糖廠水噴射冷凝器的改造

劉清林，王晉平，梁積勛

（廣西吉然科技有限公司，廣西 南寧 530007）

糖廠水噴射冷凝器的改造

劉清林，王晉平，梁積勛

（廣西吉然科技有限公司，廣西 南寧 530007）

文章主要針對糖廠真空系統(tǒng)水噴射冷凝器，抽真空不穩(wěn)定，影響蒸發(fā)罐、煮糖罐真空的現(xiàn)狀，而介紹了一種對水噴射冷凝器改造的方法，對水噴射冷凝器原理、特點(diǎn)進(jìn)行說明，并做出具體的使用方法及方案。

水噴射冷凝器改造；過濾器；霧化噴嘴

1 概述

真空冷凝器是糖廠煮糖和蒸發(fā)工段獲得真空，降低糖汁沸點(diǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，一個合適而且穩(wěn)定的真空對于糖廠來說是非常重要的。目前在糖廠廣泛應(yīng)用的真空冷凝設(shè)備主要有幾種：濕式真空系統(tǒng)（即水噴射冷凝器）、干式真空系統(tǒng)（即逆流接觸式冷凝器＋真空泵）、高效噴射霧化式冷凝器等。

濕式真空系統(tǒng)（即水噴射冷凝器），是一臺設(shè)備同時具有冷凝和抽氣作用。水噴射冷凝器的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單、制造容易、操作起來方便，維護(hù)容易。缺點(diǎn)是：耗水量較大，在供水量不足或天氣較熱水溫較高時，其冷凝效果顯著下降，真空度偏低且不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)困難，同時因水噴淋冷凝器要求入水壓力高（冷凝器進(jìn)口入水壓力約0.2MPa），所以要求供水泵功率相對較大，系統(tǒng)的耗電量較高。蒸發(fā)與煮糖真空系統(tǒng)真空度偏低，對糖廠的生產(chǎn)能力和收回率有不良的影響。但現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)中、小型甘蔗糖廠都還使用這種水噴射冷凝器，這種冷凝器操作管理較方便，但總用水量大很多。

干式真空系統(tǒng)（即逆流接觸式冷凝器＋真空泵），它的原理是使用逆流接觸式冷凝器將水蒸氣冷凝，即冷水從冷凝器筒身頂部形成水簾狀均勻流下，蒸汽從冷凝筒身底部進(jìn)入冷凝器，水和蒸汽通過逆流式接觸，冷水把蒸汽迅速冷凝，并形成真空，剩下的不凝縮氣體用真空泵從頂部通過汽水分離器抽出排除。我國有大部分糖廠早期都使用這種系統(tǒng)，特別在比較缺水的干旱地區(qū)的糖廠的真空冷凝設(shè)備主要是使用這種干式真空系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是：用水量較少，效率較高；缺點(diǎn)是：每個冷凝真空系統(tǒng)配置一臺真空泵所消耗的電能及發(fā)出的噪音對于現(xiàn)代糖廠來說不符合節(jié)能及環(huán)保的要求，而且它的設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，操作和維修比較繁鎖并且維護(hù)費(fèi)用較高。

高效噴射霧化式冷凝器，結(jié)合了濕式真空系統(tǒng)和干式真空系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)而又區(qū)別于兩者，最大的創(chuàng)新特點(diǎn)是在具有噴射抽吸功能的基礎(chǔ)上增加具有霧化冷凝效果的噴霧噴嘴，大大提高了設(shè)備的冷凝效率。高效噴射霧化式冷凝器設(shè)計(jì)有噴霧噴嘴和噴射噴嘴，噴霧噴嘴通過噴出具有很大表面積的霧化水滴充分與汁汽混合進(jìn)行熱交換，汽液混合均勻，使可凝性氣體迅速凝結(jié)成水而形成真空。剩下的不冷凝氣體通過噴射噴嘴射出的射流水抽吸而排出尾管，從而達(dá)到穩(wěn)定高真空的目的，而且由于殘留的不凝縮氣體較少，需要對其所做的壓縮功較小，所以水壓和水溫對真空的影響較小。噴射霧化式冷凝器屬于近幾年來新開發(fā)的一種新型產(chǎn)品，是一種理想而又高效節(jié)能的冷凝設(shè)備，正逐步取代干式真空系統(tǒng)和濕式真空系統(tǒng)冷凝器。

