糖厂卧式连续结晶罐配套立式连续助晶技术改造的可行性分析

2022-08-31覃键锦

广西糖业 2022年4期

韦霁，覃键锦

（中国轻工南宁设计工程有限公司，广西南宁 530031）

一家糖厂的发展一般经历从小到大，从简到繁，从小规模间歇生产逐渐转化成大规模连续化生产的发展过程。广西某甘蔗糖厂原来使用的4个30 m3丙糖膏结晶罐约于1991年开始投入使用，已经连续使用了26年，因手续不完备，难以通过特检部门的检验。因此，2013年报废了两个丙糖膏结晶罐后，而剩余的设备根本无法满足糖厂10000吨日榨量的生产需求，特别是在每年的榨糖旺季，严重存在纯度低和高榨量的矛盾，因为丙糖膏量增大，罐时不足，则被动进行赶煮，导致煮糖晶核吸收差，这也是历年来该厂废蜜重力纯度居高不下的主要原因之一。由于助晶箱位少且糖膏助晶时间仅8小时，远远达不到24小时连续助晶的工艺要求，助晶效果大打折扣。随着企业的发展，糖厂压榨、锅炉、电力车间及制炼车间的澄清、蒸发和分蜜工序都是按12000吨/日设计，当甘蔗成熟时丙糖膏结晶罐和助晶机难以满足高糖高榨的需求。因此，该厂进行了卧式连续结晶罐配套立式连续助晶技术的改造，并收到了很好的经济效益。

1 项目建设的必要性

根据广西某甘蔗糖厂的生产现状，该厂原来使用的4个30 m3丙糖膏结晶罐设备陈旧，维护成本高，而且消耗过量的蒸汽量，节能性较差。在生产过程中，需要蒸汽来搅拌糖膏促使其结晶，由于蒸汽量不足，大大延长了结晶的时间。由于蒸汽量不足，使罐内的对流循环差，严重影响了糖膏结晶效果。此外，原来的丙糖膏结晶罐设备存在占地面积大、设备无法连续运行和需要配备的操作人员多等诸多问题。而卧式连续结晶罐是高效节能型设备，因此，采用150 m3卧式连续结晶罐配套立式连续助晶机具有以下优势。一是设备占地少，使用效率高，加工能力大；二是尽量提取母液中的蔗糖分，降低废蜜重力纯度，减少废蜜量；三是利用低品质热源作加热介质，降低全厂耗汽量。因此，本项目投资是必须的也是很有必要的。

2 主要设备的选择

2.1 结晶罐的选择

甘蔗糖厂在制糖过程中，蔗糖晶体结晶是一个非常复杂而又重要的过程，蔗糖结晶分为间歇式结晶和连续式结晶。传统间歇式结晶的生产工艺系统不具备连续性，只能“进料→降温（或蒸发）→结晶→出料固液分离”，一罐料所得产品为一个批次，结晶速度慢，原来的丙糖膏结晶罐为间歇式结晶，废蜜重力纯度偏高，糖分收回率低。而连续式结晶的生产工艺具备连续进料、连续出料、连续固液分离，结晶系统24小时不间断运行，结晶速度快，大大提高了糖分的收回率。

卧式连续结晶罐的技术特点有如下。第一，制糖过程中的连续结晶。第二，糖膏流向的单向性特点。由于卧式连续结晶罐能把间歇式结晶提升为连续式结晶，这就需要糖膏的流向性良好，即如果糖膏不向同一个方向流动，会影响煮糖结晶的效果。卧式连续结晶罐是把间歇结晶的“进料→降温（或蒸发）→结晶→出料固液分离”操作流程放在同一设备内进行，确保了糖膏向着一个方向流动。同时，卧式连续结晶罐的罐体制作成弧形，没有死角，促使了糖膏的流向更快更好。第三，仪表的自动化控制特点。卧式连续结晶罐采用自动化的仪表控制，大大提升了制糖生产的效益，降低了人工成本，提高了糖品的质量。仪表的自动化控制还可以实现连续入料，这样不但可以提高生产效益，还能够在制糖过程中实现逐步浓缩，从而避免糖膏太浓或太稀的现象。由于糖膏的浓度稳定，它的流向性更好，结晶速度更快。

