甘蔗預(yù)處理清潔清洗工藝方案的研究

魏海濤，梁益宙

（中國成套設(shè)備進(jìn)出口集團(tuán)有限公司，北京 100011）

0 前言

甘蔗進(jìn)入糖廠前的一個(gè)重要工序就是甘蔗的凈化預(yù)處理。在我國甘蔗生產(chǎn)種植絕大部分是由農(nóng)民分散種植收割，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(yù)處理工藝。但是在國外的甘蔗糖廠，大部分是以農(nóng)莊、農(nóng)場主大面積種植為主，而且國外糖廠一般規(guī)模都比較大，日處理甘蔗能力大部分都在6000噸以上，受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力影響，無法實(shí)現(xiàn)人工清理甘蔗。大多采取分區(qū)火燒甘蔗葉，然后進(jìn)行人工砍斷或者部分用機(jī)械收割的方法，先統(tǒng)一堆放在地里，用機(jī)械抓車搬到運(yùn)輸車輛上，再運(yùn)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(zhì)。當(dāng)用機(jī)械抓取的時(shí)候，將其順帶抓進(jìn)了運(yùn)輸車輛，隨著車輛一同進(jìn)入工廠，先后經(jīng)蔗刀機(jī)和撕解機(jī)，再進(jìn)入壓榨和滲出器中。特別是雨天后的甘蔗預(yù)處理，這種泥沙夾帶情況更為嚴(yán)重。

這些蔗汁和泥沙在進(jìn)入工藝系統(tǒng)后，一方面對(duì)設(shè)備管路造成嚴(yán)重磨損，另一方面對(duì)澄清蒸發(fā)工藝影響較大，會(huì)增加處理難度，降低蔗汁純度，嚴(yán)重影響中和澄清效果，增大過濾負(fù)荷，增加蒸發(fā)積垢風(fēng)險(xiǎn)，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(tái)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(zhì)盡量清洗干凈，為下道工序創(chuàng)造條件。然而，這種簡單清洗甘蔗的方法主要存在兩個(gè)方面的問題：一方面雜質(zhì)清除不徹底，對(duì)后續(xù)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(zhì)，又能平衡解決洗蔗水的環(huán)保問題是國外設(shè)計(jì)甘蔗糖廠需要考慮的重要工藝處理環(huán)節(jié)。需要設(shè)計(jì)節(jié)能高效的設(shè)備解決清除雜質(zhì)問題，同時(shí)又要解決清洗水的循環(huán)澄清及排放問題。

通過對(duì)國外糖廠多個(gè)生產(chǎn)周期的運(yùn)營實(shí)踐，深入對(duì)比分析了火燒甘蔗清潔清洗不同流程方案，通過總結(jié)幾種清潔甘蔗方案實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過不斷改進(jìn)，最后設(shè)計(jì)出一套較為科學(xué)的甘蔗預(yù)處理清潔清洗工藝方案。

1 甘蔗清潔預(yù)處理的主要目標(biāo)

甘蔗清潔預(yù)處理主要目標(biāo)是除去雜質(zhì)、殘葉和泥沙。根據(jù)我們測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)過水洗后的灰塵、雜質(zhì)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(yù)處理階段需要去除的。

2 原設(shè)計(jì)洗水系統(tǒng)存在的問題

2017/2018年榨季生產(chǎn)時(shí)，按照原設(shè)計(jì)采用了在喂蔗臺(tái)上直接噴淋水洗的辦法，經(jīng)過一個(gè)榨季的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)甘蔗帶的雜質(zhì)漂浮物太多，洗水含泥沙量較大，導(dǎo)致排水溝堵塞，洗水不能及時(shí)更換，沉淀泥沙不能及時(shí)清理，導(dǎo)致洗水含泥濃度過高無法連續(xù)清洗。雜質(zhì)堵塞泵的入口非常嚴(yán)重。原設(shè)計(jì)甘蔗洗水池現(xiàn)場實(shí)物圖，如圖1所示。

圖1 原設(shè)計(jì)甘蔗洗水池現(xiàn)場實(shí)物圖

2018/2019年榨季，洗水改為一次性清洗，直接排掉。實(shí)踐表明還是存在甘蔗夾帶的雜質(zhì)漂浮物太多，排水溝堵塞的情況。同時(shí)由于洗水直接排放到灌溉渠，導(dǎo)致泥沙沉淀到排水渠，并且集中排水濃度過高對(duì)灌溉渠水有污染，不符合當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求。

3 改進(jìn)后的甘蔗清潔清洗方案

在2019/2020年榨季到來前做重大改進(jìn)，具體方案如下。

清洗甘蔗標(biāo)準(zhǔn)流程是在甘蔗喂蔗臺(tái)上方直接用水噴洗。清洗的效果與甘蔗的雜質(zhì)種類、含量、洗水量和清洗水壓力有直接關(guān)系。為了節(jié)約用水，循環(huán)使用洗水。

為了更好的循環(huán)使用洗水，需要解決的問題是及時(shí)清除洗水中的漂浮物，及時(shí)分離和沉淀并清理出甘蔗攜帶的泥沙。通過總結(jié)幾年海外糖廠運(yùn)營改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一套科學(xué)的干法和濕法分步進(jìn)行的清潔工藝方案。

