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劉建龍

摘要：啤酒廠糖化工段的麥汁煮沸需消耗大量的熱能，而回收煮沸過程中產生的二次蒸汽的熱能并進行再利用，其節能效果相當顯著。本文提出了幾種熱能回收的方法并進行了量化比較，結果表明，帶熱能回收的低壓煮沸比常壓煮沸節能56%，比低壓煮沸節能43％，比帶熱能回收的常壓煮沸節能23%。建議啤酒廠新建麥汁煮沸系統宜采用帶熱能回收的低壓煮沸裝置，而對于目前大多數常壓煮沸系統的啤酒廠來說，可以通過技術改造來實現。

關鍵詞：啤酒，麥汁煮沸，熱能，回收，利用

    1 概述

    啤酒生產過程需要消耗大量熱能，從我國目前的生產水平來看，每生產1噸啤酒需耗熱能約2930-3810Mj，折標準煤為100-130Kg/t酒，還有個別工廠的熱能消耗高達5280MKj/t酒，折標準煤為180Kg/t酒，差距如此之大，除了工廠的管理水平不同之外，還與是否配備了熱能回收設備以及注意節能都有很大的關系。

    糖化工段的熱能消耗是啤酒廠消耗熱能的大戶。一般來講，糖化過程的熱能消耗為920Kj/t酒，折標準煤為32Kg/t酒，約占整個啤酒生產耗能的30-45%左右(生產用汽)。而麥汁煮沸過程的熱能消耗為566Mj/t酒，折標準煤為19.3Kg/t酒，約占糖化過程熱能消耗的61%。因此煮沸過程的熱能回收，對于啤酒生產的節能是十分有意義的。

    2 熱能回收的方法

    2.1帶蒸汽冷凝器的熱能回收系統

    煮沸過程產生的二次蒸汽通過冷凝器與80℃的熱水進行熱交換，回收二次蒸汽的潛熱，使80℃的熱水升溫到98℃，并用98℃的熱水加熱下批過濾后的麥汁，使之溫升到90℃左右。該系統設備簡單，容易操作，投資少見效快，特別適合我國的國情，不論是新建廠還是原有的老廠都可采用此系統。

    2.2 二次蒸汽壓縮的熱能回收系統

    煮沸過程產生的二次蒸汽通過壓縮機進行壓縮，使低壓無法利用的二次蒸汽轉化為可利用的高壓蒸汽。此系統麥汁煮沸開始時使用生蒸汽，然后使用壓縮后的二次蒸汽。該系統設備較為復雜，適合于大啤酒廠中有3～4個糖化間的工廠。因為蒸汽壓縮機的開車和停車都有一定的技術難度，對于我們國家的啤酒廠來講，采用此項技術目前尚有一定的難度。

    3 帶蒸汽冷凝器的熱能回收系統

    該系統不僅適合于低壓煮沸工藝，而且也適合于常壓傳統的煮沸工藝。下面將以一次產熱麥汁50 m³的常壓煮沸熱能回收為例，說明該系統的工藝過程及節能效益。

    3.1工藝流程

       3.2 熱量計算結果（計算過程略）

    煮沸鍋二次蒸汽產生的熱量：  Q₁=19900Mj/次(90分鐘)

    加熱麥汁所需要的熱量：      Q₂=4200Mj/次

    剩余的熱量(效率為75%)：     Q₃=75%Q₁－Q₂=10700Mj

    剩余的熱量可以將多少20℃的水加熱到80℃：

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

    3.3設備選型

    3.3.1蒸汽冷凝器

19900/1.5×0.75=9950 Mj/h，那么，

       100     100

       80      98

      ───────

20       2

    T_m=(20-2)/ln(20/2)×0.95=7.4℃    

    K=1.9×4.186 Mj/m².h.℃

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

    為了操作和控制的方便，選用F=160m²的四程列管換熱器

    (管程水的流速應大于1.2m/s)

    3.3.2板式換熱器

    Q=4200/0.5=8400MJ

    T_m=5℃

    K=2.5×4.186MJ/ m².h.℃

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

    選用F=165～200 m²板式換熱器。

    3.3.3能量貯存罐

    4200/(18×0.95×4.186)=59m³

    如果將能量貯存罐分為98℃和80℃兩個水罐，則每個水罐的有效容積為59m³。如果設置一個大罐，則該罐的容積為82m³。

3.4 回收熱水的用途 

表3-1              回收熱水的用途

通過上述計算，二次蒸汽回收的熱量除可將下批麥汁從76℃加熱到93℃外，還可以將42m³的常溫水(20℃計)加熱到80℃，此部分熱水完全可被有效的利用，不會產生熱污染。

3.5 節能效益的計算（表3-2）

表3-2           節能效益的計算

帶熱能回收的常壓煮沸比常壓煮沸節約：

(38270-21760)/38270×100=43.1%

    全年可節約：(38270-21760)×1620=26746200 MJ

    (上式中的1620為全年糖化的次數，啤酒年產量為70000t/a)

    折標煤901t/a

    150×901=135150 全年可節約13.5萬元。

    熱能回收裝置的投資約為：52萬元

    52/13.5=3.9 年

    從靜態分析來看，3.9年就可以回收全部投資，效益是很明顯的。

4 節能對比(見表4-1和表4-2)

表4-1      常壓煮沸與低壓煮沸節能對比

序號

項     目

  常壓煮沸 

低壓煮沸

備  注

1 

麥汁煮沸溫度