摘? 要：針對濾泥含水量高，不能直接入鍋爐燃燒的問題，文章提出了采用蔗糠脫水機從濾泥中提取蔗糠的工藝方法。該工藝設(shè)備由溶解攪拌罐、蔗糠脫水機、蔗糠輸送帶、泥水泵組成，濾泥通過加水溶解、擠壓脫水，能從濾泥中提取含水量低于40%的蔗糠作為鍋爐燃料。日榨5000 t的甘蔗糖廠，一個榨季可從濾泥中提取含水量40%的蔗糠6250 t，節(jié)約燃料費384萬元。在甘蔗制糖企業(yè)中推廣采用蔗糠脫水機從濾泥中提取蔗糠的工藝方法能變廢為寶，既減少了濕濾泥對生產(chǎn)環(huán)境的污染，還能節(jié)約燃料費用，經(jīng)濟效益可觀。

關(guān)鍵詞：蔗糠脫水機；糖廠濾泥；脫水；蔗糠；鍋爐燃料

中圖分類號：S566.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-820X（2023）01-0031-05

0 引言

甘蔗糖廠每年會產(chǎn)生大量濾泥。由于濾泥含水量高且不易通氣，很難自然干燥，非常容易被雜菌污染。濾泥堆放在廠內(nèi)與空氣接觸一段時間后，其中的糖分隨著細(xì)菌分解而發(fā)酵，形成惡臭。這樣不僅占用土地資源，還污染空氣，更污染地下水源，使濾泥成為“放沒地方放 ，用又沒法用”的廢物，不少糖廠每年為此付出不菲的濾泥運輸費和土地占用費。濾泥中含有以蔗糠為主體的有機物質(zhì)，燃燒值與褐煤相當(dāng)。由于濾泥含水量大，難以采用常規(guī)脫水方式降低濾泥水分，因此不能常規(guī)脫水后送進(jìn)鍋爐焚燒。為此，本文提出了采用蔗糠脫水機從濾泥中提取蔗糠的工藝方法，該方法能從濾泥中提取含水量低于40%的蔗糠作為鍋爐燃料。在甘蔗制糖企業(yè)中推廣采用蔗糠脫水機從濾泥中提取蔗糠的工藝方法能變廢為寶，既減少了濕濾泥對生產(chǎn)環(huán)境的污染，還能節(jié)約燃料費用，經(jīng)濟效益可觀。

1 濾泥的來源與組成

1.1 濾泥的來源

在甘蔗制糖生產(chǎn)過程中，通過澄清工藝處理，從甘蔗榨取汁中沉淀、過濾出的非糖分有機物和無機質(zhì)雜質(zhì)統(tǒng)稱為濾泥［1］。磷酸亞硫酸法澄清工藝是大多數(shù)甘蔗糖廠采用的澄清工藝，就是將磷酸、氫氧化鈣和二氧化硫同時加入蔗汁中進(jìn)行加熱、中和、沉降和過濾。獲得的清汁濁度低，清凈效率高，產(chǎn)生的濾泥呈中性，有機含量高，并且含有適量微量元素?；旌现?jīng)過磷酸亞硫酸法澄清工藝處理，獲得進(jìn)一步煉制的清汁，同時也產(chǎn)生了大量的濾泥。日榨5000 t的甘蔗糖廠，按加工1 t甘蔗產(chǎn)生 2.5％的濾泥量計算，一個榨季可產(chǎn)生約 1.5萬t濕濾泥。

1.2 濾泥的組成

澄清工藝所產(chǎn)生的濾泥由水分和非水分物質(zhì)組成，具體成分因甘蔗品種、產(chǎn)地氣候、土壤性質(zhì)及糖廠澄清工藝不同而有所區(qū)別，亞硫酸法澄清工藝產(chǎn)生的濾泥組成成分如表1［2］所示。

1.2.1 濾泥中的非水分物質(zhì)

從磷酸亞硫酸法澄清工藝原理可知，濾泥中含有從甘蔗榨取汁中沉淀出來的有機物和灰分等非水分物質(zhì)，其中以蔗糠為主體的有機物占非水分物質(zhì)的57.3%。

1.2.2 濾泥中的水分

由于糖廠普遍使用真空吸濾機過濾泥汁，難以從濾餅中脫出大量水分，因此一般濾泥的含水量在 75%左右。按濾泥中水分存在形式劃分，一般可分為四類：裂隙水，毛細(xì)結(jié)合水，吸附水和內(nèi)部水。濾泥中水分的存在形式如圖 1所示。

