利用蔗糠脱水机从糖厂滤泥中提取蔗糠的工艺方法

摘  要：针对滤泥含水量高，不能直接入锅炉燃烧的问题，文章提出了采用蔗糠脱水机从滤泥中提取蔗糠的工艺方法。该工艺设备由溶解搅拌罐、蔗糠脱水机、蔗糠输送带、泥水泵组成，滤泥通过加水溶解、挤压脱水，能从滤泥中提取含水量低于40%的蔗糠作为锅炉燃料。日榨5000 t的甘蔗糖厂，一个榨季可从滤泥中提取含水量40%的蔗糠6250 t，节约燃料费384万元。在甘蔗制糖企业中推广采用蔗糠脱水机从滤泥中提取蔗糠的工艺方法能变废为宝，既减少了湿滤泥对生产环境的污染，还能节约燃料费用，经济效益可观。

关键词：蔗糠脱水机；糖厂滤泥；脱水；蔗糠；锅炉燃料

中图分类号：S566.1                              文献标识码：A 文章编号：2095-820X（2023）01-0031-05

0 引言

甘蔗糖厂每年会产生大量滤泥。由于滤泥含水量高且不易通气，很难自然干燥，非常容易被杂菌污染。滤泥堆放在厂内与空气接触一段时间后，其中的糖分随着细菌分解而发酵，形成恶臭。这样不仅占用土地资源，还污染空气，更污染地下水源，使滤泥成为“放没地方放 ，用又没法用”的废物，不少糖厂每年为此付出不菲的滤泥运输费和土地占用费。滤泥中含有以蔗糠为主体的有机物质，燃烧值与褐煤相当。由于滤泥含水量大，难以采用常规脱水方式降低滤泥水分，因此不能常规脱水后送进锅炉焚烧。为此，本文提出了采用蔗糠脱水机从滤泥中提取蔗糠的工艺方法，该方法能从滤泥中提取含水量低于40%的蔗糠作为锅炉燃料。在甘蔗制糖企业中推广采用蔗糠脱水机从滤泥中提取蔗糠的工艺方法能变废为宝，既减少了湿滤泥对生产环境的污染，还能节约燃料费用，经济效益可观。

1 滤泥的来源与组成

1.1 滤泥的来源

在甘蔗制糖生产过程中，通过澄清工艺处理，从甘蔗榨取汁中沉淀、过滤出的非糖分有机物和无机质杂质统称为滤泥［1］。磷酸亚硫酸法澄清工艺是大多数甘蔗糖厂采用的澄清工艺，就是将磷酸、氢氧化钙和二氧化硫同时加入蔗汁中进行加热、中和、沉降和过滤。获得的清汁浊度低，清净效率高，产生的滤泥呈中性，有机含量高，并且含有适量微量元素。混合汁经过磷酸亚硫酸法澄清工艺处理，获得进一步炼制的清汁，同时也产生了大量的滤泥。日榨5000 t的甘蔗糖厂，按加工1 t甘蔗产生 2.5％的滤泥量计算，一个榨季可产生约 1.5万t湿滤泥。

1.2 滤泥的组成

澄清工艺所产生的滤泥由水分和非水分物质组成，具体成分因甘蔗品种、产地气候、土壤性质及糖厂澄清工艺不同而有所区别，亚硫酸法澄清工艺产生的滤泥组成成分如表1［2］所示。

1.2.1 濾泥中的非水分物质

从磷酸亚硫酸法澄清工艺原理可知，滤泥中含有从甘蔗榨取汁中沉淀出来的有机物和灰分等非水分物质，其中以蔗糠为主体的有机物占非水分物质的57.3%。

1.2.2 滤泥中的水分

由于糖厂普遍使用真空吸滤机过滤泥汁，难以从滤饼中脱出大量水分，因此一般滤泥的含水量在 75%左右。按滤泥中水分存在形式划分，一般可分为四类：裂隙水，毛细结合水，吸附水和内部水。滤泥中水分的存在形式如图 1所示。

