一種新型的XLC冷凝器在糖廠的應(yīng)用

謝連城，唐運(yùn)周，唐 柳，梁洪云，梁家枝，葉慶欽，周 健，莫家年，劉世和，謝 茗

（1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007；2.南寧糖業(yè)股份有限公司伶俐糖廠；3.廣西南寧東糖新凱糖業(yè)有限公司；4.廣西綠地球能源科技有限公司；5.南寧市馬士特糖機(jī)設(shè)備制造有限公司）

一種新型的XLC冷凝器在糖廠的應(yīng)用

謝連城1，唐運(yùn)周1，唐 柳1，梁洪云2，梁家枝2，葉慶欽3，周 健3，莫家年4，劉世和4，謝 茗5

（1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007；2.南寧糖業(yè)股份有限公司伶俐糖廠；3.廣西南寧東糖新凱糖業(yè)有限公司；4.廣西綠地球能源科技有限公司；5.南寧市馬士特糖機(jī)設(shè)備制造有限公司）

新型冷凝器；應(yīng)用

1 糖廠使用的真空設(shè)備

目前國內(nèi)除了北方糖廠和部分煉糖廠還在使用“冷凝器+真空泵系統(tǒng)”外，南方絕大部份甘蔗糖廠都在使用印度式的高效冷凝器（含國產(chǎn)仿制型及改進(jìn)型）。

此二種真空設(shè)備的性能如下。

1.1 “冷凝器+真空泵系統(tǒng)”

這是國內(nèi)外至今仍在很多糖廠使用的傳統(tǒng)的真空冷凝設(shè)備，其由一臺(tái)淋灑式冷凝器與一臺(tái)真空泵組成，屬干式接觸式冷凝器，其工作原理是淋灑式冷凝器起冷凝作用，真空泵起排除空氣（包括不凝結(jié)氣體）的作用。其優(yōu)點(diǎn)是：真空度較高，在所有的真空冷凝系統(tǒng)中，用水量是最少的。其缺點(diǎn)是：第一，價(jià)格較貴。一套真空系統(tǒng)包括一臺(tái)淋灑式冷凝器和一臺(tái)真空泵，其市場價(jià)格是其它類型冷凝器的3倍左右；第二，維修費(fèi)用大。榨季中真空泵全天運(yùn)轉(zhuǎn)，容易損壞，粗略估算，真空泵在使用三年后的維修費(fèi)用約為每年每臺(tái)一萬元；第三，耗電多。一臺(tái)淋灑式冷凝器的供水和一臺(tái)真空泵的總耗電要比一臺(tái)高效噴霧冷凝器的耗電多；第四，電機(jī)、真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)噪音大，污染環(huán)境，不符合工廠環(huán)保的要求。隨著糖業(yè)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)無論是新建廠還是老廠技改都已經(jīng)不選用這種設(shè)備，而選用噴射霧化式冷凝器來取而代之。

1.2 印度式的高效噴射霧化冷凝器

自從廣西糖廠于2003/2004年榨季引進(jìn)由印度SEDL公司制造的高效噴射霧化式冷凝器后，經(jīng)過國內(nèi)多家糖廠使用，該種冷凝器在水量充足水溫不是很高的條件下能達(dá)到較高的真空度，而其價(jià)格又要比真空泵系統(tǒng)低得多，且其結(jié)構(gòu)也較簡單，無任何機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件，操作、調(diào)節(jié)、維護(hù)也簡便，生產(chǎn)期不用專人管理；能耗比真空泵系統(tǒng)低。相對(duì)于當(dāng)時(shí)還在使用的TDP水噴射冷凝器和真空泵系統(tǒng)這兩種傳統(tǒng)的冷凝設(shè)備而言，印度噴射霧化式冷凝器是有其優(yōu)越性的。但經(jīng)過十多年的使用，此類印度式的高效冷凝器的缺陷也逐步暴露出來了：不但用水量大而且真空度受生產(chǎn)條件的變化影響很大。

例如，開榨初期，在天氣較冷水溫較低水壓蒸氣量穩(wěn)定的生產(chǎn)條件下，大部份此類高效冷凝器的真空度還是比較高的，但當(dāng)天氣轉(zhuǎn)暖，進(jìn)水溫度升高到30℃時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)此類印度式的高效冷凝器的真空度會(huì)開始降低，水溫越高，真空度越低，當(dāng)水溫達(dá)到32～36℃時(shí)，真空度就會(huì)降低至0.084～0.086MPa；當(dāng)水溫達(dá)到37℃及以上時(shí)，真空度就會(huì)嚴(yán)重降低至0.080～0.082MPa甚至低于0.080MPa。

