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蒸发热方案的关键因素 2009-10-10 13:49:02      来源：制糖科技网    点击率：892 返回上一页   　　     蒸发系统是影响糖厂能耗的重要关键，糖厂的蒸发热方案是否合理与先进，对节能效果影响极大。因此，这个问题是制糖工艺中最热门的论题之一。国内的糖厂在改进蒸发热方案方面已经做了大量的工作。有些厂的效果较好，但也还有很多厂处于较低的水平，改进的潜力很大。此处先讨论蒸发方案的几个关键因素。　　    1、末效蒸发罐排入冷凝器的汁汽量　　　　怎样衡量一个蒸发热方案的先进性，对比不同方案的优缺点？从节能的角度来衡量，最重要的标志是末效蒸发罐排入冷凝器的汁汽量和热量的多少。这个数量越大，即损失的热能越多，按照能量守恒定律，系统所需要耗用的热能就越多。反之亦然。如果一个蒸发系统没有汁汽排入冷凝器，热效率就达到最高。它所消耗的热量只是设备和管路的散热损失，以及汽凝水中多带走的热量。如果把保温和回收汽凝水热能的工作做好，蒸发系统就几乎是不耗热能的了。在这种理想的蒸发系统中，进入系统的蒸汽总热量很接近从该系统往外抽出汁汽的总热量；提供给蒸发系统的热能，蒸发水分所产生的汁汽，全部被其他用热的岗位(如加热器、煮糖罐等)用完而没有剩余。此时蒸发系统就成为一个将较高压力和温度的蒸汽转变为压力和温度较低的适于其他岗位使用的汁汽的“减压站”，没有明显的热能损耗。　　　　因此，可以将没有汁汽排入冷凝器作为蒸发系统节能的重要目标，而将实际进入冷凝器的汁汽量作为衡量蒸发热方案是否先进和节能的主要标志。　　　　由于制糖生产实际情况中多种因素的制约，要做到没有汁汽排入冷凝器是相当困难的。在没有外抽汁汽使用的老式蒸发系统，末效蒸发罐排入冷凝器的汁汽量约为压榨甘蔗量的13～17％。国内糖厂从20世纪50年代中期开始强调节能，逐步采取了将蒸发汁汽用于加热和煮糖等措施，使这一数量逐渐下降。近年广东节能搞得好的糖厂，这一数量已降低到对甘蔗量的3～5％。国外先进的甜菜糖厂，这一数量已降到甜菜量的1～3％，逐渐趋近于零。　　　　减少进入冷凝器的汁汽量，不单节能，而且也是节水的重要环节。糖厂冷凝器需用大量冷水，现在不少地区水源不足 (特别是在糖厂生产的冬季)，有些糖厂甚至因此要降低压榨量。在国民经济中，节水也是极为重要的。　　　　这是一个很大的矛盾，一方面大量的热能要损耗于冷凝器，另一方面又要耗用宝贵的冷水把这些热能吸收排走。长期以来，糖厂就只能是这样。　　　　降低蒸发罐排入冷凝器的汁汽量，是糖厂节能与节水的极重要关键。　　　　糖厂的技术人员在制订和计算蒸发热方案时，通常都有算出末效蒸发罐排入冷凝器的汁汽量。不过，国内糖业界流行用简化方法计算蒸发热方案，即以1kg蒸汽蒸发1kg水计算，没有计算糖汁和汽凝水自蒸发放出的热量和产生的汁汽量，也不计算散热损失。由于前者常比后者大很多(特别是在汽凝水热能回收较好时)，而且这些自蒸发的汁汽逐级向后积累，故后效蒸发罐的实际汁汽量要比用简化法算出的结果大相当多，这使实际进入冷凝器的汁汽量要比简化计算值大相当多，例如对甘蔗比2～5%。用“简化法”计算，结果会使人产生这个汁汽量不大的错觉。　　　　糖厂实际排入冷凝器的汁汽量常常比这类计算值大相当多，还有一个重要原因，就是计算时制订的抽汁汽方案在实际上未能实现。不少厂的方案写的是使用后效汁汽，但实际上却是用前效汽。　　　　因此，糖厂冷凝器实际需用冷水量要比按上述简化计算的结果大得多，如果按这样简化的计算值供水给冷凝器，现有的糖厂是不能正常生产的。　　　　在实际运行中，进入冷凝器的汁汽量可以从冷凝器的进水量和进出水的温度通过热平衡计算求出。这样的测定比较准确。例如，一个日榨4000吨甘蔗的糖厂，蒸发冷凝器用水量460t/h,排出水温比进口水温高15℃，水的比热为4.187 kj/kg·k(即1 kcal/kg·℃)，汁汽的潜热为2350kj/kg，则进入冷凝器的汁汽量为：　　　　460000×15×4.187 ／ 2350 = 12293 kg/h　　　　对比甘蔗量的比例为 7.3%，是相当大的。　　　　