自動控制技術在糖廠蒸發系統中的應用

耿亞飛

摘 要：糖廠蒸發工序在糖廠生產中占重要的地位，一方面承接著為煮糖、加熱等工序設備提供加熱蒸汽的功能，另一方面負責將清凈后的糖汁加熱蒸發除去大量水份濃縮成合適濃度的糖漿供后續煮糖工序使用。我們通過深入研究，找出影響蒸發效果的主要關鍵控制點，提出了與以往自控系統不同的控制理念，即通過控制進入蒸發系統的蒸汽量來改變蒸發強度，從而改變蒸發水份量，使糖漿濃度保證在規定要求工藝值內，更能簡單實用地適應糖廠的蒸發系統控制要求。

關鍵詞：制糖;蒸發系統;自動控制

蒸發一個最重要指標是經蒸發后的糖漿濃度，從蒸發出去的糖漿必須保證濃度穩定，以適應后續煮糖需要。糖漿太稀，增加耗汽量和煮糖時間，影響質量;太濃，煮糖不易操作，且可能在管路、儲箱等結晶造成堵塞。因此，蒸發過程最重要的任務就是提供合適濃度的糖漿。以往蒸發濃縮過程主要靠崗位工憑經驗和化驗室間隔提供的化驗單進行控制，著重于蒸發罐液面和過汁閥的操作，糖漿濃度低達不到要求就關小入汁閥，減少進入蒸發罐的糖汁量，提高糖漿濃度;糖漿濃度過濃則開大入汁閥增加入汁量，或者加入熱水到蒸發罐，達到降低糖漿濃度的目的。崗位工工作強度頻度都很大，人工控制誤差較大容易造成糖漿濃度不穩定，對生產的均衡性造成嚴重影響，甚至造成糖汁積壓生產暫停或因等料造成糖漿質量惡化等不良后果。所以我們通過采用簡單實用的自動控制技術，保證正常生產條件下糖漿濃度穩定在工藝規定值范圍，簡化人工操作強度、頻度，達到增效目的。

1.自動控制技術在制糖蒸發領域中應用的問題

糖廠在生產過程中為了保證整個生產的均衡正常進行，要求蒸發系統能穩定地及時處理清凈后的糖汁量，并保證糖漿濃度控制在規定工藝值范圍內。以往蒸發操作或控制方式為了保證糖漿濃度，主要采用增減入汁量的方法進行控制，入料不均勻，容易造成生產波動大，破壞了生產的均衡性，甚至產生頂籠、煮水待料等不正常生產情況。還有些糖廠采用摸擬人工操作的方式，系統復雜，投資大，操作人員也減不下來，達不到自動控制的效果。

2.自動控制工藝說明

本自控工藝方案摒棄了傳統的主要靠增減進入蒸發系統糖汁量來保證糖漿濃度的不合理控制模式。在穩定均衡處理糖汁量、安全穩定均衡生產的前提下，通過控制蒸發系統的蒸發強度來保證和穩定糖漿濃度達到規定工藝要求值。蒸發強度越大，蒸發糖汁水份出去越多，糖漿越濃，反之亦然。

糖廠正常均衡生產情況下，蒸發入糖汁量基本穩定情況下，主要通過增減進入蒸發系統加熱蒸汽量來改變蒸發強度保持糖漿濃度在規定范圍內，如糖漿濃度不夠，則增加進入蒸發的蒸汽量，提高蒸發強度，更多地蒸發糖汁中的水份，糖漿濃度提高，糖漿濃度過濃，則減少進入蒸發的補充生汽量，降低蒸發強度，減少蒸發糖汁中水份，糖漿濃度降低。通過動態調節蒸發強度，維持糖漿濃度保持在規定工藝要求設定值范圍，從而實現本自控系統工藝方案目的。

