一、概述
糖是人們的主要生活資料之一，糖與蛋白質(zhì)、脂肪及無(wú)機(jī)鹽等是保證人體健康的主要營(yíng)養(yǎng)品，每克糖可在人體內(nèi)產(chǎn)生16748J熱量，維持人體的活動(dòng)。因此，糖是人類特別是運(yùn)動(dòng)員、嬰兒的重要食品，糖又是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾{(diào)味品之一。糖除直接供食用以外，還是一種重要的工業(yè)原料。食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和化學(xué)工業(yè)都與糖有著密切的關(guān)系。我國(guó)是世界上用甘蔗制糖最早的國(guó)家之一，已有2000多年的歷史。甘蔗制糖工藝大概分以下幾個(gè)過(guò)程：
甘蔗在進(jìn)入壓榨機(jī)或滲出器之前必須現(xiàn)進(jìn)行破碎處理 －－- 稱為預(yù)處理。預(yù)處理的目的是將條狀的甘蔗破碎成片狀或絲狀的蔗料，使甘蔗的纖維組織撕裂，糖分細(xì)胞充分破裂。將預(yù)處理過(guò)的蔗料用壓榨機(jī)進(jìn)行壓榨，壓出蔗汁。壓榨出來(lái)的蔗汁還含有很多雜質(zhì)，必須經(jīng)過(guò)多道工序來(lái)進(jìn)行蔗汁的處理，才能保證下道工序的順利進(jìn)行。這些工序包括：亞硫酸法清凈(或其他方法的清凈)、預(yù)灰和加熱工序、蔗汁的硫熏中和、蔗汁的沉降、蔗汁的過(guò)等。蔗汁經(jīng)過(guò)清凈處理后含大量水分的稀汁經(jīng)過(guò)蒸發(fā)工段，除去大量的水分，濃縮成60度Bx左右的糖漿，結(jié)晶后產(chǎn)出商品白砂糖。
二、壓榨工藝分析
壓榨機(jī)是以甘蔗為原料制糖取汁的主要設(shè)備。設(shè)備全套由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)主機(jī)(即壓榨機(jī))和液壓系統(tǒng)組成。作為糖廠重要的生產(chǎn)設(shè)備，5級(jí)或6級(jí)壓榨電動(dòng)機(jī)的總?cè)萘空继菑S全廠裝機(jī)容量的一半以上，但長(zhǎng)久以來(lái)一直沿用傳統(tǒng)的控制方式：定速運(yùn)行、直流調(diào)速或液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
影響糖份抽出率的因素較多，若壓榨機(jī)抽出率提高1%，則總收回率提高0.88%～0.92%。影響抽出率的因素主要有以下幾方面原因：
1、壓榨效能一般用壓榨機(jī)的處理量和抽出率這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量。一般來(lái)說(shuō)在壓榨設(shè)備一定的條件下，要提高壓榨量，往往抽出率有所下降，反之，要提高抽出率，則會(huì)影響壓榨量，所以處理量和抽出率是互相矛盾、相互制約的，綜合考慮，設(shè)定一合適的壓榨速度既要求有一定壓榨量，又不致使抽出率過(guò)低。
2、甘蔗中的纖維受壓后離開(kāi)榨機(jī)出口時(shí)又膨脹，此時(shí)被壓榨的纖維隨著自身的膨脹在出口處會(huì)吸去已榨出的一部分蔗汁，同時(shí)受到機(jī)效能的影響，甘蔗中的糖份不可能全部榨出，采用“加重前輥負(fù)荷使整機(jī)負(fù)荷減輕以提高壓榨效能”的技術(shù)原理，改變、縮小榨機(jī)前后輥開(kāi)口及開(kāi)口比，提高前輥出汁率，減輕后輥排汁壓力，減少重吸，降低蔗渣水份，從而達(dá)到單機(jī)及整機(jī)列抽出率提高的同時(shí)降低榨機(jī)電能耗的最終目的。
3、蔗料的破碎度及形態(tài)是保證第一級(jí)榨機(jī)抽出的前提。甘蔗破碎度好，蔗汁易于壓出，抽出率提高。
4、從輸蔗機(jī)輸送過(guò)來(lái)的蔗層厚度均勻?qū)μ岣叱槌雎史浅Ｖ匾Ｈ绻釋舆^(guò)厚，壓榨不徹底；如果蔗層過(guò)薄，壓不干蔗層，二者均影響抽出率。
