浅谈提高甘蔗破碎效果的措施

菓 青（广西来宾东糖迁江有限公司，广西来宾546131）



浅谈提高甘蔗破碎效果的措施

菓 青
（广西来宾东糖迁江有限公司，广西来宾546131）

摘 要：在生产中如何在有限的甘蔗资源中提高糖分的收回率是各糖厂挖潜技术改造设备的关键所在。压榨提汁工段中提高压榨抽出率是一种有效的手段，其中提高甘蔗的破碎效果是提高生产规模和压榨抽出率的重要措施。现大多数糖厂使用的甘蔗预处理设备为转鼓式蔗刀机（切撕机），通过2～3台切撕机的组合，甘蔗破碎度普遍达到70%以上，如果对甘蔗预处理环节进行技术改造，甘蔗破碎度可达到85%～90%。本文从影响甘蔗破碎效果的主要环节讨论提高甘蔗破碎效果的措施。

关键词：甘蔗破碎效果；甘蔗预处理；转鼓式蔗刀机；技术改造

0 前言

近十年来由于糖价走高，各糖厂纷纷进行技术挖潜改造设备，生产规模得到了大幅提高，许多甘蔗糖厂压榨提汁工段出现2条生产线，部分甘蔗糖厂有3条甚至4条生产线，单条生产线生产规模达到7000～12000 t/d。各糖厂使用的甘蔗预处理设备普遍采用3台转鼓式蔗刀机（切撕机），采用不同的组合方式，如第1台顺转，后2台逆转或者3台全部是逆转，其中后一种搭配方式是最普遍的。国外使用高效能撕裂机如西尔维式撕裂机、超重负荷式撕裂机、汤加式撕裂机等，通过组合使用其甘蔗破碎度可达到80%～95%，由于其安装复杂、甘蔗处理量小、出故障后处理时间长等缺点，国内糖厂很少使用这些设备。

近年来国内各甘蔗糖厂注重对切撕机及甘蔗输送设备的技术改造研究，如果各环节技术改造好的话，甘蔗破碎度可以达到85%～90%，而且切撕机的结构简单、甘蔗处理量大、故障率低、维护方便简单，所以被国内大多数糖厂使用。某糖厂采用3台逆转式切撕机预处理甘蔗在2013/14、2014/15年榨季测定甘蔗破碎度都超过88%。

本文以3台切撕机配置对提高甘蔗破碎效果进行了以下几个方面论述：①甘蔗输送及切撕机安装位置；②切撕机刀尖回转直径；③蔗刀及其安装形式；④蔗刀机罩盖装置及罩盖的安装；⑤切撕机电机功率配置[1]。

1 甘蔗输送及蔗刀机的安装位置

1.1 输送设备动力传动及蔗刀机的安装位置

输蔗机的动力传动装置滑差电磁调速电机经过减速机减速后带动输蔗机运行。滑差电磁调速电机选用额定转速为1440 r/min，减速机的选择要使输蔗机的线速能在0～18 m/min运行即可。3台逆转式切撕机要求配备2台输蔗机，即一级输蔗机和二级输蔗机，其中前2台切撕机安装在一级输蔗机上，第3台切撕机安装在二级输蔗机上。第1台切撕机安装位置很重要，如果安装过于靠近输蔗机尾部会造成甘蔗在进入第1台切撕机时因推力（甘蔗与运蔗板之间的摩擦力）不足而出现打滑影响均衡生产，同时也会影响甘蔗破碎度，故第1台切撕机的安装位置应使输蔗机上能有效放置甘蔗长度达到15 m以上。第2台切撕机与第1台切撕机的水平距离一般为6 m以上，如果两者的距离过小，第1台切撕机出来的蔗料特别是经过斩切次数少的短节甘蔗直接飞到第2台切撕机口并落在输蔗机蔗层的最上层，容易引起第2台蔗刀机堵塞，影响甘蔗的破碎效果。第3台蔗刀机的安装位置在二级输蔗机上，距离二级输蔗机尾部蔗料有效堆积长度一般为5～6 m以上。从第一级输蔗机落到第二级输蔗机上的蔗料落差高度一般要求达到1.5 m以上，确保蔗料能够翻转1次，使从前面2台切撕机底部通过而不被斩切的部分甘蔗经过第3台切撕机时能够被斩切。

