一種新型的XLC冷凝器在糖廠的應用

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

（1.廣西工業職業技術學院，廣西 南寧 530007；2.南寧糖業股份有限公司伶俐糖廠；3.廣西南寧東糖新凱糖業有限公司；4.廣西綠地球能源科技有限公司；5.南寧市馬士特糖機設備制造有限公司）

一種新型的XLC冷凝器在糖廠的應用

謝連城1，唐運周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.廣西工業職業技術學院，廣西 南寧 530007；2.南寧糖業股份有限公司伶俐糖廠；3.廣西南寧東糖新凱糖業有限公司；4.廣西綠地球能源科技有限公司；5.南寧市馬士特糖機設備制造有限公司）

新型冷凝器；應用

1 糖廠使用的真空設備

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

此二種真空設備的性能如下。

1.1 “冷凝器+真空泵系統”

這是國內外至今仍在很多糖廠使用的傳統的真空冷凝設備，其由一臺淋灑式冷凝器與一臺真空泵組成，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（包括不凝結氣體）的作用。其優點是：真空度較高，在所有的真空冷凝系統中，用水量是最少的。其缺點是：第一，價格較貴。一套真空系統包括一臺淋灑式冷凝器和一臺真空泵，其市場價格是其它類型冷凝器的3倍左右；第二，維修費用大。榨季中真空泵全天運轉，容易損壞，粗略估算，真空泵在使用三年后的維修費用約為每年每臺一萬元；第三，耗電多。一臺淋灑式冷凝器的供水和一臺真空泵的總耗電要比一臺高效噴霧冷凝器的耗電多；第四，電機、真空泵運轉振動噪音大，污染環境，不符合工廠環保的要求。隨著糖業技術的發展，國內無論是新建廠還是老廠技改都已經不選用這種設備，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年榨季引進由印度SEDL公司制造的高效噴射霧化式冷凝器后，經過國內多家糖廠使用，該種冷凝器在水量充足水溫不是很高的條件下能達到較高的真空度，而其價格又要比真空泵系統低得多，且其結構也較簡單，無任何機械運轉部件，操作、調節、維護也簡便，生產期不用專人管理；能耗比真空泵系統低。相對于當時還在使用的TDP水噴射冷凝器和真空泵系統這兩種傳統的冷凝設備而言，印度噴射霧化式冷凝器是有其優越性的。但經過十多年的使用，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定的生產條件下，大部份此類高效冷凝器的真空度還是比較高的，但當天氣轉暖，進水溫度升高到30℃時，就會發現此類印度式的高效冷凝器的真空度會開始降低，水溫越高，真空度越低，當水溫達到32～36℃時，真空度就會降低至0.084～0.086MPa；當水溫達到37℃及以上時，真空度就會嚴重降低至0.080～0.082MPa甚至低于0.080MPa。

還有，當水壓嚴重偏低時，如某廠今年整個榨季水壓只有0.01～0.07MPa，大部份時間都在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℃時真空度也只有0.084MPa，高水溫時更是只有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工耗資，而且會形成長期大馬拉小車的低效狀況。

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

這就是目前國內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計缺陷所導致。

目前國內糖廠使用的各種高效水噴射冷凝器設計的喉部直徑都是固定的，噴嘴也是固定常開（或常閉）式的。生產期間冷凝器的喉部直徑無法調整，常開（或常閉）式的噴嘴的開閉也不能調整（如要調整只能停機堵塞噴嘴或打開噴嘴）。生產廠家所設計此類高效水噴射冷凝器各部位的尺寸都是根據其選定的技術參數通過計算確定的。例如Φ1200印度高效冷凝器設計的最高水溫就是35℃，冷凝的蒸氣量是21t/h。在穩定的生產條件下，在其設計技術條件范圍內（主要是蒸氣處理量和進水溫度、進水壓力）真空度是有保證的。但如生產條件發生變化，工況技術條件超出了其設計技術條件范圍，就無法保證冷凝器能達到設計的真空度。當需要冷凝的蒸氣量增加（如縮短煮糖時間）或進水溫度超過35℃時，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造成喉部和尾管排水不暢導致冷凝器真空度的迅速降低，嚴重的還會導致冷凝水倒流進煮糖罐的生產事故。這是目前國內外糖廠使用的各種高效水噴射冷凝器由于設計缺陷所帶來的弊端，也是長期以來歐美發達國家的糖廠不使用此種高效水噴射冷凝器的原因。

2 XLC型冷凝器的優點

該型號冷疑器就是針對目前國內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計的，與這些冷凝器相比，具有以下的特點。

第一，設計射水筒內分隔成3～5個設置有一定數量的噴射嘴和噴霧嘴的密封水室，每個密封水室的進水管均由一個氣動碟閥控制。

第二，設計喉部裝置有一個由8～16個氣缸推動的射流通道直徑可調的多層同心變徑閥；同心變徑閥可進行3～5檔變徑調節。

第三，通過自動調控上水管設置的自控碟閥的開度和密封水室的氣動碟閥使水壓穩定在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而使容器內物料溫度控制在54～65℃內。

