糖廠水噴射冷凝器的改造

劉清林，王晉平，梁積勛

（廣西吉然科技有限公司，廣西 南寧 530007）

糖廠水噴射冷凝器的改造

劉清林，王晉平，梁積勛

（廣西吉然科技有限公司，廣西 南寧 530007）

文章主要針對糖廠真空系統水噴射冷凝器，抽真空不穩定，影響蒸發罐、煮糖罐真空的現狀，而介紹了一種對水噴射冷凝器改造的方法，對水噴射冷凝器原理、特點進行說明，并做出具體的使用方法及方案。

水噴射冷凝器改造；過濾器；霧化噴嘴

1 概述

真空冷凝器是糖廠煮糖和蒸發工段獲得真空，降低糖汁沸點的關鍵設備，一個合適而且穩定的真空對于糖廠來說是非常重要的。目前在糖廠廣泛應用的真空冷凝設備主要有幾種：濕式真空系統（即水噴射冷凝器）、干式真空系統（即逆流接觸式冷凝器＋真空泵）、高效噴射霧化式冷凝器等。

濕式真空系統（即水噴射冷凝器），是一臺設備同時具有冷凝和抽氣作用。水噴射冷凝器的優點是：設備結構比較簡單、制造容易、操作起來方便，維護容易。缺點是：耗水量較大，在供水量不足或天氣較熱水溫較高時，其冷凝效果顯著下降，真空度偏低且不穩定，調節困難，同時因水噴淋冷凝器要求入水壓力高（冷凝器進口入水壓力約0.2MPa），所以要求供水泵功率相對較大，系統的耗電量較高。蒸發與煮糖真空系統真空度偏低，對糖廠的生產能力和收回率有不良的影響。但現在國內大多數中、小型甘蔗糖廠都還使用這種水噴射冷凝器，這種冷凝器操作管理較方便，但總用水量大很多。

干式真空系統（即逆流接觸式冷凝器＋真空泵），它的原理是使用逆流接觸式冷凝器將水蒸氣冷凝，即冷水從冷凝器筒身頂部形成水簾狀均勻流下，蒸汽從冷凝筒身底部進入冷凝器，水和蒸汽通過逆流式接觸，冷水把蒸汽迅速冷凝，并形成真空，剩下的不凝縮氣體用真空泵從頂部通過汽水分離器抽出排除。我國有大部分糖廠早期都使用這種系統，特別在比較缺水的干旱地區的糖廠的真空冷凝設備主要是使用這種干式真空系統。其優點是：用水量較少，效率較高；缺點是：每個冷凝真空系統配置一臺真空泵所消耗的電能及發出的噪音對于現代糖廠來說不符合節能及環保的要求，而且它的設備結構比較復雜，操作和維修比較繁鎖并且維護費用較高。

高效噴射霧化式冷凝器，結合了濕式真空系統和干式真空系統的優點而又區別于兩者，最大的創新特點是在具有噴射抽吸功能的基礎上增加具有霧化冷凝效果的噴霧噴嘴，大大提高了設備的冷凝效率。高效噴射霧化式冷凝器設計有噴霧噴嘴和噴射噴嘴，噴霧噴嘴通過噴出具有很大表面積的霧化水滴充分與汁汽混合進行熱交換，汽液混合均勻，使可凝性氣體迅速凝結成水而形成真空。剩下的不冷凝氣體通過噴射噴嘴射出的射流水抽吸而排出尾管，從而達到穩定高真空的目的，而且由于殘留的不凝縮氣體較少，需要對其所做的壓縮功較小，所以水壓和水溫對真空的影響較小。噴射霧化式冷凝器屬于近幾年來新開發的一種新型產品，是一種理想而又高效節能的冷凝設備，正逐步取代干式真空系統和濕式真空系統冷凝器。