1.2 甘蔗的均衡输送

甘蔗均衡输送是提高甘蔗破碎效果的前提条件。为使甘蔗输送均衡，现许多甘蔗糖厂采用均衡进榨系统，该系统集计量、控制、管理为一体，采用2台r射线核子秤，同时检测一级、二级输蔗机上的甘蔗或蔗料的流量，综合考虑3台蔗刀机和第1座榨机的负荷能力，通过控制一级、二级输蔗机的运行速度，来达到甘蔗均衡输送效果。该系统设置有自动控制和手动控制2部分，可以根据生产的实际情况进行自由切换，通过调整其运行参数可以调整输蔗机的运行速度，又能确保蔗料的均衡输送。因卸、喂蔗台没有称重计量系统，从喂蔗台落蔗进入输蔗机均是人工操作，如果输蔗机的运行速度时快时慢就会影响到人工落蔗的均衡性，进而影响到甘蔗的破碎效果。那么选择一、二级输蔗机的运行速度尤为重要，一般一级输蔗机的线速控制在0.12～0.14 m/s，二级输蔗机的线速比一级输蔗机稍低些控制在0.10～0.12 m/s，这是比较理想的速度。因为甘蔗堆场的场地原因，在输蔗机运行方向上只能并排安装2台喂蔗台，如果输蔗机的线速过快特别是线速超过0.18 m/s以上，人工操作喂蔗台就很难做到落蔗均衡，更不要说提高甘蔗破碎效果了。在旧设备基础上通过技术改造、扩大生产规模的糖厂，会经常遇到这个问题。

2 切撕机刀尖回转直径

2.1 切撕机刀尖回转直径加大

切撕机刀尖回转直径增大有利于提高甘蔗处理量和甘蔗破碎度。近年来各甘蔗糖厂为提高生产规模和甘蔗破碎度，切撕机的回转直径不断加大，如以前TND1370规格的切撕机其刀尖回转直径为1250 mm，现已通过技术改造扩大到刀尖回转直径为1500 mm，榨量达到3500 t/d以上；又如TND1700规格的切撕机其刀尖回转直径为1400 mm，现已大部分扩大到刀尖回转直径为1600 mm，榨量可以提高到5500 t/d以上。生产规模与以前相比已大幅提高而且甘蔗的破碎效果不但不下降反而提高了，根据切撕机的切蔗机理来解释，因为切撕机切蔗几乎全部由刀尖来完成（从每次洗机检查看出刀尖磨损量比其它部位大得多可以证明），而切撕机电机的转速单位时间内是不变的，当加大刀尖回转直径后，刀尖的线速相应就加大了，单位时间内甘蔗被斩切的次数就相应增加了，故处理的甘蔗破碎度就高，同时消耗的动力也要加大。

2.2 切撕机刀尖回转直径加大的制约因素

切撕机刀尖回转直径的加大受切撕机运行安全因素制约。现大多数甘蔗糖厂切撕机都是用8级高压电机带动，其额定转速是固定的，约为735 r/min，切撕机刀尖回转直径越大生产中主轴承受的扭矩越大，在相同榨量的条件下，主轴设计要求承载能力加强，主轴较薄弱的轴承部分也相应加大，配备的滚动轴承也要加大。而滚动轴承随着轴承的加大其极限转速是下降的，如果切撕机轴承长期在其极限转速上方运行，榨季生产中会经常出现轴承损坏事故，甚至出现主轴损坏的重大设备事故，严重影响生产运行安全，这是很多使用者容易忽略的因素，它制约了切撕机刀尖回转直径加大，是切撕机设计时必须重点考虑的因素。

3 蔗刀及其安装形式

3.1 蔗刀的刀形及复斩率（安装刀数）

为了使逆转式切撕机的持蔗能力增强，一般采用密式直刀或是由密式直刀改进的各种直弯刀，图1是其中的一种。使用这直弯刀时要特别注意图中标注的刀尖角度，一般取60o为宜。如角度过大其持蔗能力减弱，角度过小会出现蔗料难以离开切撕机的情况，增加蔗料的斩切次数，影响蔗料的形态和切撕机的生产能力。转鼓直径为1000 mm以上的切撕机一般设置有12排安装蔗刀的燕尾槽，每台切撕机根据所需的预处理甘蔗破碎度安装不同的刀数，也就是我们常说的每台切撕机的复斩率。

