2009
我国甘蔗糖厂的生产规模和技术水平都在不 断进步之中，尤其是糖厂规模的扩大速度更是异 乎寻常。而一些生产技术指标的提高却并未表现 出有太显著的进步，其中标煤耗指标就是其中之 一。表 1[1]是 2001/02～2007/08 年榨季 7 年间我 国 甘 蔗 糖 厂 平 均 标 煤 耗 的 实 绩 ， 表 2[1]是 2003/04～2007/08 年榨季标煤耗最好的 5 家企业的实绩，表 3[1]是 2003/04～2007/08 年榨季标煤 耗排最后的 5 家企业的实绩。
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表 1 2001/02～2007/08 年榨季 7 年间我国甘蔗糖厂平均标煤耗实绩 |
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表 2 2003/04～2007/08 年榨季最好的 5 家企业标煤耗（％蔗）实绩 |
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表 3 2003/04～2007/08 年榨季排最后的 5 家企业标煤耗（％蔗）实绩 |
从表 1～表 3 统计数据我们初步可以得到判 断：①多年来，多数糖厂的标煤耗在 6.0 附近波 动，略有下降的趋势，但并不显著，进步不够大； ②节能成绩最好的糖厂标煤耗逼近 4.0％蔗，但 都未能逾越，似乎说明了 4.0％蔗左右就是我国 甘蔗糖厂标煤耗的最好水平；③还有一些糖厂的 标煤耗惊人地高，最高的甚至超过 10％蔗，这些 糖厂除了燃烧蔗渣外，势必要烧大量的煤。
在地球变暖威胁人类生态环境的时世下，我 们必须千方百计节约能源和减少排放二氧化碳。 加上近年石油价格急升带动煤价不断上涨和蔗渣 价格的上涨，使糖厂的节能变得更为迫切和更具 意义。对于不同类型的糖厂，要找出问题的所在， 有针对性地提高技术水平和管理水平，使我国甘 蔗糖厂的节能水平不断得到提高。
要分析现时甘蔗糖厂的能耗情况，还得从糖 厂的热力方案说起。严格说来，能耗也与糖厂的 动力消耗（或者吨蔗电耗）有关，电耗的降低也 牵涉很多问题，但为突出重点，本文暂不讨论这 方面的问题，只涉及工艺汽耗。
应用多效蒸发达到每吨蒸汽蒸发几吨水份以 达到节约蒸汽是糖厂节约蒸汽的重大措施。但全 面抽取汁汽用于煮糖和加热以达到最佳节汽效果 却是逐步发展起来的。 开始是上世纪 50 年代后期 从波兰引进的江门甘蔗化工厂，该厂从设计、装 备和技术管理都做得比较好。开始时由于种种原 因， 它的技术和经验好象是其它糖厂难以学习的。 在上世纪 80 年代的第六个国民经济五年计划期 间，由轻工部甘蔗糖业研究所（现为广州甘蔗糖 业研究所）和广东番禺珠江甘蔗化工厂共同承担 了“糖厂节约热能研究”国家科研攻关项目，该 项目在 1985 年取得了成功并通过了部级鉴定， 鉴 定的标煤耗指标为 4.16％蔗，随后获得了部级二 等奖。以后珠江甘化厂的标煤耗仍有降低，达到 过略小于 4.0％蔗的水平。在这里重提这一段历 史，是因为珠江甘化厂当时是 1500 t/d 规模的中 型厂（现在属于小糖厂了） ，设备并不先进，它的 成功打破了全面抽汁汽的神秘感，该项目的推广 促进了甘蔗糖业节能工作的全面开展。
珠江甘化厂的热力方案是当时技术水平所能 做到的最先进的热力方案，该方案简列如表 4[2] 所示。
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表 4 珠江甘化厂热力方案 |
