来,生产酒精的企业要发展,彻底治理酒精废液势在必行。

三、甘蔗糖蜜酒精废液的特性及治理技术的选择

(一) 糖蜜酒精废液具有如下特性:

 1、 含固溶物高。固溶物含量为10~17°BX,固溶物中70%以上为有机质,灰份占18--28%;
 2、 化学需氧量(CODcr)和生化需氧量(BOD5)高。CODcr含量80000~170000mg/l,BOD5含量40000~70000mg/l;
 3、 酒精的废液COD组成:

  4、糖蜜酒精废液灰份组成(干基)

(二)治理技术的比较与选择

  酒精废液由于成分复杂和所含各种物质浓度高,处理难度大,为了选择最佳的处理技术,现就目前主要的几种处理方法做个比较。

  1、原液农灌

  原液农灌法就是对废液不做任何处理,利用其含有的水分和养分,在耕耘的土地上进行灌溉,由于废液有较丰富的有机物质,钾含量高,有一定肥效。该法投资少,运行费用低,缺点是未经发酵的废液不能直接淋到根部,否则作物会被烧死。由于是酸性废液,同时钙镁离子高,长期使用会使土地酸化和板结,因而难以推广应用。

  2、 厌氧+农灌

  在有足够的耕地面积和灌溉管网系统,酒精废液厌氧发酵后,就变成了富含N、P、K的熟液肥料,用于灌溉耕地有明显的增产作用。在能够统一使用土地的单位最为适宜(如农场)。但需要辅设灌溉管纲。此法投资较大,但运行费用底。由于糖厂的酒精生产期正好是冬季的农闲休整期,不需要灌溉,这样就需要用大面积的池塘储存,由于其渗透力强有可能渗透到地下水,造成污染水源。

  3、 厌氧+好氧+物化法

  厌氧+好氧+物化法,能较好地降低COD、BOD, 但由于其成分复杂,浓度高,特别是SO4-2和钙、镁离子高,要达到国家环保排放标准,投资大运行费用高,企业难以承受。

  4、浓缩燃烧法

  浓缩燃烧法就是把酒精废液浓缩到60~70°BX,然后把浓缩液送到锅炉雾化燃烧,燃烧后产生的蒸汽先用来发电,背压汽再用来蒸馏酒精和浓缩废液。燃烧后的炉灰由于含钾高可以用做钾肥。经济效益明显。

  浓缩燃烧法是在浓缩法和浓缩固化法基础发展起来的,原来的浓缩固化法,就是把糖蜜酒精废液浓缩到70~75°BX,然后掺入敷料(如蔗髓等),干燥成含水分10%左右的固体,或把浓缩液采用喷雾干燥方式干燥成含水分5%左右的粉末。干燥后的固体可做成肥料等。但由于这些干固物含胶体多、糖分高,吸潮性强,制成的产品难储存和保管,同时产品销路又难以拓展,因此浓缩固化法在推广应用过程中有一定困难。 后来在浓缩固化的喷雾过程中发现温度超过3000C时就容易引起着火,说明这种物料易燃性好,经与多家锅炉厂研究和反复试验,终于在技术上取得了突破性的进展,研究出多种燃烧酒精废液浓缩液的锅炉。现已在生产上应用,效果良好。

浓缩燃烧法具有如下好处:

 1、 处理彻底;
 2、 在企业内部完全自己消化不存在产品向外销售带来的烦恼;
 3、 投资相对较低,效益好;
  从上述比较中,可看出浓缩燃烧法是处理甘蔗糖蜜酒精废液较理想的方法。

四、浓缩燃烧法工艺

浓缩燃烧法分为浓缩部分和燃烧部分。

(一) 蒸发浓缩工艺

1、采用高速循环低温蒸发缓积垢蒸发工艺

  总结了过去在蒸发浓缩过程中列管内存在积垢快,不易清除的经验教训,改进了蒸发工艺,采用高速循环低温蒸发缓积垢蒸发器,经使用效果良好。

  该蒸发器主要特点是蒸发过程积垢缓慢(两至三周清垢一次),这样就解决了以往用列管式蒸发器积垢快的问题(每天需清垢一次)。

  高速循环低温蒸发积垢缓慢的机理是:由于蒸发温度低,积垢物质不易析出,从而抑制了积垢的发生;蒸发是在酸性条件下进行,酸性抑制了钙镁离子的析出比较缓慢;液体在管内流动速度达到每秒2米以上,在管内起到冲刷作用,使积垢物质不易在管壁上停留;由于沸腾蒸发不在管内进行,管内不形成汽泡就不会造成干煮结巴现象。这一工艺不需中和和前处理,设备全部用不锈钢制成,蒸发效数最多用到三效,从而大大节省了投资(比列管式传统标准蒸发工艺大概要节约30%-40%)。这是高速循环低温蒸发的优越所在。

2、工艺流程:

3、工艺流程说明:

