糖粉收集系統的優化改進

陸克孫

（廣西葉茂機電自動化有限責任公司，廣西南寧 530007）

0 引言

糖廠成品砂糖鼓風干燥和振動輸送過程中容易揚起糖粉粉塵，散落在地面和生產設備上，附著在墻面和窗戶上，不僅惡化生產環境，影響生產設備的運行，也給食品衛生及安全生產帶來了隱患[1]。糖粉顆粒大小不均，且糖粉很容易吸潮粘結，吸附在設備和管道表面后難以脫落，因此使用一般干式旋風分離器很難直接進行分離，在生產中比較難處理。收集后的糖粉一般不作為產品進行銷售，而是經兌水攪拌回溶后再重新蒸發結晶生產砂糖。

針對上述情況，廣西葉茂機電自動化有限責任公司研發出一種糖粉收集系統。此系統采用濕法除塵，集合了文氏管除塵和旋風水膜除塵雙重保障，能夠高效收集糖廠干燥及包裝車間產生的98%以上的糖粉，在循環水內溶化后以糖水的形式，通過管道直接輸送到回溶機，減少回溶系統工作量。經過多年推廣，已經成功地在廣西良圻糖廠、廣西上上糖廠等全國近20 個糖廠使用，效果顯著，得到了客戶的肯定。

從第一代產品到最新的產品，經過持續跟進客戶對產品的使用情況，收集客戶使用產品中反饋的問題，結合設計制造糖粉收集系統時面臨的問題，持續對糖粉收集系統進行優化，使之日臻完善。糖粉收集系統由引風機、旋風水膜除塵器、文氏管除塵器、噴淋系統及其他集塵風管組成。

圖1 TS1000＊3000 糖粉收集系統

1 旋風水膜除塵器

旋風水膜除塵器的進風口在接近罐體下半部分的偏一側切線方向接入，含塵氣體沿切線方向進入除塵器筒體后，粉塵和液滴因離心力作用初步分離，被甩到除塵器內壁上，罐體內頂部設有環形噴淋管不斷的往管壁沖水并散開形成水膜。粉塵和液滴被除塵器從上部沿管壁淋下的水膜所黏附，隨水流至筒體底部經排漿口排出[2]。

1.1 旋風水膜除塵器內部結構優化

這種除塵器的缺點是設備較高[2]。直徑888 mm 的旋風水膜除塵器其高度達到了5 m[2]。有些糖廠要求安裝在廠房內靠近除塵點，以減少風管的長度，降低管道阻力，節省投入。早期使用該糖粉收集系統的糖廠，受制于場地，沒有設計足夠的高度，不能充分分離吸收，導致有部分水霧和粉塵從排風口冒出來。

經過研究分析后，技術人員對旋風水膜除塵器內部進行了優化，增加了螺旋導風片以增加內部接觸面積（圖2）。螺旋上升的導風片與罐壁留有約20 mm 的間隙，保持罐壁的水膜不被破壞。支撐角鋼在螺旋葉片上下兩面交錯均布焊接，長度與葉片邊緣平齊，加強了螺旋葉片的剛度，同時也形成多個疏水鉤，減少了“二次攜帶”，增加了氣液分離效果[3]。例如直徑1000 mm 的旋風水膜除塵器，可增加約2～3 圈、寬300 mm 的螺旋導風葉片，其內部有效接觸的面積增加了20%～30%（內部螺旋葉片為雙面接觸）。原來的糖粉收集系統達到了更好的除塵和分離效果，新的糖粉收集系統在保證除塵效果的同時結構更為緊湊，方便靈活的布置在廠房內。

圖2 旋風水膜除塵器內部局部視圖

1.2 阻流片設置

旋風水膜除塵器矩形進風口的設計風速可達23 m/s，進入罐體內后強烈旋轉，帶動罐底糖水跟著快速旋轉，形成渦流，中心液位降低可達100～200 mm，噴淋泵啟動抽吸罐底中心的糖水本身也會形成渦流，兩者疊加，渦流情況更為嚴重。早期產品沒有充分考慮渦流帶來的影響，并未設置阻流片?？蛻粼谑褂眠^程中反應除塵效果不穩定，排風口有粉塵現象。經過現場蹲點排查，發現噴淋系統水壓不穩定，噴嘴不能連續穩定工作，關閉環形噴管支路的閥門后壓力正常，文丘里噴頭工作正常。最后分析確認是渦流造成水泵吸空的原因。優化解決方案是在罐底部增加阻流片，降低旋風引起的糖水的渦流。阻流片其設計高度略低于正常液位5 cm 左右，避免對旋風產生阻流，阻流寬度在2/3 的旋風分離器半徑即可產生較好的阻流效果。

