淺談提高糖廠甘蔗預(yù)處理能力的措施

龐 里，陳 漢，譚延新，韋秉鴻，謝 興，張繼清

（廣西糖業(yè)集團(tuán)西江制糖有限公司，廣西 貴港 537104）

0 背景

在甘蔗糖廠中，壓榨工序的根本任務(wù)是將甘蔗所含的糖分最大限度地壓榨抽出。為了提高壓榨的抽出率，制糖人采取了多種多樣的措施，其中的一種主要措施是提高蔗料的破碎度。而在不更換先進(jìn)壓榨設(shè)備的前提下，提高蔗料破碎度的主要手段則是加強(qiáng)甘蔗預(yù)處理數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)取值及檢修安裝質(zhì)量。而甘蔗預(yù)處理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的涉及面非常廣，本文以廣西糖業(yè)集團(tuán)A糖廠2019/2020年和2020/2021年兩個(gè)榨季的數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合糖廠技術(shù)人員多年積累的經(jīng)驗(yàn)，用生產(chǎn)實(shí)踐中的例子論證說明預(yù)處理設(shè)備動(dòng)力的配置、撕解機(jī)蔗刀刀型的設(shè)計(jì)選擇和撕解機(jī)排刀方法對提高甘蔗預(yù)處理能力的影響。

該A糖廠建廠時(shí)榨量為1000 t/d，壓榨車間現(xiàn)有單列5座壓榨機(jī)，榨機(jī)型號(hào)為TSG710×1370。在預(yù)處理方面，采用的是1370型輸蔗機(jī)，蔗帶上安裝一臺(tái)順轉(zhuǎn)式預(yù)砍理平機(jī)和兩臺(tái)逆轉(zhuǎn)式撕解機(jī)。2019/2020年榨季預(yù)砍理平機(jī)和兩座撕解機(jī)的配用電機(jī)功率，見表1。

表1 2019/2020年榨季預(yù)砍理平機(jī)和兩座撕解機(jī)的配用電機(jī)功率

經(jīng)過逐年的小改小革，在整體沒有大改造的情況下，2019/2020年榨季榨量達(dá)到2900t/d，但在生產(chǎn)過程中1#撕解機(jī)電機(jī)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電流不穩(wěn)定，動(dòng)力不足，蔗料入刀困難，甚至塞刀等不利于均衡生產(chǎn)的情況，壓榨預(yù)處理工序效能大打折扣。2020年檢修期，經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員研究決定，對預(yù)處理設(shè)備動(dòng)力的配置、撕解機(jī)蔗刀刀型的設(shè)計(jì)選擇和撕解機(jī)排刀方法這三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，在2020/2021年榨季投入使用后，效果明顯。

1 預(yù)處理設(shè)備動(dòng)力的配置

1.1 撕解機(jī)動(dòng)力配置的理論數(shù)據(jù)

經(jīng)過多年的挖潛改造，壓榨能力得到提升，但是1#撕解機(jī)會(huì)出現(xiàn)打滑和堵塞、電流不穩(wěn)定以及啟動(dòng)頻繁等問題，這與配用電機(jī)功率有一定關(guān)系。

關(guān)于撕解機(jī)的配用電機(jī)功率問題，查閱了許多不同時(shí)期的資料，由于撕解機(jī)消耗的功率與甘蔗品種、各廠對破碎度的要求、撕解機(jī)的類型、刀的類型、撕解機(jī)的參數(shù)以及蔗刀的安裝與排列有很大的關(guān)系，并不能用某一公式計(jì)算出來，在參考經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，最終數(shù)據(jù)也要根據(jù)實(shí)際情況而定。在上世紀(jì)七八十年代，有關(guān)資料表明撕解機(jī)消耗功率與榨蔗量的關(guān)系，第一座為1.8~2.0kW/（h·t蔗），第二座為1.5~1.8kW/（h·t蔗）。隨著時(shí)代的發(fā)展這些數(shù)據(jù)有了較大的變化。甘蔗破碎機(jī)的類型主要有切蔗機(jī)、撕裂機(jī)、切撕機(jī)和撕解機(jī)等。根據(jù)一些糖廠的查定資料介紹各種破碎機(jī)械組合的破碎效能與功率消耗情況，見表2。

