NLZ型逆流冷凝真空器的应用案例分析
一、目前国内使用的真空冷凝设备
目前国内糖厂使用的真空冷凝设备有三种。
(一)淋洒式冷凝器+真空泵系统
这是国内外很早就使用的传统的真空冷凝设备。由一个淋洒式冷凝器与一个真空泵组成，属干式接触式冷凝器。其最大优点是：在所有的真空冷凝系统中，其用水量是最少的。其缺点是：淋洒式冷凝器与真空泵费用是这几种真空系统中最大的，真空泵容易损坏，维护麻烦，配件贵;运行耗电多;真空度受所套配的真空泵的功率及效能限制。
(二)传统的TDP水喷射冷凝器
此种冷凝器于70年代开始在我国糖厂使用，是至今为止我国大多糖厂普遍使用的传统的水喷射冷凝器，其特点是能把淋洒式冷凝器的冷凝作用与真空泵排除空气(包括不凝结气体)的作用合并在一个简单的设备中同时完成。与淋洒式冷凝器+真空泵系统相比，其优点是：结构简单，易于制造;无机械运转部件，操作、调节、维修简便，不用专人管理;能耗比真空泵系统低5~10%。其缺点是：用水量比真空泵系统大，水压要求高(0.15MPa以上)在使用循环水(水温约30℃)时，由于其冷凝效果不好，真空严重偏低，不能满足煮糖要求。
(三)进口或仿制的印度喷射雾化式冷凝器
该类型冷凝器由印度SEDL公司制造，最早于2005年由东亚糖业宁明公司引进使用，现已有多家企业仿制生产。与TDP水喷射冷凝器相比，该类型冷凝器有以下改进。
1、在垂直喷射的基础上，增加了横向喷射的喷嘴装置，增大了低温的横向喷射水流与高温的汁汽流的接触面积和接触时间，使冷热流体的热交换较充分，冷凝形成真空的效果也较好。
2、在器内增加了过滤装置，有利于清渣，避免水质不好造成喷嘴堵塞。
3、可采用自控调节系统，通过罐内真空信号反馈调节气动蝶阀的开启从而控制进水的流量，达到节水节能的效果。
经过国内数家糖厂多年使用检测，该种冷凝器有以下优点：
(1)真空度较高且较稳定;
(2)用水量比传统TDP冷凝器省约20%而真空度要比TDP冷凝器高;
(3)所需水压较低，0.05~0.15MPa即可。
二、NLZ型逆流冷凝真空器的结构特点及性能。
(一)NLZ型逆流冷凝真空器的结构
该产品是由南宁市马土特机械制造有限公司与广西工业职业技术学院的糖机专家、资深教授在对印度进口的喷射雾化式冷凝器进行吸收、消化基础上，于2007年独立自主创新设计的一款拥有自主知识产权的新型冷凝真空器，该新型逆流冷凝真空器与印度进口及仿印度式冷凝器相比，在结构上又有多项改进，性能更为优越。NLZ型逆流冷凝器的结构见下图。这两种冷凝器的结构及性能对比见下表。
(二)技术指标
1、真空度≥0.088MPa
2、进水温度：25℃~45℃
3、出水温度：35℃~55℃
4、进水压力：0.02~0.15MPa
(三)NLZ型逆流冷凝真空器的突出优点：
1.真空度高且稳定
经多家糖厂在07/08、08/09榨季使用显示，NLZ型逆流冷凝真空器在使用循环水的工况下，通过调节入水阀(或自动控制)真空度可达：
煮甲糖(前期)浓缩糖浆：0.086～0.088MPa
(中后期)养晶：0.088～0.094MPa
蒸发：0.075～0.090MPa
蒸发罐使用时，转停罐真空度恢复快。
2.在相同的工况条件下用水量在同类产品中(湿式接触式冷凝器)是最少的。
3.既适用于煮糖罐，又适用于蒸发罐。
4.水压要求低，煮糖前期最好为0.07～0.10MPa，中后期0.02～0.07MPa就可以了。
5.当循环水温很高(≥40℃)时，可采用喷雾进低温水，喷射进高温水方案同样可得到0.086～0.090MPa的高真空度。
6.喷嘴及器体均为不锈钢，无运转部件，无须维修。
7.价格比真空泵系统便宜，电耗比真空泵系统低，真空度比真空泵系统更高且更稳定。
三、新型逆流冷凝器的工作原理
从冷凝方式来分，TDP冷凝器、印度喷射雾化式冷凝器与马土特公司的NLZ型逆流冷凝器都属于湿式接触式冷凝器，工作原理基本相同。其之所以能形成真空，是由于两种作用：第一是冷凝作用，低温的喷射(雾)水流与高温的蒸汽直接接触，进行热交换，将绝大部分的蒸汽凝结成水，使蒸汽的体积急剧地缩小，从而获得一定的直空;第二是抽吸作用，从喷射嘴高速喷射的水流将不凝气体及一小部分未被冷凝的蒸汽挟带在汽室中互相摩擦混合和压缩，再经一段一定高度的尾管的抽吸作用排入大气，因而获得更高的真空度。大量的实验数据与生产实践证明，第一种作用(冷凝作用)形成真空度的效果要比第二种作用(抽吸作用)大得多。冷凝器最理想的状态是：低温的喷射(雾)水流与高温的蒸汽完
