白酒釀造生產(chǎn)過程中蒸汽回收節(jié)能效果測試與分析

周 楓

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院

0 引言

白酒生產(chǎn)是我國傳統(tǒng)工業(yè)。近年來，釀酒行業(yè)積極推廣循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念和生產(chǎn)方式，提倡資源綜合利用，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，取得了顯著的成效，為建設(shè)節(jié)約型社會做出了貢獻(xiàn)。釀酒工業(yè)發(fā)展迅速，全國規(guī)模以上釀酒生產(chǎn)企業(yè)2 600家（總數(shù)15 000家），但發(fā)展中存在的問題不容忽視，主要是行業(yè)平均規(guī)模小，同一行業(yè)不同企業(yè)生產(chǎn)單位產(chǎn)品能耗相差一倍，甚至更多。

通過對生產(chǎn)單位產(chǎn)品能耗較高原因的分析，其中蒸汽能耗占白酒生產(chǎn)過程綜合能耗的80%以上。許多廠家沒有節(jié)能工藝與設(shè)備，對釀酒生產(chǎn)過程中二次蒸汽利用研究不夠深入，不能多次有效地合理利用余熱，造成熱能利用率不高，釀酒生產(chǎn)汽耗較高。目前國內(nèi)地方及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中已逐步列入白酒制造單位產(chǎn)品綜合能耗的限額指標(biāo)，針對企業(yè)對于白酒生產(chǎn)過程節(jié)能降耗的需求，通過已建成的一套釀酒生產(chǎn)節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗平臺測試，對相關(guān)能源消耗數(shù)據(jù)分析，為企業(yè)在白酒生產(chǎn)過程中挖掘回收水、汽資源提供有效的技術(shù)途徑。

1 工藝原理

圖1 傳統(tǒng)白酒混蒸生產(chǎn)工藝

釀酒生產(chǎn)涉及加熱、液化、糖化、蒸餾、干燥、滅菌等工藝，均需消耗大量蒸汽，釀酒生產(chǎn)汽耗占其綜合能耗的80%以上。在混蒸白酒生產(chǎn)工藝中，共有三個生產(chǎn)過程：“裝甑”、“蒸酒”和“蒸煮”。白酒發(fā)酵過程會產(chǎn)酸，白酒蒸餾到最后，酒精沒有了，酸味物質(zhì)就會凸顯出來，一些沸點(diǎn)比較高的酸會隨著酒醅溫度的提高，也被帶出來。通過蒸汽排酸，下次發(fā)酵才能正常進(jìn)行。因此在蒸煮生產(chǎn)過程中的工藝需要設(shè)置一道排酸工序，此階段需敞開式蒸煮。這樣大量的蒸汽將直接排放到空氣中，造成能源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。

2 設(shè)計方案

針對敞開式蒸煮生產(chǎn)中蒸汽消耗量大的情況，將此過程排出的蒸汽回收循環(huán)利用，蒸煮糧食階段敞開式蒸煮變?yōu)榉忾]式蒸煮，收集排放的含酸廢蒸汽，通過蒸汽壓縮系統(tǒng)壓縮二次蒸汽，提高二次蒸汽的壓力和溫度，提升蒸汽焓值。提高焓值后的二次蒸汽被輸送至蒸汽再生系統(tǒng)，通過連續(xù)高效換熱，產(chǎn)生新鮮蒸汽，實(shí)現(xiàn)持續(xù)循環(huán)過程。

由蒸汽壓縮系統(tǒng)和蒸汽再生系統(tǒng)組成一個閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)利用二次蒸汽已有的熱能，在系統(tǒng)穩(wěn)定后可大幅減少外部鍋爐蒸汽，大大節(jié)約系統(tǒng)的能耗。

圖2 白酒混蒸生產(chǎn)工藝（包括蒸汽節(jié)能系統(tǒng)）

3 節(jié)能技術(shù)原理

3.1 蒸汽壓縮系統(tǒng)

蒸汽壓縮機(jī)是熱回收系統(tǒng)對產(chǎn)生的蒸汽通過壓縮作用而提高蒸汽溫度和壓力的關(guān)鍵設(shè)備。其作用是將低壓（或低溫）的蒸汽加壓升溫，以達(dá)到工藝或者工程所需的溫度和壓力要求。蒸汽壓縮機(jī)總體構(gòu)成較為復(fù)雜，主要由壓縮系統(tǒng)、蒸汽降溫器和潤滑系統(tǒng)三個基本單元組成。

蒸汽壓縮系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)是由波義耳定律推導(dǎo)而出，即PV/T=K，其含義是一定質(zhì)量的氣體的壓強(qiáng)＊體積/溫度為常數(shù)，也就意味著當(dāng)氣體的體積減小，壓強(qiáng)增大時，氣體的溫度也會隨即升高；根據(jù)此原理，當(dāng)稀薄的二次蒸汽在經(jīng)體積壓縮后其溫度會隨之升高，從而實(shí)現(xiàn)將低溫、低壓的蒸汽變成高溫高壓的蒸汽，達(dá)到可以循環(huán)回收利用蒸汽的目的。

3.2 蒸汽再生系統(tǒng)

