优化管理和设备革新以降低糖厂百吨蔗汽耗的研究探讨

陈 进

（广西来宾东糖凤凰有限公司，广西 来宾 546102）

0 引言

百吨蔗汽耗是指甘蔗糖厂榨蔗100吨需要消耗锅炉的蒸汽量，是甘蔗糖厂一个重要指标。国内各糖厂之间百吨蔗汽耗差距比较大，一般满负荷生产比例越大、榨季停机次数越少的糖厂百吨蔗汽耗越小，而规模较小的糖厂在这方面的潜力更大。一般国内多数的甘蔗糖厂百吨蔗汽耗在40吨左右，先进的糖厂可以控制在35吨左右，小部分糖厂甚至达到45吨以上。百吨蔗汽耗在糖厂出现这么大的差距，有客观和主观上的原因。如何降低百吨蔗汽耗是一个系统工程，关系到企业管理、现有技术与设备的优化以及新工艺和新设备的研究开发与推广等方面，也与管理者的重视程度有关。近年来随着社会和国家对企业的要求提高，甘蔗渣价格上涨，企业对该指标的重视程度也随之提高。

糖厂百吨蔗汽耗高，首先是技术和设备的问题，其次是管理方面的问题，切实解决了这两方面存在的问题，糖厂在汽耗方面将会取得更大的成效。本文主要从制炼车间蒸发、煮糖工序的设备技术革新和加强管理进行探讨。

1 蒸发工序

蒸发是一个通过热量传递而进行糖汁浓缩的过程，其主要有两个推动力，即温度差是传热的推动力；压力差是前一效糖汁能自动流入下一效的推动力。蒸发过程一个关键考量指标是蒸发工效，目前绝大多数甘蔗糖厂采用五效蒸发，蒸发工效高低与抽汁汽方案有直接的关系，即蔗汁加热和抽用越多低品质汁汽煮糖，则蒸发工效越高，百吨蔗汽耗就越低。

1.1 提高蒸发工效

蒸发工效指蒸发系统所蒸发的总水量与输入蒸发站的加热蒸汽量的比值，这个比值通常在1.7～2.4之间［1］。检验蒸发工效的一个关键指标是蒸发末效糖浆浓度，糖浆浓度高，则煮糖用汽少，煮制时间短，节能效果好。国外先进糖厂的糖浆浓度超过70 °Bx，国内节能较好的糖厂为65～68 °Bx，但目前有小部分糖厂约为60 °Bx，节能效果差距比较大。在广西来宾东糖凤凰有限公司2021/2022年榨季生产，通过报表系统数据查询，蒸发工效计算如下。

入罐清汁量440 m3/h，锤度15.8 °Bx，蒸发末效糖浆锤度68.5 °Bx，锅炉供汽155 t/h。通过查糖液锤度对应视密度、视比重表［2］，清汁锤度15.8 °Bx对应视比重为1.065 t/m3。

总蒸发水量［1］计算如下。

蒸发工效为360.5 / 155 = 2.33

式中，W为总蒸发水量，t/h；qG，0为入罐清汁量，t/h；B0为入罐清汁锤度，°Bx；B5为末效糖浆锤度，°Bx。

提高蒸发工效是一个比较大的课题，是一个系统工程。需抓住两个突破点，一是蒸发系统自身的潜力挖掘；二是煮糖抽用汁汽管理和技术革新，关键因素还在于管理者的重视程度，这是最大的推动力。

1.2 蒸发系统设备与技术改进

蒸发系统自身的潜力深挖，在硬件上需要通过设备引进和技术革新；在软件上加强内部管理，企业的各级管理人员都认真重视节能，努力贯彻执行各项节能措施，比如蒸发加热管采用机械自动通洗、改造糖汁进汁方式以提高加热面积的有效利用率、提高末效真空度以及尽可能多地利用低品质汁汽和热源等。