吸附水是指通過氫鍵結(jié)合與靜電作用粘附在濾泥顆粒表面的水分，約占濾泥水分的 7％，由于水分子排列整齊，分子間作用力更穩(wěn)定，很難去除；內(nèi)部水是指通過化學(xué)鍵與濾泥有機結(jié)合的水分，約占濾泥水分的 3％，可看作濾泥的一部分；毛細(xì)結(jié)合水是指在濾泥中的毛細(xì)管水分，約占濾泥水分的 20%，由于水分通過毛細(xì)壓強及表面張力與泥質(zhì)結(jié)合，難以去除；裂隙水是指濾泥顆粒包圍的水分，不與濾泥直接結(jié)合，占濾泥水分的 70%左右，比較容易去除。通過以上分析可知，只要打破濾泥顆粒的包圍，采用機械擠壓的方法，可以去除占濾泥水分 70%左右的裂隙水。

2 從濾泥中提取蔗糠的工藝方法

針對濾泥含水量高，不能直接入爐燃燒的問題，本文提出了采用蔗糠脫水機從濾泥中提取蔗糠的工藝方法。其工藝原理是：用溶解水對濾泥進(jìn)行溶解和洗滌，解除濾泥顆粒對裂隙水的包圍，分解泥漿對蔗糠的包裹；然后采用蔗糠脫水機將泥水和蔗糠分離，蔗糠經(jīng)過擠壓脫水，蔗糠含水量控制在40%以下，送鍋爐燃燒；泥水送到生化池處理，或濃縮、發(fā)酵后制成液體肥。

采用蔗糠脫水機從濾泥中提取蔗糠的工藝設(shè)備由溶解攪拌罐1、蔗糠脫水機2、蔗糠輸送帶3、泥水泵4組成（圖2）。該工藝具體流程如下：來自生化處理后的清水作為溶解水，通過溶解水進(jìn)口管進(jìn)入溶解攪拌罐1內(nèi)，在攪拌器作用下，水流在罐內(nèi)翻滾、流動；濾泥通過濾泥輸送機送到溶解攪拌罐1的濾泥進(jìn)口管進(jìn)入罐內(nèi)，與翻滾、流動的溶解水直接混合，溶解水溶解了細(xì)小的泥成為泥水，包容了蔗糠，形成可流動的泥漿；從溶解攪拌罐1中部出料管排出的含泥水蔗糠進(jìn)入蔗糠脫水機2，在蔗糠脫水機2的楔形槽篩表面留下蔗糠，蔗糠沿楔形槽篩表面向前移動，泥水穿過楔形槽篩網(wǎng)進(jìn)入泥水收集器內(nèi)，實現(xiàn)了蔗糠與泥水的分離；水含量很高的蔗糠隨著螺旋軸的緩慢旋轉(zhuǎn)驅(qū)動、擠壓、脫水，使蔗糠含水量降到40%以下，從蔗糠脫水機出口落下；隨后含水量降到40%以下的蔗糠通過蔗糠輸送帶3送到鍋爐燃燒；蔗糠脫水機2的廢水收集器內(nèi)的廢水通過廢水泵4送入生化處理池。

3 蔗糠脫水機

3.1 蔗糠脫水機結(jié)構(gòu)設(shè)計

蔗糠脫水機是基于擠出理論而研發(fā)的濾泥專用脫水機械，它由機架1、減速電機2、聯(lián)軸器3、軸承座4、填料密封函5、進(jìn)料管6、機殼7、過濾網(wǎng)8、泥水出口管9、螺旋推渣軸10、連接法蘭11、蔗糠移動管12、出渣口13、壓力錐板14和彈力壓緊器15組成，其結(jié)構(gòu)詳見圖3。

其中，機架1由槽鋼焊接而成，在機架1左端安裝減速電機2，減速電機2的機座與機架1采用螺栓連接；在機架1中部安裝機殼7，機殼7的支腳與機架1采用螺栓連接；在機殼7內(nèi)套入過濾網(wǎng)8，機殼7與過濾網(wǎng)8采用連接法蘭11連接；過濾網(wǎng)8采用楔形條組裝成圓筒形，有多個加強圈固定；螺旋推渣軸10的主體部分焊接螺旋葉片，螺旋推渣軸10安裝在過濾網(wǎng)8中心，兩端采用軸承座4支撐，螺旋推渣軸10與減速電機2的輸出軸采用聯(lián)軸器3連接；在機殼7左端的連接法蘭11上安裝進(jìn)料管6，采用螺栓連接；在進(jìn)料管6的左側(cè)板上安裝填料密封函5，填料密封函5的座體焊接在左側(cè)板的軸孔處；在機殼7中部的下方安裝泥水出口管9，采用焊接連接，泥水出口管9與泥水輸送管連接；在機殼7右端的連接法蘭11上安裝蔗糠移動管12，采用螺栓連接；在蔗糠移動管12的另一端安裝出渣口13，采用焊接連接；在出渣口13的蔗糠擠出口處安裝壓力錐板14，壓力錐板14套裝在螺旋推渣軸10上，可軸向移動；出渣口13的側(cè)板上安裝彈力壓緊器15，彈力壓緊器15將壓力錐板14壓緊在出渣口13的蔗糠擠出口處。