这个热力方案的特点在于全抽汁汽，即加热 和煮糖用汽除清汁二级因温度要求较高必须用废 汽外全部由蒸发罐的汁汽供给，而蒸发系统抽取 这些汁汽后， 末效进入冷凝器的汁汽已经很少了。 而清汁经由蒸发浓缩后，可获得高达 68～72°Bx的糖浆。
现在国内甘蔗糖厂大多数的热力系统与上述 表列的大同小异。 主要不同之处大体有以下一些： ①Ⅲ效汁汽煮糖在大多数糖厂都难于实行，也多 数没有Ⅲ效汁汽上煮糖楼的管道；②一次一级加 热采用Ⅳ效汁汽而不是汽凝水，因为现在的列管 式加热器用热水作热源传热系数低，所需加热面积大，使用起来配套较困难；③有相当多的糖厂 不能全部使用Ⅰ效和Ⅱ效汁汽煮糖，还需要用一 部分废汽。使用Ⅰ效和Ⅱ效汁汽的比例也和珠江 甘化厂的方案不一样， Ⅰ效汽的使用量要大一些。
在热力方案大体相同的情况下，是什么原因 使甘蔗糖厂的标煤耗有如此大的差异，又是什么 原因造成二十多年来最好的标煤耗水平不能有新 的突破呢？仔细分析是有其内在原因的。
为了方便我们对热力方案的讨论，不妨先复 述一下多述蒸发的基本原理——Rillieux理论的 三项定理：①在一个多效蒸发系统中，当总的蒸 发水量一定时，系统的蒸汽消耗量随着系统蒸发 罐效数的增加而减少；②从蒸发罐抽取汁汽用于 加热或煮糖时，所节省的蒸汽量等于所抽取的蒸 汽量与抽汽蒸发罐的效序的乘积除以系统的总效 数；③当蒸发系统的全部汁汽均被抽取时（末效 罐没有汁汽进入冷凝器） ， 全厂工艺过程的汽耗量 最小，蒸发系统的汽耗量为零。
由于这三项定理是针对多效蒸发系统的，对 于糖厂整个用汽系统而言，把第 3 项改写成“当 蒸发系统的全部汁汽均被抽取时（末效罐没有汁 汽进入冷凝器） ，蒸发系统的汽耗量为零；而若所 抽取的汁汽刚好足够工艺需要时，全厂工艺过程 的汽耗量最小。 ”则更为贴切。
我们再仔细考察珠江甘化厂的热力方案就可 知道，它差不多已经做到这种程度了。所欠缺的 在于有 1.09％蔗的Ⅴ效汁汽进入了冷凝器，这部 分低压汁汽和煮糖汁汽一样实在不好利用；另外 是清汁二级加热因Ⅰ效汁汽温度不够而用了 0.8 ％蔗的废汽，其它部门如分蜜等也用了 3.0％蔗 的蒸汽。这样的用汽系统看来已经是臻于完美的 状态了。这说明达到当年珠江甘化厂的节能水平 来之不易，以及现时甘蔗糖厂的标煤耗最佳水平 也只是逼近于 4.0％蔗而暂时无所突破，我们应 该寻找新的路子——节约工艺用汽，为此我们再 分别考察煮糖和加热这两大块的汽耗情况。
由于对煮糖用汽鲜有查定，蒸汽和汁汽管道 又没有安装流量计（有些厂安装的流量计误差很 大） ，获取准确数据非常困难。根据以前的一些估 算， 多数糖厂煮糖用汽对蔗比在18％～28％之间， 这个数据的变动相当大。华南理工大学教材[3]对 煮糖用汽量典型计算结果是 21.93％蔗，大概在 18％蔗～28％蔗的中间偏低范围。珠江甘化厂的 热力方案煮糖总用汽量为 17.22％蔗，略少于 18 ％蔗。是不是珠江甘化厂当年煮糖耗汽的水平和 现有的节能先进糖厂水平就是难以突破的呢？让 我们考察一下国外糖厂的情况，发达国家生产原 糖如澳大利亚等因甘蔗纤维份高，大量蔗渣剩余 暂时难以利用而对节能不够重视；印度类似中国 大量生产耕地白糖，糖产量比中国多很多，但总 体技术水平似乎比中国差一些。欧洲甜菜糖厂技 术水平和节能水平是很高的，丹麦 DDS 公司的工 艺系统糖浆浓度很高和煮糖过程不进水，煮糖用 汽量较少， 其热力方案煮糖用汽量为 11.0％菜[4]； 德国甜菜糖厂更有全部糖膏煮制都用立式连续煮 糖罐，煮糖总用汽为 10.5％菜[5]。当然，甘蔗糖 厂与甜菜糖厂是不可能完全去做对等比较的，但 其先进性则可以作参照。为此，笔者用物料平衡 方法计算了甘蔗糖厂若整个煮糖过程都不加水的 汽耗，甲膏分蜜时打水量按 1％蔗（约折合 8％ 糖） ，中间糖蜜稀释用水 2％蔗，用以把所带的晶 粒溶化干净，这是非常必要的。这两个数据也是 取自华南理工大学教材[3]，其它数据是按近年广 西糖厂一般生产水平的实绩，而为了突出煮糖节 约蒸汽，把糖浆锤度提高到 68°Bx，这是不低的 锤度，但应该说还有提高的余地。其它参数具体 为：
