糖粉收集系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

陸克孫

（廣西葉茂機(jī)電自動化有限責(zé)任公司，廣西南寧 530007）

0 引言

糖廠成品砂糖鼓風(fēng)干燥和振動輸送過程中容易揚(yáng)起糖粉粉塵，散落在地面和生產(chǎn)設(shè)備上，附著在墻面和窗戶上，不僅惡化生產(chǎn)環(huán)境，影響生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行，也給食品衛(wèi)生及安全生產(chǎn)帶來了隱患[1]。糖粉顆粒大小不均，且糖粉很容易吸潮粘結(jié)，吸附在設(shè)備和管道表面后難以脫落，因此使用一般干式旋風(fēng)分離器很難直接進(jìn)行分離，在生產(chǎn)中比較難處理。收集后的糖粉一般不作為產(chǎn)品進(jìn)行銷售，而是經(jīng)兌水?dāng)嚢杌厝芎笤僦匦抡舭l(fā)結(jié)晶生產(chǎn)砂糖。

針對上述情況，廣西葉茂機(jī)電自動化有限責(zé)任公司研發(fā)出一種糖粉收集系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用濕法除塵，集合了文氏管除塵和旋風(fēng)水膜除塵雙重保障，能夠高效收集糖廠干燥及包裝車間產(chǎn)生的98%以上的糖粉，在循環(huán)水內(nèi)溶化后以糖水的形式，通過管道直接輸送到回溶機(jī)，減少回溶系統(tǒng)工作量。經(jīng)過多年推廣，已經(jīng)成功地在廣西良圻糖廠、廣西上上糖廠等全國近20 個糖廠使用，效果顯著，得到了客戶的肯定。

從第一代產(chǎn)品到最新的產(chǎn)品，經(jīng)過持續(xù)跟進(jìn)客戶對產(chǎn)品的使用情況，收集客戶使用產(chǎn)品中反饋的問題，結(jié)合設(shè)計制造糖粉收集系統(tǒng)時面臨的問題，持續(xù)對糖粉收集系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使之日臻完善。糖粉收集系統(tǒng)由引風(fēng)機(jī)、旋風(fēng)水膜除塵器、文氏管除塵器、噴淋系統(tǒng)及其他集塵風(fēng)管組成。

圖1 TS1000＊3000 糖粉收集系統(tǒng)

1 旋風(fēng)水膜除塵器

旋風(fēng)水膜除塵器的進(jìn)風(fēng)口在接近罐體下半部分的偏一側(cè)切線方向接入，含塵氣體沿切線方向進(jìn)入除塵器筒體后，粉塵和液滴因離心力作用初步分離，被甩到除塵器內(nèi)壁上，罐體內(nèi)頂部設(shè)有環(huán)形噴淋管不斷的往管壁沖水并散開形成水膜。粉塵和液滴被除塵器從上部沿管壁淋下的水膜所黏附，隨水流至筒體底部經(jīng)排漿口排出[2]。

1.1 旋風(fēng)水膜除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

這種除塵器的缺點(diǎn)是設(shè)備較高[2]。直徑888 mm 的旋風(fēng)水膜除塵器其高度達(dá)到了5 m[2]。有些糖廠要求安裝在廠房內(nèi)靠近除塵點(diǎn)，以減少風(fēng)管的長度，降低管道阻力，節(jié)省投入。早期使用該糖粉收集系統(tǒng)的糖廠，受制于場地，沒有設(shè)計足夠的高度，不能充分分離吸收，導(dǎo)致有部分水霧和粉塵從排風(fēng)口冒出來。

經(jīng)過研究分析后，技術(shù)人員對旋風(fēng)水膜除塵器內(nèi)部進(jìn)行了優(yōu)化，增加了螺旋導(dǎo)風(fēng)片以增加內(nèi)部接觸面積（圖2）。螺旋上升的導(dǎo)風(fēng)片與罐壁留有約20 mm 的間隙，保持罐壁的水膜不被破壞。支撐角鋼在螺旋葉片上下兩面交錯均布焊接，長度與葉片邊緣平齊，加強(qiáng)了螺旋葉片的剛度，同時也形成多個疏水鉤，減少了“二次攜帶”，增加了氣液分離效果[3]。例如直徑1000 mm 的旋風(fēng)水膜除塵器，可增加約2～3 圈、寬300 mm 的螺旋導(dǎo)風(fēng)葉片，其內(nèi)部有效接觸的面積增加了20%～30%（內(nèi)部螺旋葉片為雙面接觸）。原來的糖粉收集系統(tǒng)達(dá)到了更好的除塵和分離效果，新的糖粉收集系統(tǒng)在保證除塵效果的同時結(jié)構(gòu)更為緊湊，方便靈活的布置在廠房內(nèi)。