蔗糠脫水機的功能和使用方法：根據(jù)對蔗糠含水量的要求，扭動調(diào)節(jié)螺桿157，壓縮彈簧153（圖5），調(diào)整壓力錐板14的壓力值，然后啟動減速電機2，螺旋推渣軸10慢速轉(zhuǎn)動。從溶解攪拌罐1中部的出料管排出的含泥水蔗糠通過進(jìn)料管6進(jìn)入蔗糠脫水機2（圖2），在螺旋推渣軸10的帶動下，含泥水蔗糠隨螺旋葉片向前移動，并進(jìn)入擠壓脫水區(qū)，擠壓脫水區(qū)內(nèi)的螺旋葉片螺距逐級變小，螺旋軸軸徑逐漸變大，由于輸送空間隨螺旋葉片螺距逐級變小和軸徑逐漸變大而變小，故使濾餅體積被壓縮而擠出泥水；當(dāng)有泥水從左端軸側(cè)泄漏，可壓緊填料密封函5的壓蓋，防止泄漏；泥水穿過過濾網(wǎng)8，進(jìn)入外殼7，經(jīng)泥水出口管9排出，然后通過泥水泵4送入生化處理池處理；留在過濾網(wǎng)8上的蔗糠隨螺旋葉片繼續(xù)向前移動，在螺旋軸的末端光軸處形成圓環(huán)形濾餅塞，在壓力錐板14的阻擋下，擠壓力增大，蔗糠脫水效果明顯增強，使蔗糠含水量降到40%以下，在螺旋葉片持續(xù)的推力作用下，圓環(huán)形濾餅塞頂開壓力錐板14，經(jīng)脫水后的蔗糠從出渣口13排出，然后通過蔗糠輸送帶3送到鍋爐燃燒。

蔗糠脫水機的技術(shù)特點：

脫水效率高：留在過濾網(wǎng)上的蔗糠隨螺旋葉片繼續(xù)向前移動，在壓力錐板的阻擋下擠壓力增大，脫水后的蔗糠含水量降到40%以下。

結(jié)構(gòu)簡單：與軋輥壓榨脫水機組相比，由于采用楔形條組裝成圓筒形篩網(wǎng)和螺旋推渣技術(shù)，簡化了蔗糠脫水機的結(jié)構(gòu)，該機器操作穩(wěn)定、造價低、運行費用低。

3.2 蔗糠脫水機主要零件結(jié)構(gòu)分析

3.2.1 螺旋推渣軸結(jié)構(gòu)分析

螺旋推渣軸是體現(xiàn)蔗糠脫水機工藝性能的關(guān)鍵零部件，它由軸承位A、進(jìn)料區(qū)W、擠壓脫水區(qū)J、濾餅阻塞區(qū)S組成，其中：第一螺旋葉片構(gòu)成空間V1；最后螺旋葉片構(gòu)成空間Vn，詳見圖4。

在螺旋推渣軸的兩端設(shè)置軸承位A。螺旋初始端為進(jìn)料區(qū)W，螺旋外徑、螺旋軸徑、螺距保持不變，起到將含泥水蔗糠輸送到擠壓脫水區(qū)的作用。進(jìn)料區(qū)W一般為2個到3個螺距的長度，進(jìn)料區(qū)的尺寸數(shù)據(jù)是計算蔗糠脫水機處理量的依據(jù)。在螺旋推渣軸的中部是擠壓脫水區(qū)J，螺旋外徑不變，螺距逐級變小，螺旋軸徑逐漸變大，螺旋葉片與螺旋軸構(gòu)成的空間逐級變??；含泥水蔗糠進(jìn)入擠壓脫水區(qū)，隨螺旋推渣軸的旋轉(zhuǎn)，在螺旋葉片的推動下，在逐級變小的螺旋葉片構(gòu)成空間內(nèi)逐級向前移動，此過程使含泥水蔗糠逐級受到擠壓而擠出水分，從第1個螺旋葉片構(gòu)成的空間V1到最后1個螺旋葉片構(gòu)成的空間Vn可計算出含泥水蔗糠被壓縮的壓縮比；選擇軸徑逐漸變大的圓錐軸是為了控制濾餅阻塞區(qū)S的濾餅厚度，保證濾餅濕度基本一致。在螺旋推渣軸擠壓脫水區(qū)的末端是一段光軸組成的濾餅阻塞區(qū)S，蔗糠在螺旋葉片的推動和壓力錐板的阻攔下不斷充滿濾餅阻塞區(qū)S，在此處形成圓環(huán)形濾餅塞，使擠壓出的水分不能從出料口流出；在螺旋葉片軸向力的作用下，圓環(huán)形濾餅塞不斷向前移動，頂開壓力錐板后在壓力錐板的刮削刃作用下被粉碎排出。