吸附水是指通过氢键结合与静电作用粘附在滤泥颗粒表面的水分，约占滤泥水分的 7％，由于水分子排列整齐，分子间作用力更稳定，很难去除；内部水是指通过化学键与滤泥有机结合的水分，约占滤泥水分的 3％，可看作滤泥的一部分；毛细结合水是指在滤泥中的毛细管水分，约占滤泥水分的 20%，由于水分通过毛细压强及表面张力与泥质结合，难以去除；裂隙水是指滤泥颗粒包围的水分，不与滤泥直接结合，占滤泥水分的 70%左右，比较容易去除。通过以上分析可知，只要打破滤泥颗粒的包围，采用机械挤压的方法，可以去除占滤泥水分 70%左右的裂隙水。

2 从滤泥中提取蔗糠的工艺方法

针对滤泥含水量高，不能直接入炉燃烧的问题，本文提出了采用蔗糠脱水机从滤泥中提取蔗糠的工艺方法。其工艺原理是：用溶解水对滤泥进行溶解和洗涤，解除滤泥颗粒对裂隙水的包围，分解泥浆对蔗糠的包裹；然后采用蔗糠脱水机将泥水和蔗糠分离，蔗糠经过挤压脱水，蔗糠含水量控制在40%以下，送锅炉燃烧；泥水送到生化池处理，或浓缩、发酵后制成液体肥。

采用蔗糠脱水机从滤泥中提取蔗糠的工艺设备由溶解搅拌罐1、蔗糠脱水机2、蔗糠输送带3、泥水泵4组成（图2）。该工艺具体流程如下：来自生化处理后的清水作为溶解水，通过溶解水进口管进入溶解搅拌罐1内，在搅拌器作用下，水流在罐内翻滚、流动；滤泥通过滤泥输送机送到溶解搅拌罐1的滤泥进口管进入罐内，与翻滚、流动的溶解水直接混合，溶解水溶解了细小的泥成为泥水，包容了蔗糠，形成可流动的泥浆；从溶解搅拌罐1中部出料管排出的含泥水蔗糠进入蔗糠脱水机2，在蔗糠脱水机2的楔形槽筛表面留下蔗糠，蔗糠沿楔形槽筛表面向前移动，泥水穿过楔形槽筛网进入泥水收集器内，实现了蔗糠与泥水的分离；水含量很高的蔗糠随着螺旋轴的缓慢旋转驱动、挤压、脱水，使蔗糠含水量降到40%以下，从蔗糠脱水机出口落下；随后含水量降到40%以下的蔗糠通过蔗糠输送带3送到锅炉燃烧；蔗糠脱水机2的废水收集器内的废水通过废水泵4送入生化处理池。

3 蔗糠脱水机

3.1 蔗糠脱水机结构设计

蔗糠脱水机是基于挤出理论而研发的滤泥专用脱水机械，它由机架1、减速电机2、联轴器3、轴承座4、填料密封函5、进料管6、机壳7、过滤网8、泥水出口管9、螺旋推渣轴10、连接法兰11、蔗糠移动管12、出渣口13、压力锥板14和弹力压紧器15组成，其结构详见图3。

其中，机架1由槽钢焊接而成，在机架1左端安装减速电机2，减速电机2的机座与机架1采用螺栓连接；在机架1中部安装机壳7，机壳7的支脚与机架1采用螺栓连接；在机壳7内套入过滤网8，机壳7与过滤网8采用连接法兰11连接；过滤网8采用楔形条组装成圆筒形，有多个加强圈固定；螺旋推渣轴10的主体部分焊接螺旋叶片，螺旋推渣轴10安装在过滤网8中心，两端采用轴承座4支撑，螺旋推渣轴10与减速电机2的输出轴采用联轴器3连接；在机壳7左端的连接法兰11上安装进料管6，采用螺栓连接；在进料管6的左侧板上安装填料密封函5，填料密封函5的座体焊接在左侧板的轴孔处；在机壳7中部的下方安装泥水出口管9，采用焊接连接，泥水出口管9与泥水输送管连接；在机壳7右端的连接法兰11上安装蔗糠移动管12，采用螺栓连接；在蔗糠移动管12的另一端安装出渣口13，采用焊接连接；在出渣口13的蔗糠挤出口处安装压力锥板14，压力锥板14套装在螺旋推渣轴10上，可轴向移动；出渣口13的侧板上安装弹力压紧器15，弹力压紧器15将压力锥板14压紧在出渣口13的蔗糠挤出口处。