糖厂最好装置自动测量这些项目和进行计算的“热流计”，例如广东江门甘化厂就自行配制这种仪表，可以在线即时反映这个热损失。这种仪表不复杂，多数大糖厂可以自制。它很有利于随时了解情况和采取改进措施。　　　　简化法计算蒸发热方案用得很普遍，它的优点是简单快捷，可惜结果有较大的误差。故它只能用作粗算，和作近似的对比分析，不能作为核算的依据。需要用详细的热平衡计算才能得到比较接近实际的结果，但它相当麻烦而复杂，现代用电脑计算可以较好解决这个问题。　　　　2、汁汽的利用和 rillieux 原理　　　　蒸发系统节约能源的主要措施，就是使用多效蒸发，以及抽出蒸发罐的汁汽特别是后效的汁汽到其它部门使用，减少全厂的总用汽量。　　　　rillieux在早期提出了蒸发系统节汽的三项基本规则：　　　　1、多效蒸发的用汽量随着蒸发罐的效数增加而减少。　　　　2、在多效蒸发的某一效抽出汁汽供其它设备使用代替原始的蒸汽时，其节汽量与抽汽量成正比，与抽出汁汽的效数对蒸发总效数的比例成正比。即：　　　　抽汁汽节汽量 ＝ 抽汁汽量 × 抽汁汽效数 / 蒸发总效数 　　　　３、如果蒸发系统的汁汽全部被抽出并用完、没有汁汽排入冷凝器，糖厂的总汽耗达到最低值。　　　　这三项规则是统一的。按照1kg蒸汽蒸发1kg水的前提很易推导出来。使用多效蒸发以及往外抽汁汽，都减少了进入冷凝器的汁汽量，而所减少的数量也就是节约的蒸汽量。按照能量守衡原理，这是显而易见的。　　　　制糖工业是最早使用多效蒸发的大产业，抽汁汽也是最早应用，并且数量很大。采取多种措施充分利用蒸发汁汽，是糖厂节能的重要途径。　　　　目前，国内多数糖厂的蔗汁加热已绝大部分使用各效蒸发罐的汁汽，煮糖使用汁汽的比例增大，并由用一效汽转向用二效或三效汁汽为主，取得了很好的效果。　　　　在从蒸发罐大量往外抽汽以及严格按照热平衡来计算的情况下，rillieux的一些规则需要适当的修正。近年国内外都有论文讨论。现代的糖厂蒸发系统在这方面的基本规律是：　　　　１、节汽效果随外抽汁汽量增加而增大。　　　　２、从后效抽汽的效果优于从前效抽汽。　　　　３、在外抽汁汽量相同的前提下，增加蒸发效数可以减少用汽。　　　　４、蒸发效数较小可使汁汽有较高温度，便于较多地外抽汁汽，因而节汽效果较好，甚至可优于温度较低的多一效蒸发。　　　　５、如果进入冷凝器的蒸发汁汽量减少到零，蒸发系统就是最节能的。如果达到这一点，蒸发的效数和抽汽的具体方法对节能效果并无影响。　　　　在现实的情况下，蒸发效数和抽汽方法仍然是决定节汽效果的关键因素，因而也是制订蒸发热方案的主要问题。　　　　3、第一效和末效罐内温度　　　　第一效温度较高时，各效汁汽温度相应提高，这有利于它们的外抽和利用。不过，高温会导致糖汁色值增加和蔗糖转化，对此要适当地选定。dds公司第一罐的糖汁温度定为130℃，其它国家甜菜糖厂的第一罐温度为125～128℃。甘蔗糖厂因糖汁含还原糖较多，不宜超过125℃，不少糖厂还略低于120℃。应当说明，这个温度是和蒸发罐的设备结构与操作有关的，如设备传热性能好、糖汁停留时间较短，可以用较高的温度；但如设备过大或操作液面高，糖汁停留时间长，则高温的不良影响增大，此时就不能用偏高的温度。国内不少糖厂有这种情况，限制了温度的提高。　　　　末效罐内温度也是很重要的因素。早期的糖厂，末效蒸发罐多数用高真空，温度低于60℃，这有利于增大蒸发罐列的总温差，可以使用较多的效数，或减少所需的总加热面积。但汁汽的温度较低，难以大量抽出用在其它设备，外抽量有限。因此难免有不少末效汁汽排入冷凝器，热损失较大。后来甜菜糖厂普遍采用压力蒸发，末效只用低真空，温度约80℃。前几效的汁汽高于100℃，能大量用于煮糖和加热，末效的汁汽也可用于冷汁的加热，因而进入冷凝器的汁汽量大幅度减少。这种方案后来亦逐渐应用到甘蔗糖厂。