火電廠外供蒸汽直接用于食品加工企業的可行性分析

劉力民，王 浩，鞠付棟

(1.國能國華(北京)分布式能源科技有限責任公司；2.中國電力工程顧問集團華北電力設計院有限公司，北京 100120)

某工業園區內企業主要為食品行業、裝備制造業等，熱負荷屬于非季節性的生產工藝熱負荷，擬利用附近現有燃煤電廠為園區集中供應蒸汽。筆者對于燃煤電廠外供蒸汽直接用于食品加工企業的可行性、安全性進行分析，并提出解決方案。

1 食品加工企業中蒸汽用途

在食品加工企業中，由于蒸汽具有方便、清潔、高效的特點，被視為理想的熱源，廣泛用于食品加工工藝過程中[1]。一般來說，食品行業蒸汽用途可分為以下幾類：蒸煮、加熱烘干、熱力殺菌、去皮油脂脫臭等用途，其中很多場合下蒸汽要與食品(或原材料)直接接觸。

下面以幾種典型食品加工工藝流程來說明蒸汽在食品加工中的作用[2-6]。

1.1 罐藏食品熱力殺菌

罐裝食品之所以能夠存放較長時間而不發生腐敗，主要原因在于其在生產加工過程中將罐裝食品在殺菌鍋內加熱至高溫，以殺死其中的微生物。由于蒸汽具有易于生產和儲存、易于控制、熱容量高等特點，蒸汽非常適合用于殺菌鍋中的傳熱介質。

1.2 大豆加工

大豆是我國的傳統作物之一，大豆及大豆制品廣泛存在于人們的日常生活中。但是大豆本身組織堅固，顆粒堅硬，含有特殊味道，而且還含有對人體有害的物質，所以，一般須經過加工處理，制成豆制品后才能食用。一般常見的大豆加工、深加工工藝有以下幾種。

1.2.1 豆漿加工。豆漿的制作過程中必須經過“煮漿”這道工序，常用的方法主要有電加熱、蒸汽加熱等，其中蒸汽加熱又可分為直接蒸汽加熱和間接蒸汽加熱。①直接蒸汽加熱是將蒸汽直接通入盛有豆漿的容器中，蒸汽與豆漿直接接觸，蒸汽的凝結水最終于豆漿混在一起。該方法設備簡單，但是由于蒸汽凝結水會與豆漿混合，所以對蒸汽中雜質數量控制較為嚴格。②間接蒸汽加熱是蒸汽通過表面式換熱來加熱豆漿，可通過夾層鍋、盤管等設備。該方法中，蒸汽與豆漿并不直接接觸，所以，對蒸汽中的雜質含量無特別要求。

1.2.2 豆乳加工。為了改善豆乳的口味，在大豆磨漿后還需要進行真空脫臭工藝。其基本原理是將加熱后的豆乳送入真空罐中，豆乳中的部分水分瞬間蒸發，同時揮發出部分不良味道成分。真空脫臭具體工藝步驟為利用蒸汽將豆乳加熱后送入真空罐中，然后對真空罐抽真空。由于壓力驟降，豆乳發生閃蒸現象，水分迅速蒸發，豆乳中的部分雜質也隨之排出，豆乳本身的溫度也隨之降低至沸點以下。

1.3 肉類加工

蒸汽在肉類食品加工中具有非常廣泛的作用，具體有以下幾種。

1.3.1 表面瞬時殺菌。通常在屠宰過程中，原料肉表面會沾染大量微生物。通常原材料肉類進廠后就必須對其進行表面微生物消殺處理，否則表面微生物會在后續加工中混雜在食物內部，增加處理難度。

蒸汽溫度高，滲透能力強，熱容量大，使用蒸汽可以迅速、高效地殺除肉類表面的微生物，并且對肉類原材料影響小。同時蒸汽的殘留物為凝結水，不會影響口感。如某企業使用高溫蒸汽對大塊牛肉表面進行殺菌處理，整個過程只有數十秒，牛肉表面僅有0.1mm～0.2mm厚度的部分因蒸汽加熱而變性。在保證殺菌效果的前提下，極大地保留了肉類品質。