连续式结晶需要结晶罐设备具备一定的对流循环环境。相比传统的丙糖膏结晶罐，卧式连续结晶罐是利用蒸汽进行搅拌，其设备的底部装有一个喷汽分配室，能连续不断地喷出蒸汽，在实际的生产过程中，操作人员还可以随意调整喷汽量的大小，以控制结晶的速度与均匀性，从而缩短了煮糖的时间，提高了煮糖效率。连续式结晶过程将间歇式结晶过程中的抽种整理、入料养晶、浓缩等各个操作阶段放在同一设备中的不同部位同时进行，免去了卸糖、洗罐等辅助操作，煮制时充分利用了罐体的供热面积和煮糖容积，加大了蒸发空间，在同等容积下，煮制率明显提高。并能实现连续均衡生产，生产、操作稳定，负荷均匀，单位设备容积通过的糖膏流量比间歇式结晶罐要多，单位容积、单位时间处理糖膏量比间歇式结晶罐多出25%~40%，可节省设备投资。另外，因为连续结晶罐自动化程度高，可充分利用低品位汁汽进行加热，提高热能利用率，从而进一步降低汽耗，减少生产成本。

与传统立式连续结晶罐相比，卧式连续结晶罐设备投资少、成熟、稳定。在国内“两步法”糖厂中，大多采用卧式连续结晶罐，运行良好、运行成本较低，故本项目采用卧式连续结晶罐代替原来的间歇式结晶罐。卧式连续结晶罐和立式连续结晶罐，其结构示意图分别如图1和图2所示。

图1 卧式连续结晶罐示意图

图2 立式连续结晶罐示意图

2.2 助晶机的选择

目前广西制糖企业使用的助晶机基本都是卧式水冷助晶机，但水冷壁管基本都不通水，仅靠搅拌自然冷却，存在助晶时间长、耗用箱位多、占地大等缺点。而立式连续助晶机与传统卧式助晶机相比，具有占地少，无须等箱，连续作业，生产能力大，生产全过程无需人员看管等优点，其废蜜重力纯度同比可下降1至2个百分点，使用效果较好。

丙糖膏选用立式连续助晶，可有效提高丙糖膏的产糖率，减少糖蜜损失，可实现连续化生产，该设备置于室外，占地面积小，可减少土建投资。糖膏与冷却介质呈均匀逆流状态，因此传热效果好，冷却过程的传热速率与结晶速率相适应，具有较高的有效冷却温度差，在助晶过程中不易形成细晶和糖垢。

2.3 主要设备选型

2.3.1 卧式连续结晶罐

计算参数：糖厂日榨量为12000吨，丙糖膏量对蔗比为5.55%，密度为1.5 t/m3，煮糖时间为8 h。

下游风机受上游风机尾流投影的遮挡情况分为完全遮挡、部分遮挡和没有遮挡3类。考虑下游风机处于多台上游风机的尾流影响范围内,观察下游风机的扫风区域与尾流辐射区域的重合面积。当受到多台上游风机部分遮挡时,对于被遮挡部分的面积分为两部分。此时的尾流效应模型如图2所示。O和O′分别表示投影面以及扫风面圆心;a为投影面和扫风面的交点;d 为投影面与扫风面圆心间距离;d1表示从投影面圆心到两圆交线的垂直长度;Z 为a点到两圆心连线的垂直距离;A1和A2分别为被遮挡部分的左半边和右半边;则遮挡面积Ashad的计算式为

结晶罐体积：12000×5.55%÷24÷1.5×8=148 m3

所以结晶罐选150 m3，考虑到只开一条生产线的情况，结晶罐应有两个加热体，每个加热体包含6个隔室，当只开一条生产线时两个汽室独立使用；开两条生产线时串联使用。

2.3.2 立式连续助晶机

计算参数：糖厂日榨量为12000吨，丙糖膏量对蔗比为5.55%，密度为1.5 t/m3，助晶时间为24~30 h。

助晶机体积：12000×5.55%÷24÷1.5×（24~30）=445~555 m3

所以助晶机体积选择550 m3。

因此，主要工艺设备的规格型号和数量的配置情况，如表1所示。

表1 主要工艺设备一览表

3 技改方案的实施和应用效果

助晶是制糖过程中的一个重要环节，助晶过程的好坏直接影响废蜜的重力纯度。为了提高糖膏的产糖率，糖厂采用1个150 m3卧式连续结晶罐代替原来的4个30 m3间歇式结晶罐煮制丙糖膏，同时匹配550 m3立式助晶机代替原有的间歇式助晶机，有效地控制了助晶过程。同时，糖厂还对煮制丙糖膏的相关管路做相应的技术改造，如一效汁汽管改成二效汁汽管，并增加三效汁汽管等。技改后的煮糖工序设备流程图，如图3所示。

