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啤酒厂麦汁煮沸的热能回收及利用

浏览次数: 日期:2005-09-07

刘建龙

摘要:啤酒厂糖化工段的麦汁煮沸需消耗大量的热能,而回收煮沸过程中产生的二次蒸汽的热能并进行再利用,其节能效果相当显著。本文提出了几种热能回收的方法并进行了量化比较,结果表明,带热能回收的低压煮沸比常压煮沸节能56%,比低压煮沸节能43%,比带热能回收的常压煮沸节能23%。建议啤酒厂新建麦汁煮沸系统宜采用带热能回收的低压煮沸装置,而对于目前大多数常压煮沸系统的啤酒厂来说,可以通过技术改造来实现。

关键词:啤酒,麦汁煮沸,热能,回收,利用

    1 概述

    啤酒生产过程需要消耗大量热能,从我国目前的生产水平来看,每生产1吨啤酒需耗热能约2930-3810Mj,折标准煤为100-130Kg/t酒,还有个别工厂的热能消耗高达5280MKj/t酒,折标准煤为180Kg/t酒,差距如此之大,除了工厂的管理水平不同之外,还与是否配备了热能回收设备以及注意节能都有很大的关系。

    糖化工段的热能消耗是啤酒厂消耗热能的大户。一般来讲,糖化过程的热能消耗为920Kj/t酒,折标准煤为32Kg/t酒,约占整个啤酒生产耗能的30-45%左右(生产用汽)。而麦汁煮沸过程的热能消耗为566Mj/t酒,折标准煤为19.3Kg/t酒,约占糖化过程热能消耗的61%。因此煮沸过程的热能回收,对于啤酒生产的节能是十分有意义的。

    2 热能回收的方法

    2.1带蒸汽冷凝器的热能回收系统

    煮沸过程产生的二次蒸汽通过冷凝器与80℃的热水进行热交换,回收二次蒸汽的潜热,使80℃的热水升温到98℃,并用98℃的热水加热下批过滤后的麦汁,使之温升到90℃左右。该系统设备简单,容易操作,投资少见效快,特别适合我国的国情,不论是新建厂还是原有的老厂都可采用此系统。

    2.2 二次蒸汽压缩的热能回收系统

    煮沸过程产生的二次蒸汽通过压缩机进行压缩,使低压无法利用的二次蒸汽转化为可利用的高压蒸汽。此系统麦汁煮沸开始时使用生蒸汽,然后使用压缩后的二次蒸汽。该系统设备较为复杂,适合于大啤酒厂中有3~4个糖化间的工厂。因为蒸汽压缩机的开车和停车都有一定的技术难度,对于我们国家的啤酒厂来讲,采用此项技术目前尚有一定的难度。

    3 带蒸汽冷凝器的热能回收系统

    该系统不仅适合于低压煮沸工艺,而且也适合于常压传统的煮沸工艺。下面将以一次产热麦汁50 m3的常压煮沸热能回收为例,说明该系统的工艺过程及节能效益。

    3.1工艺流程

       3.2 热量计算结果(计算过程略)

    煮沸锅二次蒸汽产生的热量:  Q1=19900Mj/次(90分钟)

    加热麦汁所需要的热量:      Q2=4200Mj/

    剩余的热量(效率为75%):     Q3=75%Q1-Q2=10700Mj

    剩余的热量可以将多少20℃的水加热到80℃:

     Q3×1000/C×ΔT=10700000/(60×1000×4.186)=42.6 m3/次

    3.3设备选型

    3.3.1蒸汽冷凝器

19900/1.5×0.75=9950 Mj/h,那么,

       100     100

       80      98

      ───────

20       2

    Tm=(20-2)/ln(20/2)×0.95=7.4℃    

    K=1.9×4.186 Mj/m2.h.℃

    F=Q/K×Tm=9950/(1.9×4.186×7.4)=169m2

    为了操作和控制的方便,选用F=160m2的四程列管换热器

    (管程水的流速应大于1.2m/s)