蔗糠脱水机的功能和使用方法：根据对蔗糠含水量的要求，扭动调节螺杆157，压缩弹簧153（图5），调整压力锥板14的压力值，然后启动减速电机2，螺旋推渣轴10慢速转动。从溶解搅拌罐1中部的出料管排出的含泥水蔗糠通过进料管6进入蔗糠脱水机2（图2），在螺旋推渣轴10的带动下，含泥水蔗糠随螺旋叶片向前移动，并进入挤压脱水区，挤压脱水区内的螺旋叶片螺距逐级变小，螺旋轴轴径逐渐变大，由于输送空间随螺旋叶片螺距逐级变小和轴径逐渐变大而变小，故使滤饼体积被压缩而挤出泥水；当有泥水从左端轴侧泄漏，可压紧填料密封函5的压盖，防止泄漏；泥水穿过过滤网8，进入外壳7，经泥水出口管9排出，然后通过泥水泵4送入生化处理池处理；留在过滤网8上的蔗糠随螺旋叶片继续向前移动，在螺旋轴的末端光轴处形成圆环形滤饼塞，在压力锥板14的阻挡下，挤压力增大，蔗糠脱水效果明显增强，使蔗糠含水量降到40%以下，在螺旋叶片持续的推力作用下，圆环形滤饼塞顶开压力锥板14，经脱水后的蔗糠从出渣口13排出，然后通过蔗糠输送带3送到锅炉燃烧。

蔗糠脱水机的技术特点：

脱水效率高：留在过滤网上的蔗糠随螺旋葉片继续向前移动，在压力锥板的阻挡下挤压力增大，脱水后的蔗糠含水量降到40%以下。

结构简单：与轧辊压榨脱水机组相比，由于采用楔形条组装成圆筒形筛网和螺旋推渣技术，简化了蔗糠脱水机的结构，该机器操作稳定、造价低、运行费用低。

3.2 蔗糠脱水机主要零件结构分析

3.2.1 螺旋推渣轴结构分析

螺旋推渣轴是体现蔗糠脱水机工艺性能的关键零部件，它由轴承位A、进料区W、挤压脱水区J、滤饼阻塞区S组成，其中：第一螺旋叶片构成空间V1；最后螺旋叶片构成空间Vn，详见图4。

在螺旋推渣轴的两端设置轴承位A。螺旋初始端为进料区W，螺旋外径、螺旋轴径、螺距保持不变，起到将含泥水蔗糠输送到挤压脱水区的作用。进料区W一般为2个到3个螺距的长度，进料区的尺寸数据是计算蔗糠脱水机处理量的依据。在螺旋推渣轴的中部是挤压脱水区J，螺旋外径不变，螺距逐级变小，螺旋轴径逐渐变大，螺旋叶片与螺旋轴构成的空间逐级变小；含泥水蔗糠进入挤压脱水区，随螺旋推渣轴的旋转，在螺旋叶片的推动下，在逐级变小的螺旋叶片构成空间内逐级向前移动，此过程使含泥水蔗糠逐级受到挤压而挤出水分，从第1个螺旋叶片构成的空间V1到最后1个螺旋叶片构成的空间Vn可计算出含泥水蔗糠被压缩的压缩比；选择轴径逐渐变大的圆锥轴是为了控制滤饼阻塞区S的滤饼厚度，保证滤饼湿度基本一致。在螺旋推渣轴挤压脱水区的末端是一段光轴组成的滤饼阻塞区S，蔗糠在螺旋叶片的推动和压力锥板的阻拦下不断充满滤饼阻塞区S，在此处形成圆环形滤饼塞，使挤压出的水分不能从出料口流出；在螺旋叶片轴向力的作用下，圆环形滤饼塞不断向前移动，顶开压力锥板后在压力锥板的刮削刃作用下被粉碎排出。

