这个男人来自地球解读:我国糖厂节能的措施与研发方向

文章来源：制糖科技网   发布时间：2010-01-08 16:36:36
糖厂是耗能大户。我国糖厂的节能工作近年有较大进步，但比欧美等国的先进水平还有相当大的差距，而且不同企业又有较大差别。制糖工业节能的潜力很大。认真搞好节能工作既可以显著增加企业的效益，又是社会和国家对企业的要求。
糖厂节能是一个系统工程，节能水平的高低是企业管理、工艺和装备技术水平的重要标志。也是考核企业水平的重要指标。
搞好节能工作要从多方面着手，一方面是加强管理，建立和健全管理制度，这在近期内就可以进行。另一方面是改进装备与工艺技术，要制订先进可行的规划，分期逐步实施，每年上一个台阶，3～5年实现大变革。
甘蔗糖厂和甜菜糖厂在节能方面有很多共通之处，亦各有其特点。下面的具体内容多数根据甘蔗糖厂的情况，而最后一个题目则专门讨论甜菜糖厂。
1、强化企业管理
目前国内多数大中型甘蔗糖厂的技术与装备，基本上处于中等水平。如果能够认真将它们用好和管好，多数糖厂的能耗还有降低的空间。这首先要加强管理，使管理人员和岗位工人都认真重视节能，建立和健全相关制度并认真贯彻执行，和相应改善设备。
目前比较普遍的存在问题是：
(1)、对企业的节能没有很具体明确的指标，目前的“标煤耗对蔗比”难以准确计量，节能效果未能与职工得益直接挂钩。节能工作未成为企业职工的重要任务，缺乏强大的推动力。糖厂节能人人有份、但直接具体的责任不明确。
(2)、蒸发糖浆浓度偏低，国外先进糖厂的糖浆浓度超过70°Bx，国内节能好的糖厂为65～68°Bx，但目前很多糖厂只约60°Bx。这就大幅度增加煮糖用汽量。
(3)、蒸发汁汽利用不好，煮糖较多用一效汁汽，而国内较好的糖厂煮糖多数用二效汁汽，有些用三效汁汽。不少糖厂的加热器用汽也偏于用前效，后效汁汽没有很好利用。有些糖厂制订了较好的用汽方案，但实际执行有较大出入。
(4)、末效蒸发罐进入冷凝器的汁汽量很大，它对甘蔗量的比例，现在多数甘蔗糖厂为5～7%，而国内先进糖厂为2～4％，国外先进糖厂接近零。这又大幅度增加冷凝器用水量。
(5)、蒸发、加热与煮糖的汽凝水排除不畅通。汽凝水的热能回收利用不充分，蒸发罐之间串汽现象相当普遍。
(6)、煮糖洗水量大，国内先进糖厂煮糖用水不多，但现在多数糖厂煮糖用水量大而且不计量，不加控制。吸滤机洗水量也偏大。有些糖厂压榨用水偏多。
(7)、分蜜机电耗高，特别是老式的甲糖分蜜机。甲糖分蜜用高压蒸汽，直接消耗大量蒸汽。国外一般只用低压蒸汽。
(8)、设备积垢严重，传热效能低，降低了设备性能和蒸汽利用率，难以实施较好的热方案。这方面的一个重要原因是清汁含钙量高，澄清工艺、设备和操作存在问题，石灰用量大，杂质多，乳化不完全。多数糖厂对这些问题不够重视，管理与分析工作未跟上。
(9)、制炼车间内多处冒汽，设备与管路保温不好，管路有渗漏。
强化企业管理，首先是要明确和强调节能是企业的重要任务，定出具体指标，并分解到部门和岗位，结合相应的奖惩制度，认真贯彻和检查落实。同时要提高管理人员和岗位工人的知识水平、素质和能力。加强工人的技术培训，提高实际操作技能和增加基本的理论知识。制炼车间的重点是蒸发工和煮糖工，蒸发工要掌握低液面操作和充分利用汁汽、应对抽汽量波动的方法，以及处理汽凝水系统的问题，提高蒸发效能和热能利用率。煮糖工要掌握正确的煮糖方法、起晶与养晶操作，控制好糖膏的配料和煮糖过程的过饱和度，少用水，缩短煮糖时间，提高结晶质量和各级糖膏的结晶率，减少物料回煮，以及煮糖设备的合理调度使用，平衡生产和减少用汽量波动。