1.3 環形噴管的優化

環形噴管安裝在旋風水膜除塵器頂部，用于向罐壁噴水，在罐壁形成水膜。早期環形噴管設計簡單，直接在環管上鉆直徑為4 mm 的圓孔形噴水口，產生高速圓形水柱沖擊管壁。使用中發現容易引起水滴飛濺，離出口太近被強風直接帶出。也有客戶反應噴水口容易被異物堵塞，難以清理疏通。有實驗研究表明液滴撞擊壁面產生飛濺與撞擊的速度、角度及液滴直徑有密切關系[4]。因此將環形噴管進行優化設計，噴口部位改成了可拆卸的扁平噴嘴，增大噴口截面積、降低噴水速度，同時將噴嘴水柱與管壁之間的夾角調整為30°，大大減少了液滴飛濺現象（圖3）。為了能定期清理環形管內截留的雜物，避免噴嘴頻繁堵塞，環形管上設置了排渣口。平時設備工作時排渣口閉合，需要清理排出環管內的雜物的時候，可將排渣口的堵頭打開，把其他支路的閥門關閉，加大環形管的水流速，經過大流量清水反復循環沖洗管道，便可沖出沉積在環管的雜物，最后再停機把過濾器內的雜物清理干凈。

圖3 環形噴管局部剖視圖

2 文氏管除塵器

文氏管除塵器內部喉管前設有噴嘴，順著氣流方向噴射大量細小水滴，管內高速流動的帶糖粉氣體與水滴撞擊后糖粉被吸收。糖粉吸收的效率噴嘴的選型是關鍵。糖粉收集系統采用循環水噴淋，正常工作時吸收糖粉后噴淋水錘度可達20%以上，有些糖粉尚未完全溶化，如果噴嘴通道間隙太小則容易引起堵塞。螺旋噴嘴具有暢通的流通通道，最大程度地避免堵塞。應用于糖粉除塵的文丘里除塵器應優選具有廣角的實心型的螺旋噴嘴，能夠覆蓋更大空間，使糖粉與水滴充分接觸，有利于糖粉的吸收。螺旋噴嘴的接口應使用螺紋接口形式，使結構更為緊湊。為降低在風管內的風阻，連接噴嘴的水管應配套使用，大的水管雖然能保證更多的供水量，但是也容易造成更大的風阻。文丘里除塵管內設計風速可達到23 m/s，喉管處甚至達到50 m/s，因此噴頭及連接水管應綜合考慮風阻問題，進行尺寸結構優化。

3 噴淋系統

噴淋系統主要由一用一備的水泵及相應的控制閥門、管道組成，為旋風水膜除塵器環形噴淋管和文丘里除塵器的噴嘴提供循環水。早期的噴淋系統設計較為簡單，沒有水過濾裝置的設計，在使用中經常遇到噴頭被雜物堵塞的情況，雜物多為焊渣、破布、硅膠墊片等。這些雜物多數是在風管檢修安裝時，掉進風管中清理不了，被風管中強風吸到了旋風水膜除塵器內，噴淋系統啟動工作后雜物被吸入水管內，造成水泵和噴頭堵塞。為了解決雜物對噴淋系統的堵塞問題，噴淋系統中每個泵的出口增加了特別設計的具有大過濾面積的過濾器，濾孔直徑小于噴嘴的間隙。過濾器的接口采用了衛生級的卡箍連接，不用準備任何工具就可以完成過濾器的拆解清理，大大方便使用。過濾器還有相應的技術措施監控其工作狀態。一般在過濾器前后增設壓力表或壓差開關，對管道壓力檢測，從而判斷過濾器是否堵塞。

4 液位控制優化

系統循環水不斷吸收糖粉后濃度越來越高，需要定期人工更換。達到更換時間時，操作人員把回送糖水的閥門打開，使液位降低到一定最低液位后，關閉回送閥門。再打開進水閥門對系統補充清水。這一系列操作較為依賴人工。有時操作人員操作不注意，可能會造成放走太多糖水造成泵空的現象，或者加入清水時液位過高，甚至有忘記關閉進水閥門造成旋風水膜除塵器內被水灌滿的情況發生。為了更方便合理控制液位和循環水的濃度，需要優化液位的控制和操作方式。但直接使用液位傳感器控制電磁閥開關的方式并不適合，因為工作時罐體內強風對水體的強烈擾動誤差會比較大，控制不準確，同時增加了電磁控制閥或氣動閥和相應的控制器，成本相對會增加。采用溢流控制的方式則更為簡單實用，溢流管從旋風水膜除塵的循環水液面底部位置引出，避免從溢流管漏風（圖4）。溢流管的出口與正常液位平齊，管口流入敞開的集水槽，一方面便于觀察溢流情況確保溢流正常，另一方面也可以觀察采樣循環水的錘度。溢流出來的糖水可通過管道自流到回溶罐，或者用一個小罐收集后再通過回流管泵送到回溶罐。進水口則保持一定流量的常開狀態，通過進水的流量控制循環水的濃度，進水多則濃度低，進水少則濃度高。溢流控制的方式大大降低操作人員的工作量，因操作引起的液位和濃度難以控制的問題也完全解決了。

圖4 液位控制示意

5 結束語

通過對分系統子部件的優化，糖粉收集系統功能越來越完善，使用更加方便和人性化，結構緊湊、現場布置靈活，在糖廠糖粉收集中將得到更廣泛的應用。