混合汁量 95％蔗、 锤度 16.6、 重力纯度 85.5％； 糖浆锤度 68、重力纯度 85.8％；废糖蜜锤度 86、 重力纯度 38.0％。
计算结果为煮糖总汽耗 11.16％蔗，如果糖浆锤度再提高一些， 这个数字可降至11％蔗之内。
既然甜菜糖厂的煮糖汽耗可以低至 11％菜， 而通过平衡计算甘蔗糖厂在不煮水的情况下也可 达到约 11％蔗的程度，说明降低煮糖汽耗的潜力 是很大的。
混合汁进入清净工段后，经三次几级加热及 清净处理成为入蒸发罐的清汁，这过程耗用的蒸 汽（包括汁汽和乏汽）是加热耗汽的绝大部分， 我们暂时不讨论糖浆放冷了要加热，工艺热水不 够用要加热冷水补充等所消耗的蒸汽。为了便于 比较，笔者也试算了一组通常糖厂的数据：
混合汁量 95％蔗、锤度 16.6、温度 18℃； 加热饱和蒸汽温度 105℃；一次加热温度 65℃； 二次加热温度从 63℃升至 120℃；清汁加热从 92 ℃升至 122℃；
计算结果是：一次加热耗汽 q1=7.42％蔗；二 次加热耗汽 q2=6.15％蔗；清汁加热耗汽 q3=4.73 ％蔗；加热总耗汽：q=q1+q2+q2=18.3％蔗。
这是个正常情况下的数字，只要安全生产， 工艺过程蔗汁的热损失不是太大，这些参数的变 动就不会太大。
以上计算结果和分析可以看出，目前能耗水 平先进的糖厂包括原来的珠江甘化厂，抽取蒸发 汁汽总量基本上就是煮糖用汽总量和加热用汽总 量之和，这个值约 36％蔗，同时基本符 Rillieux 原理的第三条，总汽耗最低，也就是达到标煤耗 4％蔗的水平。要在这个 4％蔗的基础上进一步下 降，就需要降低煮糖汽耗和加热汽耗。从分析实 际情况中我们也可发现，加热汽耗刚性较大，可 挖潜力很少；而煮糖汽耗弹性较大，只要提高技 术，潜力相当之大，这正是目前标煤耗对蔗比接 近 4％的糖厂要突破 4％的关键所在。
（1）着重考虑降低煮糖汽耗，最重要的措施 是少煮水和逐步达到不煮水。除了煮糖工的操作 水平提高外，技术的支持尤为关键：用煮糖仪表 监测过饱和度，以调整真空度的手段升温和降温 代替靠水的稀释和收浓；煮糖操作用计算机程序 代替人的经验。这些在我国都在发展中，但目前 多数厂家显然还不够重视。
（2）搅拌煮糖的推广和完善。有些人可能对 搅拌煮糖的作用认识不足，其实搅拌煮糖除了缩 短煮糖时间外，以机械循环强化自然循环以至替 代自然循环，既可以使用更低压的汁汽，又可以 进一步减少用汽总量。而搅拌所消耗的动力不是 白费，而是转化为糖膏的加热。要达到更高的效 率和可靠性，现有搅拌设备需要进一步完善。 当煮糖系统有了适用的仪表监测过饱和度， 实现计算机程序控制，也有了机械强制循环，就 能实现少煮水以至不煮水。
（3）原有的热力方案是按蒸发总水量约 36 ％对蔗比可使糖浆达到要求的浓度而设计的，而 这个数字也是原来加热用汽和煮糖用汽量之和。 若煮糖汽耗减少，糖浆锤度提高又使总蒸发量发 生变化，原来的平衡已经被打破，热力系统的抽 汽方式要重新平衡计算，总的原则是抽汽适当后 移。
糖浆浓度要向 70°Bx 进发，这要有三个条件 保驾，一是蒸发罐糖浆浓度的监测；二是蒸发罐 操作的稳定；三是糖浆的保温和放置时间不要过 长。
（4）抽汁汽的后移，传热设备的面积和管道 可能要做适当的调整。更好的办法是应用换热效 率更高的设备。这方面国内外都有研究，也有一 些企业在尝试，对于甘蔗糖业的一些特殊问题— —积垢问题仍需要进一步努力去解决。