表2 各種破碎機(jī)械組合的破碎效能與功率消耗情況

1.2 動(dòng)力配置的實(shí)際選擇情況

從各廠查定的數(shù)據(jù)以及走訪多家糖廠得出的結(jié)果判斷，各廠的實(shí)際裝機(jī)功率遠(yuǎn)大于理論計(jì)算的數(shù)值，這主要是因?yàn)榍姓釞C(jī)功率消耗的影響因數(shù)有很多，有些因素難以用計(jì)算公式表達(dá)，通常因各地區(qū)甘蔗纖維特性不同而取經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。近年來，為了提高甘蔗破碎度，很多糖廠采取提高了轉(zhuǎn)速、逆轉(zhuǎn)、密刀和深斬等一系列措施。A糖廠只有一臺(tái)預(yù)砍理平機(jī)和兩臺(tái)撕解機(jī)，如果破碎度要達(dá)到80%以上，1#撕解機(jī)采用配用功率4.0 kW/（h·t蔗），2#撕解機(jī)配用功率3.0 kW/（h·t蔗）較為合適。根據(jù)計(jì)算1#撕解機(jī)消耗功率為150t/h×4.0=600 kW/h，2#撕解機(jī)消耗功率為150 t/h×3.0=450 kW/h，但考慮到工作效率的問題，所以選擇1#撕解機(jī)為630 kW，2#撕解機(jī)電機(jī)保持不變?yōu)?50 kW，把原1#撕解機(jī)的電機(jī)裝到預(yù)砍理平機(jī)，以提高持蔗能力。2020/2021年榨季預(yù)砍理平機(jī)和兩座撕解機(jī)的配用電機(jī)功率具體見表3。

表3 2020/2021年榨季預(yù)砍理平機(jī)和兩座撕解機(jī)的配用電機(jī)功率

2 蔗刀的選擇

2.1 選擇蔗刀的依據(jù)

在選擇撕解機(jī)蔗刀的時(shí)候要考慮的因素很多，主要有兩方面，一方面是其實(shí)用性，實(shí)用性要考慮蔗刀的厚度、形狀、夾角和長度等；另一方面是經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)濟(jì)性是除了考慮技術(shù)層面之外還要對經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，在很多文獻(xiàn)中很少提及這個(gè)問題，在市場經(jīng)濟(jì)為主導(dǎo)的背景下，企業(yè)還應(yīng)考慮項(xiàng)目和技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。

2019/2020 年榨季A糖廠1#撕解機(jī)使用的是某公司的自主研發(fā)的鑲嵌合金刀頭的蔗刀；2020/2021年榨季開始使用經(jīng)過堆焊耐磨材料的蔗刀，兩種刀型對比具體見圖1。

圖1 鑲嵌合金刀頭的蔗刀與堆焊耐磨材料的蔗刀對比圖

2.2 鑲嵌合金蔗刀的特點(diǎn)

蔗刀與垂直線ab的夾角較小，為27°，鑲嵌的特殊合金比較鋒利，在甘蔗夾帶雜物很少的情況下一般可用15~20天，有較好的效果，但容易崩裂，特別在打到跟隨甘蔗進(jìn)入的鐵器、砂、石等雜物時(shí)，部分合金刀頭會(huì)崩斷缺失，造成整個(gè)刀鼓重量的失衡，導(dǎo)致軸承振動(dòng)大，處理能力下降，經(jīng)常出現(xiàn)塞刀現(xiàn)象，蔗刀的壽命會(huì)大打折扣，嚴(yán)重影響了榨量。但是合金刀的成本昂貴，市場價(jià)約480元/把，且合金刀頭崩裂后難以修復(fù)，需要停機(jī)更換。

2.3 堆焊耐磨材料蔗刀的特點(diǎn)

蔗刀與垂直線ab的夾角較大，為37°。在鋒利程度上比硬質(zhì)合金刀稍差一點(diǎn)，但其韌性較好，抗沖擊性好，在打到鐵器和砂、石等雜物后較少出現(xiàn)崩裂和缺失耐磨材料的情況，有較好的穩(wěn)定性，一般可正常使用15天左右，而且這種蔗刀的價(jià)格較低，約為120元/把，更換后可以繼續(xù)堆焊循環(huán)利用，降低了使用成本。

