制糖生产过程节能清洁生产关键技术

十二五 制糖行业节能减排技术路线和环境保护 2012 6 16 华南理工大学于淑娟 一 节能减排的意义二 节能减排的目标三 节能减排实施方案建议四 预期效果 报告提纲 一 节能减排的意义 能源费用是制糖工业吨糖除糖料外的第二大成本2008 2009榨季 全国甘蔗糖厂平均标煤耗对蔗比5 5 广西103家甘蔗糖厂平均标煤耗对蔗比5 08 国内先进水平对蔗比4 0 以下欧美国家的甜菜糖厂和精炼糖厂的节能技术比较先进 丹麦DDS公司标煤耗对甜菜比约为3 糖业节能减排现状与形势 糖业是我国万元工业产值能耗 水耗最高行业之一糖业年取水量约7亿吨 吨糖取水量45吨 水重复利用率70 年废水排放量8亿吨 吨糖废水排放量53吨 COD年排放量32万吨 吨糖COD排放量21 5千克糖业每年排放到大气中的烟气量接近1500亿标准立方 其中CO2含量高达3000万吨 其中广西糖厂CO2排放量为1140万吨 占全国38 位列全国第一位 一 糖业节能减排现状与形势 一 糖业节能减排现状与形势糖业是我国每万元工业产值能耗最高的行业之一 万元GDP能耗2 1吨标煤 是全国平均的1 8倍糖业是我国废水和废弃物排放量最大的食品行业 在环保部公布的1811家重点废水污染源企业中 糖厂占142家 年排放废水约7亿吨 COD32 5万吨 占全国工业总排放6 4 为COD排放最大的四大行业之一 二 国内外现状分析 能耗 国内糖厂在煮糖汽耗和全厂热力系统优化上远落后于发达国家 制糖工艺 发达国家普遍采用两步碳酸法生产高品质精糖 在美国 已有膜法制糖和生物澄清技术的示范工厂 我国甘蔗糖厂普遍采用亚硫酸法制糖工艺 需加入大量石灰 磷酸 二氧化硫 聚丙烯酰胺等化学助剂 水的循环利用 国外发达国家已实现制糖生产过程全闭合循环用水系统 无需补充新鲜水 即实现了零取水 为减少温室气体的排放 先进国家糖厂都用烟道气中的CO2澄清精炼糖厂的糖浆 甘蔗加工原糖汽耗3 2吨 原糖二步法炼糖厂汽耗4吨 原糖如果过程控制优化可以节省汽耗2吨 原糖 十二五 期间部分企业实现制糖生产全过程自动化控制 实现生产信息实时传送集团总部 进一步促进节能减排加大零取水零排放推广力度 带动其他企业 实现剩余蔗渣打包率对蔗比8 0 以上的目标 标煤耗对蔗比为4 2 以下 二 产业目标 市场需求 制糖生产过程节水控制系统 烟道气资源化利用控制系统 压榨车间DCS自控系统 澄清 蒸发工段DCS自控系统 煮糖工段DCS自控系统 三 实施建议 糖品多元化 一 糖厂热能集中优化及控制系统 糖厂蒸发过程热力模型研究与优化控制糖厂煮糖过程热力模型研究与自动控制制炼过程热力方案优化与生产能耗控制策略研究 方案一 糖厂蒸发过程热力模型研究与优化控制开发具有防垢功能的糖浆锤度在线检测仪表 保证糖浆锤度准确稳定测量 建立蒸发工段的热力模型 对蒸发工段的热力方案进行动态分析和优化 实现多效蒸发系统的优化控制 糖厂煮糖过程热力模型研究与自动控制母液过饱和度控制技术 解决煮糖自动控制中的主要难题 同时对糖液温度 锤度 粘度及煮糖罐料位 真空度 蒸汽压力等参量进行测控 实现煮糖自动控制 减少热能损耗 