1.2.1 蒸发加热管积垢的清除

目前甘蔗糖厂蒸发罐、加热器使用的加热管绝大多数是不锈钢304材质，壁厚2 mm，理想状态下加热管单层壁进行热传导。但实际使用过程加热管内外壁面或多或少会附一层积垢，传热过程就不是单层壁而是要再通过管壁面的积垢进行热传导，形成的积垢导热系数比金属低很多，直接影响加热管的传热效率［3］。附在管壁面的积垢成分比较复杂，外壁面上的积垢主要是乏汽的油渍和汁汽中的糖分，而内壁面上的积垢则主要来自糖汁中未除去的悬浮物和非糖分溶质。一般由于外壁形成积垢较少可忽略，所以糖厂通常说的“通洗罐”只是指清除加热管内壁面上的积垢。甘蔗糖厂各效蒸发罐积垢成分的一般规律为第一效罐积垢的有机组分及磷酸盐含量比后面各效罐高，末效罐的硫酸盐积垢比前面各效罐多。这可能是由于硫酸盐的缘故，所以末效罐的积垢最坚实，难以除去［1］。

目前糖厂普遍用高压水枪进行机械除垢，工作压力为600～1000 kg/cm2，有人工通洗和机械自动通洗两种方式。人工通洗时由于高压水枪喷射出来的水与加热管内壁接触时间较短，所以通洗速度快，设备故障少，但是由于压力过高，人力难以承受所以工作压力较低，一般是600～800 kg/cm2；而机械自动通洗时与单根加热管内壁接触时间是人工通洗的1.5倍以上，冲击积垢力度大，积垢脱落比较完全，比人工通洗的干净很多，有利于热传导，其工作压力大，为900～1000 kg/cm2。

蒸发罐后面两效积垢比较坚实，转停罐后建议用乏汽通过加热管对罐体进行“烘罐”，每隔约2小时给加热管淋一次冷水，条件允许时“烘罐”8小时以上，在热涨冷缩作用下，积垢较松散、部分积垢甚至会自然脱落。通过实践对比证明，“烘罐”后加热管通洗得更加干净。

1.2.2 改造糖汁布料器

目前甘蔗糖厂常用的蒸发罐布料器有两种，即环形管布料器和半椭圆形面布料器，都是根据进汁量在环形管或半椭圆形面的外表面上，均匀的设置多个Φ40～Φ50 mm的小孔，目的是为了让糖汁均匀分布到汽鼓加热面。不管是哪种布料形式，通过观察第三效罐以后的糖汁，能覆盖到汽鼓面的越来越少，甚至到末效只可见汽鼓面局部有少量糖汁沸腾。这主要原因是随着糖汁逐效增浓，糖汁量逐效减少；其次是后面几效罐的液面控制也相对低一些。糖汁如果不能全部覆盖加热面甚至只覆盖局部，那么蒸发罐加热面积有效利用率就降低，甚至有少量糖汁滞留在加热管内增加了过程的转化。因此，通过改造蒸发罐布料器，能够充分让糖汁均匀地分布在汽鼓面上。

广西来宾东糖凤凰有限公司是拆除原有的环形管布料器，在蒸发罐底部重新制作环形管布料器，进汁总管上设置很多Φ50 mm的出汁支管，在支管上均匀的设置有Φ8 mm的出汁小孔，具体开孔数量按进汁总管截面积的1.2～1.5倍设计。通过管道加压泵将糖汁从出汁小孔喷出，使糖汁均匀的在汽鼓面上沸腾。通过实践观察，使用管道加压泵强制对流后在汽鼓面的糖汁分布均匀，沸腾情况良好。改造后的蒸发罐布料器示意图，如图1所示。