5、在榨季后期，由于榨輥的磨損越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致榨輥的間隙擴(kuò)大，使抽出率下降。 定速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)經(jīng)減速器減速后、榨輥的速度既滿足有一定壓榨量，又不致使抽出率過(guò)低的要求。由于壓榨機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)，當(dāng)原料甘蔗改變時(shí)，榨輥的速度應(yīng)作相應(yīng)的變化，才能保證蔗糖的抽出率在控制范圍內(nèi)。另外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可能還會(huì)對(duì)各級(jí)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。至于輸蔗機(jī)輸送過(guò)來(lái)的蔗層厚度的變化，一般是對(duì)輸蔗機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，即蔗層厚度變化時(shí)，輸蔗機(jī)的轉(zhuǎn)速自動(dòng)改變，可保證均衡進(jìn)榨，但單純對(duì)輸蔗機(jī)調(diào)速不一定能完全滿足均衡進(jìn)榨的要求。
早期壓榨機(jī)調(diào)速較多采用直流調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)能滿足壓榨機(jī)調(diào)速要求，很好地解決了定速運(yùn)行時(shí)所存在的問(wèn)題。運(yùn)行也相對(duì)穩(wěn)定可靠，是目前糖廠還在使用的控制方法。但也存在許多問(wèn)題：
①、直流電動(dòng)機(jī)的效率比交流異步電動(dòng)機(jī)效率低2%-3%，耗能較大。
②、制糖車(chē)間環(huán)境較差，直流電機(jī)故障率高，影響生產(chǎn)；維修、保養(yǎng)麻煩，費(fèi)用大。制糖車(chē)間中，含有糖份的灰塵沉積在直流電動(dòng)機(jī)整流子上，使整流子燒蝕，榨季后期燒蝕更嚴(yán)重，往往不得不停下來(lái)維修整流子。
三、壓榨機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方案
綜上所述，由于壓榨機(jī)轉(zhuǎn)速不可調(diào)，從輸蔗機(jī)輸送過(guò)來(lái)的蔗層有大約10%的時(shí)間厚度會(huì)達(dá)不到要求，這樣會(huì)使蔗汁的平均抽出率低于95.4%。第1座壓榨機(jī)根據(jù)榨量要求保持某一固定轉(zhuǎn)速，2－5座壓榨機(jī)是靠自身的瞬時(shí)調(diào)速來(lái)穩(wěn)定各自的料位，從而保證通過(guò)各榨機(jī)的蔗層厚度均勻，達(dá)到高榨、高抽出、低負(fù)荷的目的。平均抽出率將可提高0.2%以上，同時(shí)由于轉(zhuǎn)速降低，負(fù)荷降低，電流下降從而達(dá)到節(jié)能省電的目的。
湛江某糖廠原系統(tǒng)為直流調(diào)速，為提高抽出率和節(jié)能，將蔗機(jī)直流電氣傳動(dòng)改為交流電氣傳動(dòng)，壓榨機(jī)組為5座Ф670×1200榨機(jī)系列，電機(jī)功率200kW。改造后的系統(tǒng)由變頻器柜、切換柜及遠(yuǎn)控操作臺(tái)組成，每座壓榨機(jī)與1#、2#輸蔗帶、高速帶、1～4#耙齒機(jī)的邏輯聯(lián)鎖保護(hù)，并具有電機(jī)風(fēng)機(jī)故障報(bào)警、電源主回路故障報(bào)警、變頻器故障報(bào)警、壓榨電機(jī)溫度高報(bào)警，還有“緊急停機(jī)”及“聯(lián)鎖/手動(dòng)”切換功能。所有設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)、設(shè)備故障報(bào)警、設(shè)備開(kāi)-停等由遠(yuǎn)程控操作臺(tái)內(nèi)PLC控制完成，功能齊全、質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，有效解決了蔗渣堵機(jī)現(xiàn)象。壓榨電動(dòng)機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速采用數(shù)字式指示儀，具有美觀、準(zhǔn)確、直觀；壓榨電動(dòng)機(jī)溫度采用8點(diǎn)數(shù)字式巡檢儀指示，具有節(jié)約操作臺(tái)空間、美觀、準(zhǔn)確、直觀。控制主回路原理圖如下：
系統(tǒng)主要功能有：
