糖廠臥式連續結晶罐配套立式連續助晶技術改造的可行性分析

韋 霽，覃鍵錦

（中國輕工南寧設計工程有限公司，廣西 南寧 530031）

一家糖廠的發展一般經歷從小到大，從簡到繁，從小規模間歇生產逐漸轉化成大規模連續化生產的發展過程。廣西某甘蔗糖廠原來使用的4個30 m3丙糖膏結晶罐約于1991年開始投入使用，已經連續使用了26年，因手續不完備，難以通過特檢部門的檢驗。因此，2013年報廢了兩個丙糖膏結晶罐后，而剩余的設備根本無法滿足糖廠10000噸日榨量的生產需求，特別是在每年的榨糖旺季，嚴重存在純度低和高榨量的矛盾，因為丙糖膏量增大，罐時不足，則被動進行趕煮，導致煮糖晶核吸收差，這也是歷年來該廠廢蜜重力純度居高不下的主要原因之一。由于助晶箱位少且糖膏助晶時間僅8小時，遠遠達不到24小時連續助晶的工藝要求，助晶效果大打折扣。隨著企業的發展，糖廠壓榨、鍋爐、電力車間及制煉車間的澄清、蒸發和分蜜工序都是按12000噸/日設計，當甘蔗成熟時丙糖膏結晶罐和助晶機難以滿足高糖高榨的需求。因此，該廠進行了臥式連續結晶罐配套立式連續助晶技術的改造，并收到了很好的經濟效益。

1 項目建設的必要性

根據廣西某甘蔗糖廠的生產現狀，該廠原來使用的4個30 m3丙糖膏結晶罐設備陳舊，維護成本高，而且消耗過量的蒸汽量，節能性較差。在生產過程中，需要蒸汽來攪拌糖膏促使其結晶，由于蒸汽量不足，大大延長了結晶的時間。由于蒸汽量不足，使罐內的對流循環差，嚴重影響了糖膏結晶效果。此外，原來的丙糖膏結晶罐設備存在占地面積大、設備無法連續運行和需要配備的操作人員多等諸多問題。而臥式連續結晶罐是高效節能型設備，因此，采用150 m3臥式連續結晶罐配套立式連續助晶機具有以下優勢。一是設備占地少，使用效率高，加工能力大；二是盡量提取母液中的蔗糖分，降低廢蜜重力純度，減少廢蜜量；三是利用低品質熱源作加熱介質，降低全廠耗汽量。因此，本項目投資是必須的也是很有必要的。

2 主要設備的選擇

2.1 結晶罐的選擇

甘蔗糖廠在制糖過程中，蔗糖晶體結晶是一個非常復雜而又重要的過程，蔗糖結晶分為間歇式結晶和連續式結晶。傳統間歇式結晶的生產工藝系統不具備連續性，只能“進料→降溫（或蒸發）→結晶→出料固液分離”，一罐料所得產品為一個批次，結晶速度慢，原來的丙糖膏結晶罐為間歇式結晶，廢蜜重力純度偏高，糖分收回率低。而連續式結晶的生產工藝具備連續進料、連續出料、連續固液分離，結晶系統24小時不間斷運行，結晶速度快，大大提高了糖分的收回率。

臥式連續結晶罐的技術特點有如下。第一，制糖過程中的連續結晶。第二，糖膏流向的單向性特點。由于臥式連續結晶罐能把間歇式結晶提升為連續式結晶，這就需要糖膏的流向性良好，即如果糖膏不向同一個方向流動，會影響煮糖結晶的效果。臥式連續結晶罐是把間歇結晶的“進料→降溫（或蒸發）→結晶→出料固液分離”操作流程放在同一設備內進行，確保了糖膏向著一個方向流動。同時，臥式連續結晶罐的罐體制作成弧形，沒有死角，促使了糖膏的流向更快更好。第三，儀表的自動化控制特點。臥式連續結晶罐采用自動化的儀表控制，大大提升了制糖生產的效益，降低了人工成本，提高了糖品的質量。儀表的自動化控制還可以實現連續入料，這樣不但可以提高生產效益，還能夠在制糖過程中實現逐步濃縮，從而避免糖膏太濃或太稀的現象。由于糖膏的濃度穩定，它的流向性更好，結晶速度更快。