圖2 旋風(fēng)水膜除塵器內(nèi)部局部視圖

1.2 阻流片設(shè)置

旋風(fēng)水膜除塵器矩形進(jìn)風(fēng)口的設(shè)計風(fēng)速可達(dá)23 m/s，進(jìn)入罐體內(nèi)后強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，帶動罐底糖水跟著快速旋轉(zhuǎn)，形成渦流，中心液位降低可達(dá)100～200 mm，噴淋泵啟動抽吸罐底中心的糖水本身也會形成渦流，兩者疊加，渦流情況更為嚴(yán)重。早期產(chǎn)品沒有充分考慮渦流帶來的影響，并未設(shè)置阻流片?？蛻粼谑褂眠^程中反應(yīng)除塵效果不穩(wěn)定，排風(fēng)口有粉塵現(xiàn)象。經(jīng)過現(xiàn)場蹲點(diǎn)排查，發(fā)現(xiàn)噴淋系統(tǒng)水壓不穩(wěn)定，噴嘴不能連續(xù)穩(wěn)定工作，關(guān)閉環(huán)形噴管支路的閥門后壓力正常，文丘里噴頭工作正常。最后分析確認(rèn)是渦流造成水泵吸空的原因。優(yōu)化解決方案是在罐底部增加阻流片，降低旋風(fēng)引起的糖水的渦流。阻流片其設(shè)計高度略低于正常液位5 cm 左右，避免對旋風(fēng)產(chǎn)生阻流，阻流寬度在2/3 的旋風(fēng)分離器半徑即可產(chǎn)生較好的阻流效果。

1.3 環(huán)形噴管的優(yōu)化

環(huán)形噴管安裝在旋風(fēng)水膜除塵器頂部，用于向罐壁噴水，在罐壁形成水膜。早期環(huán)形噴管設(shè)計簡單，直接在環(huán)管上鉆直徑為4 mm 的圓孔形噴水口，產(chǎn)生高速圓形水柱沖擊管壁。使用中發(fā)現(xiàn)容易引起水滴飛濺，離出口太近被強(qiáng)風(fēng)直接帶出。也有客戶反應(yīng)噴水口容易被異物堵塞，難以清理疏通。有實(shí)驗(yàn)研究表明液滴撞擊壁面產(chǎn)生飛濺與撞擊的速度、角度及液滴直徑有密切關(guān)系[4]。因此將環(huán)形噴管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，噴口部位改成了可拆卸的扁平噴嘴，增大噴口截面積、降低噴水速度，同時將噴嘴水柱與管壁之間的夾角調(diào)整為30°，大大減少了液滴飛濺現(xiàn)象（圖3）。為了能定期清理環(huán)形管內(nèi)截留的雜物，避免噴嘴頻繁堵塞，環(huán)形管上設(shè)置了排渣口。平時設(shè)備工作時排渣口閉合，需要清理排出環(huán)管內(nèi)的雜物的時候，可將排渣口的堵頭打開，把其他支路的閥門關(guān)閉，加大環(huán)形管的水流速，經(jīng)過大流量清水反復(fù)循環(huán)沖洗管道，便可沖出沉積在環(huán)管的雜物，最后再停機(jī)把過濾器內(nèi)的雜物清理干凈。

圖3 環(huán)形噴管局部剖視圖

2 文氏管除塵器

文氏管除塵器內(nèi)部喉管前設(shè)有噴嘴，順著氣流方向噴射大量細(xì)小水滴，管內(nèi)高速流動的帶糖粉氣體與水滴撞擊后糖粉被吸收。糖粉吸收的效率噴嘴的選型是關(guān)鍵。糖粉收集系統(tǒng)采用循環(huán)水噴淋，正常工作時吸收糖粉后噴淋水錘度可達(dá)20%以上，有些糖粉尚未完全溶化，如果噴嘴通道間隙太小則容易引起堵塞。螺旋噴嘴具有暢通的流通通道，最大程度地避免堵塞。應(yīng)用于糖粉除塵的文丘里除塵器應(yīng)優(yōu)選具有廣角的實(shí)心型的螺旋噴嘴，能夠覆蓋更大空間，使糖粉與水滴充分接觸，有利于糖粉的吸收。螺旋噴嘴的接口應(yīng)使用螺紋接口形式，使結(jié)構(gòu)更為緊湊。為降低在風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)阻，連接噴嘴的水管應(yīng)配套使用，大的水管雖然能保證更多的供水量，但是也容易造成更大的風(fēng)阻。文丘里除塵管內(nèi)設(shè)計風(fēng)速可達(dá)到23 m/s，喉管處甚至達(dá)到50 m/s，因此噴頭及連接水管應(yīng)綜合考慮風(fēng)阻問題，進(jìn)行尺寸結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3 噴淋系統(tǒng)

