摘要：硫熏中和工段是糖厂出糖品质的关键环节，能否给予混合汁进行稳定的硫熏工艺处理，是该工段的工作重点。本文提出叶茂公司自行开发的喷雾式自控燃硫炉以及数字式硫熏中和器两种关键的硫熏工艺设备，并介绍了结合两种设备组成的硫熏中和工艺过程自动控制集成系统，提出了有效提供稳定硫熏工艺的系统化解决方法。

　　1 引言

　　1.1 硫熏工艺过程控制需求

　　硫熏中和工段是糖厂糖品质的第一道控制关口，也是质量控制最关键的环节。目前，这个工段采用的主要设备是托盘式燃硫炉及可调式硫熏中和器，这两种设备完成以下功能：

　　图1 硫熏工艺过程控制需求图

　　由图1可见，榨量的变化需要托盘式燃硫炉及时调整SO2 产出量，需要可调式硫熏中和器及时改变混合汁的抽吸量，使之实现稳定的硫熏中和强度

　　1.2 糖厂现状

　　但目前这两种设备十分落后，需要人工来控制，而且托盘式燃硫炉不可能及时调整SO2 产出量。由于半敞开式的托盘式燃硫炉有SO2 的泄漏，泄漏的SO2  弥漫在空气中，对人的健康造成伤害，操作工还需面对约400℃高温的炉子进行耙渣劳作，每天数吨硫磺的肩扛提倒，恶劣的工作环境使得糖厂只有采用季节工。于是，人工控制实现敏捷响应榨量的、稳定的硫熏中和强度几乎是不可能的。

　　所以，多年来企业都热切地期望有一套可保证硫熏强度稳定的新工艺装备来替代人工劳作。

　　2 关键装备技术难题的解决

　　传统的托盘式硫磺炉以及可调式硫熏中和器均不属于自动控制设备，在生产过程中，需要频繁的人工介入进行调整，若在这个设备基础上，将会难以实现稳定的硫熏控制。所以要准确实现硫熏工艺过程的控制需求，就需要开发新的SO2 制作设备以及抽吸中和设备。

　　2.1 敏捷响应榨量的SO2 制作设备：喷雾式自控燃硫炉开发

　　广西叶茂自动化机电有限公司与广西机械工业研究院合作，开发了自控式喷雾燃硫炉[1]，成功解决了图1工艺所要求SO2 的量敏捷响应榨量的技术难题。

　　2.1.1技术原理

　　图2 喷雾式自控燃硫炉技术原理图

　　①采用0.6Mpa（绝压）的饱和蒸汽通过盘管加热的方式将固态硫磺溶化为液态硫磺。

　　②参考汽油机汽油燃烧的气体爆破原理，采用压缩空气与机械喷枪相结合，在瞬间完成液态硫的充分雾化，实现瞬间完成燃烧过程。

　　③合理的炉膛结构保证了燃烧的充分，使生成的SO2浓度达到13%以上。高浓度的SO2有利于混合汁吸收，可节省硫磺。

　　④采用可收集酸渣的竖式结构的冷却器，使经冷却后的气体比较干净，减少灰渣进入混合汁，有助于改善糖品的质量。

　　图3 系统主控界面

　　2.1.2控制逻辑关系

　　图4 喷雾式自控燃硫炉控制逻辑关系图

　　2.1.3应用效果

　　在硫熏中和器抽气量足够的情况下，可达到以下效果:

　　①硫熏稳定在设定值± 1.5cc范围内，产品质量普遍提高。

　　②在同等硫熏强度下，比传统托盘燃硫炉省硫5%～10%。

　　③设备运行可靠，即开即停，响应迅速，满足了糖厂的生产需要。

　　④设备全自动运行，无泄漏，工作环境友好，大幅降低劳动强度。

　　2.2 敏捷响应榨量的抽吸中和设备：数字式硫熏中和器开发

　　为了满足自控式喷雾燃硫炉的工作条件要求——抽气量足够，保证燃硫炉在负压下运行。广西叶茂自动化机电有限公司开发了数字式硫熏中和器，该产品完全可以满足硫熏工艺过程控制的要求：当榨量变化时，及时改变混合汁的泵送量，并提供足够的抽气量，形成负压抽吸SO2气体。

