甘蔗糖廠壓榨除土除雜機系統技術改進探索研究

邱振勇，張小磊，傅其軍*，林福俊

(1南寧糖業股份有限公司，廣西南寧530022；2廣西農村投資集團有限公司，廣西南寧530023)

0 前言

甘蔗收獲機械化是廣西甘蔗產業發展必由之路[1]，隨著甘蔗機械化砍收方式的推廣，為適應機械化砍收甘蔗夾雜物高的情況，糖廠一般對機收甘蔗進行預先除雜處理，盡量除去泥沙、蔗葉等雜物，再進行壓榨[2]。目前國內外糖廠除雜的方式包括濕法除雜和干法除雜[3]，國內甘蔗糖廠主要采用干法除雜。在干法除雜中，除雜裝置有篩網式、齒片式等。國內現有的甘蔗除雜系統種類較為繁雜，不少糖廠存在著設備選用、結構以及系統流程設計不合理等缺陷，使用時設備安裝維護困難，整體除雜效果不佳。目前常用的國內甘蔗除雜系統不能完全適應廣西蔗區黏土較多[4]的情況，易堵塞除土輥，除土效率較低，甘蔗帶泥沙多，碎蔗掉落多，影響喂蔗。

南寧糖業股份有限公司明陽糖廠是一家亞硫酸法糖廠，原來的除雜方式為齒片式除雜。2019/20年榨季，為了實現增強企業綜合效益的目標，該廠針對壓榨除土除雜機系統存在的除土齒片大量脫焊、松動、磨損，漏甘蔗較多，設備故障率高，易夾泥積泥導致停機等問題進行了技術改進探索研究，實施了“甘蔗糖廠壓榨除土除雜機系統技術改造”項目。項目完成后，在榨季生產中順利投入使用，達到設計要求，效果良好，經濟和社會效益顯著。

1 項目實施的背景及問題分析

南寧糖業股份有限公司明陽糖廠壓榨車間有 3套甘蔗自卸系統(2015年 1 #甘蔗自卸系統投用，2016年2 #、3 #甘蔗自卸系統投用)，每套系統配有輥式除土系統。該系統的工作流程如下：甘蔗卸車后，經第一鏈板式輸送機輸送至理平機理平，掉入齒片式除土除雜機，經除雜后的甘蔗輸送至第二鏈板式輸送機，送去后續工序；泥土、雜物等被除土除雜機除去，掉入除雜機下方的除土輸送膠帶，送去高位貯存斗，用斗車拉走處理；在除土輸送膠帶頭安裝振篩對漏蔗進行回收。

該除土系統為參照甜菜糖廠設計，對北方沙土的除去效果較好，但廣西蔗區黏土較多，除土輥齒片間隙過小，齒高過高，易積泥。該廠除土輥齒片為8 mm厚鋼板，齒側間隙4 mm，齒高60 mm，極易夾雜黏土、小石塊、甘蔗、麻繩等易塞在齒片內(圖1)，造成齒片頂死導致電機過流跳閘頻繁。2016/17年榨季該廠蔗區尚有部分甘蔗為人工裝車，甘蔗帶泥較少，加上雨水較少，問題不突出；但 2017/18年榨季開始普及機械裝車后，甘蔗帶泥較多，加上雨天較多，除土除雜機跳閘頻繁，影響均衡榨蔗。該廠研究后購買高壓水槍沖洗除土輥，濕潤除土輥的積泥處理，并加大對甘蔗帶泥的管理力度，以緩解除土除雜系統不足帶來的問題。

圖1 現有除土輥齒片積泥夾雜情況

該除土輥不適應廣西蔗區黏土的除雜，給糖廠的生產帶來了一系列問題，主要表現在：

(1)除土效率較低，甘蔗帶泥沙多。除土輥積泥后易造成電機過流跳閘，影響喂蔗，影響均衡生產，嚴重時需邊沖水，電機1天跳閘七八次，耗時20多分鐘才能過1車蔗。同時因除泥效果差，大量的泥砂進入設備，造成蔗刀機刀片磨損嚴重，換新刀約10天左右便出現刀片磨損、甘蔗打滑、堵塞、過蔗不順，被迫經常“開倒車”，嚴重影響均衡生產和安全。因甘蔗含泥砂較多，有時壓榨初壓汁呈現泥汁狀，純度低至72%～80%(正常為87%左右)，給后續工序帶來較大影響。泥沙隨蔗渣進入鍋爐，堆積在爐排上，影響鍋爐效率。