复斩率是指转鼓上所有蔗刀紧密排列在一起的长度与转鼓有效长度的比值。如转鼓安装12排刀，每排安装12把刀，每把刀的厚度是22 mm，转鼓的有效长度是2000 mm，则该台蔗刀机的复斩率为：12×12×22/2000=1.58。各糖厂可以根据甘蔗的纤维分及甘蔗破碎度要求的不同，选用不同的蔗刀机复斩率，这要结合各厂的生产实际情况而定。相同条件下，复斩率越大则甘蔗的破碎度越高，消耗的动力也越大。一般每台切撕机的复斩率可以在1.45～2.50之间选取，复斩率选择过小，甘蔗破碎度达不到我们想要的结果；复斩率选择过高则甘蔗丝状形态较少，影响榨机的入辘性能，进而影响压榨抽出率的提高。在同一条生产线上的蔗刀机组，一般按蔗刀机的前后顺序由小到大选择复斩率。

图1 直弯刀示意图

3.2 蔗刀的厚度及堆焊耐磨材料

蔗刀的厚度常用的有18、20、22、25、30 mm这几种，薄刀和厚刀对甘蔗的破碎度和破碎形态有较大的影响，一般来说相同条件下使用薄刀甘蔗破碎度相对高些，破碎形态为丝状的成分多些，丝状蔗料有利于甘蔗入辘，有利于提高压榨抽出率。但薄刀容易因磨损而折断，故各甘蔗糖厂要根据本糖厂生产实际情况如甘蔗的纤维分和本榨季该条生产线需要的榨蔗总量来选择蔗刀的厚度。因现在蔗刀可以堆焊耐磨合金材料，蔗刀的耐磨性能大大提高。根据实际生产经验，甘蔗纤维分为12%左右，榨季总榨量在50万t以下的可以使用18 mm的蔗刀而很少出现断刀，榨季甘蔗总榨量在100万t左右的可以使用厚度为22 mm的蔗刀。部分糖厂为了确保生产安全选用厚度为25 mm或30 mm的蔗刀显得略有些盲目。蔗刀可以选择普通的A3钢板，也可以选择45#钢板割制而成。由于蔗刀本体耐磨性能较差，可以在刀尖及刀刃上堆焊一层合金耐磨层，堆焊部位见图2。

合金耐磨层的厚度一般为3～4 mm，如果焊层太薄起不到保护蔗刀的作用，如果焊层过厚则焊层容易出现脆裂造成刀尖崩缺。合金耐磨层不但能保护蔗刀不被磨损，同时还能对甘蔗有拉撕作用。如果采用甘蔗机械化收割，甘蔗中的夹杂物沙石较多，有时还会带入一些铁器，这些夹杂物很容易造成蔗刀刀尖崩缺磨损，所以每次小期洗机都要对崩缺磨损部位进行补焊，如果刀尖的补焊质量不高（焊回新刀的刀尖难度比较大），就会使甘蔗的破碎度有所下降。为确保甘蔗破碎度，部分糖厂选择每个小期更换一次新的蔗刀。

图2 蔗刀堆焊部位示意图

4 切撕机罩盖装置及罩盖的安装

4.1 切撕机罩盖包角的选取

逆转式切撕机的罩盖与顺转切撕机的罩盖作用不同，顺转切撕机的罩盖只起到防止蔗料、蔗屑飞散作用，而逆转式切撕机的罩盖延长了甘蔗与蔗刀的接触时间，同时它还起到甘蔗破碎作用。切撕机罩盖用钢板弯成一个圆弧形的装置，一般圆弧半径的选取为刀尖回转直径的75%左右为宜。

如果罩盖圆弧半径偏小会造成切撕机排料困难，影响均衡生产，如果罩盖圆弧半径偏大会造成蔗料在切撕机里停留时间短影响甘蔗破碎度。切撕机罩盖的包角（圆弧中心角）越大，蔗料在切撕机内停留的时间越长，被斩切的次数就多，甘蔗破碎度就高，反之亦然。

