甘蔗預處理清潔清洗工藝方案的研究

魏海濤，梁益宙

（中國成套設備進出口集團有限公司，北京 100011）

0 前言

甘蔗進入糖廠前的一個重要工序就是甘蔗的凈化預處理。在我國甘蔗生產種植絕大部分是由農民分散種植收割，行業標準要求甘蔗收購要去掉根葉和末梢，以人工為主按照甘蔗收購標準進行清理和砍削，所以甘蔗非常干凈整潔，不需要特殊的除雜、水洗預處理工藝。但是在國外的甘蔗糖廠，大部分是以農莊、農場主大面積種植為主，而且國外糖廠一般規模都比較大，日處理甘蔗能力大部分都在6000噸以上，受農業生產力影響，無法實現人工清理甘蔗。大多采取分區火燒甘蔗葉，然后進行人工砍斷或者部分用機械收割的方法，先統一堆放在地里，用機械抓車搬到運輸車輛上，再運往工廠。由于火燒后的甘蔗必然帶有大量的灰渣、殘葉和泥沙、根須等雜質。當用機械抓取的時候，將其順帶抓進了運輸車輛，隨著車輛一同進入工廠，先后經蔗刀機和撕解機，再進入壓榨和滲出器中。特別是雨天后的甘蔗預處理，這種泥沙夾帶情況更為嚴重。

這些蔗汁和泥沙在進入工藝系統后，一方面對設備管路造成嚴重磨損，另一方面對澄清蒸發工藝影響較大，會增加處理難度，降低蔗汁純度，嚴重影響中和澄清效果，增大過濾負荷，增加蒸發積垢風險，降低糖分回收率。因此，國外目前普遍采取的最簡單辦法，就是在喂蔗臺上利用水力沖洗甘蔗，將甘蔗帶來的灰渣、殘葉和泥沙等雜質盡量清洗干凈，為下道工序創造條件。然而，這種簡單清洗甘蔗的方法主要存在兩個方面的問題：一方面雜質清除不徹底，對后續工藝處理存在隱患；另一方面洗水量特別大，需要解決甘蔗洗水和排放的問題。

所以如何去除甘蔗帶來的灰渣、殘葉和泥沙等雜質，又能平衡解決洗蔗水的環保問題是國外設計甘蔗糖廠需要考慮的重要工藝處理環節。需要設計節能高效的設備解決清除雜質問題，同時又要解決清洗水的循環澄清及排放問題。

通過對國外糖廠多個生產周期的運營實踐，深入對比分析了火燒甘蔗清潔清洗不同流程方案，通過總結幾種清潔甘蔗方案實踐經驗。經過不斷改進，最后設計出一套較為科學的甘蔗預處理清潔清洗工藝方案。

1 甘蔗清潔預處理的主要目標

甘蔗清潔預處理主要目標是除去雜質、殘葉和泥沙。根據我們測量數據，經過水洗后的灰塵、雜質和殘葉懸浮在水面上占總洗水體積的5%。沖洗15~30分鐘，泥沙基本沉降在水體底部，體積占1%；干基占0.05%；這是預處理階段需要去除的。

2 原設計洗水系統存在的問題

2017/2018年榨季生產時，按照原設計采用了在喂蔗臺上直接噴淋水洗的辦法，經過一個榨季的實踐發現甘蔗帶的雜質漂浮物太多，洗水含泥沙量較大，導致排水溝堵塞，洗水不能及時更換，沉淀泥沙不能及時清理，導致洗水含泥濃度過高無法連續清洗。雜質堵塞泵的入口非常嚴重。原設計甘蔗洗水池現場實物圖，如圖1所示。

圖1 原設計甘蔗洗水池現場實物圖

2018/2019年榨季，洗水改為一次性清洗，直接排掉。實踐表明還是存在甘蔗夾帶的雜質漂浮物太多，排水溝堵塞的情況。同時由于洗水直接排放到灌溉渠，導致泥沙沉淀到排水渠，并且集中排水濃度過高對灌溉渠水有污染，不符合當地環保要求。

3 改進后的甘蔗清潔清洗方案

在2019/2020年榨季到來前做重大改進，具體方案如下。

清洗甘蔗標準流程是在甘蔗喂蔗臺上方直接用水噴洗。清洗的效果與甘蔗的雜質種類、含量、洗水量和清洗水壓力有直接關系。為了節約用水，循環使用洗水。

為了更好的循環使用洗水，需要解決的問題是及時清除洗水中的漂浮物，及時分離和沉淀并清理出甘蔗攜帶的泥沙。通過總結幾年海外糖廠運營改進經驗，設計了一套科學的干法和濕法分步進行的清潔工藝方案。