以上三種冷凝器中，目前使用最多的是高效噴射霧化式冷凝器，但還有很多老廠仍然在使用水噴射冷凝器，由于環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，糖廠冷卻水含糖分高必須經(jīng)過處理后外排，這樣勢必增加末端水處理的壓力。因此為了減少末端水處理的成本，冷凝水只能循環(huán)使用，導(dǎo)致用于冷凝的水溫越來越高。根據(jù)汁汽冷凝所需冷卻水與其進(jìn)水溫度的關(guān)系，進(jìn)水溫度越高，用水量越大，這樣在現(xiàn)有的水噴射冷凝器條件下，糖廠原先設(shè)計(jì)的進(jìn)水壓力已不能滿足正常煮糖生產(chǎn)所需要的真空，所以近幾年來，很多使用水噴射冷凝器的糖廠都面臨煮糖真空度不夠的問題。

真空度的合適及穩(wěn)定，是維持糖廠蒸發(fā)及煮糖工段正常生產(chǎn)的必要條件。因此，糖廠的真空冷凝系統(tǒng)在當(dāng)前普遍用于冷凝的水溫度較高的情況下，怎樣獲得穩(wěn)定及合適的真空度，是制糖企業(yè)生產(chǎn)管理者必須面對的問題。更重要的是在目前經(jīng)濟(jì)條件下，很多糖廠出現(xiàn)了生產(chǎn)成本較高的情況下，如何用較低的費(fèi)用來提高現(xiàn)行冷凝器的工作效率，是一個很現(xiàn)實(shí)的問題。

2 改變現(xiàn)有真空冷凝效率方案的選擇

方案一：增加循環(huán)水冷卻設(shè)備及水池，盡可能把冷卻水溫度降低至36℃以下，該方案保證了原有水噴射冷凝器的冷凝效率，同時也保證了制糖生產(chǎn)所需要的真空。但投資費(fèi)用大，占地面積多，維修復(fù)雜。

方案二：在現(xiàn)有供水系統(tǒng)條件下，加大水壓，增加流量，盡可能多地抽走蒸發(fā)的汁汽。該方案投資費(fèi)用少，但真空受水壓波動的影響很大，一旦有煮糖罐開煮或放糖時，水壓就會發(fā)生波動而影響到其它煮糖罐的正常真空。同時威脅到整個供水系統(tǒng)以及冷凝器的安全，這是目前大多數(shù)使用水噴射冷凝器的糖廠采用的措施。

方案三：更換冷凝器，有三種方式：一種是更換為冷凝量更大的水噴射冷凝器，利用增大水量來達(dá)到冷凝效果，此方式用水量大，需增加冷卻水泵，投資費(fèi)用大；第二種是更換為塔式冷凝器配置真空泵，該方式可以達(dá)到節(jié)約冷卻水的目的，但是投資費(fèi)用大，維修困難，耗用電能；最后一種是更換為高效噴射霧化式冷凝器，屬于第三代高效冷凝器，冷凝效率高，既節(jié)約冷卻水，又穩(wěn)定和提高煮糖的真空度，該方式是糖廠今后更換冷凝器的最終選擇。

方案四：改造現(xiàn)有的TDP水噴射式冷凝器，該方式的優(yōu)點(diǎn)在于在現(xiàn)有的水噴射冷凝器還能使用的情況下，充分利用原來的供水和冷凝系統(tǒng)進(jìn)行改造，來達(dá)到在不增加水量的情況下提高水噴射冷凝器效率，提高和穩(wěn)定煮糖的真空度。投資費(fèi)用低，而且經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，是現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)特別緊張的情況下最好的一種選擇。

3 水噴射冷凝器具體的改造方案

根據(jù)我公司噴射霧化式冷凝器設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，主要是利用現(xiàn)有的TDP型水噴射冷凝器進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，設(shè)計(jì)制造成“分體TDP型霧噴式冷凝器”，見圖1所示。該冷凝器的改造吸收了噴射霧化式冷凝器的優(yōu)點(diǎn)，又利用原有的設(shè)備，降低成本，避免浪費(fèi)。

3.1 增加噴霧設(shè)計(jì)

在TDP水噴射冷凝器的基礎(chǔ)上增加噴霧設(shè)計(jì)。噴霧噴嘴安裝于連接到TDP水噴射冷凝器的汁汽管內(nèi)，原有的水噴射冷凝器噴射噴嘴不變。噴霧噴嘴位置在噴射噴嘴之前，汁汽先被大部分霧化水冷凝后，剩下的少量汁汽和不冷凝氣體由原有的冷凝器噴嘴射出的射流水抽走，其排氣原理與常規(guī)TDP型水噴射冷凝器相同，但由于霧化吸收大部分汁汽后殘留的不凝縮氣體較少，減少了對其所做的壓縮功，因此使用的水量較少，對水壓的要求也不高（0.06～0.10MPa），所以真空受水壓和水量波動的影響也相對較小。大大提高了冷凝器的工作效率。