另一方面，应当大力健全各种计量工具和检测仪表，通过对生产过程各个重要环节的实时监测得到可靠的数据，据此来分析生产过程的实际情况和发现问题，进行科学管理。糖厂过去主要靠经验管理，要逐步提高到以数据为基础，按数据指挥生产，做好全面的技术管理工作。这方面的重点问题是：
(1)、加强各种蒸汽、热水和冷水的计量，将它们作为常规计量项目并加强控制。制炼车间总用汽量、煮糖用汽量和分蜜用汽量都应该有仪表经常显示和记录。
(2)、要测量冷凝器的进水量、进水和排水温度，根据它们算出冷凝器带走的热量，折算为进入冷凝器的汁汽量。
(3)、煮糖用水、分蜜洗水和吸滤机用水都要计量，要定出合理的指标加强控制。有些糖厂安装了煮糖罐进水流量表后，用水量减少一半以上。
(4)、制定先进可行的蒸发热方案，并认真检查其实施情况。对于未能实施的部分，要找出原因和问题加以改进。总的要求是尽量多用后效汁汽，减少进入冷凝器的汁汽量。同时要尽可能提高糖浆浓度。
(5)、细致检查各个蒸发罐、加热器和煮糖罐的汽凝水排除状况，是否畅通，有无串汽，及时处理好各种存在问题。
(6)、将清汁和滤汁含钙量、硫酸根和二氧化硫作为常规化验项目。澄清工段要加强技术条件的控制，尽量降低清汁含钙量和灰分。购入的每批石灰要分析其中硅和镁的含量。尽量选购硅、镁含量低的石灰。
(7)、大型糖业集团应对本地区的石灰石资源进行调查，选择高质量的石灰石为原料，选定技术、设备和管理较好的石灰厂加工和供应石灰。
(8)、努力降低煮糖工段用水量和用汽量。目前国内甘蔗糖厂煮糖用汽量对甘蔗的比例，很多厂超过20％，国内较先进的为16～18％，而国外先进甜菜糖厂为11～13％（虽然它们有不可比之处，但差距确实很大）。
(9)、加强设备保温和密封，减少散热损失。用红外线测温仪检查各项设备与高温管路的表面温度，努力减少散热损失。
(10)、糖厂节能的重要关键是安全均衡生产，提高压榨量。同样的设备，压榨量越高，其单位能耗越低；生产均衡者能耗亦较低。
做好上述工作，糖厂的管理就提升到新的高度，各项技术经济指标将全面上升。甘蔗糖厂就能够节余更多的蔗渣。大体上，大型糖厂剩余蔗渣可达到甘蔗压榨量的8～12％，中型糖厂为6～10％（以不用其他燃料和外电为前提）。这就大大增加糖厂的经济效益。
2、采用新型高效设备和改进原有设备
使用先进的技术装备无疑是企业节能的重要内容。现在国内糖厂还较多使用老式设备，效率低、能耗高。应加速推广应用新设备和改进旧式设备，主要项目为：
(1)、分蜜机和干燥冷却设备
应当积极推广大容量、低电耗、低汽耗的分蜜机。甲糖分蜜机用电和用汽量很大。早期装载量为500kg的分蜜机，每处理1吨甲糖膏用电超过2kW.h。而国外新制的分蜜机都采取了电力制动等多项节电措施，此值低于1，相差一倍以上。国内数个机械厂近年新制的分蜜机，效果也较好。另一方面，老式甲糖分蜜机打汽压力多数为0.4～0.6MPa，甲糖分蜜用汽量对蔗比高达1.5～2％。新的大型分蜜机离心力大，排蜜较完全，可以用较低汽压，打汽量减少一半以上。应当将电耗与汽耗作为甲糖分蜜机的重要技术指标，机械制造厂要改进设计和提高设备质量，糖厂在选购新设备时也应将此值作为重要依据。糖厂在扩建或技改时，应逐步用大型（装载量1～2吨）的节能型分蜜机取代老式的分蜜机。