3.1 甘蔗雜質(zhì)第一步干法去除工藝

甘蔗從田里運(yùn)到工廠時(shí)，由于火燒和機(jī)械抓取，帶入了部分灰塵和泥土等雜質(zhì)。所以，第一道工序可在干燥狀態(tài)下將這些雜質(zhì)去除掉。經(jīng)過反復(fù)研究，設(shè)計(jì)了一個(gè)寬幅振動(dòng)篩，首先將甘蔗卸到傾斜安裝的振動(dòng)篩上，甘蔗受到振動(dòng)，順著坡度向下，進(jìn)入喂蔗臺(tái)，而在震動(dòng)過程中那些夾帶的泥沙等雜質(zhì)，掉落到振動(dòng)篩下部的篩網(wǎng)上，通過篩網(wǎng)孔隙落到下方的收集槽中，再通過收集槽下方皮帶運(yùn)到外側(cè)小車上，用車輛運(yùn)到指定地點(diǎn)。經(jīng)實(shí)踐證明，利用干法可去除70%以上的干燥雜質(zhì)，為后續(xù)水洗甘蔗減少了用電負(fù)荷和洗水用量。甘蔗雜質(zhì)干法去除工藝流程圖，如圖2所示。

圖2 甘蔗雜質(zhì)干法去除工藝流程圖

3.2 甘蔗雜質(zhì)第二步濕法去除工藝

甘蔗經(jīng)過振動(dòng)篩后，已經(jīng)除去大部分固體雜質(zhì)，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(jìn)一步清洗。增加一臺(tái)流量500噸/時(shí)、揚(yáng)程30米和功率90千瓦的離心泵，并在喂蔗臺(tái)安裝橫管，橫管連接40個(gè)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(tái)下部集水溝設(shè)計(jì)高壓水沖洗管，保證底部不積水，不殘留泥沙。經(jīng)過一個(gè)榨季實(shí)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(huán)處理

3.3.1 流程

洗水循環(huán)處理的流程圖，如圖3所示。

圖3 洗水循環(huán)處理的流程圖

3.3.2 洗水分離雜質(zhì)及泥沙循環(huán)系統(tǒng)原理說明

洗水經(jīng)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(tái)底部帶孔的篦子下流到洗水收集池中，洗水池外側(cè)安裝兩臺(tái)寬液道離心泵，可以將含有大量漂浮物雜質(zhì)的混合洗水泵送到下一套設(shè)備進(jìn)行處理。將洗水通過泵提升到4米高，送到機(jī)械刮板出渣器里?；旌舷此ㄟ^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(jī)械刮板連續(xù)清除到下面的小車中，最后外運(yùn)到甘蔗地。甘蔗洗水通過機(jī)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(jìn)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(huì)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(jìn)入溢流清水池中，再由離心泵送到喂蔗臺(tái)循環(huán)噴灑清洗甘蔗，形成洗水循環(huán)系統(tǒng)。溢流清水池底部會(huì)有少量沉降的泥沙，經(jīng)過幾個(gè)月的積累，相當(dāng)于總?cè)莘e的10%。待停機(jī)后統(tǒng)一由機(jī)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(chǎn)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(tǒng)中的污泥濃縮系統(tǒng)，作統(tǒng)一處理。

3.4 設(shè)備選型

為了實(shí)現(xiàn)上述工藝目標(biāo)，首先根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行設(shè)備選型。甘蔗清潔洗水設(shè)備流程圖，如圖4所示。

圖4 甘蔗清潔洗水設(shè)備流程圖

3.4.1 離心泵

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算需要的混合洗水寬液道離心泵提升量和一定高度，設(shè)計(jì)為500m3/h，揚(yáng)程20m；甘蔗榨量500噸/時(shí)，設(shè)計(jì)每噸甘蔗每小時(shí)1噸的洗水量；清水洗蔗泵同樣是500m3/h，揚(yáng)程20m。兩種泵共4臺(tái)，2用2備。

3.4.2 機(jī)械除渣器

機(jī)械除渣器，過水能力為500噸/時(shí)，過濾面積為6m2，設(shè)備規(guī)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(shè)計(jì)一個(gè)300m3混凝土的池子，儲(chǔ)存時(shí)間為30分鐘左右。

4 結(jié)論

國外糖廠建設(shè)運(yùn)營實(shí)踐證明，火燒甘蔗必須進(jìn)行預(yù)處理的清潔清洗工序，清潔處理采取干法和濕法分步進(jìn)行是可行的。甘蔗預(yù)處理清潔清洗工藝方案，采用了清潔生產(chǎn)的理念，經(jīng)過對(duì)洗水的除雜和沉降處理可以實(shí)現(xiàn)洗蔗水循環(huán)使用，提高了甘蔗預(yù)處理清潔度，減少了耗水?？稍趪庑陆ɑ蛘吒臄U(kuò)建的甘蔗糖廠項(xiàng)目上大規(guī)模推廣使用，在國內(nèi)的機(jī)械化收割甘蔗的糖廠也可以采用此方案。