(2)除土除雜機故障頻繁，維修成本高：

①減速機損壞頻繁：2017/18年榨季維修 8臺次，2018/19年榨季開榨維修17臺次；維修后的減速機使用壽命1個星期到1個半月不等，設備安全隱患較大。現有擺線針輪減速機不適用于沖擊負荷的工況，而更換一臺減速機須停機1個小時左右，直接影響二線安全率和一線的榨蔗均衡率。

②除土輥齒片變形、脫焊：由于除土輥齒片(材質：Q235-A)原厚度為8 mm，大部分磨損變形、變薄，最薄處僅為2 mm，夾雜雜物后受到軸向力反復擠壓，其焊接處機械疲勞嚴重，齒片變形嚴重時互相撞擊松脫。2019年2月份發現2 #甘蔗自卸系統的除土除雜機有除土輥齒片松脫(圖2)，不久后亦發現3#甘蔗自卸系統的除土除雜機有此類情況。齒片松脫后很快就會連鎖造成相鄰的齒片碰撞松脫，或者夾雜甘蔗受力過大松脫，除土輥齒片大量脫落后漏蔗嚴重。

圖2 2 #甘蔗自卸系統除土輥大量齒片脫落、變形

③軸承座為盲孔固定設計，螺栓易松動，無法緊固。投入使用后約有一半的軸承座松動，經班組用斜墊鐵墊緊燒焊加固后有所改善，但仍有幾個軸承座松動無法解決，存在一定的設備隱患。

④軸承損壞。由于除土輥夾雜物導致載荷過大，2019年1月份洗機時更換3個軸承，停榨后又發現有軸承損壞。

(3)碎蔗掉落多：由于齒片的大量脫落，導致2 #、3 #翻板機除土除雜機漏蔗較多，2017/18年榨季據管理部不完全統計，外運除雜物超過 4000 t，其中超過一半是短甘蔗。2019年檢修期在除土輸送膠帶頭安裝振篩對漏蔗進行回收，但除土除雜機齒片大量松脫后，產生大量的漏蔗，清理工作量異常艱巨，嚴重時影響除土膠帶運行須停機處理。

(4)維修成本高：如不進行除土除雜機改造，則須進行大修，預計維修費用共約 75.6萬元(詳見表1)。但維修后的效果預計最多能維持1～2個榨季，而由于設計缺陷而引起的除土輥夾泥、過流、漏蔗多等故障現象仍無法解決，還會頻繁發生。

由此可見，除土系統缺陷已是到了非常嚴重、必須解決的地步。并且由于實施“三化”改造后，各崗位工減員幅度大，蔗帶工段負責3套甘蔗自卸系統、一、二線蔗帶設備操作、維護外，還負責一、二線榨機、中間耙、泵甫等車間內所有設備的監控、操作。只有3位崗位工負責設備巡檢，維護工作量較大，疲于應對除土除雜機故障頻繁發生，其它設備巡檢無暇顧及，非常不利于設備管理。

由于原設計存在不足及使用年限長(3個榨季)，設備磨損嚴重，頻繁過流、損壞，輪齒損耗，漏蔗較多。為了更好地適應廣西蔗區甘蔗的情況，計劃對原有除土除雜機實施技術改造，以期降低除土除雜機故障率，提高榨季運行安全率，保證甘蔗落蔗持續均衡，穩定提升壓榨平均抽出率，減少糖份損失，提高收回，節能降耗，確保生產安全、連續、均衡，提高生產安全率，為企業創造更大利益。

2 糖廠壓榨除土除雜機系統技術改造項目實施情況

2.1 技術改造項目措施

為了有效解決壓榨除土除雜機系統存在的問題，明陽糖廠結合該廠實際情況，投資180萬元，在壓榨車間實施了“甘蔗糖廠壓榨除土除雜機系統技術改造”項目，技改方案采取了以下措施：

(1)拆除原2 #、3 #甘蔗自卸系統除土除雜機的除土輥、減速機、電機、減速機座、軸承座及旁板；

(2)由原來 16條輥/座改為 18條輥/座，除土齒片外徑由φ370 mm改為φ299 mm。加工36條全新除土輥，用φ299 mm厚壁鋼管直接車銑齒形，齒頂燒焊約2 mm厚TD928耐磨材料；

(3)設計加工一批新軸承座(76套)；

(4)利用該廠原有 15 KW 電機選型購買新減速機，配套設計安裝減速機基座，使用舊聯軸器，配套設計安裝除土輥軸承座；

(5)使用該廠原有電柜及控制系統 (不滿足要求進行小改動)。整改2 #、3 #系統電纜及橋架走向；

(6)將原理平機移裝至一級輸蔗機前改做拋散機，配套設計安裝拋散機基座、傳動機構(電氣用原有材料移裝)；

(7)平臺、欄桿、防護罩等配套設計安裝。

2.2 預期改進效果

通過實施上述改進方案，預期解決原來壓榨除土除雜機系統除雜效率低、效果不佳的問題，降低除土機故障率，提高榨季運行安全率及均衡率，促進壓榨平均抽出率穩定提高，除土輥漏蔗量降低，除泥砂、蔗葉效果良好。