图3 技改后的煮糖工序设备流程图

项目建成投产后，在降低废蜜纯度、节约蒸汽用量和节省人工费用三个方面获得较好的经济效益，具体如下。

3.1 节约标煤量

丙糖膏量/天=12000×5.4%=648吨。

丙糖膏蒸发水量/天=648×（99.5-70）/70=273.1吨。

按该厂经验值，煮糖环节蒸发1吨水耗用约1.2吨的蒸汽，耗汽量/天=1.2×273.1=327.7吨蒸汽。按照4个30 m3结晶罐计算，每个结晶罐耗汽/天=327.7/4=81.93吨蒸汽，采用自动煮糖后，平均节汽1%对甘蔗比，每个结晶罐节汽/天=81.93×1%=0.82吨蒸汽。一个榨季节约蒸汽=120×0.82×4=393.6吨，则耗标煤0.16×393.6=62.98吨。

手动煮糖时，按每煮制一罐糖至少打水1.8吨计算，每个罐每天煮4罐糖，多耗水=4×1.8=7.2 m3。一个榨季煮丙糖膏多耗水量为7.2×4×120=3456 m3。按糖厂经验，煮糖环节蒸发1吨水耗用约1.2吨的蒸汽，一个榨季节约蒸汽为3456×1.2=4147.2吨，则耗标煤0.16×4147.2=663.55吨。

采用立式连续结晶罐代替现有间歇结晶罐煮制丙糖膏一个榨季节约的标煤量，总共为62.98+663.55=726.53吨。按标煤价格按830元/吨计，则年节约费用约60万元。

3.2 节省人工费

原有4个丙糖膏结晶罐每个班有4个煮糖工，三个班共有12人；使用连续结晶罐后每个班有1人，三班共有3人，则可减少人员9个，每年可节约人工开支40万元，节约了生产成本。

3.3 多回收糖分产生的直接经济效益

连续结晶罐配套连续助晶机系统平衡稳定丙糖膏的煮制，加快物料快进快出，最大限度地减少糖分的转化，提高了糖膏结晶率，降低废蜜重力纯度，提高煮炼收回和产糖率，从而达到增加经济效益的目的。根据生产实践证明，使用连续结晶罐配套连续助晶机，平均可以降低废蜜重力纯度1.08GP。按照废蜜产量3.4%甘蔗，废蜜锤度90°Bx计，可多收回糖分为12000×3.4%×90%×1.08%=3.97吨糖/天，则一个榨季可多回收糖分3.97×120=476.4吨糖。每吨糖按6700元计，一个榨季多回收的糖分产生的直接经济效益为476.4×6700=319.2万元。

4 项目建成后的营业收入与税金估算

工程建成投产后第一年生产能力按设计能力80%计，第二年生产能力达到设计能力100%。项目投产后，企业获得的综合经济效益体现在增收节支，具体分析如下。

4.1 节约的生产成本

第一，每个榨季可节约标煤量726.53吨/年，如标煤价格按830元/吨，则年节约费用约60万元。

第二，由原来三个班12人的丙糖膏煮糖工，缩减为三个班3人，减少了9个人，每年可节约人工开支40万元。

第三，连续结晶罐配套连续助晶机系统平衡稳定丙糖膏的煮制，加快物料快进快出，最大限度地减少糖分的转化，提高糖膏结晶率，降低废蜜重力纯度，提高煮炼收回和产糖率，从而达到增加经济效益的目的。根据生产实践证明，使用连续结晶罐配套连续助晶机，平均可以降低废蜜重力纯度1.08GP，可多收回糖分476.4吨糖，一个榨季多回收糖分产生的直接经济效益为319.2万元。

因此，生产成本共节约了60+40+319.2=419.2万元。

4.2 增收节支

合计技改后企业正常年增收节支419.2万元，计算期内年均增收节支412.2万元。产品销售计征增值税，税率为17%；城建税5%，教育费附加3%。另据增值税转型改革方案，企业可在增值税额度内抵扣其购进设备所含的增值税，测算可抵扣的设备增值税额计176.0万元。测算年均增值税金30.9万元，年均税金附加2.5万元。

经以上盈利能力测算，结果表明项目具有较高的盈利能力；财务状况良好；不确定性分析结果表明，盈亏平衡点较低，项目具有较强的抗风险能力；综上所述，本项目具有较好的财务效益，经济上可行。