全充分接触，彻底进行热交换，结果是将全部的蒸汽凝结成水，再通过高速射流的抽吸作用把这些凝结水及不凝气体从尾管排走，这时将达到最高的真空度。此时所需的低温水量可用以下热量平衡公式求出：
式中：D—进入冷凝器的蒸汽量(kg/h)
i—蒸汽热焓(kj/kg)
t2—冷凝水温度(℃)
t1—低温冷水温度(℃)
w—低温冷水消耗量(kg/h)
c水—水的比热[kj/(kg·℃)]
但在实际生产中，冷凝器要完全达到这种最理想的状态是不可能的，我们只能做到使冷凝器尽可能接近这种理想状态。这就要求我们把冷凝器这两种作用都尽可能充分发挥出来。而TDP型冷凝器只有喷射嘴，抽吸作用很强，而冷凝作用很弱，从喷射嘴喷射出的低温射流与高温汁汽的接触面积很小，热交换显然很不充分，冷凝效果很差，所以其真空度低且不稳定，特别在水温高时更明显，往往不能满足煮糖特别是甲糖和蒸发生产对真空度的要求。印度喷射雾化式冷凝器在保证抽吸作用的基础上，增加了横向喷雾嘴，其冷凝作用比TDP冷凝器要大得多，故形成的真空度自然要比TDP冷凝器高。其在生产中的效果是：在相同的工况下(用水量相同)其真空度比TDP冷凝器要高且稳定;或者说在相同真空度情况下，其用水量比TDP冷凝器要少。
但印度喷射雾化式冷凝器尚存在其不足之处：
1、其雾化射流为横向喷射，汁汽与射流呈错流流动，汁汽与射流接触的空间仅为喷射筒与器壁之间的环形间隙，汽液接触空间不大，相当部分射流撞击到器壁后沿器壁流下，势必会减弱汁汽的冷凝效果。
2、其雾化喷嘴为离心式，喷射出来的水流呈磨菇状而并非雾状，这显然会大大地降低了其冷凝效果。
3、其过滤网设置在喷射嘴筒内，因而只适用于煮糖罐使用，不适用于蒸发罐使用。如使用于蒸发罐，当过滤筒内杂物过多排不掉，真空度偏低时，无法停机取出滤网清洗。
4、此类型冷凝器属冷热流体直接接触式冷凝器，其真空度的高低受低温冷水的温度影响很大，低温冷水的温度(t1)越低，其冷凝效果越好,真空度越高，用冷水量越少;反之,t1值越高，冷凝效果越差，真空度越低，用水量越大。所以，当冷水的温度低时，这种类型的冷凝器的冷凝效果是很好的，真空度也很高，但当冷水温度较高时，如t1=40℃时，冷凝效果就很差，真空度也很低了。
马土特公司的专利产品—NLZ型逆流冷凝器正是针对这几点不足作了如下重大改进：
1、其雾化射流为向上及斜向上喷射，汁汽与射流真正呈逆流流动，汽液接触的空间为整个汽室及部分真空大管，汽液接触面积及空间很大，接触时间长，冷凝效果肯定要好得多。
2、其雾化喷嘴为撞击式，喷射出来的水流呈雨滴状，保证了汽液有足够大的接触面积。
3、其过滤网设置在器体外，专门设计了双路进水冷凝器供蒸发罐使用，该型号冷凝器设置有两个过滤筒，生产期间可不停机轮换清洗滤网。
4、当使用的循环水温很高(40℃左右)，冷凝效果必然很差，真空度会降低，这时如果又要保持较高的真空度，可以使用两根水管分别进水的方案：即喷雾用较低温度的循环水，喷射用较高温度的循环水，这样可以大大提高冷凝效果，得到完全符合煮糖要求的真空度，用水量也会显著减少。
综上分析可知马土特公司的NLZ型逆流冷凝器与印度喷射雾化冷凝器相比，其抽吸作用相同，而结构的设计更加合理，使用范围更广，冷凝效果更好，因而在相同使用条件下，其真空度比印式冷凝器更高、更稳定，用水量更少，这是不用置疑的了。
四、NLZ型逆流冷凝真空器使用效果
1、广西农垦糖业集团金光制糖有限公司08-09榨季使用3台NLZ-15型逆流冷凝真空器用于煮甲糖，一台NLZ-15S型双路进水冷凝器用于蒸发罐。2008年12月16日我们对三个煮甲糖的冷凝器进行了检测，记录数据如下：
该厂由于利用鱼塘作循环水池，水质量差，循环热水中鱼、虾、水草、杂物很多，开榨初期前2周时间里，蒸发罐用的双路进水冷凝器由于过滤网杂物堵塞严重，每班要轮换清洗滤桶4～5次，现在杂物少了很多，约1～2天仍要清洗一次。由于蒸发使用了双路进水冷凝器，可以不停机轮换清洗，所以生产没有受到任何影响。蒸发罐的真空度可以通过调节用水量达到0.075～0.09MPa。