還有，當(dāng)水壓嚴(yán)重偏低時(shí)，如某廠今年整個(gè)榨季水壓只有0.01～0.07MPa，大部份時(shí)間都在0.03～0.04MPa之間，這樣低的水壓使得此類印度式的高效冷凝器的抽吸效能較差，即使水溫在22～28℃時(shí)真空度也只有0.084MPa，高水溫時(shí)更是只有0.080～0.082MPa甚至更低。

降低水溫的最好辦法就是增加冷卻塔，但這需要較大的投資和場地；換大的冷凝器不但費(fèi)工耗資，而且會(huì)形成長期大馬拉小車的低效狀況。

在實(shí)際生產(chǎn)中大家都有體會(huì)，加大水量后真空度往往會(huì)不升反降！這又是什么原因呢？

這就是目前國內(nèi)外糖廠使用的各種印度式高效水噴射冷凝器普遍存在的設(shè)計(jì)缺陷所導(dǎo)致。

目前國內(nèi)糖廠使用的各種高效水噴射冷凝器設(shè)計(jì)的喉部直徑都是固定的，噴嘴也是固定常開（或常閉）式的。生產(chǎn)期間冷凝器的喉部直徑無法調(diào)整，常開（或常閉）式的噴嘴的開閉也不能調(diào)整（如要調(diào)整只能停機(jī)堵塞噴嘴或打開噴嘴）。生產(chǎn)廠家所設(shè)計(jì)此類高效水噴射冷凝器各部位的尺寸都是根據(jù)其選定的技術(shù)參數(shù)通過計(jì)算確定的。例如Φ1200印度高效冷凝器設(shè)計(jì)的最高水溫就是35℃，冷凝的蒸氣量是21t/h。在穩(wěn)定的生產(chǎn)條件下，在其設(shè)計(jì)技術(shù)條件范圍內(nèi)（主要是蒸氣處理量和進(jìn)水溫度、進(jìn)水壓力）真空度是有保證的。但如生產(chǎn)條件發(fā)生變化，工況技術(shù)條件超出了其設(shè)計(jì)技術(shù)條件范圍，就無法保證冷凝器能達(dá)到設(shè)計(jì)的真空度。當(dāng)需要冷凝的蒸氣量增加（如縮短煮糖時(shí)間）或進(jìn)水溫度超過35℃時(shí)，按照正常的供水量真空度肯定要下降，而為了保持真空度則必須加大供水量，但水量過大往往又會(huì)造成喉部和尾管排水不暢導(dǎo)致冷凝器真空度的迅速降低，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致冷凝水倒流進(jìn)煮糖罐的生產(chǎn)事故。這是目前國內(nèi)外糖廠使用的各種高效水噴射冷凝器由于設(shè)計(jì)缺陷所帶來的弊端，也是長期以來歐美發(fā)達(dá)國家的糖廠不使用此種高效水噴射冷凝器的原因。

2 XLC型冷凝器的優(yōu)點(diǎn)

該型號(hào)冷疑器就是針對(duì)目前國內(nèi)外糖廠使用的這種印度式高效水噴射冷凝器存在的缺陷而設(shè)計(jì)的，與這些冷凝器相比，具有以下的特點(diǎn)。

第一，設(shè)計(jì)射水筒內(nèi)分隔成3～5個(gè)設(shè)置有一定數(shù)量的噴射嘴和噴霧嘴的密封水室，每個(gè)密封水室的進(jìn)水管均由一個(gè)氣動(dòng)碟閥控制。

第二，設(shè)計(jì)喉部裝置有一個(gè)由8～16個(gè)氣缸推動(dòng)的射流通道直徑可調(diào)的多層同心變徑閥；同心變徑閥可進(jìn)行3～5檔變徑調(diào)節(jié)。

第三，通過自動(dòng)調(diào)控上水管設(shè)置的自控碟閥的開度和密封水室的氣動(dòng)碟閥使水壓穩(wěn)定在0.05～0.15MPa范圍。

第四，通過控制水壓在0.05～0.15MPa，真空度在0.086～0.090MPa而使容器內(nèi)物料溫度控制在54～65℃內(nèi)。

3 XLC型冷凝器的試用情況

新凱、伶俐糖廠在2015/2016年榨季分別使用XLC－1200B型冷凝器于55m3甲糖罐和乙糖罐，使用效果證明了其具有的優(yōu)點(diǎn)。

3.1 節(jié)水

新凱、伶俐糖廠的使用情況顯示，在入水溫度為23~36℃范圍內(nèi)，在相同的工況條件下，達(dá)到相同的真空度，該冷凝器與目前各糖廠使用的同規(guī)格的四種高效水噴射冷凝器相比，有較好的節(jié)水效果。

