糖廠臥式連續(xù)結(jié)晶罐配套立式連續(xù)助晶技術(shù)改造的可行性分析

韋 霽，覃鍵錦

（中國(guó)輕工南寧設(shè)計(jì)工程有限公司，廣西 南寧 530031）

一家糖廠的發(fā)展一般經(jīng)歷從小到大，從簡(jiǎn)到繁，從小規(guī)模間歇生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)化成大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)的發(fā)展過(guò)程。廣西某甘蔗糖廠原來(lái)使用的4個(gè)30 m3丙糖膏結(jié)晶罐約于1991年開(kāi)始投入使用，已經(jīng)連續(xù)使用了26年，因手續(xù)不完備，難以通過(guò)特檢部門(mén)的檢驗(yàn)。因此，2013年報(bào)廢了兩個(gè)丙糖膏結(jié)晶罐后，而剩余的設(shè)備根本無(wú)法滿足糖廠10000噸日榨量的生產(chǎn)需求，特別是在每年的榨糖旺季，嚴(yán)重存在純度低和高榨量的矛盾，因?yàn)楸歉嗔吭龃?，罐時(shí)不足，則被動(dòng)進(jìn)行趕煮，導(dǎo)致煮糖晶核吸收差，這也是歷年來(lái)該廠廢蜜重力純度居高不下的主要原因之一。由于助晶箱位少且糖膏助晶時(shí)間僅8小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到24小時(shí)連續(xù)助晶的工藝要求，助晶效果大打折扣。隨著企業(yè)的發(fā)展，糖廠壓榨、鍋爐、電力車(chē)間及制煉車(chē)間的澄清、蒸發(fā)和分蜜工序都是按12000噸/日設(shè)計(jì)，當(dāng)甘蔗成熟時(shí)丙糖膏結(jié)晶罐和助晶機(jī)難以滿足高糖高榨的需求。因此，該廠進(jìn)行了臥式連續(xù)結(jié)晶罐配套立式連續(xù)助晶技術(shù)的改造，并收到了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 項(xiàng)目建設(shè)的必要性

根據(jù)廣西某甘蔗糖廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀，該廠原來(lái)使用的4個(gè)30 m3丙糖膏結(jié)晶罐設(shè)備陳舊，維護(hù)成本高，而且消耗過(guò)量的蒸汽量，節(jié)能性較差。在生產(chǎn)過(guò)程中，需要蒸汽來(lái)攪拌糖膏促使其結(jié)晶，由于蒸汽量不足，大大延長(zhǎng)了結(jié)晶的時(shí)間。由于蒸汽量不足，使罐內(nèi)的對(duì)流循環(huán)差，嚴(yán)重影響了糖膏結(jié)晶效果。此外，原來(lái)的丙糖膏結(jié)晶罐設(shè)備存在占地面積大、設(shè)備無(wú)法連續(xù)運(yùn)行和需要配備的操作人員多等諸多問(wèn)題。而臥式連續(xù)結(jié)晶罐是高效節(jié)能型設(shè)備，因此，采用150 m3臥式連續(xù)結(jié)晶罐配套立式連續(xù)助晶機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)。一是設(shè)備占地少，使用效率高，加工能力大；二是盡量提取母液中的蔗糖分，降低廢蜜重力純度，減少?gòu)U蜜量；三是利用低品質(zhì)熱源作加熱介質(zhì)，降低全廠耗汽量。因此，本項(xiàng)目投資是必須的也是很有必要的。

2 主要設(shè)備的選擇

2.1 結(jié)晶罐的選擇

甘蔗糖廠在制糖過(guò)程中，蔗糖晶體結(jié)晶是一個(gè)非常復(fù)雜而又重要的過(guò)程，蔗糖結(jié)晶分為間歇式結(jié)晶和連續(xù)式結(jié)晶。傳統(tǒng)間歇式結(jié)晶的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)不具備連續(xù)性，只能“進(jìn)料→降溫（或蒸發(fā)）→結(jié)晶→出料固液分離”，一罐料所得產(chǎn)品為一個(gè)批次，結(jié)晶速度慢，原來(lái)的丙糖膏結(jié)晶罐為間歇式結(jié)晶，廢蜜重力純度偏高，糖分收回率低。而連續(xù)式結(jié)晶的生產(chǎn)工藝具備連續(xù)進(jìn)料、連續(xù)出料、連續(xù)固液分離，結(jié)晶系統(tǒng)24小時(shí)不間斷運(yùn)行，結(jié)晶速度快，大大提高了糖分的收回率。