罩盖的包角选取与刀尖的回转直径、榨量、甘蔗的纤维分有关，可以按公式⑴粗略计算。

C＝D/20················································(1)

式中：C—包角(o)；D—刀尖回转直径(mm)。

在实际生产中要结合榨量、甘蔗的纤维分来微调罩盖的包角，一般来说榨量小、甘蔗纤维分低，包角可以选择稍大些，反之亦然。如果生产中出现切撕机堵塞则说明包角选择大了，要适当减小罩盖包角。

4.2 栅栏的设置

设置栅栏的目的是改变蔗料与切撕机刀尖旋转的相对速度，增加刀尖重复斩切次数，并对蔗料起到磨搓作用，使蔗料成丝状，破碎效果好。现大多数甘蔗糖厂采用5～6根方铁（或角铁）作栅栏焊接在罩盖圆弧出口端。由于各栅条之间的距离较小，很容易被蔗料塞满压紧而失去栅栏的作用，如果能把栅栏分成2组或者3组，每组栅栏用3根方铁，2组之间罩盖圆弧相距10o，每组栅栏的栅条之间相隔80～100 mm弧长，这样甘蔗的破碎效果会明显提高。现有少部分糖厂用齿型梳板（图3）代替方铁作栅栏，1个罩盖上安装3块梳板就可以了，梳板之间也要间隔一定的距离，这样能较大幅度提高甘蔗破碎度，同时丝状蔗料明显增多，值得推广使用。

图3 齿形梳板式罩盖示意图

4.3 罩盖安装

4.3.1 罩盖安装生产的影响

在逆转式切撕机中，罩盖的安装必须与甘蔗处理量、甘蔗破碎度等相适应。入口尺寸太大或太小会使蔗料在切撕机入口堆砌得过松或太紧，造成甘蔗在切撕机口堵塞，影响均衡生产。出口尺寸的大小会影响重复斩切的次数。

4.3.2 罩盖安装位置的确定

罩盖的安装位置指罩盖的圆弧中心与切撕机转鼓中心位置的关系。在实际生产中各糖厂会有些不同，有的罩盖中心往入口方向偏移（俗称前飘），有的与转鼓中心重合，有的往出口方向偏移。就甘蔗破碎而言，如果切撕机360o均可以破碎甘蔗，那么就不用考虑罩盖安装位置的影响，而实际生产中要根据甘蔗破碎与蔗料输送之间相互兼顾来确定罩盖的安装位置。根据实际生产经验，切撕机罩盖前飘安装罩盖对提高甘蔗破碎度和消除甘蔗在切撕机入口堵塞方面作用明显，这也是许多糖厂的共识。

4.3.3 罩盖出入口尺寸的安装及生产中的调整

蔗刀机入口的安装尺寸是指运蔗板到罩盖入口圆弧最低点的垂直距离，其理论高度可以按公式⑵计算。

60HBuρ＝1000Q······································(2)

式中：H—蔗刀机入口高度(m)；B—输蔗机宽度(m)；u—蔗料的进入速度，可以简单看成输蔗机运行速度(m/min)；ρ—蔗料的密度(kg/m3)；Q—甘蔗处理量(t/h)。

以上公式计算的切撕机入口安装高度只是较粗略的计算结果。因为蔗料的密度跟甘蔗的破碎度有关，没有一个准确的数字，而且每台切撕机前的蔗料密度是不一样的，可以根据上一年的实际生产情况如蔗层的厚度、输蔗机的运行线速、输蔗机宽度、每分钟甘蔗处理量等来计算得出。检验入口的安装尺寸是否选取得合理要看蔗料进入切撕机是否顺畅。如果蔗料与入口导板之间出现浮层停留在切撕机口而下层蔗料能通过的情况，则入口尺寸选择大了；如果出现切撕机入口蔗料容易堵塞的情况则入口尺寸选择小了。出现以上2种情况时应对入口的安装尺寸进行微调。罩盖出口的安装应做成活动式的，在生产中随时可以调节其开口的大小。一般来说，1列切撕机组由前往后的出口尺寸是由大到小选取。出口的安装尺寸选择使用所配置电机80%的额定功率为宜。出口尺寸的大小选择由切撕机电机输出功率、所需甘蔗破碎度、甘蔗纤维分决定。出口尺寸选择过小，虽然相对应的甘蔗破碎度高，但是切撕机电机频繁的超负荷工作会影响生产安全；出口尺寸选择过大相对应的甘蔗破碎度低，电机无功功率消耗大，所配置的电机不能充分利用。一般榨季前期甘蔗纤维分较少时，出口调整大些，否则蔗料的丝状形态少而糠状形态多，影响榨机蔗料的入辘；榨季中后期甘蔗纤维老化后，罩盖的出口调整小些，以确保所需的甘蔗破碎度[1]。

