巴西糖厂工艺设备应用特点

吴 峰，周军宏

(中工国际工程股份有限公司，北京 100080)

0 前言

糖厂工艺设备选择需要综合考虑生产运行、建设成本和当地环境相互平衡。因为各个国家糖厂生产方式、设备条件、建设成本构成以及土地气候环境及当地政府的环保政策差异，糖厂在整体工艺大同小异的情况下，工艺设备选择千姿百态，形成各自地域特点。本文以世界最大的制糖生产和出口国巴西为例，介绍一下巴西甘蔗糖厂工艺设备应用的技术特点。

巴西糖业常年总产量在3 500万～3 800万吨糖之间，出口约2 400万吨以上，有600多家糖厂。巴西在70年代开始把糖业作为主要产业方向大力发展，广泛学习了世界上当时制糖技术先进的国家如南非、澳大利亚和欧洲制糖技术和装备，并结合巴西实际逐步发展出自己的特色。巴西同时发展了与制糖行业配套的全面工业体系，从设计、装备制造和研发、建设安装都实现了全面的国产化。

1 制约工艺设备选择的行业因素

1.1 农业生产运行特点

巴西甘蔗生产全面采用机械化种植和收割。其种植土地均属于大农场主，适合大规模生产。其甘蔗农业种植管理非常成熟，甘蔗成熟度通过无人机监测，安排收割。加上榨季少雨，甘蔗运输非常稳定可靠。

1.2 运营费用特点

巴西企业税收很高，雇佣员工需要缴纳很高税费。因此糖厂尽可能少聘用操作人员，推动了自动化的大范围应用。

糖价受国际市场价格波动影响很大，糖厂为保持盈利，非常重视热电联产、糖酒联产和综合副产品应用。工艺强调节汽，也注意在各种工况下能够平衡运转。

1.3 建设能力及成本结构

巴西制造业比较发达，设备厂家通常供货带安装。设备通常完成度较高，现场施工量尽可能小。能用设备解决的，就不做大的土建结构。采用全进口设备关税很高，但主要设备均在巴西可以生产。

2 各工段工艺设备选择特点

2.1 卸蔗和预处理工段

由于供甘蔗车辆规格整齐单车装载量高且为机收短甘蔗，卸蔗通常采取装卸效率高的桅杆吊，直接进入深槽链板输送机。因为不需要处理整根的长甘蔗，卸车系统比亚洲地区大为简化。车辆载重量高，单台自卸吊车就轻松可以达到640吨每小时卸蔗能力。

由于机收的杂质比例可以高达30%，脱杂系统在巴西得到很大重视，通过风选、旋风分离分拣甘蔗、蔗叶、砂石，分别进入制糖、锅炉、固废系统。杂质减少极大改善了制糖工艺条件，同时增加了锅炉燃料供应。当然系统复杂价格不低。

图1 巴西甘蔗卸料系统

图2 巴西甘蔗脱杂系统

卧式汤加重锤撕解机为必备的装备。对于短甘蔗破碎度较高且能耗较低，通常破碎度达90%以上并为后续渗出提汁工段提高糖份抽出率创造前提条件。也有根据需要配置少量的理平机的配置。

2.2 提汁工段

巴西的制糖企业压榨法和渗出法都得到了广泛的应用。压榨法应用中，特点有些轧辊转速高于亚洲国家20%左右，磨损增加采取生产现场补焊方式来满足运行需要。这样设备选型可以偏小、耗能低利用率高，同时亦能满足生产作业要求。另外有些采用三辊单独驱动的方式(液压或者行星减速)以提高抽出率。

巴西是世界上甘蔗渗出器最多的国家，链条式和搓板式都有。应用经验也最丰富。甘蔗渗出器维护量小、处理能力大、能耗低、抽出率高，特别对于热电联产的项目是非常合适的选择。其中链条式有较长的历史，性能更加可靠但造价更高。南非设计的搓板式采用液压驱动的底板运动方式，维护更加简单但可靠性稍低。

图3 三辊单独驱动压榨机

图4 沉降过滤系统

2.3 澄清工段

澄清工段SRT快沉得到广泛应用，但在滤泥处理上，除了真空吸滤机，有的还应用了带滤机设备。

脱色方面巴西除了传统石灰法、亚硫酸法，还开发了臭氧法。作为一种以环保为卖点的技术，其脱色效果并不理想，直接出合格产品难度较大。但是对于产品质量要求不高的情况，这种环保脱色手段还有一定应用空间。

图5 巴西臭氧脱色系统

图6 污泥带滤机系统

2.4 蒸发工段

巴西是应用降膜蒸发技术最多的国家。降膜蒸发技术配合连煮罐以及更加合理的用汽分配，相比传统工艺耗汽可以达到30%对蔗。同时土建施工量小，露天布置、安装进度快。主要缺点是工艺配置复杂、控制难度大、清洗工作量大、系统造价较高，对用户操作技术及自控水平有较高要求。巴西的降膜蒸发采用机械清洗，通常备用一列轮洗。