现在多数糖厂所用的白糖干燥机（冷却机）效能不好，水分和温度都降低不多，因而甲糖分蜜要打高温蒸汽来排除水分，白糖的装包温度很高。既浪费能源，又增加了白糖存放时的结块与变色。应重视研究改进。
(2)、锅炉发电机组
国内糖厂多数使用3.9Mpa的锅炉发电机组，而国外的大型甘蔗糖厂已较多应用6Mpa甚至8Mpa的机组，有大量的剩余电力输送到外电网，促进当地经济发展。国内近期的动力机组和化工厂亦多数应用较高压的设备（广东省十多年前已规定新装锅炉的压力要高于6MPa），它们可以大幅度降低能耗。据国外设计资料，糖厂用的背压式汽轮发电机组，在相同的用汽量下，以原用蒸汽为3MPa、400℃计算，提高到6MPa、500℃可多发电36％，如提高到8.5MPa、525℃可多发电65％。大型糖厂应在这方面起带头作用，逐步推广应用。当然，用高压动力机组必须更严格地管理，提高锅炉水的质量，提高管理和操作人员的素质和水平。这需要事前做好配套工作。
(3)、煮糖设备
连续煮糖可以显著地降低煮糖所用的蒸汽压力，因为它内部的静液压较低和布置的加热面积较大。故它可用使用低压汁汽（有些设备可以用约100℃或更低温的汁汽），并消除用汽量的波动，节约用汽；配合用连续助晶，使制糖过程进一步连续化，可大幅度减少制糖生产的用汽量波动，使糖厂供热供电设备平稳、高效率运行。连续煮糖是发展方向，国外近几十年已有不少糖厂应用，国内也开始行动。连续煮糖罐主要有卧式和立式两类，各有特点和优点。这种设备的技术要求较高，需要有良好的配合条件。可以考虑与设备供应单位进行合作研究应用，首先用于乙、丙糖膏的煮炼，逐步积累经验。
原有的煮糖罐要推广应用高效的机械搅拌器，降低用汽压力、减少煮糖用水、缩短煮糖时间，并可以提高糖晶体的质量。国内已有数个厂家生产，可选用较好的产品。
糖厂配备的煮糖罐需略有宽裕，这便于使用较低温度的汁汽，以及物料的调配平衡，减少用汽量的波动。
(4)、板式换热器
这是一种新型高效设备，在许多行业都已普遍使用，效果明显，国外糖厂亦用得较多。国内有10 多个糖厂用过，但相当部分用得不好以至损坏。这主要是由于它是新型的比较精密的设备，和过去老式的粗笨设备有很大不同，在使用条件、设备选型与计算、安装方式与管路连接、操作使用、管理维护等各方面都有特殊的要求，处理不当就会出问题。由于这种设备不便拆开清洗，故一般不适宜用于容易生成积垢的物料；由于它的内部通道较窄而多弯曲，亦不适宜用于蔗糠多的蔗汁。板式换热器最适合用于液体对液体的热交换，例如用高温汽凝水作热源。也可以用略有正压的汁汽，如果用低压低温的汁汽，因汁汽体积大，要选用“宽缝隙”的板片，及注意汽流通道面积是否足够。
应用板式换热器将进入糖蜜贮罐（桔水塔）前的糖蜜冷却，对糖蜜的安全和减少糖份损失有良好作用，最好将温度降低到40℃以下。
(5)、吸滤机和清汁筛
亚硫酸法糖厂普遍应用真空吸滤机，它有一定的优点，但真空抽吸使糖汁温度大幅度下降，滤汁温度降低到70多度。近年开发的无滤布自动压滤机和带式过滤机的热损失较少，值得关注。