工人师傅反应：去年80m3煮糖罐用90KW真空泵问题多，真空度只有0.08MPa，煮一罐糖用4个小时，今年只用2个半小时，真是太快了。
2、广西贵港金田糖业有限公司07-08年榨季使用NLZ12型逆流冷凝真空器3台用于煮甲糖，使用效果极佳，该厂从操作工到厂领导都非常满意。据广西产品质量监督检验院2008年元月4日到厂检验
，在使用一次水的情况下，煮58M3双甲，用时115min，在真空度0.088MPa工况下的进水流量为303.73M3/h。
3、08-09榨季广西有桂平糖厂、金光糖厂、南康糖厂、防城糖厂、陆屋糖厂等糖厂使用马士特机械制造有限公司的NLZ型逆流冷凝真空器共几十台，在使用循环水，水温在28～32℃的条件下，用于煮甲、乙、丙糖及蒸发罐，在整个煮糖及蒸发过程中，根据需要通过调节用水量，真空度都能保持在0.086～0.094MPa之间，完全满足甚至超过生产对真空度的要求，厂方均表示效果很好，很满意。
五、目前国内使用的四种冷凝设备性能效益比较
1、2007—08年榨季，广西某糖厂从2007年11月8日起至2008年3月25日对印度进口的￠1200喷射雾化冷凝器和“淋洒式冷凝器+真空泵”这两种冷凝设备进行实际生产效果对比检测。这两组冷凝设备均用于煮乙糖、乙种，煮糖罐为55M3，煮糖的工况条件及煮糖耗时大体相似，真空泵为德国西门子产品，功率45kw，实测结果为：
实测结果分析：
(1)“淋洒式冷凝器+真空泵”系统比印度式冷凝器节水113m3/h，节水率为19.6%。
(2)印度式冷凝器真空度比“淋洒式冷凝器+真空泵”系统真空度高约0.002MPa，原因估计为真空泵功率仅为45kw，动力不足，导致真空度上不去。
(3)经折算，“淋洒式冷凝器+真空泵”系统比印度式冷凝器真空系统多耗动力约为18kw，按全榨季140天计，每台冷凝器多耗电60480度，按自发电0.3元/度计，全榨季每台真空泵冷凝系统多开支18144元。
2、广西农垦糖业集团防城分公司07-08年榨季使用一台NLZ11型逆流冷凝真空器，用于35M3煮糖罐煮甲糖，在相同条件下，对传统使用的TDP型水喷射冷凝器与马土特新型逆流冷凝器进行对比检测，结果表明，在同样使用循环水的工况下，用TDP型水喷射冷凝器的煮糖罐真空度仅达到0.083MPa，而使用马土特新型NLZ型逆流冷凝器的煮糖罐真空度达到0.088MPa，且比前者节水11%以上，为该厂解决了因真空度低煮甲糖困难的难题。
3、08-09榨季广西桂港金田糖业有限公司共使用7台NLZ11-NLZ12型逆流冷凝真空器，广西计量检测研究院于2008年19日对该厂使用的NLZ-12型冷凝器进行检测，在使用循环水的工况下(入水温度28.3℃,出水温度41.3℃，水压0.01MPa)，在煮甲糖的中期(此时罐内糖膏容积约为55m3)，用水量为640m3/h。其真空度为0.090MPa。
六、结论
1、综上所述，在目前国内使用的四种冷凝器中，TDP冷凝器用水量最大、真空度最低、效能最差，已不能满足煮甲糖及蒸发需求，被淘汰是必然的。
2、淋洒式冷凝器+真空泵系统用水量最少，新配置的真空泵系统，只要功率够大，真空度是能满足煮糖、蒸发需求的。但即使是西门子的真空泵，一般使用三年后则是故障不断，而且配件昂贵，维修麻烦，往往令厂家叫苦不迭。而且随着真空泵效能的下降，真空度也严重偏低，导致煮糖及蒸发困难。更何况其投资大，电耗大，仅有的一点优势是用水量少，但在使用循环水的情况下，少用这么一点循环水所节省的电能远远弥补不了真空泵的电耗，更何况还有真空泵投资、运行的费用呢，这就是现在很多糖厂正逐步使用新型雾化冷凝器取代真空泵系统的原因所在。
3、印度喷射雾化式冷凝器与前面两种冷凝器相比，优点是明显的，但正如前文所述，尚有严重不足。马士特公司研发的新型NLZ型逆流冷凝真空器针对其缺陷加以改进，使设备结构更合理、性能更优越(在这四种冷凝器中所能达到的真空度是最高的)、使用范围更广，且是拥有国家专利的产品，是值得广大厂家信赖和放心使用的新型高效冷凝器。