2.5 煮糖工段

新建项目大量使用卧式和立式连煮工艺。其中可以直接出白糖的立式连煮罐可以露天布置，更加节能和紧凑；卧式连煮大量用于原糖生产。

图7 立式煮糖

图8 滚筒干燥

2.6 离心干燥包装工段

这三个工段比较传统，巴西的干燥主要采用带制冷的滚筒式干燥机。主要产品是原糖占多数。

2.7 锅炉

巴西蔗渣锅炉制造企业针对糖厂需求开发了很多炉型，包括常规的链条炉、适合多燃料混烧的鼓泡床等。巴西更倾向于单锅筒设计，炉膛尺寸较大，全露天布置不设锅炉间。蔗渣输送系统链板机和皮带输送机的设计带速都较高，通过良好的连接设计，系统故障率很低。

图9 巴西锅炉炉排

图10 巴西蔗渣锅炉

2.8 综合利用

巴西糖业多数工厂并行酒精生产线，在糖价不好时蔗汁直接发酵生产燃料乙醇，也有一批单独的甘蔗乙醇生产线。乙醇生产的废涝液经过处理还田作为肥料。因为乙醇生产需要，经常汽轮机需要双抽一路适合乙醇工艺的汽源。巴西自己也是甘蔗燃料乙醇的最大消费国，其国家标准规定汽车发动机可以适应0-100%乙醇添加的燃料。年生产无水乙醇约400亿升。

图11 燃料乙醇蒸馏塔

图12 纤维素乙醇试验线

巴西对甘蔗纤维做了大量应用研究，除了传统作为燃料、造纸、制板，巴西对纤维素乙醇做了大量研究，已经有若干技术进入工业生产的试验线。同时巴西还通过生物工程，开发了高纤维素的甘蔗品种，专门适合纤维素乙醇或者蔗渣发电的需要。这种特用甘蔗品种单产从100吨提高到近300吨，甘蔗单株高度可以达到4米。另一个方向利用甘蔗纤维素制可降解塑料也获得突破，并已经成功生产产品。

3 巴西工艺设备选择的偏好

3.1 设备减量提质

巴西工程师的设计理念是用简单可靠的流程实现生产目的。能用一个可靠的设备不用两个。设备选型的品质高，设计中就不必过多考虑频繁维修问题。巴西有的压榨撕解机厂房都不设计吊车，甚至汽轮机间也不设计吊车，而考虑可吊开屋顶，维护时租用大型汽车吊装作业。

3.2 能露天就露天，降低建筑投资

巴西糖厂榨季大约一个月才有一次降雨，甚至完全不降雨。糖厂设计上除了压榨一般还有建筑，澄清蒸发煮糖经常都全露天布置，锅炉也是露天布置没有锅炉间，大幅降低建筑成本。上述不设计吊车，也直接降低了建筑负荷有利于降低结构成本。地面多数不用有组织排水，甚至全厂场平做成一定坡度进行排水。除了气候条件合适外，从价值工程角度考虑也是适合巴西建筑成本低的情况。

同样，能用设备解决的不用土建解决。如锅炉的水冲灰，巴西采用一体化的灰渣分离设备取代国内沉灰池和灰渣吊车，降低了土建成本和人工操作强度。

图13 灰水分离装置

3.3 最全面的自动控制

与我国传统操作离不开就地和手动控制的思想不同，巴西大多数设备根本无法手动操作，甚至无法本地操作。整个工厂DCS系统非常完善，可靠性很高。全厂只有一个中控室，各工段不再设置控制室。除了自控系统成熟完善外，企业管理水平较高也是能这么选择的原因之一。10000-20000 TCD的糖厂的每班操作人员通常在30人左右。除了自控系统完善成熟可靠外，企业技术管理水平较高也是实现这种选择的原因之一。

4 巴西工艺设备选择思路对中国糖厂设计的借鉴意义

4.1 既要参考成功的设计，又要大胆创新

从巴西糖业技术发展历程看，既博采众长，又不断创新。巴西的工程技术人员和企业家在新技术应用上敢于不断尝试，既参考成熟设计，又不断大胆创新新工艺设备，使得整个行业技术水平都达到了很高的水平。

4.2 要符合使用者和环境的客观特点和需要

巴西针对本国农业机械化水平高，工人技术人员素质较高，人工和野外建设工程造价高的客观情况，技术应用上以实用为主，突出高自动化、低维护量、低生产成本、少建设量的价值工程方针。在系统指标和生产运营综合成本中取得良好平衡。

随着我国经济发展，劳动力素质提高价格提升，环保要求提高，节能减排目标增加。在糖厂未来建设项目中，巴西的工艺设备应用思路值得借鉴。