    3.3.2板式换热器

    Q=4200/0.5=8400MJ

    Tm=5℃

    K=2.5×4.186MJ/ m2.h.℃

    F=Q/(K×Tm) =8400/(5×2.5×4.186)=161m2

    选用F=165~200 m2板式换热器。

    3.3.3能量贮存罐

    4200/(18×0.95×4.186)=59m3

    如果将能量贮存罐分为98℃和80℃两个水罐,则每个水罐的有效容积为59m3。如果设置一个大罐,则该罐的容积为82m3

3.4 回收热水的用途 

表3-1              回收热水的用途

 

回收热水量

用         途

备 注

一段冷却产生的80℃热水55m3/批

糊化配料用水   7 m3/

糖化配料用水  12 m3 /

洗糟用水      27 m3 /

糖化CIP用水   9 m3/批

 糖化CIP用水   8 m3/批

发酵CIP用水  180 m3/d

                              

 

热能回收产生的80℃热水42 m3/批=252 m3/d    

  包装洗瓶用水  24 m3 /d(不足部分使用生蒸汽加热)

 

通过上述计算,二次蒸汽回收的热量除可将下批麦汁从76℃加热到93℃外,还可以将42m3的常温水(20℃计)加热到80℃,此部分热水完全可被有效的利用,不会产生热污染。

3.5 节能效益的计算(表3-2

表3-2           节能效益的计算

 

序号

项         目  

  常压煮沸  (MJ)   

带热能回收的常压煮沸(MJ

备注

1

加热麦汁的耗热量

5570

1860

 

2

煮沸时的耗热量  

19900

19900

 

3

糖化CIP的耗热量

4300

0

 

4

发酵CIP的耗热量

7500

0

 

5

包装洗瓶用水  

1000

0

 

6

  合    计  

38270

21760

 

带热能回收的常压煮沸比常压煮沸节约:

(38270-21760)/38270×100=43.1%

    全年可节约:(38270-21760)×1620=26746200 MJ

    (上式中的1620为全年糖化的次数,啤酒年产量为70000t/a)

    折标煤901t/a

    150×901=135150 全年可节约13.5万元。

    热能回收装置的投资约为:52万元

    52/13.5=3.9 年

    从静态分析来看,3.9年就可以回收全部投资,效益是很明显的。

4 节能对比(见表4-1和表4-2)

表4-1      常压煮沸与低压煮沸节能对比

 

序号

项     目

  常压煮沸 

低压煮沸

备  注

麦汁煮沸温度

100℃

105℃

 

2

麦汁煮沸时间

1.5h

1h

 

3

麦汁煮沸强度  

10%/h

8%/h

 

4

蒸发水量

2.029W

W

 

5

蒸汽耗量

2.029D 

D

 

两者相比可节能:(2.029-1)/2.029×100=51%(仅指煮沸过程)

表4-2           四种煮沸方式节能对比

 

序号

项        目         

常压煮沸(MJ)

带热能回收的常压煮沸(MJ)

低压煮沸(MJ)

带热能回收的低压煮沸(MJ)

备  注

1

加热麦汁耗热量

5570

1860

6870

2800

 

2

煮沸时的耗热量  

19900

19900

10000

10000

 

3

糖化CIP耗热量

4300

0

4300

0

 

4

发酵CIP耗热量 

7500

0

7500

3000

 

5

包装洗瓶水耗热量

1000

0

1000

1000

 

6

合    计  

38270

21760

29580

16800

 

节能对比:

带热能回收的低压煮沸比常压煮沸节能(38270-16800)/38270×100=56%比低压煮沸节能(29580-16800)/29580×100=43%比带热回收的常压煮沸节能(21760-16800)/21760×100=23%

     5结论:

    5.1煮沸二次蒸汽的热能回收装置,其节能效果是相当显著的。带热能回收的低压煮沸比常压煮沸节能56%;比低压煮沸节能43%;比带热回收的常压煮沸节能23%。

    5.2新建的糖化车间宜采用带热能回收的低压煮沸装置。对于大多数目前常压煮沸的啤酒厂来说,可以通过技术改造,增加一套热能回收装置可以起到明显的节能效益。

参考文献

[1]姚仲鹏,王瑞君,张习军编.传热学[M].北京理工大学出版社,1995.

[2]管墩仪主编.啤酒工业手册(下)[M].轻工业出版社,1985.

[3]Ludwig Narziss. Die technologie der wuerzebereitung[M].Ferdinand Enke Verlag Stuttgart,1985.

[4]刘建龙. 啤酒科技,2003,4.

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