  (1)  用高压泵把酒精废液泵入加热器,用一部分鲜蒸汽和一部分第一闪蒸器出来的汁汽,通过蒸汽喷射器送入加热器,把废液加热到设定的温度,然后进入闪蒸器进行汽液分离,分离后的废液再回到加热器再加热,再进入闪蒸器进行汽液分离,如此往复循环,待废液达到规定的浓度放入第二效。

     第二效以同样的方式进行蒸发,不同的是蒸发的热原是第一效的汁汽,蒸发温度比第 一效低,真空度比第一效大,待废液达到规定的浓度放入到第三效,第三效的热原是利用第二效的汁汽,蒸发温度比第二效更低,真空度比第二效更大,蒸发方式不变,待废液浓缩到最终规定的浓度放入浓缩液平衡罐。

  (2) 蒸发浓缩冷凝水排入冷凝水平行罐排放。冷凝水清澈透明,但尚有COD1500~3000mg/l,其中大部为有机酸,无杂菌,是稀释糖蜜的优质用水。有机酸作为碳源对酵母菌有利,不影响产酒率。

(二) 燃烧部分

  现在研究了三种专门用来燃烧浓缩液的锅炉,一是沸腾炉,二是链条炉,三是循环双流化床炉,经使用证明,结焦问题基本得到了解决,现就这三种锅炉的性能介绍如下:

1、 沸腾炉。这种燃烧浓缩液的沸腾炉与一般的沸腾炉构造上有所区别。燃烧方式是把浓缩液喷入炉堂经雾化与煤(或蔗渣)一起共烧。其主要特点是:

  (1)对高水分、高灰分、低热值的燃烧物质适应性强。酒精废液浓缩液经雾化喷入高温炉堂后,其预热、蒸发、着火、燃烧和燃尽等阶段均瞬间完成,运行中需添加少量的细煤粒或蔗渣增加炭量就可以保持炉温的稳定。

  (2)该炉具有强化传热特点。沸腾炉在沸腾燃烧阶段内,燃烧时呈流态化上下翻腾,这样就强化了其对流传热。沸腾段内炽热的煤粒及大量废液微粒在着火燃烧产生高温,其发热量比一般炉高,因此极易将浓缩液水分迅速蒸发燃烧,而不影响炉温变化,即使尚有部分微粒未能充分燃烧,但在沸腾阶段内也已 被炭化,不会结成玻璃状的硬焦物,同时炉灰不断被脉冲吹灰器清除,使锅炉保持良好的传热

2、链条炉。其性能结构及燃烧特点如下:

  该炉采用了U型中间分隔的前置炉膛和后置炉膛的设计。锅炉燃烧以酒精废液为主,辅以少量的普通烟煤。链条炉的炉排前后轴距加大,前墙部位设置了前拱,促进煤的点火,使前置炉膛燃烧时形成一个高温火床,给前置炉膛的下部造成一个稳定的高温燃烧区,以保证浓缩液喷入炉膛后瞬间着火燃烧。燃烧浓缩液的燃烧器,采用多个转杯式的喷射器,布置在前置炉膛的顶部,由上向下喷燃。前置炉膛的所有水冷受热面全部用耐火材料覆盖,进一步提高温度水平,使浓缩液经雾化后在前置炉膛中瞬间完?quot;蒸发 -- 干燥 --着火--燃烧--燃尽"的过程。考虑到浓缩液的燃烧特性,前置炉膛与后置炉膛之间设有一隔墙,下部向前弯曲,形成一个导向拱,可以导流烟气,增加行程,有利将大颗粒的物质从烟气、火焰中甩到炉排口,减少飞灰粘尘,这就相对减少了锅炉受热面结焦机会,大部分的灰渣可以从炉排上排出炉外。由于浓缩液在前置炉膛燃烧,即使有少量结焦,也不会影响主炉膛的传热和燃烧。如果前置炉膛结焦,只能落到炉排煤渣上,经炉排送到出渣口排出,不会造成故障。后部炉膛冷水壁管采用单管加焊扁钢,形成近似膜式壁。纵使在后部主炉膛产生一些结焦,也不会在管上形成壳状,易于脱落,停炉易于清理。同时后炉膛上设有两组拉稀管,以捕捉烟气中可能没有炭化的颗粒,起到凝渣的作用,以保持高温过热区蛇管的"清洁"和良好的传热性能。

3、循环双流化床锅炉

  循环双流化床锅炉构造是:炉膛由耐火砖分隔成两大部分,前面是悬浮室,后面是燃尽室,悬浮室由膜式水冷壁分隔成上升段和下降段两部分,燃料从正压区通过两台给煤机进入主床,主床内不设埋管,就不会有埋管的磨损,提高运行可靠性,燃料的性质不受埋管面积的制约,各种煤都可在炉内稳定燃烧。负荷调节范围宽。酒精废液从距主床2.5m左右处喷进炉膛,与主床上方大量炉料充分混合,在悬浮室上升段充分燃烧,为了吸收浓缩液燃烧放出的热量,在上升段布置了侧水冷壁、中间及膜式水冷壁,通过适当增加过剩空气量,可以使酒精废液燃烧完全,并能保证煤粒在悬浮室有足够的氧气燃烧,因此不会出现受热面上结焦情况,减少停炉清焦次数,由于本炉型具有自清灰的能力,故不需要吹灰器。

