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/次

    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

    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

    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

    T_m=5℃

    K=2.5×4.186MJ/ m².h.℃

    F=Q/(K×T_m) =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

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

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

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