1、壓榨機(jī)改造后系統(tǒng)設(shè)有：原系統(tǒng)操作、調(diào)整、新系統(tǒng)工頻起動(dòng)、新系統(tǒng)變頻起動(dòng)、新系統(tǒng)自動(dòng)控制。
2、手動(dòng)控制：分別為每臺(tái)電機(jī)安裝一臺(tái)變頻柜和一個(gè)變頻轉(zhuǎn)換柜。當(dāng)變頻柜出現(xiàn)故障或異常現(xiàn)象時(shí)可通過(guò)變頻柜將系統(tǒng)切換到原來(lái)的起動(dòng)柜，使壓榨機(jī)能正常連續(xù)生產(chǎn)。變頻轉(zhuǎn)換柜內(nèi)還裝有交流電抗器，可有效抑制諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，同時(shí)保護(hù)變頻器不受電網(wǎng)浪涌電壓的沖擊。
3、當(dāng)輸蔗機(jī)的蔗層厚度變化時(shí)，.電子皮帶秤將蔗層信號(hào)反饋到輸蔗機(jī)變頻器上，使輸蔗機(jī)變頻器根據(jù)蔗量的多少調(diào)節(jié)壓榨機(jī)的轉(zhuǎn)速，電子皮帶秤信號(hào)大，表明蔗層厚，變頻器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高；電子皮帶秤的信號(hào)小，表明蔗層薄，變頻器將將電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，從而保證蔗層厚度均勻，有助于提高抽出率。
4、為了提高抽出率，保證蔗層的厚度是均衡進(jìn)榨的前提，單純輸蔗機(jī)調(diào)速不一定能完全滿足均衡進(jìn)榨的要求。再在每座榨機(jī)增加霍爾傳感器檢測(cè)電機(jī)的實(shí)際電流，作為變頻器的反饋信號(hào)，變頻器根據(jù)反饋信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。如果蔗層過(guò)厚，電機(jī)的電流變大，變頻器將把電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高，使蔗層盡快被壓榨；如果蔗層過(guò)薄，電機(jī)的電流變小，變頻器將把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，以便盡可能將蔗層壓榨徹底。這樣使電機(jī)電流始終在小范圍內(nèi)波動(dòng)，從而保證蔗層厚度均勻，有助于提高抽出率。
五、 改造后的效益分析
1、提高了抽出率：根據(jù)測(cè)算，平均抽出率可提高0.2%以上，現(xiàn)在保守估計(jì)抽出率提高0.1%，按年榨55萬(wàn)噸甘蔗，糖份13.5%，煮收86%計(jì)算：每個(gè)榨季多產(chǎn)糖55萬(wàn)噸＊13.5%＊0.1%＊86%=63.85噸 ，按2700元/噸糖計(jì)：63.85噸＊2700元/噸=17.2萬(wàn)元 ，使企業(yè)每個(gè)榨季多創(chuàng)收17.2萬(wàn)元。
2.、節(jié)電效果顯著：5臺(tái)榨汁機(jī)裝機(jī)總?cè)萘繛?000kW，根據(jù)測(cè)算，改造后噸蔗耗電量從原來(lái)的33.02度下降到31.22度，已達(dá)到此類規(guī)模配置糖廠的正常的合理能耗水平。每榨1噸甘蔗耗電減少1.8度，按年榨55萬(wàn)噸蔗計(jì)算：每年節(jié)電：55萬(wàn)噸＊1.8度/噸=99萬(wàn)度 按0.5元/度計(jì)算：80萬(wàn)度＊0.5元/度=40萬(wàn)元。
3、減少了維修停工損失，節(jié)省了大量的維修費(fèi)用。
六、結(jié)語(yǔ)、
甘蔗制糖榨機(jī)交流變頻調(diào)速即可提高蔗糖的抽出率，又具有顯著的節(jié)能效果。在能源供給越來(lái)越緊張的現(xiàn)代社會(huì)，制糖企業(yè)的節(jié)能降耗工作任重而道遠(yuǎn)，如何最大限度地提高產(chǎn)量、降低煤、電消耗、節(jié)約能源，是企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的有力措施之一，也是提高經(jīng)濟(jì)效益的主要手段。
參考文獻(xiàn)：
1﹑SB70矢量控制變頻器用戶手冊(cè) 希望森蘭科技股份有限公司。
2、彭海宇 杜俊明 變頻調(diào)速節(jié)能量的計(jì)算方法 《自動(dòng)化博覽》2008.5