循环双流化床锅炉,其有如下特点:

 (1) 适应性广。对各种低热值的燃料均能燃烧,由于其是双炉床设计,燃烧路程长,燃烧彻底,过热器和对流管很少积灰,使之能保持良好的传热。
 (2) 效率高。由于炉膛是N形设计,燃料在炉膛内进行三级燃烧,从而保证了锅炉的高效率,其效率一般都在80-82%。
 (3) 负荷调节范围广。1:0.5可满足各种负荷变化。
 (4) 运行稳定。操作简便,点火、压火、启动简便易行。

五、投资估算

  浓缩燃烧法的投资估算投资估算本应以当地、当时物价指数为依据,同时还应从工厂的实际出发,才能较准确的作出。但根据多年的经验,处理一吨酒精废液约需要9000-15000元的投资(包括锅炉在内),处理规模越大投资比例会相对降低,如:


说明:锅炉生产的蒸汽可供生产酒精和浓缩液所需蒸汽

六、运行成本

  运行成本的计算主要依据在处理废液中所消耗的原材料、人工、设备、厂房投资拆旧、贷款利息、大修理费用等项综合计算出。总的来说,处理一吨废液的运行费用大约需要5-6元。

七、效益

  采用"浓缩燃烧法"处理废液创造的经济效益主要来自:浓缩液送入锅炉燃烧产生的蒸气。蒸汽用来发电,发电后的背压汽再用来蒸馏酒精和浓缩废液,这样节约了外购煤和外购电。从而带来经济效益。

  一般标煤的发热量为5000-6000大卡/kg,按5000大卡/kg计,甘蔗糖蜜酒精废液的浓缩液发热量为1700-1800大卡/kg,按1700大卡/kg计,是煤发热量的34%,即1吨浓缩液等于0.34吨的煤,浓缩液用于烧锅炉时,需配上30%的煤,以保证锅炉燃烧运行的稳定。煤的价格为300元/T。1吨煤燃烧锅炉其热效率为100%的话,可产蒸汽7吨,现按70%计可产蒸汽5T,每吨过热蒸汽可发电70KW,5吨蒸汽可发电350kwh,电价格为0.54元/kwh。

  一吨浓缩液相当于0.34吨煤,其价值为:102元,5.89T的废液浓缩1吨(70。BX)浓缩液,即一吨废液价值为17.32元,扣除6元的运行成本尚有11.3元的利润。

  1吨煤可产生5吨蒸汽,1吨浓缩液相当0.34吨煤,又可产生蒸汽为1.7t,1吨蒸汽可发电70kw,所以1.7吨浓缩液的发电量为119kw,1.7吨浓缩液发电的产值为64.26元,折合1吨废液的产值为10.91元。 按上述计算,浓缩液燃烧法处理一吨废液可创造28.23元的价值,若不发电也可创造出17.32元。扣除运行费用尚有可观的利润。一般3-4年可回收投资

八、 风险评估

本项目主要风险来自以下几方面:

蒸发器用于处理(浓缩)糖蜜酒精废液的成败,关键要解决好如下几个问题:

  一是加热器和蒸发器列管内积垢问题。列管内的积垢形成主要是由酒精废液存在较多的杂质,特别是含有较多的溶解性钙、镁离子。在加热蒸发过程中不适当的压力和温度及蒸发过程中流动的速度会使溶解性的积垢物质析出和粘附在管壁上。积垢对传热效能有着重要的影响。从下表可看出积垢的影响程度。

  在解决传统的加热器和蒸发器的积垢,我们经过多年探索已找到了一套较好的解决办法,从而保证了蒸发传热的稳定。如果采用高速循环低温蒸发工艺,积垢问题就得到了较好的解决。

  二是汁、汽分离问题,即所谓的"跑料"问题。由于该废液是一种易发泡的物质,在蒸发过程,很容易跑料。因此蒸发器汁汽分离室设计必须适合这种发泡物料。

  三是排水系统好坏,热力方案的选择(如压差、温差)等对是影响蒸发浓缩成败也有重要影响,所有这些问题都得到较好的解决,因此,技术上是成熟的不存在大的风险。

  锅炉的结焦问题。如前所述,锅炉的结焦得到了较好的解决,不存在风险问题。

  运行费用企业是否能承受,也是关系到项目的成败问题。如果项目建成后,虽然处理效果很好,但运行成本很高,而又没有其他收入可以补偿。当运行费用超过企业的承受力时,企业必须受到拖累,以致企业失去已有的优势和竞争力,导致企业陷入困境。但本工程运行成本不高(蒸汽、电都是利用废液生产的,不用花钱)而且还有相当的盈余,可带来经济效益,因此,在经济上的风险也是不大的。