3.1 甘蔗雜質第一步干法去除工藝

甘蔗從田里運到工廠時，由于火燒和機械抓取，帶入了部分灰塵和泥土等雜質。所以，第一道工序可在干燥狀態下將這些雜質去除掉。經過反復研究，設計了一個寬幅振動篩，首先將甘蔗卸到傾斜安裝的振動篩上，甘蔗受到振動，順著坡度向下，進入喂蔗臺，而在震動過程中那些夾帶的泥沙等雜質，掉落到振動篩下部的篩網上，通過篩網孔隙落到下方的收集槽中，再通過收集槽下方皮帶運到外側小車上，用車輛運到指定地點。經實踐證明，利用干法可去除70%以上的干燥雜質，為后續水洗甘蔗減少了用電負荷和洗水用量。甘蔗雜質干法去除工藝流程圖，如圖2所示。

圖2 甘蔗雜質干法去除工藝流程圖

3.2 甘蔗雜質第二步濕法去除工藝

甘蔗經過振動篩后，已經除去大部分固體雜質，還有部分緊密附著在甘蔗莖稈上的泥沙等未除去，需要利用少量洗水進一步清洗。增加一臺流量500噸/時、揚程30米和功率90千瓦的離心泵，并在喂蔗臺安裝橫管，橫管連接40個帶有螺紋接頭的不銹鋼噴嘴，噴嘴直徑10毫米，噴嘴面積少于橫洗水總管截面積，形成高壓噴洗。還在喂蔗臺下部集水溝設計高壓水沖洗管，保證底部不積水，不殘留泥沙。經過一個榨季實踐效果良好，可以除去90%以上的附著的泥沙。

3.3 洗水的循環處理

3.3.1 流程

洗水循環處理的流程圖，如圖3所示。

圖3 洗水循環處理的流程圖

3.3.2 洗水分離雜質及泥沙循環系統原理說明

洗水經過噴灑到甘蔗后，洗水將甘蔗附帶的泥沙浮渣一并清洗掉，匯成混合洗水，通過喂蔗臺底部帶孔的篦子下流到洗水收集池中，洗水池外側安裝兩臺寬液道離心泵，可以將含有大量漂浮物雜質的混合洗水泵送到下一套設備進行處理。將洗水通過泵提升到4米高，送到機械刮板出渣器里。混合洗水通過自流到曲面和平面篩板，通過篩板分離作用，將水中大量漂浮物由機械刮板連續清除到下面的小車中，最后外運到甘蔗地。甘蔗洗水通過機械刮板出渣器篩板底部孔隙集中收集，再通過管路由切線方向進入旋流濃縮器的錐形底部形成離心旋流，由于離心作用，泥砂等密度較大的物體會下沉。旋流濃縮器將洗水分成了上下兩種流體。

一種流體為密度較低且比較干凈清澈的上層洗水，溢流返回進入溢流清水池中，再由離心泵送到喂蔗臺循環噴灑清洗甘蔗，形成洗水循環系統。溢流清水池底部會有少量沉降的泥沙，經過幾個月的積累，相當于總容積的10%。待停機后統一由機械或人工清理。

另一種流體是下部由于錐形管的離心作用，產生的密度較高的污泥濃縮液，含有很多的泥砂，通過旋流濃縮到下端尾管，直接連接污泥管道泵，泵送到污水處理系統中的污泥濃縮系統，作統一處理。

3.4 設備選型

為了實現上述工藝目標，首先根據設計計算進行設備選型。甘蔗清潔洗水設備流程圖，如圖4所示。

圖4 甘蔗清潔洗水設備流程圖

3.4.1 離心泵

根據實驗數據及實踐經驗，計算需要的混合洗水寬液道離心泵提升量和一定高度，設計為500m3/h，揚程20m；甘蔗榨量500噸/時，設計每噸甘蔗每小時1噸的洗水量；清水洗蔗泵同樣是500m3/h，揚程20m。兩種泵共4臺，2用2備。

3.4.2 機械除渣器

機械除渣器，過水能力為500噸/時，過濾面積為6m2，設備規格為3.5×2.5m。

3.4.3 旋流沉降器

旋流沉降器為上下流體體積比為4:1，直徑為4m，高度1.5m，下端錐形高度1.5m。

3.4.4 溢流沉降池

溢流沉降池可設計一個300m3混凝土的池子，儲存時間為30分鐘左右。

4 結論

國外糖廠建設運營實踐證明，火燒甘蔗必須進行預處理的清潔清洗工序，清潔處理采取干法和濕法分步進行是可行的。甘蔗預處理清潔清洗工藝方案，采用了清潔生產的理念，經過對洗水的除雜和沉降處理可以實現洗蔗水循環使用，提高了甘蔗預處理清潔度，減少了耗水。可在國外新建或者改擴建的甘蔗糖廠項目上大規模推廣使用，在國內的機械化收割甘蔗的糖廠也可以采用此方案。