5 切撕机电机功率配置

5.1 影响切撕机功率因素

切撕机的功率消耗主要是破碎甘蔗所消耗的功率，即克服蔗刀斩切甘蔗的阻力、维持蔗刀机旋转克服摩擦力所需的功率。在实际生产中蔗刀机的功率与下列因素有关：

（1）甘蔗的处理量；

（2）甘蔗的纤维分和纤维特性；

（3）蔗刀机罩盖的出入口安装尺寸；

（4）蔗刀的数量和刀的厚度（复斩率）、刀形、刀的长度及刀的锋利程度；

（5）蔗层厚度；

（6）斩切甘蔗时抛散蔗料所需的功率；

（7）蔗刀机运转克服机械摩擦所消耗的功率等[1]。

5.2 切撕机功率的配置

由于近年来各糖厂对甘蔗糖分的收回要求越来越高，就压榨提汁工段而言，提高甘蔗糖分收回的方法就是提高压榨抽出率。提高甘蔗破碎度是提高压榨抽出率最有效的一种措施，这已是一种共识，故各甘蔗糖厂切撕机功率的配置越来越大。因切撕机的功率消耗影响的因素繁多，虽然有一些计算公式可以计算切撕机消耗功率，但其准确率较差不具备参考价值。故切撕机消耗功率目前还难以用计算公式来准确计算出来。通常是根据各地区的甘蔗纤维特性不同而取不同的经验数值，结合多个甘蔗糖厂的生产实绩及生产的实际经验，一般按每小时处理甘蔗量的3.3～3.5倍来选择切撕机消耗功率，此数值可供参考[1]。

6 结语

本文是从影响甘蔗破碎效果的一些主要环节且可以通过技术改造来提高甘蔗破碎效果的措施进行论述的。由于甘蔗破碎方面的定量研究可供参考的文献较少，所以本文的许多观点都是结合多个甘蔗糖厂在生产实践中技术改造遇到的问题并加以改进后思考得到的一些总结，在此提出来供大家交流、参考。

参考文献

[1] 陈维钧，许斯欣. 甘蔗制糖原理与技术：甘蔗提汁[M].北京：中国轻工业出版社，2000.

(本篇责任编校：朱涤荃)

Discussion of Measures for Improving Sugarcane Crushing Effect

GUO Qing
(Guangxi Laibin Dongtang Qianjiang Co. Ltd., Guangxi 546131)

Abstract:In the production process, increasing sucrose recovery in sugar mill was the key to tapping technical transformation equipment in the limited sugarcane resources. The improvement of milling extraction was an effective way in pressing sugar juice section, and the important measures for improving production capacity and milling extraction was increasing the crushing effect of sugarcane. Now sugarcane pretreatment equipment used by most of the sugar mill was rotating drum cane knives (cut-tearing machine), through the combination of 2~3 rotating drum cane knives, sugarcane fragmentation was generally more than 70%, and if we paid more attention

to technology reform of sugarcane pretreatment, the sugarcane fragmentation could reach 85%~90%. This article discussed the measures to improve sugarcane crushing effect according to its major influential factors.

Keywords:Sugarcane crushing effect; Sugarcane pretreatment; Rotating drum cane knives; Technical improvement

作者简介：菓青(1974-)，工程师，研究方向：甘蔗糖厂生产工艺技术；E-mail: a4902805@126.com

收稿日期：2015-11-09；修回日期：2015-12-16

中图分类号：TS243+.1

文献标识码：B

文章编号：1005-9695(2016)01-0031-06

引文格式：菓青. 浅谈提高甘蔗破碎效果的措施[J]. 甘蔗糖业，2016(1)：31-36.