臥式連續(xù)結(jié)晶罐的技術(shù)特點(diǎn)有如下。第一，制糖過(guò)程中的連續(xù)結(jié)晶。第二，糖膏流向的單向性特點(diǎn)。由于臥式連續(xù)結(jié)晶罐能把間歇式結(jié)晶提升為連續(xù)式結(jié)晶，這就需要糖膏的流向性良好，即如果糖膏不向同一個(gè)方向流動(dòng)，會(huì)影響煮糖結(jié)晶的效果。臥式連續(xù)結(jié)晶罐是把間歇結(jié)晶的“進(jìn)料→降溫（或蒸發(fā)）→結(jié)晶→出料固液分離”操作流程放在同一設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，確保了糖膏向著一個(gè)方向流動(dòng)。同時(shí)，臥式連續(xù)結(jié)晶罐的罐體制作成弧形，沒(méi)有死角，促使了糖膏的流向更快更好。第三，儀表的自動(dòng)化控制特點(diǎn)。臥式連續(xù)結(jié)晶罐采用自動(dòng)化的儀表控制，大大提升了制糖生產(chǎn)的效益，降低了人工成本，提高了糖品的質(zhì)量。儀表的自動(dòng)化控制還可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)入料，這樣不但可以提高生產(chǎn)效益，還能夠在制糖過(guò)程中實(shí)現(xiàn)逐步濃縮，從而避免糖膏太濃或太稀的現(xiàn)象。由于糖膏的濃度穩(wěn)定，它的流向性更好，結(jié)晶速度更快。

連續(xù)式結(jié)晶需要結(jié)晶罐設(shè)備具備一定的對(duì)流循環(huán)環(huán)境。相比傳統(tǒng)的丙糖膏結(jié)晶罐，臥式連續(xù)結(jié)晶罐是利用蒸汽進(jìn)行攪拌，其設(shè)備的底部裝有一個(gè)噴汽分配室，能連續(xù)不斷地噴出蒸汽，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，操作人員還可以隨意調(diào)整噴汽量的大小，以控制結(jié)晶的速度與均勻性，從而縮短了煮糖的時(shí)間，提高了煮糖效率。連續(xù)式結(jié)晶過(guò)程將間歇式結(jié)晶過(guò)程中的抽種整理、入料養(yǎng)晶、濃縮等各個(gè)操作階段放在同一設(shè)備中的不同部位同時(shí)進(jìn)行，免去了卸糖、洗罐等輔助操作，煮制時(shí)充分利用了罐體的供熱面積和煮糖容積，加大了蒸發(fā)空間，在同等容積下，煮制率明顯提高。并能實(shí)現(xiàn)連續(xù)均衡生產(chǎn)，生產(chǎn)、操作穩(wěn)定，負(fù)荷均勻，單位設(shè)備容積通過(guò)的糖膏流量比間歇式結(jié)晶罐要多，單位容積、單位時(shí)間處理糖膏量比間歇式結(jié)晶罐多出25%~40%，可節(jié)省設(shè)備投資。另外，因?yàn)檫B續(xù)結(jié)晶罐自動(dòng)化程度高，可充分利用低品位汁汽進(jìn)行加熱，提高熱能利用率，從而進(jìn)一步降低汽耗，減少生產(chǎn)成本。