新凱、伶俐糖廠的冷凝器進(jìn)水管均沒有安裝流量計(jì)，那么如何體現(xiàn)本專利產(chǎn)品的節(jié)水效果呢？我們是根據(jù)各種冷凝器實(shí)際使用的噴嘴（包括噴射嘴和噴霧嘴）的總截面積來比較其用水量的。根據(jù)流體力學(xué)原理，在相同的工況條件下(進(jìn)水溫度、壓力和形成的真空度相同)，各種冷凝器噴嘴的流速是相同的，因此冷凝器噴嘴的總截面積與流量成正比，總截面積越大，流量也就越大。本專利產(chǎn)品進(jìn)水量設(shè)計(jì)為4個(gè)檔位，具體為：

1#檔設(shè)計(jì)的噴嘴（包括噴射嘴和噴霧嘴）的總截面積比其它高效水噴射冷凝器的噴嘴（包括噴射嘴和噴霧嘴）的總截面積少31.8～42.2%，理論推算節(jié)水率為31.8～42.2%。

2#檔設(shè)計(jì)少13.8～27%；理論推算節(jié)水率為13.8～27%。

3#檔設(shè)計(jì)少11.8～多4.5%，理論推算節(jié)水率為11.8～多用水率4.5%。

4#檔設(shè)計(jì)多4.5～23.4%。理論推算多用水率為4.5～23.4%。

從新凱煮甲糖的使用情況看，在本榨季新凱糖廠的水壓只有0.01~0.07MPa，加熱蒸汽汽壓基本為零的工況條件下煮甲糖。

水溫在23~31℃時(shí)可以使用1檔。

水溫在32~34℃時(shí)可以使用2檔。

水溫在35~37℃時(shí)可以使用3檔。

水溫在38~40℃時(shí)可以使用4檔。

都可以穩(wěn)定保持0.086~0.090 MPa的真空度和54~65℃的糖膏溫度且糖膏對(duì)流良好?，F(xiàn)場顯示屏照片，見圖1、圖2。

圖1 新凱糖業(yè)2016年3月4日煮甲糖（糖膏液位35m3）時(shí)的顯示屏

圖2 新凱糖業(yè)2016年3月13日煮甲糖（糖膏液位55m3）時(shí)的顯示屏

根據(jù)本榨季新凱糖廠當(dāng)班師傅發(fā)來的59天106罐糖的201張現(xiàn)場顯示屏照片記錄統(tǒng)計(jì)。

實(shí)際使用的檔位為：

開1#檔 61次 占30.3%。

開2#檔 89次 占44.3%。

開3#檔 36次 占17.9%。

開4#檔 15次 占7.5%。

以實(shí)際使用的檔位計(jì)算，節(jié)水率為14.6%。

如果以天數(shù)計(jì)算，則：

水溫在17~31℃的有44天占74.6%，可以使用1檔煮甲糖；

在32~34℃的有14天占23.7%，可以使用2檔煮甲糖；

在35~36℃的有1天占1.7%，可以使用3檔煮甲糖。

以水溫為依據(jù)調(diào)控檔位，理論計(jì)算節(jié)水率可達(dá)28.1%。

3.2 處理能力大

由于部分采用可調(diào)噴嘴和喉部裝置有可進(jìn)行3～4檔變徑調(diào)節(jié)的同心變徑閥，因而可提高處理能力約33～50%，其調(diào)節(jié)幅度高達(dá)218%。以用于55m3煮糖罐的XLC－1200型冷凝器為例，其處理能力調(diào)節(jié)范圍接近與40～80m3煮糖罐配套使用的Φ1100～Φ1500印度式高效水噴射冷凝器，亦即最小處理能力相當(dāng)于Φ1100的印度式高效水噴射冷凝器，最大處理能力接近Φ1500的印度式高效水噴射冷凝器。

3.3 操作靈活方便，真空度高且穩(wěn)定

由于該型號(hào)設(shè)備的處理能力大，3~4檔調(diào)節(jié)幅度大，操作靈活方便，因此在生產(chǎn)中隨時(shí)可以根據(jù)糖膏液面、水溫、水壓的變化及煮煉的要求，通過靈活方便的換檔操作使真空度能根據(jù)需要在0.086~0.090 MPa范圍內(nèi)任意實(shí)行自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)，糖膏溫度亦能根據(jù)需要在54~65℃范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)且糖膏對(duì)流良好，因而能保證整個(gè)榨季不管氣溫和冷凝器水溫、水壓如何變化都能穩(wěn)定保持0.086~0.090 MPa的真空度和54~65℃的糖膏溫度且糖膏對(duì)流良好。