以上三種冷凝器中，目前使用最多的是高效噴射霧化式冷凝器，但還有很多老廠仍然在使用水噴射冷凝器，由于環保要求越來越嚴格，糖廠冷卻水含糖分高必須經過處理后外排，這樣勢必增加末端水處理的壓力。因此為了減少末端水處理的成本，冷凝水只能循環使用，導致用于冷凝的水溫越來越高。根據汁汽冷凝所需冷卻水與其進水溫度的關系，進水溫度越高，用水量越大，這樣在現有的水噴射冷凝器條件下，糖廠原先設計的進水壓力已不能滿足正常煮糖生產所需要的真空，所以近幾年來，很多使用水噴射冷凝器的糖廠都面臨煮糖真空度不夠的問題。

真空度的合適及穩定，是維持糖廠蒸發及煮糖工段正常生產的必要條件。因此，糖廠的真空冷凝系統在當前普遍用于冷凝的水溫度較高的情況下，怎樣獲得穩定及合適的真空度，是制糖企業生產管理者必須面對的問題。更重要的是在目前經濟條件下，很多糖廠出現了生產成本較高的情況下，如何用較低的費用來提高現行冷凝器的工作效率，是一個很現實的問題。

2 改變現有真空冷凝效率方案的選擇

方案一：增加循環水冷卻設備及水池，盡可能把冷卻水溫度降低至36℃以下，該方案保證了原有水噴射冷凝器的冷凝效率，同時也保證了制糖生產所需要的真空。但投資費用大，占地面積多，維修復雜。

方案二：在現有供水系統條件下，加大水壓，增加流量，盡可能多地抽走蒸發的汁汽。該方案投資費用少，但真空受水壓波動的影響很大，一旦有煮糖罐開煮或放糖時，水壓就會發生波動而影響到其它煮糖罐的正常真空。同時威脅到整個供水系統以及冷凝器的安全，這是目前大多數使用水噴射冷凝器的糖廠采用的措施。

方案三：更換冷凝器，有三種方式：一種是更換為冷凝量更大的水噴射冷凝器，利用增大水量來達到冷凝效果，此方式用水量大，需增加冷卻水泵，投資費用大；第二種是更換為塔式冷凝器配置真空泵，該方式可以達到節約冷卻水的目的，但是投資費用大，維修困難，耗用電能；最后一種是更換為高效噴射霧化式冷凝器，屬于第三代高效冷凝器，冷凝效率高，既節約冷卻水，又穩定和提高煮糖的真空度，該方式是糖廠今后更換冷凝器的最終選擇。

方案四：改造現有的TDP水噴射式冷凝器，該方式的優點在于在現有的水噴射冷凝器還能使用的情況下，充分利用原來的供水和冷凝系統進行改造，來達到在不增加水量的情況下提高水噴射冷凝器效率，提高和穩定煮糖的真空度。投資費用低，而且經濟又實用，是現階段經濟特別緊張的情況下最好的一種選擇。

3 水噴射冷凝器具體的改造方案

根據我公司噴射霧化式冷凝器設計的經驗，主要是利用現有的TDP型水噴射冷凝器進行設計改造，設計制造成“分體TDP型霧噴式冷凝器”，見圖1所示。該冷凝器的改造吸收了噴射霧化式冷凝器的優點，又利用原有的設備，降低成本，避免浪費。

3.1 增加噴霧設計

在TDP水噴射冷凝器的基礎上增加噴霧設計。噴霧噴嘴安裝于連接到TDP水噴射冷凝器的汁汽管內，原有的水噴射冷凝器噴射噴嘴不變。噴霧噴嘴位置在噴射噴嘴之前，汁汽先被大部分霧化水冷凝后，剩下的少量汁汽和不冷凝氣體由原有的冷凝器噴嘴射出的射流水抽走，其排氣原理與常規TDP型水噴射冷凝器相同，但由于霧化吸收大部分汁汽后殘留的不凝縮氣體較少，減少了對其所做的壓縮功，因此使用的水量較少，對水壓的要求也不高（0.06～0.10MPa），所以真空受水壓和水量波動的影響也相對較小。大大提高了冷凝器的工作效率。