2.4 蔗刀的最終選擇

對比以上兩種刀具的特點(diǎn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一方面在蔗刀與垂直線ab夾角的選擇時(shí)，一般可選用范圍25°~40°，建議不超過38°，根據(jù)A糖廠壓榨車間現(xiàn)有榨量已經(jīng)超過兩臺(tái)撕解機(jī)標(biāo)準(zhǔn)榨量的情況下，蔗層較厚，為了順利入刀和取得較好的蔗絲狀態(tài)，需要取較大的夾角，所以堆焊耐磨材料蔗刀的刀型的夾角更符合使用要求。再結(jié)合進(jìn)廠原料蔗的特性和實(shí)際情況，因采用機(jī)械收割和裝車等因素，原料蔗夾帶的砂、石、雜物較多。綜上所述，采用夾角較大，有利于蔗料順利入刀，耐磨性、抗擊性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性都較好的堆焊耐磨材料的蔗刀。經(jīng)過一個(gè)榨季的實(shí)踐和使用，效果較好。

3 蔗刀的排列

蔗刀的排列也就是排刀方法，排列方法有多種，如十字型、V字型、螺旋型和之字型等。蔗刀排列的形式不同，對蔗層的分布、蔗料的形態(tài)影響很大。若是排刀不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷不均勻，蔗層分布中部高或兩邊厚薄不勻的情況，而現(xiàn)階段很多制糖企業(yè)均采用了左、右V型雙螺旋的排刀方法，此法能有效地克服了這些不足。A糖廠1370型生產(chǎn)線同樣是采用了這種排刀方法。

在排刀過程中除了科學(xué)、優(yōu)良的排刀方法外還有一個(gè)非常關(guān)鍵的數(shù)據(jù)需要注意，那就是排刀比。所謂排刀比即蔗刀的厚度和刀鼓長度的比例。通常是以刀鼓上所有蔗刀的總厚度與刀鼓長度的比例表達(dá)。

3.1 排刀比的取值

在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中許多研究人員認(rèn)為，刀的總厚度應(yīng)取刀鼓長度的1.3~2.0倍，一般不超過2.2倍。取值低于1.3則破碎效果不好，影響抽出率；取值過高時(shí)，一是消耗過多的動(dòng)力，二是蔗料過刀不順，從而影響榨蔗量。而在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況而定，生產(chǎn)中普遍存在以下兩種情況。

第一種，現(xiàn)階段大多數(shù)制糖公司壓榨生產(chǎn)線安裝了一座預(yù)砍理平機(jī)和三臺(tái)撕解機(jī)。這種情況下三座撕解機(jī)的排刀比可取值為1#撕解機(jī)取1.3~1.6，2#撕解機(jī)取1.6~1.8，3#撕解機(jī)取1.8~2.2。

第二種，廣西仍有少數(shù)糖廠榨量較小，設(shè)備較落后，生產(chǎn)線上只安裝了兩臺(tái)撕解機(jī)和五座壓榨機(jī)。在這種情況下想要取得較好的破碎度和抽出率，如何排刀就顯得極其重要。在這樣的情況下就不能簡單取一些理論值，而是要綜合多方因素如動(dòng)力消耗、經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)指標(biāo)等。經(jīng)過幾個(gè)榨季的摸索，A糖廠在逆轉(zhuǎn)、密刀、深斬的技術(shù)思想指導(dǎo)下，不斷嘗試優(yōu)化排刀，2020/2021年榨季取得了較大進(jìn)步，最終積累得出的排刀比為1#撕解機(jī)取1.8~2.2，2#撕解機(jī)取2.2~2.5，總的排刀比不超過4.5為宜。

3.2 蔗刀厚度如何準(zhǔn)確取值

刀厚如何準(zhǔn)確取值很多書籍和資料中較少提到，也是被許多技術(shù)人員忽略的細(xì)節(jié)問題。唯有更好地解決和處理細(xì)節(jié)問題，才能最大限度地發(fā)揮設(shè)備的作用。在排刀計(jì)算中刀厚的取值一般是取制作刀的鋼板的厚度。但實(shí)際上這種方法并不適合于刀頭厚度和刀身厚度不相符的情況。下文以A糖廠1#撕解機(jī)在2019/2020年和2020/2021年兩個(gè)榨季的排刀情況為例說明。這兩種刀的排刀圖，如圖2所示。