該型號(hào)設(shè)備的這一優(yōu)點(diǎn)在新凱糖廠得到了充分的體現(xiàn)，本榨季新凱糖廠的水壓很低，只有0.01~0.07MPa，大部份時(shí)間都在0.03~0.04MPa之間，即使水溫較低（大部份時(shí)間在31℃以下），但使用舊式高效水噴射冷凝器的2、3號(hào)55m3甲糖罐的真空度仍顯示波動(dòng)大且明顯偏低，當(dāng)水溫升高時(shí)降低更嚴(yán)重，但使用該型號(hào)設(shè)備的1#罐的真空度卻始終高而穩(wěn)定。

以下是新凱糖廠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

根據(jù)1#罐當(dāng)班師傅發(fā)來的59天106罐甲糖的201張照片記錄統(tǒng)計(jì)，平均真空度為0.0885MPa。

根據(jù)2016年1月5日~2016年3月15日煮836罐甲糖（種）的車間《甲糖膏煮煉崗位記錄表》的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：

說明：1#罐使用新型XLC—1200B型冷凝器，2#罐、3#罐使用舊式的NLZ—12高效水噴射冷凝器。根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，新型XLC—1200B型冷凝器在節(jié)水14.6%的情況下，平均真空度仍然比舊式的NLZ—12高效水噴射冷凝器高0.002MPa。

與新凱糖廠相比，伶俐糖廠本榨季的水壓高，但水溫也較高，煮乙糖（種）整個(gè)榨季都能保持高真空度，當(dāng)班師傅發(fā)來的全榨季434張照片顯示0.088~0.093MPa的真空度達(dá)410次占94.5%，全榨季的平均真空度為0.0895MPa也高于新凱糖廠，可見該型號(hào)設(shè)備用于甲乙糖都有較好的效果。而且434張照片統(tǒng)計(jì)顯示，0.091~0.093MPa的高真空度有103次占23.7%，這樣高的真空度必然會(huì)導(dǎo)致過低的糖膏溫度，顯然于煮糖不利。該型號(hào)設(shè)備可以通過降檔操作來適當(dāng)降低真空度，使之保持最適宜的真空度，既有利于煮糖又能節(jié)水?，F(xiàn)場顯示屏照片，見圖3、圖4。

4 該型號(hào)設(shè)備的性能及設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

該冷凝器是在目前國內(nèi)糖廠廣泛使用的高效水噴射冷凝器成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新發(fā)展而成，是傳統(tǒng)高效水噴射冷凝器的升級(jí)換代產(chǎn)品，其核心部件多層同心變徑閥是采用不銹鋼材質(zhì)制造，由8～16個(gè)小氣缸推動(dòng)；3～5個(gè)密封水室也是采用不銹鋼材質(zhì)制造的全封閉式的，無須檢修維護(hù)；每個(gè)密封水室用一個(gè)氣動(dòng)蝶閥控制；同心變徑閥與密封水室的氣動(dòng)蝶閥配合動(dòng)作，有全自動(dòng)和手動(dòng)（電控）兩種控制方式，產(chǎn)品技術(shù)成熟，設(shè)備操作便捷，運(yùn)行安全可靠，維護(hù)簡單，高效節(jié)能。產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)見表1。

圖3 伶俐糖廠2016年3月2日煮乙種（液位48m3）時(shí)的顯示屏

圖4 伶俐糖廠2016年1月24日糖膏液位25m3時(shí)的顯示屏

表1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)（2016/2017年榨季XLC－1200B修定版）

5 小結(jié)

在加大榨量時(shí)，可以通過加大煮糖罐的入汽量和提高冷凝器的調(diào)節(jié)檔位，在保證穩(wěn)定的高真空度的同時(shí)達(dá)到提高煮糖罐的蒸發(fā)強(qiáng)度，縮短煮糖時(shí)間，提高煮糖罐使用效率的目的。例如，可以把甲糖的煮煉時(shí)間從2.5～3h縮短到1.5h左右。同時(shí)在整個(gè)榨季中，能在煮糖過程中在上水溫度23～43℃范圍內(nèi)，始終穩(wěn)定保持0.086～0.090MPa的真空度和54～65℃的糖膏溫度，糖膏對(duì)流好、吸收好，廢蜜純度必然會(huì)降低，煮煉收回率自然會(huì)提高。

TS243.4

B

2095-820X（2016）03-06

2016-03-14