（5）汁汽压缩再利用。中压锅炉在糖厂已经 广泛应用，当背压在 0.20～0.25 MPa 表压时，发 电的单位汽耗可略少于 10kg/kw·h。如果综合利 用等其它车间用电不是太多的情况下，糖厂有不 少电能剩余向外输送。研究利用这些剩余电能对 汁汽进行压缩，提高品位后再利用，是降低总耗汽量的一条途径，也有利于糖厂的汽电平衡。
这类糖厂占了大多数，基本上不烧煤还有一 些蔗渣剩余，或者烧一些煤余下很多蔗渣。这类 糖厂的节能潜力还是很大的，具体针对厂内的情 况当然有很多工作可做，这里只能谈一些较普遍 的问题。
（1）提高糖浆浓度。蒸发系统用 1 吨蒸汽可 蒸发 3 吨多的水（具体随热力方案有所差异） ，在 煮糖罐蒸发 1 t 水则需要 1 t 蒸汽，可见提高糖 浆浓度的重要性。对于 4.1 所述的第一类糖厂， 这个问题同样重要，最好能达到 70°Bx 左右。但 蒸发罐操控非常关键，因为过浓产生结晶带来很 多麻烦，如果罐时调度不当在糖浆箱放置过久， 降温大了也会产生结晶。然而要求糖浆锤度不低 于 60°Bx 则是基本的， 只要认真操作是应该做的。
（2）拟订好有效而实际的热力方案。前面介 绍珠江甘化厂的热力方案，除了本文上述的一些 特殊点外，大多数糖厂都可做到。根据自己的情 况，通过计算和平衡调整做到只有很少量有Ⅴ效 汁汽进入冷凝器，其它用汽只有少量需要压力较 高的地方（如清汁二级加热等）才用废汽。只要 这种热力方案能真正执行， 节能效果将十分显著。
（3） 采取措施以确保制订好的热力方案执行 成功， 这些措施包括设备上和生产过程平衡调度。 设备上指的是换热设备面积配置的调整，必要的 面积增加；管道的增加和调整；甚至有些厂的某 些换热设备进汽口不够大或阀门太小成瓶颈时也 必须调整。在硬件满足要求的基础上，榨季期间 就要认真执行。不要为一时的冲动而偏离既定的 方案。
这些厂存在的问题较多，而且各种情况也不 尽相同，大抵可通过以下几方面去检查：
（1）锅炉效率是否太低，有些厂仍用老旧的 小锅炉，就会有这样的问题。
（2）汽凝水排除是否良好，排水不良常影响 抽取汁汽，影响多效蒸发串汽造成温差降低和蒸 汽品质下降，影响汽凝水回收利用。
（3）能否有效抽取汁汽，找出问题所在。
（4）煮糖耗汽是否过大，找出原因。
（5）生产安全率低，生产时停时开，除其它 损失以外，能耗肯定很高。
| [1] | 霍汉镇，沈参秋. 甘蔗糖厂澄清处理[M].
广州：广东制糖协会，1992. ( 2)
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| [2] | 邹本生,苏志伟,糖厂节能与蒸发热力方案的关系[J]. 甘蔗糖业,1994(2):42-46. (1)
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| [3] | 陈维钧,许斯欣,林福兰,甘蔗制糖原理与技术(第四分册)[M]. 北京:中国轻工业出版社,2001. (2)
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| [4] | 杨昌仁,丹麦DDS糖厂降低煤耗的经验[J]. 甘蔗糖业,1981(2):33-38. (1)
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| [5] | 赴西德糖业考察团,西德的制糖新技术[J]. 甘蔗糖业,1990(5):49-58. (1)
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