與傳統(tǒng)立式連續(xù)結(jié)晶罐相比，臥式連續(xù)結(jié)晶罐設(shè)備投資少、成熟、穩(wěn)定。在國(guó)內(nèi)“兩步法”糖廠中，大多采用臥式連續(xù)結(jié)晶罐，運(yùn)行良好、運(yùn)行成本較低，故本項(xiàng)目采用臥式連續(xù)結(jié)晶罐代替原來(lái)的間歇式結(jié)晶罐。臥式連續(xù)結(jié)晶罐和立式連續(xù)結(jié)晶罐，其結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 臥式連續(xù)結(jié)晶罐示意圖

圖2 立式連續(xù)結(jié)晶罐示意圖

2.2 助晶機(jī)的選擇

目前廣西制糖企業(yè)使用的助晶機(jī)基本都是臥式水冷助晶機(jī)，但水冷壁管基本都不通水，僅靠攪拌自然冷卻，存在助晶時(shí)間長(zhǎng)、耗用箱位多、占地大等缺點(diǎn)。而立式連續(xù)助晶機(jī)與傳統(tǒng)臥式助晶機(jī)相比，具有占地少，無(wú)須等箱，連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)能力大，生產(chǎn)全過(guò)程無(wú)需人員看管等優(yōu)點(diǎn)，其廢蜜重力純度同比可下降1至2個(gè)百分點(diǎn)，使用效果較好。

丙糖膏選用立式連續(xù)助晶，可有效提高丙糖膏的產(chǎn)糖率，減少糖蜜損失，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，該設(shè)備置于室外，占地面積小，可減少土建投資。糖膏與冷卻介質(zhì)呈均勻逆流狀態(tài)，因此傳熱效果好，冷卻過(guò)程的傳熱速率與結(jié)晶速率相適應(yīng)，具有較高的有效冷卻溫度差，在助晶過(guò)程中不易形成細(xì)晶和糖垢。

2.3 主要設(shè)備選型

2.3.1 臥式連續(xù)結(jié)晶罐

計(jì)算參數(shù)：糖廠日榨量為12000噸，丙糖膏量對(duì)蔗比為5.55%，密度為1.5 t/m3，煮糖時(shí)間為8 h。

下游風(fēng)機(jī)受上游風(fēng)機(jī)尾流投影的遮擋情況分為完全遮擋、部分遮擋和沒(méi)有遮擋3類。考慮下游風(fēng)機(jī)處于多臺(tái)上游風(fēng)機(jī)的尾流影響范圍內(nèi),觀察下游風(fēng)機(jī)的掃風(fēng)區(qū)域與尾流輻射區(qū)域的重合面積。當(dāng)受到多臺(tái)上游風(fēng)機(jī)部分遮擋時(shí),對(duì)于被遮擋部分的面積分為兩部分。此時(shí)的尾流效應(yīng)模型如圖2所示。O和O′分別表示投影面以及掃風(fēng)面圓心;a為投影面和掃風(fēng)面的交點(diǎn);d 為投影面與掃風(fēng)面圓心間距離;d1表示從投影面圓心到兩圓交線的垂直長(zhǎng)度;Z 為a點(diǎn)到兩圓心連線的垂直距離;A1和A2分別為被遮擋部分的左半邊和右半邊;則遮擋面積Ashad的計(jì)算式為

結(jié)晶罐體積：12000×5.55%÷24÷1.5×8=148 m3

所以結(jié)晶罐選150 m3，考慮到只開(kāi)一條生產(chǎn)線的情況，結(jié)晶罐應(yīng)有兩個(gè)加熱體，每個(gè)加熱體包含6個(gè)隔室，當(dāng)只開(kāi)一條生產(chǎn)線時(shí)兩個(gè)汽室獨(dú)立使用；開(kāi)兩條生產(chǎn)線時(shí)串聯(lián)使用。

2.3.2 立式連續(xù)助晶機(jī)