亚硫酸法普遍应用清汁曲筛，它对减少白糖中的不溶物有积极的作用，但它造成的散热损失很大，清汁温度降低5～8℃（特别是在寒冷季节和曲筛附近风力大时），并造成车间内汽雾弥漫，其实是“钞票满天飞”。一个日榨万吨的糖厂，这一项热损失就达到每天约100吨蒸汽。应当研究用其他型式的密封的高效筛滤设备来代替。和此相关，应该研究推广沉降效果更好的沉淀器，减少清汁中的悬浮物，缩减清汁过滤所需设备。
(6)、蒸发罐
食品和化工行业已相当普遍地应用降膜式蒸发器，包括长管式和板式两大类。国外甜菜糖厂和精炼糖厂都有应用。但甘蔗糖厂用得不多，一些厂应用的效果也不够好。主要问题是甘蔗糖厂蒸发罐积垢严重，难以清洗，降低了它传热性能。这个问题需要与制糖工艺改革结合，大幅度降低糖汁中钙盐和灰分含量。
糖厂各效蒸发罐的面积要适当安排，以便有充足的汁汽供煮糖和加热，同时要注意缩短糖汁停留时间，减少糖汁变质损失。现用蒸发罐的结构和循环方式应当研究改进，减少罐内浓缩物料的循环，缩小罐内存汁体积和经过时间（大型设备可考虑推广澳大利亚SRI的“幅向流动式”）。
另一个重要问题是减少汁汽带走的微细液沫，提高汽凝水质量，为锅炉供应充足的高质量热水，并减少冷凝水中的有机物，减轻废水处理的负担。蒸发罐的蒸发强度不宜过大，操作上要减少液面与真空度的波动。波纹板式捕汁器的效能较好。
(7)、汽凝水系统
国内糖厂制炼间汽凝水系统的型式相当多，但较普遍地存在各种问题，如排水不够畅通，降低设备传热效能，而至低压汁汽难以使用；以及阀门和控制器失灵，管路连接不合理，汽凝水热能回收不充分，不同设备之间串汽，某些水泵不适应泵送高温水和真空下的热水等，要及时处理。
(8)、真空冷凝系统
现在糖厂较多采用的喷射冷凝器，虽然设备与结构简单、使用方便，但用水量大，电耗也较高。这是该类设备的共性。在水源不充足的情况下，宜改用逆流接触式冷凝器和分置的真空泵，这可显著减少冷水和电能的消耗，但要注意选用高效率的产品。
(9)、压榨装备
压榨机以及它的原动机和减速机要选用效率高的设备。要强化压榨机入蔗、降低压榨机线速；改进甘蔗破碎装备，改善破碎形态，在此基础上适当降低压榨机的油压，不要偏高（每平方米压榨辊投影面积的油压180～220吨为宜）。
(10)、泵和风机
应当选用新设计的效率高的产品。大型泵和风机的电动机宜逐步推广应用变频调速，少用阀门调节，减少节流损失。
(11)、仪表和自动控制
这是反映一个企业现代化程度的重要标志。对于稳定生产过程并使之逐步实现最佳化、提高劳动生产率是必经之路。目前国内糖厂这方面的差距很大，应逐步在更多的工种和工段使用有效的仪表检测和显示记录，特别是重要的物料量、压力、温度、pH、主要物料箱的存量等数据，应实时反映出来，作为指挥生产的依据。现在不少糖厂对混合汁的计量不重视，没有有效的计量。应尽早解决这个问题，因为混合汁量是糖厂工艺管理的一项最基本数据。蒸发冷凝器的用水量和进出水温应及时反映，密切监控这个最大的热能损失。 在自动控制方面，应当创造条件稳步进行。首要的是控制澄清各项技术条件适当和稳定，以及控制压榨机均匀压榨、稳定负荷和均匀泵送混合汁；这些项目国内已有经验。同时，应加强研究煮糖过程物料浓度及过饱和度的检测与控制，逐步实现煮糖过程的仪表显示、记录与自动控制，此项可考虑引进国外先进成熟的技术。
3、一个潜力巨大的节能革新项目
按照能量守恒原理，要减少生产使用的热能，就必须减少其损耗。那么糖厂最大的热能损耗在那里呢？