列管式換熱器是目前白酒生產(chǎn)應(yīng)用最廣的一種換熱器，該系統(tǒng)采用自行設(shè)計的列管式換熱器，傳熱系數(shù)大。它主要由殼體、管板、換熱管、封板、折流擋板等組成，所需材質(zhì)為不銹鋼。在進(jìn)行換熱時，一種流體由封板的連接管處進(jìn)入，在管內(nèi)流動，從封板另一端的出口管流出，這稱之管程；另一種流體由殼體的連接管進(jìn)入，從殼體上的另一連接管處流出，這稱為殼程。

3.3 微機(jī)控制系統(tǒng)

二次蒸汽回收階段，需要控制系統(tǒng)的蒸汽回收流速，滿足蒸煮生產(chǎn)工藝溫度。在使用中，為避免人為因素影響，該回收二次蒸汽熱能系統(tǒng)采用微機(jī)控制，通過PLC、工業(yè)計算機(jī)（FA）、組態(tài)等形式來控制系統(tǒng)溫度、壓力、電機(jī)轉(zhuǎn)速，保持系統(tǒng)持續(xù)平衡，發(fā)揮節(jié)能效益。

4 測試分析

為了驗證該節(jié)能系統(tǒng)的效果，對已建成的節(jié)能系統(tǒng)實(shí)驗平臺進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)行測試，經(jīng)過計算得出節(jié)能率。

4.1 測試參數(shù)及測點(diǎn)布置

此次檢測充分考慮現(xiàn)場情況，確定以下測試參數(shù)：

（1）新鮮蒸汽使用量

實(shí)驗現(xiàn)場采用一臺0.5t/h的蒸汽鍋爐提供飽和蒸汽，鍋爐所用軟水來自于臨時水箱，此次測試采用水箱容積法來計算新鮮蒸汽使用量，水箱液位測點(diǎn)布置見圖3。測試期間關(guān)閉水箱補(bǔ)水閥和鍋爐排污閥，測試開始及結(jié)束時的鍋爐水位保持一致。

（2）新鮮蒸汽壓力

飽和蒸汽壓力由鍋爐自帶壓力表提供。

（3）再生蒸汽使用量

實(shí)驗現(xiàn)場采用水表計量來計算再生蒸汽使用量，水表計量測點(diǎn)布置見圖3。

（4）節(jié)能系統(tǒng)用電量

節(jié)能系統(tǒng)新增壓縮機(jī)及控制系統(tǒng)等的用電量測試選擇在配電柜進(jìn)線電源處使用鉗型功率計。

（5）再生蒸汽溫度

再生蒸汽溫度由在線溫度計提供數(shù)據(jù)。

蒸汽節(jié)能系統(tǒng)測點(diǎn)布置見圖3。

圖3 蒸汽節(jié)能系統(tǒng)測點(diǎn)布置圖

表1 測試參數(shù)及儀器

表2 測試綜合數(shù)據(jù)表

表3 綜合能耗計算表

4.2 數(shù)據(jù)匯總

此次測試時間段為12：50～14：50，總測試時間為2個小時，在蒸汽再生系統(tǒng)穩(wěn)定工作的條件下進(jìn)行相關(guān)測試數(shù)據(jù)的采集，測試綜合數(shù)據(jù)見表2。

4.3 計算與分析

（1）折標(biāo)系數(shù)

系統(tǒng)用能包括蒸汽和電力，因此在節(jié)能計算時需要進(jìn)行能源折算，按照上海市地方標(biāo)準(zhǔn)，電力折標(biāo)系數(shù)取0.288 kgce/kWh。蒸汽均為飽和蒸汽，新鮮蒸汽比焓為2745kJ/kg，折標(biāo) 系 數(shù) =2.745＊0.03412=0.0937kgce/kg；再生蒸汽比焓為2679kJ/kg，折標(biāo)系數(shù)=2.679＊0.03412=0.0933kgce/kg。

（2）能耗計算

原系統(tǒng)能耗=新鮮蒸汽+再生蒸汽=7.21+66.43=73.64 kgce

節(jié)能系統(tǒng)能耗=新鮮蒸汽+電能消耗=7.21+8.27=15.48 kgce

節(jié)能量=原系統(tǒng)能耗－節(jié)能系統(tǒng)能耗=73.64－15.48=58.16 kgce

（3）節(jié)能效果分析

節(jié)能率=（節(jié)能量/原系統(tǒng)能耗）×100%

=（58.16/73.64）×100%=79.0%

該系統(tǒng)能充分有效地回收蒸煮工藝過程中的熱能，實(shí)驗裝置經(jīng)實(shí)測計算節(jié)能率達(dá)到79.0%，二次蒸汽回收效果明顯。

5 結(jié)論

目前，釀酒過程中高效利用低壓二次蒸汽已成為國內(nèi)外節(jié)能的重點(diǎn)研究和攻關(guān)方向，釀酒工業(yè)二次蒸汽的汽化熱如都可以回收利用，則生產(chǎn)汽耗、耗標(biāo)煤量均能在原基礎(chǔ)上大幅度地降低。該系統(tǒng)工藝流程簡單，設(shè)備性能可靠，配上自動控制，與工藝自控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，可確保節(jié)能效果。目前釀酒過程二次蒸汽回收這一節(jié)能降耗的新技術(shù)已被多家酒廠采用，取得了預(yù)期的節(jié)能效果，具有一定的推廣應(yīng)用價值。