1.3.2 食品加熱。目前蒸汽用于食品加熱并不僅限于蒸、煮等傳統加工工藝，也同樣適用于烤制等加工方法。

由于使用蒸汽加熱食物為低氧環境，與傳統的烤制、炸制工藝相比，使用蒸汽加熱食品，可以有效抑制油脂在加熱過程中的氧化作用；同時由于加熱是在低氧環境下進行的，苯并芘等致癌物質生成量非常低，極大地提高了食品安全性。

1.3.3 脫油。油炸食品的表面往往殘留有大量的食用油，如不做處理，食用時影響口感；同時人體攝入過多的油脂，也不利于健康。所以，一些油炸食品在油炸后要經過脫油處理，可以從油炸食品表面脫掉大約80%的油脂，而產品的形狀、口感保持不變。

將加工好的油炸食品放置在高溫蒸汽中，食品表面的油脂受熱后黏度降低，進而融化并從食品表面流出。同時食品受熱收縮，也會促使油脂從表面滲出。

近年來，國外發展了蒸汽與油脂霧化結合的新型炸制技術：先用蒸汽將食品加熱至100℃以上，再用霧化后的少量油脂噴到食品表面，再經過短時間的加熱即可達到油炸的效果。與傳統油炸方式相比，該工藝在保證食物口感的前提下大大降低了食物中的脂肪含量，同時又降低了油脂的消耗量，降低了成本。

2 食品加工企業所需蒸汽品質要求

2.1 概述

如果蒸汽與食品直接接觸，蒸汽的凝結水也成為食品成分的一部分進入人體。如果蒸汽品質過差，會有大量的固體顆粒及化學物質被人體攝入，影響健康；另外，如蒸汽中雜質含量過大，甚至還會影響到食品的口味，影響質量(如飲料中的氯、鐵離子都會影響口感)。

目前，根據用途不同，食品行業通常會使用3種不同等級的蒸汽：工業蒸汽、過濾(烹飪)蒸汽和潔凈蒸汽。

其中工業蒸汽為廠外蒸汽管網直接送來的蒸汽，其中可能含有固體雜質和化學物質。

過濾(烹飪)蒸汽為經過過濾后的蒸汽，通過設置精密的濾網，可過濾掉蒸汽中95%的粒徑大于2μm的雜質。但是經過過濾后，蒸汽中仍可能存在少量固體顆粒，而且蒸汽中固有的化學雜質也不能消除。

潔凈蒸汽是指從源頭開始控制品質的蒸汽，從水處理工藝、給水及蒸汽管道管材等均有特殊要求。

2.2 國內標準

2.2.1 蒸汽品質標準。對于食品加工用蒸汽品質，目前國內尚無明確的專門標準。考慮到蒸汽最終會凝結為水進入食品中，在沒有其他具體要求的情況下，暫用《生活飲用水衛生標準》GB 5749-2006作為蒸汽品質參考。

同時作為比較，表1中也列出《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》GB/T 12145-2016(以下簡稱“《電廠蒸汽標準》”)中所規定的主蒸汽質量標準。

表1 不同標準水(蒸汽)質量對比

電廠主要關注蒸汽中可能會導致在管道內壁、汽輪機葉片表面結垢的物質，而飲用水主要關注微生物指標、毒理指標、放射性指標、感官性狀和一般化學指標，兩者關注點不同，所以兩個標準中重合的量化指標很少。從僅有的兩項重合指標來看，飲用水標準和電廠蒸汽標準中，鐵、銅這兩種金屬元素的含量要求均相差了至少兩個數量級，電廠蒸汽標準遠高于飲用水標準。

電廠外供的蒸汽一般是由高溫、高壓的蒸汽經膨脹做功減溫減壓后得到，除非二次污染，其凝結水中不可能存在微生物。

毒理指標中重金屬離子可通過鍋爐補給水處理工藝得到有效去除，毒理指標中消毒劑的衍生物可通過優選水處理消毒劑的類型來避免產生，因此，鍋爐補給水及工業蒸汽中毒理指標可以滿足飲用水標準。

