啤酒行業(yè)的綜合回收利用

在啤酒工廠釀造過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些有價(jià)值的剩余材料、能量，需加以利用。實(shí)施中存在2 個(gè)問(wèn)題：一是材料、能量的價(jià)值較低，其次回收成本也不小。不過(guò)可以預(yù)見(jiàn)，材料、能量的價(jià)值會(huì)增長(zhǎng)，消費(fèi)者的低碳意識(shí)會(huì)逐漸增強(qiáng)，慢慢地每個(gè)人都會(huì)意識(shí)到，不能繼續(xù)像現(xiàn)在這樣浪費(fèi)自然資源了，工廠也將重新評(píng)估現(xiàn)有的技術(shù)、規(guī)程。

Brewnomic 是能源利用的創(chuàng)新，基于連續(xù)的批量過(guò)程。通過(guò)幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)：降低能耗；把供熱系統(tǒng)改成低壓熱水系統(tǒng)；降低供熱系統(tǒng)的溫度水平；能源回收最大化；均衡生產(chǎn)，降低負(fù)荷峰值；回收剩余材料。最終目標(biāo)是能源自給自足和CO2產(chǎn)用平衡。

啤酒行業(yè)有許多節(jié)電、節(jié)熱的創(chuàng)新。但是將這些創(chuàng)新綜合在一起的，卻是Brewnomic 的創(chuàng)意。要弄清楚各種消耗對(duì)比，首先找一個(gè)現(xiàn)有啤酒工廠，這個(gè)工廠是按目前技術(shù)建造的，年產(chǎn)26 萬(wàn)千升。再按這個(gè)規(guī)模和生產(chǎn)流程，建一個(gè)模擬工廠Brewnomic，設(shè)想該廠12 個(gè)月內(nèi)所有的主要流程，并按小時(shí)記錄所涉及的所有運(yùn)行數(shù)據(jù)。為了測(cè)定負(fù)荷峰值，以10 分鐘為一個(gè)時(shí)間間隔來(lái)分析十周的運(yùn)行數(shù)據(jù)。任何受氣候影響的過(guò)程，如制冷系統(tǒng)，都是根據(jù)美國(guó)暖通空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE）手冊(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算。3000 kW。周日進(jìn)行CIP 刷洗，僅需少量熱能。到下周一，新的循環(huán)又開(kāi)始了。通過(guò)將熱流整合在一起，這樣，用于生產(chǎn)一定數(shù)量的啤酒所消耗的熱能就可以被測(cè)定。

圖1：實(shí)際啤酒廠的熱流曲線

圖2：Brewnomic 啤酒廠的熱流曲線

圖3：實(shí)際啤酒廠耗電曲線

圖4：Brewnomic 啤酒工廠耗電曲線

模擬模型Brewnomic 可以使釀造過(guò)程中不同的節(jié)能部分與創(chuàng)新部分相互結(jié)合。其它涉及的參數(shù)，如糖化能力、糖化次數(shù)、生產(chǎn)天數(shù)等，根據(jù)需要同樣可以簡(jiǎn)單地改變，以便觀察它們對(duì)能源消耗和負(fù)荷峰值的影響。均衡能耗過(guò)程、采用連續(xù)的批量生產(chǎn)過(guò)程，可使熱流曲線平緩。通過(guò)在一周的連續(xù)小批量生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)能源和介質(zhì)需求的最小化。較小的系統(tǒng)也可以降低發(fā)酵小木桶和公用工程所需要的資本支出。在許多國(guó)家，周日的生產(chǎn)成本很高，這些都需要考慮。Brewnomic 理念可將熱流峰值降低到4000 kW 以下，平均約2000 kW，見(jiàn)圖2。

圖5：能源需求對(duì)比

圖6：采用余料回收的供能理念

由于將工廠中的所有能源節(jié)約系統(tǒng)與機(jī)器設(shè)備結(jié)合在一起，將把現(xiàn)有啤酒工廠熱能消耗從14.5 kWh/hl 降低到5.9kWh/hl，電能消耗也從5.6 明顯降低到3.9kWh/hl，見(jiàn)圖5。

熱灌裝技術(shù)創(chuàng)新是重要原因，Dynafill 熱灌裝技術(shù)，可將低的啤酒溫度用于其它介質(zhì)的冷卻，為二次過(guò)程提供使用的冷能，這樣可明顯降低制冷負(fù)荷。