計(jì)算參數(shù)：糖廠日榨量為12000噸，丙糖膏量對(duì)蔗比為5.55%，密度為1.5 t/m3，助晶時(shí)間為24~30 h。

助晶機(jī)體積：12000×5.55%÷24÷1.5×（24~30）=445~555 m3

所以助晶機(jī)體積選擇550 m3。

因此，主要工藝設(shè)備的規(guī)格型號(hào)和數(shù)量的配置情況，如表1所示。

表1 主要工藝設(shè)備一覽表

3 技改方案的實(shí)施和應(yīng)用效果

助晶是制糖過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，助晶過(guò)程的好壞直接影響廢蜜的重力純度。為了提高糖膏的產(chǎn)糖率，糖廠采用1個(gè)150 m3臥式連續(xù)結(jié)晶罐代替原來(lái)的4個(gè)30 m3間歇式結(jié)晶罐煮制丙糖膏，同時(shí)匹配550 m3立式助晶機(jī)代替原有的間歇式助晶機(jī)，有效地控制了助晶過(guò)程。同時(shí)，糖廠還對(duì)煮制丙糖膏的相關(guān)管路做相應(yīng)的技術(shù)改造，如一效汁汽管改成二效汁汽管，并增加三效汁汽管等。技改后的煮糖工序設(shè)備流程圖，如圖3所示。

圖3 技改后的煮糖工序設(shè)備流程圖

項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，在降低廢蜜純度、節(jié)約蒸汽用量和節(jié)省人工費(fèi)用三個(gè)方面獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，具體如下。

3.1 節(jié)約標(biāo)煤量

丙糖膏量/天=12000×5.4%=648噸。

丙糖膏蒸發(fā)水量/天=648×（99.5-70）/70=273.1噸。

按該廠經(jīng)驗(yàn)值，煮糖環(huán)節(jié)蒸發(fā)1噸水耗用約1.2噸的蒸汽，耗汽量/天=1.2×273.1=327.7噸蒸汽。按照4個(gè)30 m3結(jié)晶罐計(jì)算，每個(gè)結(jié)晶罐耗汽/天=327.7/4=81.93噸蒸汽，采用自動(dòng)煮糖后，平均節(jié)汽1%對(duì)甘蔗比，每個(gè)結(jié)晶罐節(jié)汽/天=81.93×1%=0.82噸蒸汽。一個(gè)榨季節(jié)約蒸汽=120×0.82×4=393.6噸，則耗標(biāo)煤0.16×393.6=62.98噸。

手動(dòng)煮糖時(shí)，按每煮制一罐糖至少打水1.8噸計(jì)算，每個(gè)罐每天煮4罐糖，多耗水=4×1.8=7.2 m3。一個(gè)榨季煮丙糖膏多耗水量為7.2×4×120=3456 m3。按糖廠經(jīng)驗(yàn)，煮糖環(huán)節(jié)蒸發(fā)1噸水耗用約1.2噸的蒸汽，一個(gè)榨季節(jié)約蒸汽為3456×1.2=4147.2噸，則耗標(biāo)煤0.16×4147.2=663.55噸。

采用立式連續(xù)結(jié)晶罐代替現(xiàn)有間歇結(jié)晶罐煮制丙糖膏一個(gè)榨季節(jié)約的標(biāo)煤量，總共為62.98+663.55=726.53噸。按標(biāo)煤價(jià)格按830元/噸計(jì)，則年節(jié)約費(fèi)用約60萬(wàn)元。

3.2 節(jié)省人工費(fèi)

原有4個(gè)丙糖膏結(jié)晶罐每個(gè)班有4個(gè)煮糖工，三個(gè)班共有12人；使用連續(xù)結(jié)晶罐后每個(gè)班有1人，三班共有3人，則可減少人員9個(gè)，每年可節(jié)約人工開(kāi)支40萬(wàn)元，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