放射性指標可通過控制水源水質來確定，避免采用含有放射性污染的水源。

感官性狀和一般化學指標，電廠鍋爐補給水處理工藝制出的除鹽水質品質遠高于飲用水的一般化學指標，因此，鍋爐補給水及工業蒸汽中一般化學指標可以滿足飲用水標準。

根據《發電廠化學設計規范》DL 5068-2014中規定：當機組蒸汽用于食品加工或者采用混合方式加熱生活用水時，對于給水和凝結水，不得采用加聯氨或投加其他對人體有害物質的處理方式。因此，建議結合工業蒸汽的使用方式，合理確定熱力系統化學加藥的藥劑種類及品質，若供至食品行業的工業蒸汽與食品直接接觸，建議化學藥劑選用I類水處理劑或食品級藥劑，如間接接觸，可視情況選用I類水處理劑、食品級或I類水處理劑(工業用)的藥品等。

綜上，電廠鍋爐補給水處理工藝流程制取的除鹽水理論上是能夠滿足飲用水標準。

2.2.2 設備及管道材料標準。目前國內對食品接觸用材料有相關標準，如《食品安全國家標準 食品接觸用金屬材料及制品》GB 4806.9-2016。該標準中，對與食品直接接觸的金屬材料遷移物指標有具體要求。

另外，由于我國目前食品標準和飲用水標準中對水質的具體要求并不統一。如果按照飲用水標準，則需執行《生活飲用水輸配水設備及防護材料安全性評價標準》GB/T 17219-1998。該標準中，并未提出金屬遷移物等指標，僅要求金屬材料做浸泡實驗后，水中污染物含量達標。

而電力系統和城鎮供熱常用的金屬材料標準中，對上述要求并無規定。

一般來說，關于材料的“食品級”要求，更多是考慮一些食物及原材料具有一定的酸性(如果汁等)，金屬材料與其接觸要考慮較強抗腐蝕能力，避免重金屬被人體攝入。而對于常規的用途，如市政工程自來水管網等，并無相關要求。

所以，是否與蒸汽接觸的管道材質均要執行“食品級”材料標準，如無權威機構做出解釋，建議根據實際情況掌握。

2.3 國外標準

關于食品加工用蒸汽品質要求，相對而言，歐美標準比國內標準要嚴格、完整，包括食品用蒸汽所使用的化學水處理劑等均有明文規定。現將歐美主要相關標準列舉如下。

2.3.1 美國3-A衛生標準(3-A Sanitary Standards)[7]。3-A 609-03《Method of Producing Steam of Culinary Quality，烹調用蒸汽產生的方法》中對直熱蒸汽的定義是不夾帶雜質，相對來說不含液態水且適合用于直接接觸食品，其他可食用食物或產品的接觸表面。其中對于烹飪蒸汽系統中關鍵過濾、分離設備及附件的主要相關要求如下：蒸汽應設兩級過濾裝置，第一級能夠去除10μm及更大的顆粒，第二級能夠95%去除2μm及更大的顆粒。

2.3.2 美國FDA標準。FDA(Food and Drug Administration，美國食品藥品監督管理局)標準中，工業蒸汽和潔凈蒸汽僅能用于用來對設備進行加熱或者滅菌器的夾套和潔凈蒸汽發生器進行加熱，不得直接用于對食物進行加熱。

在其《Code of Federal Regulation Title 21, Volume 3, Section 173.310：Boilerwater additives》中嚴格規定了爐水添加劑的種類和數量要求，如常用的六偏磷酸鈉、氫氧化鈉及焦亞硫酸鈉等均不能用于蒸汽與食品有直接接觸的場合，并且其使用的藥劑應有相關證明文件。

2.3.3 歐盟EC No. 852標準。歐盟《一般食品法》EC No. 852-2004中第VII章《水的供應》章節規定：“用于直接接觸食品的蒸汽，不能包含任何對健康有害的或可能污染食品的物質。”“對于采用熱處理加工密封食品時，要確保在熱處理后冷卻容器的水不會成為食品的污染源。”