目前国内绝大多数甘蔗糖厂的最大热能损失，是蒸发冷凝器和煮糖冷凝器，要用冷水把大量低温的汁汽凝缩，才能取得蒸发与煮糖所需要的真空度。这既是最大的热能损失，也是糖厂要使用大量冷水的主要原因。
目前国内多数甘蔗糖厂蒸发罐排入冷凝器的汁汽量对甘蔗的比例约为5～7％，个别较低的为2～4%，比国外先进的甜菜糖厂高很多。这主要是由于后者多数使用高温蒸发，汁汽温度高，能充分利用；而且它们的积垢少，可以用高效蒸发设备，用5效（甚至6效）高温蒸发。末效汁汽甚至可以用于煮糖，这样剩下要进入冷凝器的汁汽量就趋近于零。甘蔗糖厂的多效蒸发一般要用较低温度，后效汁汽难以利用。特别是甘蔗糖厂传统习惯的末效高真空蒸发，末效汁汽温度只约55℃甚至更低，极难利用，只能用冷凝器将它吸收。
对于末效蒸发汁汽的利用问题，人们曾经进行过很多研究。50年代广东曾有数个糖厂设置大面积的混合汁预热器，用末效蒸发汁汽加热蔗汁。由于传热效能很低，用很大的面积（为常规加热器的3～5倍）收回的热能也不多，没有继续使用。使用板式换热器的传热效能较高，但高真空的汁汽体积很大，目前尚未有适用的设备。曾有人设想用机械压缩的方法提高汁汽的压力来复用，但这要消耗很大量的电能，得不偿失（只有在电力很便宜的地区可以用机械压缩将第一效汁汽升压回用）。亦有人设想用高压蒸汽通过喷射器将汁汽压缩后复用，但要用很大量的高压蒸汽才能压缩少量的高真空汁汽，也无法实行（不发电而无废汽的甜菜糖厂可以将第一或第二效汁汽压缩回用）。
目前可行的一个重要措施是降低末效蒸发罐的真空度，提高其温度和利用价值。前苏联的甜菜糖厂在上世纪50年代就开始把末效蒸发罐的温度控制到75～80℃，并充分利用各效汁汽，蒸发排入冷凝器的汁汽量相当少。德国90年代设计的新糖厂，末效蒸发的温度约100℃，汁汽基本上全部利用，没有剩余。虽然甜菜糖厂和甘蔗糖厂有不可比之处，但这个道理是共通的。国内的甘蔗糖厂，广东江门甘蔗化工厂从50年代开始，就用低真空的四效蒸发，末效温度约80℃，煮糖大量使用第三效汁汽，末效汁汽也用于加热蔗汁和水，进入冷凝器的蒸发汁汽量比其他甘蔗糖厂少得多。这是该厂历来能耗较低的一个重要原因。由于该厂是碳酸法，有些工艺与亚硫酸法不同，这些经验未能在其他糖厂推广。
近年的技术发展出现了一种新方法，有可能在这方面取得重大突破。就是利用喷射式直接换热器，用混合汁吸收末效蒸发的汁汽。如果把末效温度控制到65～68℃，就可以将蔗汁温度提升到63～65℃，达到一次加热的要求。这样可以吸收对甘蔗比6～7％的汁汽，设备简单容易管理（无加热面），唯一不足之处是这些汁汽在蔗汁中凝结，增大了蔗汁量和随后需要蒸发的水量。但全面的衡算说明，它的得益远大于不足。在用汽方面，增加这个蒸发量在五效蒸发只需多用汽约1.5％，远小于回收汁汽量；在设备方面，蒸发罐需要稍大面积，但省去三台一次加热器，还有节余。这样就可以将原来进入冷凝器的末效汁汽大部分吸收，剩余进入冷凝器的汁汽量和热能损失就不多了，冷凝器用水量也大大减少。
近10年，澳大利亚、古巴等地的糖业界都大力研究直接接触式换热器，并在不少糖厂应用，越南亦有糖厂应用。但国外使用的这类设备多数是碟片式，通过圆筒体内安装的多个碟片，使蔗汁与汁汽接触换热，传热效能不很高，也不能使用负压的汁汽。在国内，作者在80年代首先为广东清远糖厂设计了一台用于清汁升温的喷射式设备，随后在广西贵港甘化厂（覃塘）应用，2006年再应用到广西三个大糖厂的滤汁处理系统。效果良好，出汁温度仅比入汽温度低1～2℃，传热效能极高，设备很紧凑，容易安装（不占地），造价低，基本不用管理。对这种设备的设计和应用已有成熟的经验，能够用低温的汁汽。