图1 改造后的蒸发罐布料器示意图

1.2.3 提高末效蒸发罐的真空度

在一个密闭的容器内，完全没有气体压力或气体压力低于1个大气压力的状态均可称为真空。蒸发末效真空度通常要求-0.08～-0.09 MPa，蒸发末效真空度偏低直接影响蒸发工效及糖浆浓度，而影响蒸发末效真空度的因素有很多，比如蒸发罐或者被腐蚀的管道密封性较差、冷凝器的水温度偏高、高效冷凝器喷嘴堵塞等，均会影响蒸发末效真空度。

糖厂在每个榨季开榨前都会进行蒸发末效罐密封性（真空度）试验，通过试验可以对蒸发末效罐的相关设备、管道和阀门的密封性进行检查。而若只试验末效罐密封性还不够严谨，因为第Ⅲ效罐的汁汽室压力趋于正压和真空之间，而后面三效密封性较差时会影响整个蒸发系统。建议第Ⅲ～第Ⅴ效罐应该模拟榨季生产联动试密封性试验，其比末效罐进行密封性试验难度大一些，用时较长，但是通过该联动试验能检查出更多潜在的问题，能减少问题在榨季过程中出现的几率，提高榨季末效真空度。广西来宾东糖凤凰有限公司2021/2022年榨季开榨前采用模拟榨季生产联动试密封性试验，通过整改，整个榨季末效真空度比往年高出很多。

1.2.4 尽可能多地利用低品质汁汽和热源

蔗汁加热时尽可能使用低品质热源对蒸发工效影响很大。条件允许时建议混合汁加热采用三级加热，即第一级加热源用蒸发末效汁汽；第二级用蒸发第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ效的混合汽凝水；第三级用Ⅳ效汁汽。混合汁三级加热示意图，如图2所示。

图2 混合汁三级加热示意图

根据南宁糖业博宣公司和来宾湘桂小平阳公司的实际生产经验，混合汁经蒸发末效汁汽、蒸发第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ效混合汽凝水加热后温度可提至45℃左右，再通过第三级Ⅳ效汁汽加热到工艺要求的温度，可以有效地降低糖厂百吨蔗汽耗。

2 煮糖工序

煮炼工序是糖厂实际消耗能量最大的工序，是糖厂节能的重点，煮糖用汽量是影响糖厂能耗的关键。目前国内甘蔗糖厂煮糖用汽量对甘蔗的比例，很多厂超过20%，国内较先进的为16%～18%［4］。在没有条件投入较大设备进行技术改造的情况下，建议煮糖围绕不用乏汽、少用Ⅰ效汁汽、多用Ⅱ效和Ⅲ效汁汽的原则进行，具体就是丙糖膏煮制用Ⅰ效汁汽为主，Ⅱ效汁汽为辅；甲乙糖膏煮制只用Ⅱ效和Ⅲ效汁汽。对于煮糖用汽量对甘蔗比例高的糖厂，如果按该用汽原则进行，可能较难降低能耗，需循序渐进。糖厂在使用该用汽原则的过程中，将可能遇到的一些问题进行探讨。

2.1 汽凝水的排除

很多糖厂煮糖汽凝水没有单独按效分开排除，大多是混合排除。虽然汽凝水先排往等压罐再汇总到排水总管，但如果某个等压罐自力式液位控制阀密封性不好或故障就会出现“串汽”，从而造成排水不顺畅。建议使用Ⅰ效、Ⅱ效和Ⅲ效汁汽的煮糖罐的汽凝水应分开排除到对应管道中。目前很多糖厂为了减少汽耗都在尝试抽用Ⅲ效汁汽用于煮糖，但是糖膏煮制时对流不好，影响煮制效果。抽用Ⅲ效汁汽时最忌讳的是不能连续性抽用时，如出现停抽用一段时间，部分Ⅲ效汁汽在管道内会凝结成水，不疏水直接抽用时，糖膏较长时间会出现不对流的情况，既影响煮糖罐时又容易出现糖膏“坐底”现象。