圖2 合金刀刀厚20mm與堆焊耐磨材料刀刀厚34mm的排刀圖

A糖廠2019/2020年榨季使用鑲嵌合金刀頭的蔗刀，刀鼓長度為1350 mm，共排有144把刀，刀身鋼板和所鑲嵌的合金刀頭的厚度都是20 mm，在計(jì)算過程中刀厚取20 mm。那么1#撕解機(jī)的排刀比為20×144/1350=2.13倍，符合只配置了兩臺(tái)撕解機(jī)情況下，1#撕解機(jī)排刀比的經(jīng)驗(yàn)取值1.8~2.2倍的要求。

2020/2021 年榨季前期更換1#撕解機(jī)蔗刀為堆焊耐磨材料的蔗刀，刀身鋼板厚度同樣為20 mm，但經(jīng)過堆焊耐磨材料后，刀頭的厚度可達(dá)30~34 mm，實(shí)際生產(chǎn)中，由于堆焊水平的不同，堆焊后的蔗刀厚度值誤差很難控制在1 mm的范圍內(nèi)，計(jì)算時(shí)刀頭厚度取30~34 mm范圍的中間值32 mm。仍然以總排刀數(shù)144把計(jì)算，排刀比為32×144/1350=3.41倍，遠(yuǎn)大于經(jīng)驗(yàn)值1.8~2.2倍。排刀比過大導(dǎo)致蔗料在1#撕解機(jī)刀口處打滑、堵塞、入料不順暢等情況。根據(jù)以上理論和經(jīng)驗(yàn)作為依據(jù)，該廠調(diào)整排刀數(shù)據(jù)，從原來排刀數(shù)144把調(diào)整為108把，排刀比為32×108/1350=2.56倍，稍大于經(jīng)驗(yàn)值1.8~2.2倍的上限值。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過調(diào)整，蔗料入刀情況有了極大的改善，極少出現(xiàn)打滑、堵塞等現(xiàn)象。

4 應(yīng)用效果

廣西糖業(yè)集團(tuán)A糖廠2020年檢修期經(jīng)過對預(yù)處理設(shè)備動(dòng)力的配置、撕解機(jī)蔗刀刀型的設(shè)計(jì)選擇和撕解機(jī)排刀方法這三方面進(jìn)行改進(jìn)，在2020/2021年榨季投入使用后，榨蔗均衡平穩(wěn)，平均日榨量同比2019/2020年榨季提高153噸，蔗渣轉(zhuǎn)光度、蔗渣水分同比降低，對提高鍋爐燃燒熱效率、節(jié)能降耗起到很大的作用；抽出率96.99%，同比上榨季提高0.11%，效果明顯，2019/2020年和2020/2021年榨季指標(biāo)對比具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 2019/2020年和2020/2021年榨季主要指標(biāo)對比

5 結(jié)束語

綜上所述，廣西糖業(yè)集團(tuán)A糖廠在壓榨車間現(xiàn)有的設(shè)備即兩座撕解機(jī)和五座壓榨機(jī)的情況下，日榨3300~3500噸，對于榨機(jī)已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)榨量，而撕解機(jī)已經(jīng)超過了標(biāo)準(zhǔn)榨量。在這樣的超負(fù)荷運(yùn)行情況下，只有通過技術(shù)手段最大限度地挖掘設(shè)備的潛能才能夠更好地完成生產(chǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)。而A糖廠則是通過增加撕解機(jī)動(dòng)力，選擇更為合理的刀型和優(yōu)化排刀數(shù)據(jù)，經(jīng)過2020/2021年榨季的實(shí)踐，通過與往年榨季的數(shù)據(jù)對比，對預(yù)處理設(shè)備動(dòng)力的配置、撕解機(jī)蔗刀刀型的設(shè)計(jì)選擇和撕解機(jī)排刀方法這三方面的調(diào)整，在壓榨抽出率稍有提升、蔗渣水分和蔗渣轉(zhuǎn)光度都稍有降低的情況下，平均日榨量有了很大的提升。這充分證明了采取的措施對提高預(yù)處理效能和提高壓榨效能有很大的幫助。