3.2.2 過濾筒的結(jié)構(gòu)分析

過濾筒是用不銹鋼楔形條組裝成的圓筒形，由多個加強圈固定。不銹鋼楔形條組成的縫隙是梯形的，窄面組成過濾表面，間隙可在0.1～0.3 mm選擇，寬面是泥水流出面，不易堵塞，在螺旋葉片不停的旋轉(zhuǎn)下，過濾表面不斷更新，提高了過濾效率。

3.2.3 壓力錐板壓緊裝置的結(jié)構(gòu)分析

壓力錐板壓緊裝置的主要作用是調(diào)整圓環(huán)形濾餅塞出口處的壓力，圓環(huán)形濾餅塞必須克服壓力錐板壓緊裝置設(shè)定的彈簧力才能排出，具體結(jié)構(gòu)見圖3和圖5。

壓力錐板14在3個彈力壓緊器15的作用下貼緊出渣口13，形成了圓環(huán)形濾餅塞出口處的壓力，彈力壓緊器15的球面壓緊壓力錐板14，但不影響壓力錐板14隨軸轉(zhuǎn)動。以上所述彈力壓緊器15由球面柱151、導(dǎo)向套152、彈簧153、彈簧墊154、出渣口側(cè)板155、套端螺母156和調(diào)節(jié)螺桿157組成。其中，在出渣口側(cè)板155上安裝導(dǎo)向套152，采用焊接連接；將球面柱151、彈簧153和彈簧墊154依次裝入導(dǎo)向套152內(nèi)，在導(dǎo)向套152右端安裝套端螺母156，采用螺紋連接；在套端螺母156內(nèi)螺紋處安裝調(diào)節(jié)螺桿157，調(diào)節(jié)螺桿157頂緊彈簧墊154，壓縮彈簧153，使球面柱151的球面壓緊壓力錐板14。

4 從濾泥中提取蔗糠的效益分析

4.1 提取蔗糠的熱能

日榨5000 t的甘蔗糖廠按加工1 t甘蔗產(chǎn)生2.5％的濾泥量計算，一個榨季120 d可產(chǎn)生約15000 t水分含量為75％的濾泥，折算成水分含量為40％的蔗糠約6250 t，按水分含量為40％的蔗糠的低位發(fā)熱量為R1=9720 kJ/kg計算，提取蔗糠的熱能：

Q=R1W=9720×6250000=60750000000 kJ

4.2 一個榨季可節(jié)約的燃料費

糖廠鍋爐的燃料主要是含水量為49％的蔗渣，根據(jù)蔗渣低位發(fā)熱量表［6］可知含水分為49％的蔗渣的低位發(fā)熱量R2=7901 kg，回收蔗糠燃料折合成含水量49％的蔗渣是：

Z=Q÷R2=60750000000÷7901=7688900 kg

=7688.9 t

按每噸蔗渣0.05萬元計，則一個榨季可節(jié)約燃料費：

F=7688.9×0.05=384萬元

5 結(jié)論

采用蔗糠脫水機從濾泥中提取蔗糠的工藝方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的優(yōu)點是：

（1）有效解除了甘蔗糖廠濕濾泥對生產(chǎn)環(huán)境的污染，環(huán)境效益突出。

（2）日榨5000 t的甘蔗糖廠一個榨季可從濾泥中提取含水量40%的蔗糠6250 t，節(jié)約燃料費384萬元，經(jīng)濟效益可觀。

（3）該工藝具有技術(shù)成熟、投資省、運行費用低和操作穩(wěn)定等特點。

在甘蔗糖廠中推廣采用蔗糠脫水機從濾泥中提取蔗糠的工藝方法能變廢為寶，既減少濕濾泥對生產(chǎn)環(huán)境的污染，還能節(jié)約燃料費用，經(jīng)濟效益可觀。

參考文獻(xiàn)

［1］ 王威威. 原糖廠濾泥熱壓脫水及燃燒特性研究［D］. 南寧： 廣西大學(xué)，2014.

［2］ 石流沙，鈕德明. 消除亞法甘蔗糖廠濾泥污染的工藝研究［J］. 大眾科技，2017，19（3）：32-34.

［3］ 中華人民共和國輕工業(yè)部. QB/T1310-1991 甘蔗制糖工業(yè)企業(yè)綜合能耗標(biāo)準(zhǔn)和計算方法［S］. 1991.

收稿日期：2023-01-07

基金項目：2022年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目（2022KY1881）

第一作者：卓家創(chuàng)（1986-），男，講師，主要從事制糖工藝及設(shè)備研究工作，E-mail：1739859464@qq.com