甘蔗预处理清洁清洗工艺方案的研究

魏海涛，梁益宙

（中国成套设备进出口集团有限公司，北京 100011）

0 前言

甘蔗进入糖厂前的一个重要工序就是甘蔗的净化预处理。在我国甘蔗生产种植绝大部分是由农民分散种植收割，行业标准要求甘蔗收购要去掉根叶和末梢，以人工为主按照甘蔗收购标准进行清理和砍削，所以甘蔗非常干净整洁，不需要特殊的除杂、水洗预处理工艺。但是在国外的甘蔗糖厂，大部分是以农庄、农场主大面积种植为主，而且国外糖厂一般规模都比较大，日处理甘蔗能力大部分都在6000吨以上，受农业生产力影响，无法实现人工清理甘蔗。大多采取分区火烧甘蔗叶，然后进行人工砍断或者部分用机械收割的方法，先统一堆放在地里，用机械抓车搬到运输车辆上，再运往工厂。由于火烧后的甘蔗必然带有大量的灰渣、残叶和泥沙、根须等杂质。当用机械抓取的时候，将其顺带抓进了运输车辆，随着车辆一同进入工厂，先后经蔗刀机和撕解机，再进入压榨和渗出器中。特别是雨天后的甘蔗预处理，这种泥沙夹带情况更为严重。

这些蔗汁和泥沙在进入工艺系统后，一方面对设备管路造成严重磨损，另一方面对澄清蒸发工艺影响较大，会增加处理难度，降低蔗汁纯度，严重影响中和澄清效果，增大过滤负荷，增加蒸发积垢风险，降低糖分回收率。因此，国外目前普遍采取的最简单办法，就是在喂蔗台上利用水力冲洗甘蔗，将甘蔗带来的灰渣、残叶和泥沙等杂质尽量清洗干净，为下道工序创造条件。然而，这种简单清洗甘蔗的方法主要存在两个方面的问题：一方面杂质清除不彻底，对后续工艺处理存在隐患；另一方面洗水量特别大，需要解决甘蔗洗水和排放的问题。

所以如何去除甘蔗带来的灰渣、残叶和泥沙等杂质，又能平衡解决洗蔗水的环保问题是国外设计甘蔗糖厂需要考虑的重要工艺处理环节。需要设计节能高效的设备解决清除杂质问题，同时又要解决清洗水的循环澄清及排放问题。

通过对国外糖厂多个生产周期的运营实践，深入对比分析了火烧甘蔗清洁清洗不同流程方案，通过总结几种清洁甘蔗方案实践经验。经过不断改进，最后设计出一套较为科学的甘蔗预处理清洁清洗工艺方案。

1 甘蔗清洁预处理的主要目标

甘蔗清洁预处理主要目标是除去杂质、残叶和泥沙。根据我们测量数据，经过水洗后的灰尘、杂质和残叶悬浮在水面上占总洗水体积的5%。冲洗15~30分钟，泥沙基本沉降在水体底部，体积占1%；干基占0.05%；这是预处理阶段需要去除的。

2 原设计洗水系统存在的问题

2017/2018年榨季生产时，按照原设计采用了在喂蔗台上直接喷淋水洗的办法，经过一个榨季的实践发现甘蔗带的杂质漂浮物太多，洗水含泥沙量较大，导致排水沟堵塞，洗水不能及时更换，沉淀泥沙不能及时清理，导致洗水含泥浓度过高无法连续清洗。杂质堵塞泵的入口非常严重。原设计甘蔗洗水池现场实物图，如图1所示。

图1 原设计甘蔗洗水池现场实物图

2018/2019年榨季，洗水改为一次性清洗，直接排掉。实践表明还是存在甘蔗夹带的杂质漂浮物太多，排水沟堵塞的情况。同时由于洗水直接排放到灌溉渠，导致泥沙沉淀到排水渠，并且集中排水浓度过高对灌溉渠水有污染，不符合当地环保要求。

3 改进后的甘蔗清洁清洗方案

在2019/2020年榨季到来前做重大改进，具体方案如下。

清洗甘蔗标准流程是在甘蔗喂蔗台上方直接用水喷洗。清洗的效果与甘蔗的杂质种类、含量、洗水量和清洗水压力有直接关系。为了节约用水，循环使用洗水。

为了更好的循环使用洗水，需要解决的问题是及时清除洗水中的漂浮物，及时分离和沉淀并清理出甘蔗携带的泥沙。通过总结几年海外糖厂运营改进经验，设计了一套科学的干法和湿法分步进行的清洁工艺方案。