連續式結晶需要結晶罐設備具備一定的對流循環環境。相比傳統的丙糖膏結晶罐，臥式連續結晶罐是利用蒸汽進行攪拌，其設備的底部裝有一個噴汽分配室，能連續不斷地噴出蒸汽，在實際的生產過程中，操作人員還可以隨意調整噴汽量的大小，以控制結晶的速度與均勻性，從而縮短了煮糖的時間，提高了煮糖效率。連續式結晶過程將間歇式結晶過程中的抽種整理、入料養晶、濃縮等各個操作階段放在同一設備中的不同部位同時進行，免去了卸糖、洗罐等輔助操作，煮制時充分利用了罐體的供熱面積和煮糖容積，加大了蒸發空間，在同等容積下，煮制率明顯提高。并能實現連續均衡生產，生產、操作穩定，負荷均勻，單位設備容積通過的糖膏流量比間歇式結晶罐要多，單位容積、單位時間處理糖膏量比間歇式結晶罐多出25%~40%，可節省設備投資。另外，因為連續結晶罐自動化程度高，可充分利用低品位汁汽進行加熱，提高熱能利用率，從而進一步降低汽耗，減少生產成本。

與傳統立式連續結晶罐相比，臥式連續結晶罐設備投資少、成熟、穩定。在國內“兩步法”糖廠中，大多采用臥式連續結晶罐，運行良好、運行成本較低，故本項目采用臥式連續結晶罐代替原來的間歇式結晶罐。臥式連續結晶罐和立式連續結晶罐，其結構示意圖分別如圖1和圖2所示。

圖1 臥式連續結晶罐示意圖

圖2 立式連續結晶罐示意圖

2.2 助晶機的選擇

目前廣西制糖企業使用的助晶機基本都是臥式水冷助晶機，但水冷壁管基本都不通水，僅靠攪拌自然冷卻，存在助晶時間長、耗用箱位多、占地大等缺點。而立式連續助晶機與傳統臥式助晶機相比，具有占地少，無須等箱，連續作業，生產能力大，生產全過程無需人員看管等優點，其廢蜜重力純度同比可下降1至2個百分點，使用效果較好。

丙糖膏選用立式連續助晶，可有效提高丙糖膏的產糖率，減少糖蜜損失，可實現連續化生產，該設備置于室外，占地面積小，可減少土建投資。糖膏與冷卻介質呈均勻逆流狀態，因此傳熱效果好，冷卻過程的傳熱速率與結晶速率相適應，具有較高的有效冷卻溫度差，在助晶過程中不易形成細晶和糖垢。

2.3 主要設備選型

2.3.1 臥式連續結晶罐

計算參數：糖廠日榨量為12000噸，丙糖膏量對蔗比為5.55%，密度為1.5 t/m3，煮糖時間為8 h。

下游風機受上游風機尾流投影的遮擋情況分為完全遮擋、部分遮擋和沒有遮擋3類?？紤]下游風機處于多臺上游風機的尾流影響范圍內,觀察下游風機的掃風區域與尾流輻射區域的重合面積。當受到多臺上游風機部分遮擋時,對于被遮擋部分的面積分為兩部分。此時的尾流效應模型如圖2所示。O和O′分別表示投影面以及掃風面圓心;a為投影面和掃風面的交點;d 為投影面與掃風面圓心間距離;d1表示從投影面圓心到兩圓交線的垂直長度;Z 為a點到兩圓心連線的垂直距離;A1和A2分別為被遮擋部分的左半邊和右半邊;則遮擋面積Ashad的計算式為

結晶罐體積：12000×5.55%÷24÷1.5×8=148 m3

所以結晶罐選150 m3，考慮到只開一條生產線的情況，結晶罐應有兩個加熱體，每個加熱體包含6個隔室，當只開一條生產線時兩個汽室獨立使用；開兩條生產線時串聯使用。

2.3.2 立式連續助晶機

計算參數：糖廠日榨量為12000噸，丙糖膏量對蔗比為5.55%，密度為1.5 t/m3，助晶時間為24~30 h。

助晶機體積：12000×5.55%÷24÷1.5×（24~30）=445~555 m3

所以助晶機體積選擇550 m3。

因此，主要工藝設備的規格型號和數量的配置情況，如表1所示。

表1 主要工藝設備一覽表

3 技改方案的實施和應用效果

助晶是制糖過程中的一個重要環節，助晶過程的好壞直接影響廢蜜的重力純度。為了提高糖膏的產糖率，糖廠采用1個150 m3臥式連續結晶罐代替原來的4個30 m3間歇式結晶罐煮制丙糖膏，同時匹配550 m3立式助晶機代替原有的間歇式助晶機，有效地控制了助晶過程。同時，糖廠還對煮制丙糖膏的相關管路做相應的技術改造，如一效汁汽管改成二效汁汽管，并增加三效汁汽管等。技改后的煮糖工序設備流程圖，如圖3所示。

