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(yè)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(guī)模都比較大，日處理甘蔗能力大部分都在6000噸以上，受農業(yè)生產力影響，無法實現(xiàn)人工清理甘蔗。大多采取分區(qū)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(tǒng)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(jīng)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(tǒng)后，一方面對設備管路造成嚴重磨損，另一方面對澄清蒸發(fā)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(fā)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(chuàng)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(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，又能平衡解決洗蔗水的環(huán)保問題是國外設計甘蔗糖廠需要考慮的重要工藝處理環(huán)節(jié)。需要設計節(jié)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(huán)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(jīng)驗。經(jīng)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(jù)我們測量數(shù)據(jù)，經(jīng)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(tǒng)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(jīng)過一個榨季的實踐發(fā)現(xiàn)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(xù)清洗。雜質堵塞泵的入口非常嚴重。原設計甘蔗洗水池現(xiàn)場實物圖，如圖1所示。

圖1 原設計甘蔗洗水池現(xiàn)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?shù)丨h(huán)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(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(jīng)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(tài)下將這些雜質去除掉。經(jīng)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(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到外側小車上，用車輛運到指定地點。經(jīng)實踐證明，利用干法可去除70%以上的干燥雜質，為后續(xù)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(jīng)過振動篩后，已經(jīng)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(jīng)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(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?；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械刮板連續(xù)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(huán)噴灑清洗甘蔗，形成洗水循環(huán)系統(tǒng)。溢流清水池底部會有少量沉降的泥沙，經(jīng)過幾個月的積累，相當于總容積的10%。待停機后統(tǒng)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(tǒng)中的污泥濃縮系統(tǒng)，作統(tǒng)一處理。

3.4 設備選型

為了實現(xiàn)上述工藝目標，首先根據(jù)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(jù)實驗數(shù)據(jù)及實踐經(jīng)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(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(jīng)過對洗水的除雜和沉降處理可以實現(xiàn)洗蔗水循環(huán)使用，提高了甘蔗預處理清潔度，減少了耗水?？稍趪庑陆ɑ蛘吒臄U建的甘蔗糖廠項目上大規(guī)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。