3.1 甘蔗杂质第一步干法去除工艺

甘蔗从田里运到工厂时，由于火烧和机械抓取，带入了部分灰尘和泥土等杂质。所以，第一道工序可在干燥状态下将这些杂质去除掉。经过反复研究，设计了一个宽幅振动筛，首先将甘蔗卸到倾斜安装的振动筛上，甘蔗受到振动，顺着坡度向下，进入喂蔗台，而在震动过程中那些夹带的泥沙等杂质，掉落到振动筛下部的筛网上，通过筛网孔隙落到下方的收集槽中，再通过收集槽下方皮带运到外侧小车上，用车辆运到指定地点。经实践证明，利用干法可去除70%以上的干燥杂质，为后续水洗甘蔗减少了用电负荷和洗水用量。甘蔗杂质干法去除工艺流程图，如图2所示。

图2 甘蔗杂质干法去除工艺流程图

3.2 甘蔗杂质第二步湿法去除工艺

甘蔗经过振动筛后，已经除去大部分固体杂质，还有部分紧密附着在甘蔗茎秆上的泥沙等未除去，需要利用少量洗水进一步清洗。增加一台流量500吨/时、扬程30米和功率90千瓦的离心泵，并在喂蔗台安装横管，横管连接40个带有螺纹接头的不锈钢喷嘴，喷嘴直径10毫米，喷嘴面积少于横洗水总管截面积，形成高压喷洗。还在喂蔗台下部集水沟设计高压水冲洗管，保证底部不积水，不残留泥沙。经过一个榨季实践效果良好，可以除去90%以上的附着的泥沙。

3.3 洗水的循环处理

3.3.1 流程

洗水循环处理的流程图，如图3所示。

图3 洗水循环处理的流程图

3.3.2 洗水分离杂质及泥沙循环系统原理说明

洗水经过喷洒到甘蔗后，洗水将甘蔗附带的泥沙浮渣一并清洗掉，汇成混合洗水，通过喂蔗台底部带孔的篦子下流到洗水收集池中，洗水池外侧安装两台宽液道离心泵，可以将含有大量漂浮物杂质的混合洗水泵送到下一套设备进行处理。将洗水通过泵提升到4米高，送到机械刮板出渣器里。混合洗水通过自流到曲面和平面筛板，通过筛板分离作用，将水中大量漂浮物由机械刮板连续清除到下面的小车中，最后外运到甘蔗地。甘蔗洗水通过机械刮板出渣器筛板底部孔隙集中收集，再通过管路由切线方向进入旋流浓缩器的锥形底部形成离心旋流，由于离心作用，泥砂等密度较大的物体会下沉。旋流浓缩器将洗水分成了上下两种流体。

一种流体为密度较低且比较干净清澈的上层洗水，溢流返回进入溢流清水池中，再由离心泵送到喂蔗台循环喷洒清洗甘蔗，形成洗水循环系统。溢流清水池底部会有少量沉降的泥沙，经过几个月的积累，相当于总容积的10%。待停机后统一由机械或人工清理。

另一种流体是下部由于锥形管的离心作用，产生的密度较高的污泥浓缩液，含有很多的泥砂，通过旋流浓缩到下端尾管，直接连接污泥管道泵，泵送到污水处理系统中的污泥浓缩系统，作统一处理。

3.4 设备选型

为了实现上述工艺目标，首先根据设计计算进行设备选型。甘蔗清洁洗水设备流程图，如图4所示。

图4 甘蔗清洁洗水设备流程图

3.4.1 离心泵

根据实验数据及实践经验，计算需要的混合洗水宽液道离心泵提升量和一定高度，设计为500m3/h，扬程20m；甘蔗榨量500吨/时，设计每吨甘蔗每小时1吨的洗水量；清水洗蔗泵同样是500m3/h，扬程20m。两种泵共4台，2用2备。

3.4.2 机械除渣器

机械除渣器，过水能力为500吨/时，过滤面积为6m2，设备规格为3.5×2.5m。

3.4.3 旋流沉降器

旋流沉降器为上下流体体积比为4:1，直径为4m，高度1.5m，下端锥形高度1.5m。

3.4.4 溢流沉降池

溢流沉降池可设计一个300m3混凝土的池子，储存时间为30分钟左右。

4 结论

国外糖厂建设运营实践证明，火烧甘蔗必须进行预处理的清洁清洗工序，清洁处理采取干法和湿法分步进行是可行的。甘蔗预处理清洁清洗工艺方案，采用了清洁生产的理念，经过对洗水的除杂和沉降处理可以实现洗蔗水循环使用，提高了甘蔗预处理清洁度，减少了耗水。可在国外新建或者改扩建的甘蔗糖厂项目上大规模推广使用，在国内的机械化收割甘蔗的糖厂也可以采用此方案。