缩短煮糖时间 建立煮糖工段的热力模型 对煮糖的热能消耗进行动态分析和用汽方案优化 实现合理平衡用汽 采用折光原理在线测量糖膏母液的浓度 使过饱和度指标能够准确测控 突破制约煮糖自动控制的技术瓶颈 煮糖过程控制的核心之一是控制糖膏母液过饱和度 由于糖膏粘度大易结垢 造成测量仪表的污染和信号滞后 无法准确测量糖膏母液的浓度 使煮糖过程最重要的过饱和度参数难以控制 故目前仍未实现煮糖过程自动控制 关键技术 采用气体隔离技术 开发具有防积垢特性功能的糖浆锤度在线检测仪表 使糖浆锤度在线检测不受积垢因素影响 糖浆锤度是澄清 蒸发 煮糖过程控制的一个重要工艺参数 由于糖浆中含有钙 镁 硅等无机盐成分 它们在一定条件下不可避免地会形成积垢 而一般锤度在线检测仪表的传感探头均是与浆锤直接接触 探头表面形成积垢后 在线清洗困难 检测数据严重失真 最终影响过程控制 压榨过程甘蔗入料的均匀程度直接影响生产安全和糖分抽出率 影响生产的稳定性 采用自动控制系统 按设定榨蔗量自动计量及自动控制进入榨机的进蔗量 按进蔗量自动控制榨机阵列的转速 按进蔗量自动控制渗透水的流量 对榨机轴温自动监测等 能够达到输蔗带自动调速均衡进蔗 均衡用电 均衡出蔗渣 供锅炉做燃料 均衡出蔗汁 为制炼车间提供蔗汁 的要求 3 1压榨车间自动控制系统 采用自动控制系统 与人工操作相比 来料不均匀时 自动调整输送带电机转速 达到均匀进榨的目的 一旦发生1 榨机扭矩超出负荷限点 自动减小挡板开度 控制入料量 从而对齿轮箱和榨机起到保护作用 自动调节后几座榨机的转速 保证固定的料位高度和通过榨机的蔗层厚度 使渗透过程均匀 其结果是负荷平稳并提高抽出率和减少蔗渣的水分含量 调节渗透水比例 水温和混合汁液位流量等 使各榨机蔗层均匀渗透水能稳定混合汁锤度和泵送量 在维持榨机负荷稳定的前提下 提高了榨蔗量 对提高经济效益有促进作用 3 1压榨车间自动控制系统 通过工业控制计算机 控制器等构成集散式控制系统对糖厂澄清 蒸发工段的工艺参数进行实时采集 对各工艺控制点进行自动控制保证了澄清 蒸发工段的生产工作安全 均衡和稳定 为下一道生产工序 煮糖 得到稳定锤度 温度 流量的粗糖浆提供保证 为锅炉能提供合格的高温的蒸发汽凝水 以降低锅炉燃料消耗 抑制蒸发 跑糖 现象 有效地降低蒸发排水的COD值 3 2澄清 蒸发工段自动控制系统 澄清 蒸发自动控制系统的优点 糖汁pH自动控制系统 提高测量与控制的准确度 提高糖浆锤度测量精度 保持 1 Bx的精度 准确测量真空密封蒸发罐内物料的液位 有效提高了各效蒸发的效能 系统抗干扰能力强 控制精度高 效果好 简便的手动 自动切换功能 实现了无扰动切换 系统建立相应的数学模型和一系列控制策略 实现整个澄清 蒸发工段生产过程的全自动控制 管理人员实时掌握现场状况 大幅度提高管理效率 系统采用并发事件驱动技术 集计量 控制 管理为一体 在线进行事务性管理 3 2澄清 蒸发工段自动控制系统 采用的全自动刮刀卸料上悬式离心机由电路 气路 机械联合全自动控制在全自动程序控制下 将被分离的悬浮液物料注入转鼓内 在高速旋转时利用离心力场的作用将液体甩出转鼓外 而固体颗粒则被铺设在转鼓内的滤网截流 