国内现有的糖厂，如果蒸发设备有潜力，末效温度能够提高到约65℃，可以率先采用这种新方案。它没有风险，随时可以改回原流程，所需的设备费用不大，主要工程是调整蔗汁泵和管路。新厂实行这种方案更为方便，技术上没有问题。
应当强调，减少蒸发冷凝器进汽量的根本关键是减少生产过程用水量和充分利用后效蒸发汁汽；减少煮糖冷凝器进汽量的关键是提高糖浆浓度，减少煮糖过程洗水量。
4、工艺改革是糖厂前进的方向
我国糖厂与国外先进甜菜糖厂节能指标的巨大差距，最基本的原因是工艺上的差距。国外先进糖业从原料抓起，培育高糖份、高纯度的甜菜；糖厂的清净处理用现代的碳酸法（优于传统的碳酸法），得到的糖汁纯度高（通常高于90），色值低，产品质量高（国际A级标准，而我国的白糖基本上相应于国际B级标准），而且不少糖厂能够将一、二系糖都作成品，糖膏煮制总量大幅度减少。糖汁含钙量很低，积垢很少（有些糖厂能够全榨季不停机清洗），能够使用高效蒸发与传热装备。现代的甜菜糖厂普遍用五效正压蒸发，蒸发汁汽基本用完；用板式蒸发器还可以用到六效（个别糖厂用7效）。糖厂的重要工序都用自动控制，基本实现在最佳条件下运行。这些都大幅度降低了糖厂的能耗。此外还有重要的客观原因，就是1970年代后国际石油价格急剧升高，甜菜糖厂都以石油为燃料，也从经济上迫使它们必须努力节能。而且他们的从业人员普遍知识水平和素质高，相关行业的水平高。这是他们能够在节能方面达到高水平的基本原因，也是我们最基本的差距。
国内外甘蔗糖厂生产白糖多数用亚硫酸法工艺，它已有百年历史，优点是工艺和设备简单，成本较低。但它的缺点也很多：清净效率不高，产品质量不够好，糖汁含钙量和灰分高，造成设备积垢多，难以应用高效蒸发设备。甘蔗糖厂只能使用传统的蒸发罐，它的传热效能差（部分由于积垢影响），各效都要有较大的温度差（约10℃或以上）。这样甘蔗糖厂最多只能用五效蒸发，如果要将末效温度提高到80℃，就只能用四效蒸发。
不论是从制造高质量产品的角度、还是从节能的角度来看，制糖工艺都到了应当彻底改革的时候了！解决好这个问题，得到高质量、低灰分、低胶体含量的糖汁，就能够采取多种新的节能技术措施，实现糖厂节能的大飞跃。工艺改革结合自动化控制是我国糖厂现代化的必经之路，必须下大决心、花大力气去进行！
5、对于甜菜糖厂的思考
欧洲的甜菜糖业有很多成熟的好经验值得我们学习和借鉴。特别是如下几点：
(1)、从农业（种子和耕作）入手，培育高糖份、高纯度的甜菜。
(2)、采用现代的碳酸法工艺，得到高纯度、低色值、低钙盐含量的清糖汁，使煮糖的前两系都能够作成品（而且质量很好）。
(3)、清汁用离子交换法脱钙，防止蒸发罐生成积垢，采用板式蒸发器，用6效蒸发，使进入冷凝器的汁汽量降低到接近零。
(4)、有效利用碳酸法滤泥的新方法。
(5)、用色谱分离法从糖蜜中回收蔗糖。
(6)、生产过程自动化，在此基础上向最佳化前进。
建议选一个有大面积农田适合发展甜菜的地域，将该处的一个甜菜糖厂作为试点，全面规划，逐步引进先进技术，作为我国糖业现代化的样板。这点也可以请国外公司咨询。