3.2.2 过滤筒的结构分析

过滤筒是用不锈钢楔形条组装成的圆筒形，由多个加强圈固定。不锈钢楔形条组成的缝隙是梯形的，窄面组成过滤表面，间隙可在0.1～0.3 mm选择，宽面是泥水流出面，不易堵塞，在螺旋叶片不停的旋转下，过滤表面不断更新，提高了过滤效率。

3.2.3 压力锥板压紧装置的结构分析

压力锥板压紧装置的主要作用是调整圆环形滤饼塞出口处的压力，圆环形滤饼塞必须克服压力锥板压紧装置设定的弹簧力才能排出，具体结构见图3和图5。

压力锥板14在3个弹力压紧器15的作用下贴紧出渣口13，形成了圆环形滤饼塞出口处的压力，弹力压紧器15的球面压紧压力锥板14，但不影响压力锥板14随轴转动。以上所述弹力压紧器15由球面柱151、导向套152、弹簧153、弹簧垫154、出渣口侧板155、套端螺母156和调节螺杆157组成。其中，在出渣口侧板155上安装导向套152，采用焊接连接；将球面柱151、弹簧153和弹簧垫154依次装入导向套152内，在导向套152右端安装套端螺母156，采用螺纹连接；在套端螺母156内螺纹处安装调节螺杆157，调节螺杆157顶紧弹簧垫154，压缩弹簧153，使球面柱151的球面压紧压力锥板14。

4 从滤泥中提取蔗糠的效益分析

4.1 提取蔗糠的热能

日榨5000 t的甘蔗糖厂按加工1 t甘蔗产生2.5％的滤泥量计算，一个榨季120 d可产生约15000 t水分含量为75％的滤泥，折算成水分含量为40％的蔗糠约6250 t，按水分含量为40％的蔗糠的低位发热量为R1=9720 kJ/kg计算，提取蔗糠的热能：

Q=R1W=9720×6250000=60750000000 kJ

4.2 一个榨季可节约的燃料费

糖厂锅炉的燃料主要是含水量为49％的蔗渣，根据蔗渣低位发热量表［6］可知含水分为49％的蔗渣的低位发热量R2=7901 kg，回收蔗糠燃料折合成含水量49％的蔗渣是：

Z=Q÷R2=60750000000÷7901=7688900 kg

=7688.9 t

按每吨蔗渣0.05万元计，则一个榨季可节约燃料费：

F=7688.9×0.05=384万元

5 结论

采用蔗糠脱水机从滤泥中提取蔗糠的工艺方法与现有技术相比，其突出的优点是：

（1）有效解除了甘蔗糖厂湿滤泥对生产环境的污染，环境效益突出。

（2）日榨5000 t的甘蔗糖厂一个榨季可从滤泥中提取含水量40%的蔗糠6250 t，节约燃料费384万元，经济效益可观。

（3）该工艺具有技术成熟、投资省、运行费用低和操作稳定等特点。

在甘蔗糖厂中推广采用蔗糠脱水机从滤泥中提取蔗糠的工艺方法能变废为宝，既减少湿滤泥对生产环境的污染，还能节约燃料费用，经济效益可观。

参考文献

［1］ 王威威. 原糖厂滤泥热压脱水及燃烧特性研究［D］. 南宁： 广西大学，2014.

［2］ 石流沙，钮德明. 消除亚法甘蔗糖厂滤泥污染的工艺研究［J］. 大众科技，2017，19（3）：32-34.

［3］ 中华人民共和国轻工业部. QB/T1310-1991 甘蔗制糖工业企业综合能耗标准和计算方法［S］. 1991.

收稿日期：2023-01-07

基金项目：2022年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目（2022KY1881）

第一作者：卓家创（1986-），男，讲师，主要从事制糖工艺及设备研究工作，E-mail：1739859464@qq.com