3.2 增加一套在線水過濾排渣系統(tǒng)

由于傳統(tǒng)水噴射冷凝器沒有排渣功能，造成噴嘴容易堵塞，清理困難，同時也增加了工人的勞動強(qiáng)度。為此我們在原有水噴射冷凝器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一套在線水過濾排渣系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝在器體外側(cè)，更易于操作。水先經(jīng)過濾網(wǎng)過濾，再分別通過噴射進(jìn)水管和噴霧進(jìn)水管，然后進(jìn)入噴嘴，避免水質(zhì)不好造成噴嘴堵塞，其中通過噴霧噴嘴的水量可通過調(diào)節(jié)水閥調(diào)節(jié)，打開控制手輪可在線自動清除濾渣。增加一根連接水過濾排渣系統(tǒng)和冷凝器本體的清洗管，便于把雜質(zhì)從過濾器排除。

3.3 加裝真空和閥位信號反饋控制系統(tǒng)

在控制調(diào)節(jié)方面，水噴淋式冷凝器也可以加裝真空及閥位信號反饋控制系統(tǒng)，通過真空信號反饋調(diào)節(jié)進(jìn)水壓力，根據(jù)真空的需要控制進(jìn)水的流量，達(dá)到節(jié)水節(jié)能的目的。

圖1 分體TDP型霧噴式冷凝器結(jié)構(gòu)圖

4 改造后的水噴射冷凝器效果和特點(diǎn)

第一，可直接在原有的TDP型冷凝器上改裝，改裝后占地少，安裝、維修容易。

第二，原有的供水系統(tǒng)不用改變，只增加噴霧噴嘴的入水管道及閥門。

第三，為了防止噴嘴堵塞，在管道上加裝過濾排渣系統(tǒng)，使用時可打開排渣閥門，不用停機(jī)。

第四，增加的噴霧噴嘴為塑料王材料耐高溫、耐腐蝕。

第五，入水壓力低≤0.10MPa；真空度穩(wěn)定在0.082～0.092MPa。

第六，適應(yīng)較高溫度進(jìn)水；當(dāng)水溫≤42℃時，真空度仍可保持-0.082MPa以上。因此減少因溫度原因的冷水補(bǔ)充量，提高水的復(fù)用率，降低環(huán)保排污費(fèi)。

第七，抽真空時間短，冷罐時30分鐘左右；熱罐時4～6分鐘。

第八，改造投資和維護(hù)費(fèi)用低。

5 改造水噴射冷凝器應(yīng)注意的問題

一是根據(jù)改造后的水噴射冷凝器的特點(diǎn)，原冷凝器安裝面必須在高于10.5米的平面上；二是為了防止返水到罐內(nèi)，噴霧噴嘴安裝的位置的必須低于煮糖罐真空管的出口位置；三是噴霧噴嘴的入水閥門，不能大開大關(guān)，閥門開度要根據(jù)現(xiàn)場使用情況調(diào)節(jié)大??；四是增加噴霧噴嘴后，為了更節(jié)約用水，可把部分噴射噴嘴均勻堵上。

6 結(jié)論

我公司早在近年來就預(yù)見了問題的發(fā)展，并結(jié)合我公司開發(fā)出來的高效噴射霧化式冷凝器技術(shù)在廣西南華糖業(yè)集團(tuán)的一些廠家對現(xiàn)有的水噴射冷凝器進(jìn)行改造，提高了現(xiàn)有水噴射冷凝器的冷凝效率，穩(wěn)定和提高了煮糖的真空度。由于改造費(fèi)用低，效果明顯，所以獲得了很多糖業(yè)界人士的認(rèn)可，在廣西南華糖業(yè)集團(tuán)南圩糖廠、鳳糖集團(tuán)和睦糖廠已成功改造多臺水噴射冷凝器。

綜上所述，更換噴射霧化式冷凝器是糖廠冷凝器更新?lián)Q代的最終選擇，而改造現(xiàn)有的水噴射冷凝器是充分利用原有設(shè)備并發(fā)揮其潛力和效果的最佳選擇。在目前制糖公司資金普遍緊張的條件之下，這是改變現(xiàn)有冷凝系統(tǒng)的最好投資。

［1］ 霍漢鎮(zhèn)編著.制糖工藝與裝備的新概念與新實(shí)踐，2002.

［2］ 沈參秋，李天義編著.甘蔗制糖原理與技術(shù)糖汁蒸發(fā)與加熱，2000.

［3］ 葉智偉，周洪祥，梁積勛.真空冷凝系統(tǒng)新設(shè)備——噴射霧化式冷凝器的應(yīng)用.輕工科技，2007，23（3）：7-8.

TS243.3

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2016-06-05