噴淋系統(tǒng)主要由一用一備的水泵及相應(yīng)的控制閥門、管道組成，為旋風(fēng)水膜除塵器環(huán)形噴淋管和文丘里除塵器的噴嘴提供循環(huán)水。早期的噴淋系統(tǒng)設(shè)計較為簡單，沒有水過濾裝置的設(shè)計，在使用中經(jīng)常遇到噴頭被雜物堵塞的情況，雜物多為焊渣、破布、硅膠墊片等。這些雜物多數(shù)是在風(fēng)管檢修安裝時，掉進(jìn)風(fēng)管中清理不了，被風(fēng)管中強(qiáng)風(fēng)吸到了旋風(fēng)水膜除塵器內(nèi)，噴淋系統(tǒng)啟動工作后雜物被吸入水管內(nèi)，造成水泵和噴頭堵塞。為了解決雜物對噴淋系統(tǒng)的堵塞問題，噴淋系統(tǒng)中每個泵的出口增加了特別設(shè)計的具有大過濾面積的過濾器，濾孔直徑小于噴嘴的間隙。過濾器的接口采用了衛(wèi)生級的卡箍連接，不用準(zhǔn)備任何工具就可以完成過濾器的拆解清理，大大方便使用。過濾器還有相應(yīng)的技術(shù)措施監(jiān)控其工作狀態(tài)。一般在過濾器前后增設(shè)壓力表或壓差開關(guān)，對管道壓力檢測，從而判斷過濾器是否堵塞。

4 液位控制優(yōu)化

系統(tǒng)循環(huán)水不斷吸收糖粉后濃度越來越高，需要定期人工更換。達(dá)到更換時間時，操作人員把回送糖水的閥門打開，使液位降低到一定最低液位后，關(guān)閉回送閥門。再打開進(jìn)水閥門對系統(tǒng)補(bǔ)充清水。這一系列操作較為依賴人工。有時操作人員操作不注意，可能會造成放走太多糖水造成泵空的現(xiàn)象，或者加入清水時液位過高，甚至有忘記關(guān)閉進(jìn)水閥門造成旋風(fēng)水膜除塵器內(nèi)被水灌滿的情況發(fā)生。為了更方便合理控制液位和循環(huán)水的濃度，需要優(yōu)化液位的控制和操作方式。但直接使用液位傳感器控制電磁閥開關(guān)的方式并不適合，因?yàn)楣ぷ鲿r罐體內(nèi)強(qiáng)風(fēng)對水體的強(qiáng)烈擾動誤差會比較大，控制不準(zhǔn)確，同時增加了電磁控制閥或氣動閥和相應(yīng)的控制器，成本相對會增加。采用溢流控制的方式則更為簡單實(shí)用，溢流管從旋風(fēng)水膜除塵的循環(huán)水液面底部位置引出，避免從溢流管漏風(fēng)（圖4）。溢流管的出口與正常液位平齊，管口流入敞開的集水槽，一方面便于觀察溢流情況確保溢流正常，另一方面也可以觀察采樣循環(huán)水的錘度。溢流出來的糖水可通過管道自流到回溶罐，或者用一個小罐收集后再通過回流管泵送到回溶罐。進(jìn)水口則保持一定流量的常開狀態(tài)，通過進(jìn)水的流量控制循環(huán)水的濃度，進(jìn)水多則濃度低，進(jìn)水少則濃度高。溢流控制的方式大大降低操作人員的工作量，因操作引起的液位和濃度難以控制的問題也完全解決了。

圖4 液位控制示意

5 結(jié)束語

通過對分系統(tǒng)子部件的優(yōu)化，糖粉收集系統(tǒng)功能越來越完善，使用更加方便和人性化，結(jié)構(gòu)緊湊、現(xiàn)場布置靈活，在糖廠糖粉收集中將得到更廣泛的應(yīng)用。