2.3.4 歐盟EN285標準。歐盟EN285《Sterilization-Steam sterilizers-Large sterilizers，滅菌-蒸汽消毒器-大型殺菌器》中4.2章節《材料》規定：“與蒸汽接觸的材料應——能抵抗蒸汽機器冷凝物的侵蝕——不會導致蒸汽質量的惡化”。

2.4 認證類標準

除上述具體的規程規范外，目前還有大量的涉及食品行業的認證類標準，此處僅列出幾種國際常見認證標準中的相關內容。

2.4.1 NSF認證。NSF(National Sanitation Foundation，美國國家衛生基金會)認證中，應提供爐水添加劑食品可接觸證明文件，具體廠家名單可在NSF官方網站查詢。

2.4.2 IFS認證。IFS(International Food Standard，國際食品認證)V6.1的4.9.9.1章節中，規定如下：“作為產品成分的水或清潔用水應達到飲用水標準，并且水量充足；這同樣適用于在生產區域使用的蒸汽和冰，任何時候都應有飲用水的供應。”

2.4.3 BRC認證。BRC(British Retail Consortium，英國零售商協會)V8的4.5.1章節規定：“在食品加工的生產、產品制作過程中所用的作為原材料的水(包括冰和蒸汽)，洗手用水，或者設備和工廠的保潔用水，均應滿足供應，在使用點應達到飲用水標準，或者根據現行的適用法律不得造成污染風險。”

2.4.4 AIB認證。AIB(American Institute of Baking，美國烘烤技術研究所)標準5.27.1.6章節規定：“在蒸汽或水使用的、與食品進行直接或間接接觸的水處理化學品應具有與食品接觸的許可證文件。”

3 工業蒸汽凈化工藝

如前文所述，在電廠外供工業蒸汽質量不能滿足食品企業要求時，可通過增設過濾裝置或設置蒸汽發生器的方法來獲得高質量蒸汽。

3.1 蒸汽過濾裝置

蒸汽過濾裝置直接安裝在蒸汽管道上，幾乎不增加額外的運行成本。設備過濾精度為0.5μm～2μm，過濾效率符合3-A標準(95%過濾2μm顆粒)。

設備所有材質均應符合FDA或歐盟EC 1935相關標準，設備內壁對于表面光潔度有嚴格要求，而且必須經過酸洗、鈍化等特殊處理后才能使用。

3.2 蒸汽發生器

過濾裝置過濾后的蒸汽中仍會有少量顆粒及蒸汽中的化學物質，如果仍不能滿足企業需要，則應設置蒸汽發生器。

蒸汽發生器基于表面式間接換熱原理工作，本質為一管殼式換熱器。電廠來的工業蒸汽與食品企業自供的潔凈水在設備內通過管道表面換熱。潔凈水受熱后蒸發，形成的汽水混合物經過汽水分離裝置后，生產出合格的潔凈蒸汽；工業蒸汽則冷凝成水，可作為一般其他用途。

蒸汽發生器設備材質等要求同蒸汽過濾裝置。

4 結論與建議

4.1 結論

根據蒸汽在食品行業中的不同用途，對其品質要求也不同。如蒸汽與食品直接接觸，則對蒸汽品質有具體要求，主要是控制蒸汽及凝結水中的固體顆粒、化學物等雜質。

經比較現有發電廠汽水質量標準和國家飲用水質量標準，對于兩者中重合部分的內容，電廠汽水標準遠高于飲用水標準。

經過對比國內現行相關標準，可以看到其要求的標準并不相同。對于國外標準，具體要求也不完全相同。

4.2 建議

由于現行的蒸汽品質要求相關規程規范并不統一，食品企業可在滿足相關法律法規要求的前提下，根據客戶具體要求及可能的風險，自行靈活掌握。

現有發電廠的本職工作仍在于安全高效發電、供熱，不可能為了少數幾個食品加工企業的需要，從根源上去調整現有的化學處理工藝、藥劑種類和更改所有相關的管道材質。如果食品加工企業必須要執行較高蒸汽標準，可考慮適當利用自身設備對外來蒸汽進行適當凈化，如設置過濾裝置等。如確實需要完全消除固體顆粒及電廠蒸汽中添加劑的影響，則需設置蒸汽發生器。