3.2 增加一套在線水過濾排渣系統

由于傳統水噴射冷凝器沒有排渣功能，造成噴嘴容易堵塞，清理困難，同時也增加了工人的勞動強度。為此我們在原有水噴射冷凝器系統的基礎上增加一套在線水過濾排渣系統，該系統安裝在器體外側，更易于操作。水先經過濾網過濾，再分別通過噴射進水管和噴霧進水管，然后進入噴嘴，避免水質不好造成噴嘴堵塞，其中通過噴霧噴嘴的水量可通過調節水閥調節，打開控制手輪可在線自動清除濾渣。增加一根連接水過濾排渣系統和冷凝器本體的清洗管，便于把雜質從過濾器排除。

3.3 加裝真空和閥位信號反饋控制系統

在控制調節方面，水噴淋式冷凝器也可以加裝真空及閥位信號反饋控制系統，通過真空信號反饋調節進水壓力，根據真空的需要控制進水的流量，達到節水節能的目的。

圖1 分體TDP型霧噴式冷凝器結構圖

4 改造后的水噴射冷凝器效果和特點

第一，可直接在原有的TDP型冷凝器上改裝，改裝后占地少，安裝、維修容易。

第二，原有的供水系統不用改變，只增加噴霧噴嘴的入水管道及閥門。

第三，為了防止噴嘴堵塞，在管道上加裝過濾排渣系統，使用時可打開排渣閥門，不用停機。

第四，增加的噴霧噴嘴為塑料王材料耐高溫、耐腐蝕。

第五，入水壓力低≤0.10MPa；真空度穩定在0.082～0.092MPa。

第六，適應較高溫度進水；當水溫≤42℃時，真空度仍可保持-0.082MPa以上。因此減少因溫度原因的冷水補充量，提高水的復用率，降低環保排污費。

第七，抽真空時間短，冷罐時30分鐘左右；熱罐時4～6分鐘。

第八，改造投資和維護費用低。

5 改造水噴射冷凝器應注意的問題

一是根據改造后的水噴射冷凝器的特點，原冷凝器安裝面必須在高于10.5米的平面上；二是為了防止返水到罐內，噴霧噴嘴安裝的位置的必須低于煮糖罐真空管的出口位置；三是噴霧噴嘴的入水閥門，不能大開大關，閥門開度要根據現場使用情況調節大小；四是增加噴霧噴嘴后，為了更節約用水，可把部分噴射噴嘴均勻堵上。

6 結論

我公司早在近年來就預見了問題的發展，并結合我公司開發出來的高效噴射霧化式冷凝器技術在廣西南華糖業集團的一些廠家對現有的水噴射冷凝器進行改造，提高了現有水噴射冷凝器的冷凝效率，穩定和提高了煮糖的真空度。由于改造費用低，效果明顯，所以獲得了很多糖業界人士的認可，在廣西南華糖業集團南圩糖廠、鳳糖集團和睦糖廠已成功改造多臺水噴射冷凝器。

綜上所述，更換噴射霧化式冷凝器是糖廠冷凝器更新換代的最終選擇，而改造現有的水噴射冷凝器是充分利用原有設備并發揮其潛力和效果的最佳選擇。在目前制糖公司資金普遍緊張的條件之下，這是改變現有冷凝系統的最好投資。

［1］ 霍漢鎮編著.制糖工藝與裝備的新概念與新實踐，2002.

［2］ 沈參秋，李天義編著.甘蔗制糖原理與技術糖汁蒸發與加熱，2000.

［3］ 葉智偉，周洪祥，梁積勛.真空冷凝系統新設備——噴射霧化式冷凝器的應用.輕工科技，2007，23（3）：7-8.

TS243.3

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2095-820X（2016）03-03

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