抽用Ⅲ效汁汽煮糖时，除了单独排除汽凝水还应给Ⅲ效汁汽一个加速力。广西来宾东糖凤凰有限公司通过在抽用Ⅲ效汁汽的煮糖罐单独的汽凝水总管道上附加一个真空即-0.04～0.06 MPa，通过真空作用使汽鼓内的汽凝水及时排除，同时给Ⅲ效汁汽一个“拉力”，反向加快它的流速。通过实践对比，增加真空后汽凝水排除量是原来的2倍以上。而单位时间内汽凝水排除量增加，意味着Ⅲ效汁汽填充加快，热交换自然也加快，糖膏对流情况比原来好很多。煮糖Ⅲ效汽凝水排除示意图，如图3所示。

图3 煮糖Ⅲ效汽凝水排除示意图

2.2 安装汁汽升温装置

目前很多糖厂在煮糖抽用的Ⅲ效汁汽总管上用降温前的乏汽进行温升，即是在乏汽降温前分接乏汽，让其经过加热器给煮糖预备抽用的Ⅲ效汁汽升温，热交换降温后的乏汽再回到乏汽总管，Ⅲ效汁汽升温可达6℃以上，该技术已比较成熟，但投资较大。广西来宾东糖凤凰有限公司研究尝试给煮糖预备抽用的Ⅱ效汁汽进行电加热升温，即把电能转化为热能，通过热力衡算，电加热总功率取为240 kW·h，电加热管为20 kW·h/组，设计使用12组，温升约2 ℃，如选择在Ⅲ效汁汽进行电加热升温，而Ⅲ效汁汽单位时间内抽用量相对Ⅱ效汁汽少很多，提升温度也会高一些。电加热升温投资比较少，发电量有富裕的糖厂建议考虑此方案。煮糖预备抽用的Ⅱ效汁汽电加热升温示意图，如图4所示。

图4 煮糖预备抽用的Ⅱ效汁汽电加热升温示意图

2.3 煮糖罐强制搅拌装置

目前广西区内大部分糖厂在煮糖罐中安装强制搅拌装置，目的是加强糖膏在煮糖罐中的对流循环，提高传热效率和结晶速度，从而缩短煮糖时间；而良好的搅拌装置还可以提高晶体质量，降低所需的蒸汽压力，减少了10%～30%的用汽量［5］。

2.4 罐时和用汽的管理

糖厂均有各自的罐时和用汽方案。煮糖工序的罐时和用汽方案应以“最少的罐时和用汽量完成煮糖任务”为目标。这是理想目标，要想无限接近目标是一个长期而艰巨的课题。

罐时的调配以尽可能减少“煮水待料”为原则，关键控制点在班组和岗位。把控好物料情况，按时开煮，理想状态是开煮的罐按规定的煮制方法，能够保持连续性。若出现“煮水待料”就意味着罐时的调配不够理想。

用汽管理方面，煮糖用汽管理制度一般以“用最少的汽完成煮糖任务”为目标。严格执行用汽制度，开罐罐时调控合理，在同样用汽制度下，可以减少用汽量。如果节能效果与职工绩效直接挂钩，成为企业职工的重要任务，这也将会成为节能降耗的推动力。

3 结语

总之，蒸发和煮糖工序从节约用汽的角度看，它们是一个整体、一个系统。提高蒸发工效除了深挖蒸发系统自身潜力，还可以在煮糖工序尽可能多用低品质汁汽，比如不用乏汽、少用Ⅰ效汁汽、多用Ⅱ效和Ⅲ效汁汽。多使用低品质汁汽可以促使蒸发各效的汁汽温度和压力提高。蒸发末效糖浆浓度、各效汁汽温度和压力有保障就有利于糖膏的煮制，缩短糖膏煮制时间。强化企业管理，用好现有的技术和设备，研究应用新技术和新设备，认真做好节能工作，可以显著增加企业的经济效益，是科学发展的重要关键，又是社会和国家对企业的要求。