圖3 技改后的煮糖工序設備流程圖

項目建成投產后，在降低廢蜜純度、節約蒸汽用量和節省人工費用三個方面獲得較好的經濟效益，具體如下。

3.1 節約標煤量

丙糖膏量/天=12000×5.4%=648噸。

丙糖膏蒸發水量/天=648×（99.5-70）/70=273.1噸。

按該廠經驗值，煮糖環節蒸發1噸水耗用約1.2噸的蒸汽，耗汽量/天=1.2×273.1=327.7噸蒸汽。按照4個30 m3結晶罐計算，每個結晶罐耗汽/天=327.7/4=81.93噸蒸汽，采用自動煮糖后，平均節汽1%對甘蔗比，每個結晶罐節汽/天=81.93×1%=0.82噸蒸汽。一個榨季節約蒸汽=120×0.82×4=393.6噸，則耗標煤0.16×393.6=62.98噸。

手動煮糖時，按每煮制一罐糖至少打水1.8噸計算，每個罐每天煮4罐糖，多耗水=4×1.8=7.2 m3。一個榨季煮丙糖膏多耗水量為7.2×4×120=3456 m3。按糖廠經驗，煮糖環節蒸發1噸水耗用約1.2噸的蒸汽，一個榨季節約蒸汽為3456×1.2=4147.2噸，則耗標煤0.16×4147.2=663.55噸。

采用立式連續結晶罐代替現有間歇結晶罐煮制丙糖膏一個榨季節約的標煤量，總共為62.98+663.55=726.53噸。按標煤價格按830元/噸計，則年節約費用約60萬元。

3.2 節省人工費

原有4個丙糖膏結晶罐每個班有4個煮糖工，三個班共有12人；使用連續結晶罐后每個班有1人，三班共有3人，則可減少人員9個，每年可節約人工開支40萬元，節約了生產成本。

3.3 多回收糖分產生的直接經濟效益

連續結晶罐配套連續助晶機系統平衡穩定丙糖膏的煮制，加快物料快進快出，最大限度地減少糖分的轉化，提高了糖膏結晶率，降低廢蜜重力純度，提高煮煉收回和產糖率，從而達到增加經濟效益的目的。根據生產實踐證明，使用連續結晶罐配套連續助晶機，平均可以降低廢蜜重力純度1.08GP。按照廢蜜產量3.4%甘蔗，廢蜜錘度90°Bx計，可多收回糖分為12000×3.4%×90%×1.08%=3.97噸糖/天，則一個榨季可多回收糖分3.97×120=476.4噸糖。每噸糖按6700元計，一個榨季多回收的糖分產生的直接經濟效益為476.4×6700=319.2萬元。

4 項目建成后的營業收入與稅金估算

工程建成投產后第一年生產能力按設計能力80%計，第二年生產能力達到設計能力100%。項目投產后，企業獲得的綜合經濟效益體現在增收節支，具體分析如下。

4.1 節約的生產成本

第一，每個榨季可節約標煤量726.53噸/年，如標煤價格按830元/噸，則年節約費用約60萬元。

第二，由原來三個班12人的丙糖膏煮糖工，縮減為三個班3人，減少了9個人，每年可節約人工開支40萬元。

第三，連續結晶罐配套連續助晶機系統平衡穩定丙糖膏的煮制，加快物料快進快出，最大限度地減少糖分的轉化，提高糖膏結晶率，降低廢蜜重力純度，提高煮煉收回和產糖率，從而達到增加經濟效益的目的。根據生產實踐證明，使用連續結晶罐配套連續助晶機，平均可以降低廢蜜重力純度1.08GP，可多收回糖分476.4噸糖，一個榨季多回收糖分產生的直接經濟效益為319.2萬元。

因此，生產成本共節約了60+40+319.2=419.2萬元。

4.2 增收節支

合計技改后企業正常年增收節支419.2萬元，計算期內年均增收節支412.2萬元。產品銷售計征增值稅，稅率為17%；城建稅5%，教育費附加3%。另據增值稅轉型改革方案，企業可在增值稅額度內抵扣其購進設備所含的增值稅，測算可抵扣的設備增值稅額計176.0萬元。測算年均增值稅金30.9萬元，年均稅金附加2.5萬元。

經以上盈利能力測算，結果表明項目具有較高的盈利能力；財務狀況良好；不確定性分析結果表明，盈虧平衡點較低，項目具有較強的抗風險能力；綜上所述，本項目具有較好的財務效益，經濟上可行。

5 結論

糖廠臥式連續結晶罐配套立式連續助晶技術改造屬于丙糖膏成糖工藝技術升級技改項目，所使用的臥式連續煮糖工藝技術和立式連續助晶工藝技術可靠、先進，經濟效益明顯。項目建成后，提高了企業的產能，降低了廢蜜重力純度，提高了煮煉收回率，節約蒸汽消耗，降低人工費用，該技術改造對企業的發展意義重大。