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點。

3.1 節水

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

新凱、伶俐糖廠的冷凝器進水管均沒有安裝流量計，那么如何體現本專利產品的節水效果呢？我們是根據各種冷凝器實際使用的噴嘴（包括噴射嘴和噴霧嘴）的總截面積來比較其用水量的。根據流體力學原理，在相同的工況條件下(進水溫度、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。本專利產品進水量設計為4個檔位，具體為：

1#檔設計的噴嘴（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%，理論推算節水率為31.8～42.2%。

2#檔設計少13.8～27%；理論推算節水率為13.8～27%。

3#檔設計少11.8～多4.5%，理論推算節水率為11.8～多用水率4.5%。

4#檔設計多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℃時可以使用1檔。

水溫在32~34℃時可以使用2檔。

水溫在35~37℃時可以使用3檔。

水溫在38~40℃時可以使用4檔。

都可以穩定保持0.086~0.090 MPa的真空度和54~65℃的糖膏溫度且糖膏對流良好。現場顯示屏照片，見圖1、圖2。

圖1 新凱糖業2016年3月4日煮甲糖（糖膏液位35m3）時的顯示屏

圖2 新凱糖業2016年3月13日煮甲糖（糖膏液位55m3）時的顯示屏

根據本榨季新凱糖廠當班師傅發來的59天106罐糖的201張現場顯示屏照片記錄統計。

實際使用的檔位為：

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%。

以實際使用的檔位計算，節水率為14.6%。

如果以天數計算，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。

以水溫為依據調控檔位，理論計算節水率可達28.1%。

3.2 處理能力大

由于部分采用可調噴嘴和喉部裝置有可進行3～4檔變徑調節的同心變徑閥，因而可提高處理能力約33～50%，其調節幅度高達218%。以用于55m3煮糖罐的XLC－1200型冷凝器為例，其處理能力調節范圍接近與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，真空度高且穩定

由于該型號設備的處理能力大，3~4檔調節幅度大，操作靈活方便，因此在生產中隨時可以根據糖膏液面、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需要在0.086~0.090 MPa范圍內任意實行自動或手動調節，糖膏溫度亦能根據需要在54~65℃范圍內任意調節且糖膏對流良好，因而能保證整個榨季不管氣溫和冷凝器水溫、水壓如何變化都能穩定保持0.086~0.090 MPa的真空度和54~65℃的糖膏溫度且糖膏對流良好。

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

以下是新凱糖廠的統計數據。

根據1#罐當班師傅發來的59天106罐甲糖的201張照片記錄統計，平均真空度為0.0885MPa。

根據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》的統計數據：

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。根據以上統計數據，新型XLC—1200B型冷凝器在節水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）整個榨季都能保持高真空度，當班師傅發來的全榨季434張照片顯示0.088~0.093MPa的真空度達410次占94.5%，全榨季的平均真空度為0.0895MPa也高于新凱糖廠，可見該型號設備用于甲乙糖都有較好的效果。而且434張照片統計顯示，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導致過低的糖膏溫度，顯然于煮糖不利。該型號設備可以通過降檔操作來適當降低真空度，使之保持最適宜的真空度，既有利于煮糖又能節水。現場顯示屏照片，見圖3、圖4。

4 該型號設備的性能及設計技術指標

該冷凝器是在目前國內糖廠廣泛使用的高效水噴射冷凝器成熟技術的基礎上加以創新發展而成，是傳統高效水噴射冷凝器的升級換代產品，其核心部件多層同心變徑閥是采用不銹鋼材質制造，由8～16個小氣缸推動；3～5個密封水室也是采用不銹鋼材質制造的全封閉式的，無須檢修維護；每個密封水室用一個氣動蝶閥控制；同心變徑閥與密封水室的氣動蝶閥配合動作，有全自動和手動（電控）兩種控制方式，產品技術成熟，設備操作便捷，運行安全可靠，維護簡單，高效節能。產品設計技術指標見表1。

圖3 伶俐糖廠2016年3月2日煮乙種（液位48m3）時的顯示屏

圖4 伶俐糖廠2016年1月24日糖膏液位25m3時的顯示屏

表1 產品設計技術指標（2016/2017年榨季XLC－1200B修定版）

5 小結

在加大榨量時，可以通過加大煮糖罐的入汽量和提高冷凝器的調節檔位，在保證穩定的高真空度的同時達到提高煮糖罐的蒸發強度，縮短煮糖時間，提高煮糖罐使用效率的目的。例如，可以把甲糖的煮煉時間從2.5～3h縮短到1.5h左右。同時在整個榨季中，能在煮糖過程中在上水溫度23～43℃范圍內，始終穩定保持0.086～0.090MPa的真空度和54～65℃的糖膏溫度，糖膏對流好、吸收好，廢蜜純度必然會降低，煮煉收回率自然會提高。

TS243.4

B

2095-820X（2016）03-06

2016-03-14