3.3 多回收糖分產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益

連續(xù)結(jié)晶罐配套連續(xù)助晶機(jī)系統(tǒng)平衡穩(wěn)定丙糖膏的煮制，加快物料快進(jìn)快出，最大限度地減少糖分的轉(zhuǎn)化，提高了糖膏結(jié)晶率，降低廢蜜重力純度，提高煮煉收回和產(chǎn)糖率，從而達(dá)到增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐證明，使用連續(xù)結(jié)晶罐配套連續(xù)助晶機(jī)，平均可以降低廢蜜重力純度1.08GP。按照廢蜜產(chǎn)量3.4%甘蔗，廢蜜錘度90°Bx計(jì)，可多收回糖分為12000×3.4%×90%×1.08%=3.97噸糖/天，則一個(gè)榨季可多回收糖分3.97×120=476.4噸糖。每噸糖按6700元計(jì)，一個(gè)榨季多回收的糖分產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為476.4×6700=319.2萬(wàn)元。

4 項(xiàng)目建成后的營(yíng)業(yè)收入與稅金估算

工程建成投產(chǎn)后第一年生產(chǎn)能力按設(shè)計(jì)能力80%計(jì)，第二年生產(chǎn)能力達(dá)到設(shè)計(jì)能力100%。項(xiàng)目投產(chǎn)后，企業(yè)獲得的綜合經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)在增收節(jié)支，具體分析如下。

4.1 節(jié)約的生產(chǎn)成本

第一，每個(gè)榨季可節(jié)約標(biāo)煤量726.53噸/年，如標(biāo)煤價(jià)格按830元/噸，則年節(jié)約費(fèi)用約60萬(wàn)元。

第二，由原來(lái)三個(gè)班12人的丙糖膏煮糖工，縮減為三個(gè)班3人，減少了9個(gè)人，每年可節(jié)約人工開(kāi)支40萬(wàn)元。

第三，連續(xù)結(jié)晶罐配套連續(xù)助晶機(jī)系統(tǒng)平衡穩(wěn)定丙糖膏的煮制，加快物料快進(jìn)快出，最大限度地減少糖分的轉(zhuǎn)化，提高糖膏結(jié)晶率，降低廢蜜重力純度，提高煮煉收回和產(chǎn)糖率，從而達(dá)到增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐證明，使用連續(xù)結(jié)晶罐配套連續(xù)助晶機(jī)，平均可以降低廢蜜重力純度1.08GP，可多收回糖分476.4噸糖，一個(gè)榨季多回收糖分產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益為319.2萬(wàn)元。

因此，生產(chǎn)成本共節(jié)約了60+40+319.2=419.2萬(wàn)元。

4.2 增收節(jié)支

合計(jì)技改后企業(yè)正常年增收節(jié)支419.2萬(wàn)元，計(jì)算期內(nèi)年均增收節(jié)支412.2萬(wàn)元。產(chǎn)品銷(xiāo)售計(jì)征增值稅，稅率為17%；城建稅5%，教育費(fèi)附加3%。另?yè)?jù)增值稅轉(zhuǎn)型改革方案，企業(yè)可在增值稅額度內(nèi)抵扣其購(gòu)進(jìn)設(shè)備所含的增值稅，測(cè)算可抵扣的設(shè)備增值稅額計(jì)176.0萬(wàn)元。測(cè)算年均增值稅金30.9萬(wàn)元，年均稅金附加2.5萬(wàn)元。

經(jīng)以上盈利能力測(cè)算，結(jié)果表明項(xiàng)目具有較高的盈利能力；財(cái)務(wù)狀況良好；不確定性分析結(jié)果表明，盈虧平衡點(diǎn)較低，項(xiàng)目具有較強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力；綜上所述，本項(xiàng)目具有較好的財(cái)務(wù)效益，經(jīng)濟(jì)上可行。

5 結(jié)論

糖廠臥式連續(xù)結(jié)晶罐配套立式連續(xù)助晶技術(shù)改造屬于丙糖膏成糖工藝技術(shù)升級(jí)技改項(xiàng)目，所使用的臥式連續(xù)煮糖工藝技術(shù)和立式連續(xù)助晶工藝技術(shù)可靠、先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。項(xiàng)目建成后，提高了企業(yè)的產(chǎn)能，降低了廢蜜重力純度，提高了煮煉收回率，節(jié)約蒸汽消耗，降低人工費(fèi)用，該技術(shù)改造對(duì)企業(yè)的發(fā)展意義重大。