完成固 液分离 固体晶粒通过刮刀径向和轴向运动将从转鼓壁上刮下 完成卸料过程 完成一次分离周期后 机器会自动进行下一次周期循环 实现连续全自动工作 3 3分蜜工段自动控制系统 分蜜工段自动控制系统优点实现全自动控制 降低人为操作造成糖品质量的不稳定性采用变频调速技术 节约电能40 以上处理量大 循环周期短 易扩大制糖企业的生产规模 效率提高50 全密封的进料和分离过程 保证了糖品的卫生要求 3 3分蜜工段自动控制系统 锅炉DCS自控系统实现了分散控制和集中监视 操作和管理 采用网络通信技术 使得控制与管理都具实时性 系统功能强大 可以满足从简单数据采集到复杂的系统监控及保护等各种需要锅炉DCS控制系统对锅炉的燃烧进行全方位控制 可以明显提高锅炉的燃烧效率 降低能耗 减少污染的排放 3 4锅炉 汽轮机DCS自控系统 节水降耗闭合循环用水处理系统 环保型高价反离子树脂再生等新技术 实现糖业高浓度废水全部回收利用 水重复利用率大于95 部分企业实现零取水 方案二 系统采取清浊分流 多级循环 物化分离 生物净化处理 提高水的重复利用率 减轻外排负担 流程中安装在线监测系统 实行24小时在线监控 工业用水重复利用率达到98 以上制糖废水生化深度处理技术及中水回用控制系统 中水经过处理后可以回用作为锅炉入炉水 制糖工艺用水 设备冷却水 设备冲洗用水或直接排放 2 1节水减排控制系统 炼糖厂用锅炉烟道气代替现行石灰窑气 CO2 减少CO2排放 降低成本甘蔗糖厂用锅炉烟道气代替现行石灰窑气 CO2 半碳法制糖工艺开发出以低二氧化碳该量的锅炉烟道气 CO2含量8 12 代替现行石灰窑气二氧化碳 CO2含量30 35 作为澄清剂的强制饱充新技术 利用烟道气代替传统亚硫酸法糖厂澄清过程使用的SO2 节省硫磺费用 减少CO2排放 提高澄清效果 产品产量和质量 一步法生产高品质低硫蔗糖 ong 2 2锅炉烟道气利用 研发适合糖厂使用的低成本烟道气纯化技术 对锅炉进行节能改造 增加密闭性 减少配风量 过剩空气系数由1 8 2 0降低到1 5以下 烟道气二氧化碳含量由8 10 提高到13 以上 引入富氧燃烧技术 提高二氧化碳含量5 左右 将提高锅炉节能效益与提高烟道气二氧化碳有机结合起来 保证半碳法工艺的经济 稳定运行 技术路线 烟道气利用及半碳法制糖工艺技术路线 1 增加回收率 减少回煮量 纯度90一99 2 减少耗汽量 降低成本 方案三 糖品多元化 蔗糖产业发展中存在的问题 传统观念 蔗糖增加食物甜味和热量 负面影响 高血脂 高血糖和肥胖 龋齿等 功能糖品 糖品中的某些成分具有调节人体生理活动 增强免疫 延缓衰老 促进康复等方面的调节功能 让天然蔗糖发挥更大优势 蔗糖产品 功能糖 全新的口感与功能 保健安全 增加利润 降血糖 功能糖 功能性蔗糖降血糖的作用研究 连续饲喂四周对正常家兔血糖值影响 血糖值下降了5 78 功能性蔗糖降血糖的作用研究 需要引进和培养两化融合复合型人才要引进和培养运用信息技术能力强且具备工业生产经验的复合型人才 同时建立和完善信息化培训体系 要多种途径强化继续教育 形成制度 不断提高领导干部 管理人员与职工的信息文化