我們認為糖廠蒸發過程中，影響蒸發效能進而影響糖漿濃度的因素除蒸發罐自身在蒸發過程中生成的積垢影響傳熱效率外，還有入料、末效真空度、加熱蒸汽量（蒸汽壓力）、汽凝水排水、煮糖及加熱抽用汽量等。例如：XXX糖廠為生產紅糖的糖廠，在抽用汽方面與正常生產白砂糖糖廠有所區別，即煮糖主要采用減溫減壓或乏汽做為加熱蒸汽，蒸發汁汽只用于糖汁加熱，因此蒸發降溫桶不需要補充生汽即可滿足蒸發用汽，而且經常是乏汽過多被迫放空，因此在糖廠正常生產情況下，蒸發罐通過輪洗通罐清垢可以保證加熱面的蒸發效率，進入蒸發的糖汁量和濃度在一定階段時間內相對是穩定的，冷凝器正常工作時真空度也相對穩定，汽凝水排除也是順暢的，加熱器抽用汽也是基本上相對穩定的，但煮糖過程特別是開停煮糖罐乏汽使用變動較大、分蜜開停篩等情況時用電負荷變動大使汽輪機產生乏汽量波動大，這兩個波動將導致進入蒸發系統乏汽量變化，從而到蒸發系統的蒸發強度，影響到糖漿濃度。

由于從糖汁入罐到蒸發成糖漿過程要經過一定時間，通過測定蒸發系統的糖漿來調節入罐蒸汽量存在一定滯后性，因此方案采用的引入兩個控制點， 即通過測定糖漿濃度和蒸發入罐乏汽量這兩個波動大影響大的參數，進而反饋控制乏汽放空量來實時調節入罐乏汽量，維持蒸發系統蒸發強度，保持糖漿濃度的穩定。

3.自動控制邏輯說明

通過測定儀器連續監測蒸發系統的糖漿濃度、入罐乏汽流量2個測定值，將波動值轉換成電信號反饋給控制系統主機，控制主機與正常值進行數據對比后，發出調節電信號給執行器對降溫桶乏汽放空閥進行調節。比如檢測到入罐乏汽量減少（如煮糖開煮），測定儀表反饋相應的電信號值給控制系統中心，經控制系統中心處理后向執行單元發出控制信號，執行器關小降溫桶放空電動調節閥開度，增加入罐加熱乏汽量，提高蒸發強度，使糖漿濃度保持在規定范圍內;反之，檢測到入罐乏汽量增加，測定儀表反饋相應的電信號值給控制系統中心，經控制系統中心處理后向執行單元發出控制信號，執行器開大降溫桶放空電動調節閥，減少入罐加熱乏汽量，降低蒸發強度，進而使糖漿濃度依然保持在規定范圍。

同理，當檢測到糖漿過濃反饋信號時，增大放空閥開度從而減少入罐乏汽量;當檢測到糖漿過稀反饋信號時，減少放空閥開度從而增加入罐乏汽量。也就是通過檢測影響蒸發強度的兩個主要波動反饋，進而做出相應控制從而維持蒸發系統出來的糖漿濃度的相對穩定。

4.總結

隨著時代的發展，糖企蒸發系統普遍采用自動化控制，崗位操作工必將越來越少，此控制方法控制機理清晰，控制點較少、簡單實用、需配備儀器儀表器件少，具有投資少、應用效果好、簡單可靠性強等優勢，有良好的應用前景，必將能為國內糖業自動化技術水平發展起到一定的推動作用。

參考文獻：

[1] 張國棟 ， 閔亞光? . 從圭亞那糖廠項目的自控設計談中國制糖工業的自動化改造. 甘蔗糖業 ，2006（05）：27-32.

[2] 劉朝軍 . 制糖工藝技術指標及工業自動化技術分析 [J]. 大科技，2014.

[3] 羅曼青 . 制糖工藝指標及工業自動化技術分析 [J]. 中外食品工業：下，2014.

（南京飛鴻自動化系統有限公司;江蘇省南京市210032）