3 項目運行效果

項目于2019年檢修期實施，按項目建設技改方案和要求進行施工，各項安全、環保設施配套齊全，通過竣工驗收。壓榨除土除雜機系統技術改造項目竣工驗收后，于2019年11月13日開榨后投入榨季生產使用，設備正常安全運行，運行狀況良好，取得了較好的運行效果，達到設計目標要求，沒出現因設備故障直接影響到正常制糖生產的情況，達到了預期效果。

表2 2018/19年榨季、2019/20年榨季除土除雜機故障對比統計表

3.1 運行平穩

各座除土輥運行平穩，電機運行電流(電機額定電流為 28.8 A)一般為：2 #除土輥電機運行電流在10～14 A之間；3 #除土輥電機運行電流在12～18 A之間。其中3 #除土除雜機第3、第6組除土輥電流稍高分別為15.5 A、18 A左右，其余為12 A。

3.2 故障率降低

2 #、3 #系統除土輥榨季生產中運行正常，軸承無異響、發熱，故障率低，除土輥齒無夾泥跳閘現象，無需要用高壓水槍沖洗除土輥輪齒。2018/19年榨季每班需3次左右用高壓水槍沖洗清除輪齒夾泥砂，才能保證除土輥不過流，保證生產的連續運行，且經常出現除土輥擺線針輪減速機軸承、擺線輪損壞，電機短路等事故。而目前由于配套電機為舊電機功率較低(15 KW，其它廠為30 KW)，當二級帶停止，一級帶運行并帶入大捆甘蔗停留在末端除土輥時，2 #系統除土輥偶然有過流跳閘現象，復位后重新啟動恢復正常運行，這在操作注意上可以避免跳閘現象發生(表2)。

從表2可看到，2019/20年榨季共出現5次除土除雜機停機原因均為被甘蔗帶來的鐵器、小石頭夾入除土輥，導致過流跳閘，沒有出現設備故障。相比上榨季除土除雜機故障頻發已是大為改善，保證了榨季生產安全均衡進行。

3.3 除雜效率提高

除土輥漏蔗量比往年大為減少，除泥砂、蔗葉效果良好(圖3)，據統計2019/20年榨季，每天出廠廢棄物重平均為23.07 t，比上榨季同期減少3.21 t(表 3)：

圖3 技術改進后運行中的糖廠除土輥(無積泥夾雜情況)

4 技改項目的經濟效益

本甘蔗糖廠壓榨除土除雜機系統技術改造項目實際投入費用共計180萬元，改造后達到了預期的運行效果，并獲得了預期經濟效益。

據統計改造2 #、3 #甘蔗自卸系統除土除雜機后，除土除雜機故障率大為減少，榨季運行安全率100%，大大保證甘蔗落蔗持續均衡，促進一、二線壓榨平均抽出率穩定提高：

(1)減少停機損失：上榨季因2 #、3 #除土除雜機除土輥故障損失時間約69 h，以每小時能耗損失約0.2萬元計，可以減少因停機造成的經濟損失：

69 h×0.2萬元/h =13.8萬元

(2)降低維護成本：上榨季維修減速機、電機，更換軸承等費用：5.6萬元。

因除土輥除土齒輪片變形、脫落，檢修期需維修才能正常使用的費用約：100萬元。

(3)減少含雜費用：除土除雜機改造后，除泥效果良好，2019/20年榨季1～3 #甘蔗自卸系統的除土除雜機總共除泥量為2225.3 t，改造后2 #、3 #除土除雜機除泥效率較高，按總除泥量的80%計，除泥量共約為1780.24 t，按甘蔗收購價500元/t計，預計減少甘蔗含雜費用：

1780.24 t×0.05萬元/t =89.012萬元

以上三項合計，估計產生的經濟效益：

13.8 +5.6+100+89.012≈208.4(萬元)

5 小結

壓榨除土除雜機系統技改投入生產運行后，不僅達到了滿足榨季生產工藝要求，降低除土除雜機故障率，提高榨季運行安全率節能降耗的運行效果，并且獲得了預期的經濟效益，為企業創造了更大利益。整體而言，甘蔗糖廠壓榨除土除雜機系統技術改造是成功的，效果良好，經濟和社會效益顯著，值得在我國南方甘蔗制糖產區推廣應用。