　　2.2.1技术原理

　　图5 数字式硫熏中和器操作界面

　　①中和器主体采用管道补偿专利技术，保证主体不变形，易维护。

　　②当榨量变化时，通过改变中和器喷嘴的数量来控制混合汁液位，从而保证混合汁箱不抽空、不溢箱。

　　③为了保证抽气量足够，采用压力检测，通过变频器控制混合汁泵，保证喷射压力稳定。

　　④系统采用模糊PID控制，提高了控制系统的稳定性和可靠性。 

　　2.2.2控制逻辑关系

　　图6 数字式硫熏中和器控制逻辑关系图

　　2.2.3应用效果

　　①设备敏捷响应榨量变化，不抽空、不溢箱、喷射压力稳定，满足了糖厂硫熏强度稳定的需求。

　　②管道补偿技术以及模糊控制技术，使设备更可靠耐用，易于维护。

　　③设备全自动运行，工作环境友好，大幅降低劳动强度。

　　3 硫熏中和工艺过程自动控制集成系统

　　喷雾式自控燃硫炉和数字式硫熏中和器的开发成功，为硫熏中和工艺过程自动控制集成系统奠下了坚实的基础。下图是系统集成图。

　　图7 硫熏中和系统

　　由图可见，喷雾式自控燃硫炉与数字式硫熏中和器组成一个紧密关联的硫熏中和工艺过程自动控制集成系统，该系统实现了：当榨量变化时，SO2的量敏捷响应榨量而变化；同时，混合汁的泵送量，负压抽吸力也敏捷地随着榨量的变化而变化。这个集成系统完全满足了在榨量变化的条件下，实现稳定的硫熏中和强度控制。

　　3.1 集成系统的技术手段及其特点

　　由于自控式喷雾燃硫炉与数字式硫熏中和器都是由叶茂公司自主研发，所以系统内的相互通信、接入控制更加方便、安全可靠。系统还预留了工厂DCS接口，用户可以访问读取有关数据，有利于糖厂的管控一体化[2]的实现。

　　① 系统在方案上将自控式喷雾燃硫系统作为系统主站，通过总线网络访问从站（数字式硫熏中和控制系统），主站与从站保留各自的独立性，并互为备用控制，这样既实现了集中监控，又增加了系统的可靠性。

　　② 在控制上更加平缓可靠，避免了人工控制不稳定、时滞性对整个工艺流程的影响，能够实现硫熏中和器进汁压力的稳定控制、混合汁液位的稳定控制、硫熏强度的稳定控制。

　　③ 只需一键开机就能够实现全自动运行。当糖厂因故中途停榨时，数字式硫熏中和器到达设定的停机液位就会自动停下来待机，自控式喷雾燃硫炉接到中和器发出的停机信号会立即进入待机。当糖厂重新开榨后，处于待机的数字式中和器和自控式喷雾燃硫炉系统依次自动启动、自动调整，自动运行，无需人工操作。

　　图7 系统网络结构图

　　3.2 集成系统的应用效果

　　① 在额定榨量的50%～120%范围内平稳工作，保证混合汁泵不抽空、混合汁箱不溢箱，燃硫炉能即开即停，快速响应生产。

　　② 硫磺燃烧充分，无升华硫，SO2浓度可达13％以上。在同等硫熏强度下，比传统的托盘式燃硫炉节省硫磺5～10%；

　　③ 硫熏强度在10～30CC范围任意可调，硫熏强度控制精度达到±1.5CC；

　　④ 混合汁压力可调范围：0.0～0.7MPa、设定压力后其变动值小于±10%，保持整个硫熏中和系统处于负压状态， 

　　⑤ 无SO2泄漏，生产现场环境十分良好；劳动强度大幅降低，岗位工可减少50%；

　　⑥ 设备运行稳定可靠，生产安全。

　　4 应用实例

　　广西叶茂自动化机电有限公司的自控式喷雾燃硫炉、数字式硫熏中和器已在国内近20个厂应用，最长的已运行了4个榨季。出口到玻利维亚、埃塞尔比亚、老挝，为用户创造了良好的经济效益。

　　2012年在老挝某糖厂配套我公司的燃硫炉系统和数字式硫熏中和器以及整套硫熏中和系统的自动控制技术，实现了系统设备间的无缝衔接、连锁控制，反应迅速，能够即开即停、全自动运行，5分钟就能达到目标硫熏值。由于是新厂，开榨的试榨期间特别不稳定，一天间经常会开开停停几次甚至最多的二十几次，这样对设备启停的时效性要求特别高，若是传统设备，需要人工频繁调整硫熏中和器的阀门，托盘燃硫炉的正常开启也需要1个小时以上，这样不仅耗费大量的人力，也不能满足生产的需求。并且该厂人员不足，只有少数几个懂制糖工艺的，其余均为新员工，加上管理不到位，导致压榨和锅炉工段经常出问题，大量消耗了该厂管理层的注意力以及可调用人手的劳动力。而叶茂公司产品在澄清工段良好性能的发挥有效减缓了他们的压力，整套系统运行后，监控室经常无人值班，但在硫熏中和这个环节从没出现过问题，在自动控制模式下能够自动启动，自动停止待机，系统控制性能优异，获得了业主的高度赞扬。

　　5 结论

　　硫熏中和工艺过程自动控制集成系统的推出，结合了自控式喷雾燃硫炉以及数字式硫熏中和器两个关键控制点的先进设备，并应用了标准化的自动通讯接口和联动控制设计。整个系统能够精确满足硫熏工艺控制流程的要求，这对普遍提高糖厂出糖品质、解放劳动力有着很大的现实意义。——叶丽娜 林兴盛 陈剑华 王盛 广西叶茂机电自动化有限责任公司，广西南宁（530000）