煮糖独立冷凝水循环系统在甜菜糖厂的应用

蔡吉祥，左河川，赵海燕*

(1.广西科技师范学院,广西 来宾 546199；2.新疆绿翔糖业有限责任公司,新疆 额敏 834601)

0 前言

循环水系统是工艺生产的生命线，遍布工业生产的诸多行业。糖厂也不例外，甜菜糖厂生产用水达3.5 m3(对甜菜)，即为甜菜的3.5倍。可见糖厂的用水相当多，为促进资源节约建设，推动循环经济发展，搞好糖厂生产用水的循环使用和各种水的回收利用很有必要。甜菜糖厂用水最多的设备之一为蒸发和煮糖工段用于抽真空的喷射冷凝器。真空系统的情况不但直接影响糖膏在罐内对流、结晶速度、煮糖时间，糖的质量等[1]而且可以提高传热的有效温度差，并降低罐内罐温，减少蒸汽消耗量，从而节约能源，它对于制糖工艺煮糖工段至关重要。虽然可以通过采用有足够生产能力和效率高的真空泵来抽出不凝气体[2]保证煮糖真空度，但是真空泵在设计好后不方便随意增加，因此，在原有的生产线基础上改善煮糖用水采用降低进入冷凝器内冷水的温度或增加进入冷凝器的冷水量，使水蒸汽迅速变成冷凝水的办法变得更加重要。而针对水质硬度较高的水循环系统，急需解决循环冷却效果不佳，冷却水水温不断升高，从而煮糖真空度降低的问题。

1.甜菜糖厂冷却水循环系统

目前甜菜糖厂冷却水循环系统一般采用冷却塔强制冷却，并且其循环冷却水与制糖甜菜浸出用水混在一起，其流程如图1所示：

图1 甜菜糖厂冷却水循环系统

在该系统内新鲜冷水直接补充进入循环水池进行冷却循环，浸出用水采用从冷凝器冷却过后的冷凝水。如果水质硬度不高，那么在该系统正常运行也能保证煮糖生产正常，但由于本地水质硬度较高(见表1)，较容易结垢，在运行一段时间后在冷却循环管道内及冷却塔内喷头上就形成较厚的水垢，这样不但影响循环水量还影响循环冷却效果，造成冷却水水温不断升高，并最终影响煮糖效果。该循环系统在这种水质条件下运行一个月后冷却塔的效率几乎下降一半，在运行两个月后冷却塔几乎没有任何效率(所有喷头几乎堵死)，因此需要停机清理再恢复生产。

表1 水质主要参数

2 煮糖独立冷凝水循环系统设计思路

2.1 改造后独立冷凝水循环系统流程

为了解决目前甜菜糖厂冷却水循环系统存在的上述问题，现将冷凝水与浸出用水分开，实现煮糖冷凝水独立循环冷却，这样该冷却系统就不需要加入硬度较高的冷水。具体流程如下图2所示：

图2 煮糖独立冷凝水循环系统

2.2 独立冷凝水循环系统物料量衡算

每加工100 t甜菜所消耗及中间所产生的物料量如下(对甜菜%)[3]：

浸出器用水量W1=110%(温度45℃)； 蒸发、加热器及连浸产生凝结水量W2=139.34%；滤泥洗水(凝结水)量W3=15.388%；煮糖打水(凝结水)用量W4=6.35%；助晶稀释用水(凝结水)量W5=0.21%；分离机洗水(凝结水)量W6=2.71%；干包糖块再融用水(凝结水)量W7=2%、回锅炉凝结水量W8=66.16%、其它热水用量W9=2%，一膏蒸发水量A1=15.52%(水蒸汽)、二膏蒸发水量A2=2.87%(水蒸汽)、三膏蒸发水量A3=3.56%(水蒸汽)，蒸发罐的凝结汁汽量A0=0。若取各结晶罐真空度为600 mmHg，则一砂、二砂、三砂各罐汁汽的潜热为R1=R2=R3=564.3 kcar/kg,循环泵的循环能力为412.1%。

2.3 冷却塔的能力计算

冷凝器循环水量W循按下式计算 [3]:

W循=AR/t1-t2

式中：A为一砂、二砂、三砂结晶罐及末效蒸发罐汁气总量(对甜菜%)；R为一砂、二砂、三砂结晶罐及末效蒸发罐平均汁气潜热(kcar/kg)；t1、t2为冷凝器出入口水温。

假设进入冷凝器的水温t1=25℃，则出冷凝器的水温：

t2=(AR/W循)+t1

=(A1×R1+A2×R2+A3×R3+A4×R4)/W循+t1

=(564.3×15.52+564.3×2.87+564.3×3.56)/412.1 +25 =54(℃)

由此可知此循环系统满足生产要求，顺利实现设计目的，只需保证冷却塔的能力能将54℃的水温降至25℃，公司原冷却塔能力能将冷凝水一次冷却至32℃左右，在此基础上需再增加一级冷却塔，该冷却塔的冷却能力只需要≥10℃该项目就可以实现(一般国内冷却塔都可以达到)。

2.4 冷却塔循环系统水量计算

该系统内主要补水为结晶罐蒸发的水量，主要失水为冷却塔冷却过程中蒸发失水及冷却塔的漂水(本项目设备漂水率0.02‰，因此几乎忽略不计)，其中蒸发水量所带走的热量应该等于循环水由54℃降至25℃所减少的热量。假设在第一级冷却系统就将这些热量带走则应为54℃的热水变成54℃的水蒸气所吸收的潜热(由于二级水温低，蒸发时带走相同热量所需蒸发的水量更少)，查资料可得该潜热△Q=2 372.2 kJ/kg。

W补=A1+A2+A3

=15.52%+2.87%+3.56%

=21.95%

W失×△Q=C×m×△T

W失=(C×m×△T)/△Q

=(4.2×412.1%×29)/2372.2

=21.16%

从上可以看出W补>W失因此该系统内不用再补充新的软化水即可达到水平衡。

2.5 车间用水衡算

经过改造后车间用水情况主要是浸出用水的平衡被打破了，因此只要保证浸出用水水量及水温，则该循环系统即可满足要求。除去正常生产用热水，还能用于浸出用水的热水量：

W余=W2-W3-W4-W5-W6-W7-W8-W9

=139.34-15.388-6.35-0.21-2.71-2-66.16-2

=44.522%

因此需在浸出用水箱内加入的水温10℃的冷水量为：

W冷=W1-W余

=110%-44.522%=65.478%

则混合后的浸出用水水温

t=(44.522%×100℃+65.478%×10℃)/110%=46.4℃

符合浸出用水水温(42℃的工艺要求)

3 运行情况数据采集及结果分析

项目在完成后，在生产过程中主要对混合水箱、冷却塔一级水池、冷却塔二级水池的水池的水温进行了跟踪记录，如表2所示：

表2 2015年10月-2015年11月系统运行水温跟踪记录表

前期对浸出用水箱水温进行测量时发现水温在一直在60℃左右(偏高)，而此时混合水箱的水温在50℃以下(偏低)，因此从2015.11.08开始又将部分凝结水引入至混合水箱，从混合水箱及水池的水温也可以发现从2015.11.08开始水温都相应有些增加，但不影响循环系统的使用，因此此循环系统改造是对原设计的优化。

4 改造后节能效益分析

项目改造投资中，增加设备费35.1万元，设备改造费10.2万元，管线5.3万元，总投入资金50.5万元。

对该系统进行改造后，首先在节约用水上由原吨菜耗水4.19 m3降至2.43 m3，该生产榨期加工甜菜28.5万吨，直接节约水资源50.2万立方；其次，冷却水循环系统维修率为零，节省生产期停机给企业造成的一次性损失约80万元左右，为企业创造了很好的经济效益。

5 结论

通过生产期几个月的使用可以发现整个系统运行良好，各水箱及水池的水温都几乎在设计范围之内，煮糖真空也保持良好。新鲜水的使用也较以往得到更好控制，整个生产运行下来较去年节约用水43%，且整个生产期没有因该问题再次造成生产停机，为企业创造了很好的经济效益。该系统的成功运行为甜菜制糖结晶冷却循环方案提供了一个新的思路，也为高碱度水源地区的糖厂提供了一个新的参考方案。