電力負(fù)荷峰值從2500 降到低于1500kW（見(jiàn)圖3、圖4），明顯扁平化。這一成就主要是由于通過(guò)改變灌裝方案以及每周七天的連續(xù)生產(chǎn)降低負(fù)荷峰值，通過(guò)儲(chǔ)能罐或緩沖罐使之完全均衡。這也意味著通過(guò)均衡生產(chǎn)，某種程度上降低了生產(chǎn)線的產(chǎn)量。

通過(guò)在Brewnomic 設(shè)計(jì)中所采取的措施，使能源的消耗和所提供的能源量都大大減少。

釀造余料可供給傳統(tǒng)的沼氣系統(tǒng)。酒糟的80%送到沼氣系統(tǒng)，其余20%繼續(xù)被作為飼料出售。還有酵母也可供給沼氣系統(tǒng)。一種替代硅藻土的基于粘膠纖維的過(guò)濾助劑，也可回收入沼氣系統(tǒng)。當(dāng)然，在糖化和酒窖中所產(chǎn)生的廢水，也能進(jìn)入沼氣系統(tǒng)。這些余料在沼氣系統(tǒng)中被發(fā)酵產(chǎn)生甲烷。

所產(chǎn)生的甲烷在熱電聯(lián)產(chǎn)裝置中轉(zhuǎn)換成電能和熱能；值得注意的是，這里產(chǎn)生的熱能對(duì)啤酒工廠來(lái)說(shuō)還是不夠用的，為此，大約有20%的甲烷直接供給鍋爐設(shè)備單獨(dú)產(chǎn)生熱能。余下80%供給熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。熱電聯(lián)產(chǎn)裝置及鍋爐設(shè)備產(chǎn)生的熱能儲(chǔ)存在一個(gè)中央蓄能罐中（≥110℃的熱水），由這里供給啤酒工廠需要的所有熱能。所產(chǎn)生的電能分成若干支流，滿足啤酒工廠不同的用電需求及電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，見(jiàn)圖6。

圖7：需求及供給的熱能及電能

糖化、灌裝車間的屋頂面積較大，可用于光伏發(fā)電。如果陽(yáng)光充足，電能可直接用于制冷系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為冷能，存于發(fā)酵罐中。從回收的余料中，實(shí)際工廠可獲得6.5 kWh/hl 熱能和4.3kWh/hl 電能，高于實(shí)際需求，見(jiàn)圖7。多余數(shù)量的熱能和電能還可以對(duì)外出售，這樣將啤酒工廠變成了啤酒釀造的能源站。

圖8：沒(méi)有余料回收的供能理念

假若沒(méi)有沼氣系統(tǒng)，Brewnomic 理念已經(jīng)為降低CO2排放做出了巨大貢獻(xiàn)。熱電聯(lián)產(chǎn)能源站和鍋爐設(shè)備也可用天然氣取代沼氣供氣（見(jiàn)圖8）。沼氣系統(tǒng)可在后續(xù)根據(jù)需要隨時(shí)集成入能源供應(yīng)系統(tǒng)中。這已經(jīng)降低了標(biāo)準(zhǔn)啤酒工廠60%以上的CO2排放量，對(duì)于實(shí)際啤酒工廠，如果用天然氣來(lái)運(yùn)行熱電聯(lián)產(chǎn)能源站，則每年減少CO2排放量大約為7200 噸。

從啤酒釀造過(guò)程中回收的余料中，甚至可以獲得多余的熱能和電能，比供應(yīng)啤酒工廠所需要的能量還多。保持沼氣系統(tǒng)的長(zhǎng)期供應(yīng)對(duì)優(yōu)化運(yùn)行至關(guān)重要，這就是為什么一周7 天的盡量連續(xù)生產(chǎn)。7 天連續(xù)生產(chǎn)，對(duì)于其它行業(yè)是理所當(dāng)然的事，啤酒行業(yè)有什么做不到的呢。

熱水作為熱載體、一系列連續(xù)的批量過(guò)程、高濃糖化工藝、熱灌裝技術(shù)基礎(chǔ)之上，一個(gè)能源自給自足和CO2產(chǎn)用平衡的啤酒工廠一定會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。Brewnomic 技術(shù)值得期待。