啤酒生產全過程節能降耗技術集成研究

孫立坤　王國懿　呂超　石小力　張勇　馬旭

摘 要：文章研究重點是：研發糖化、發酵、包裝生產環節以及生產輔助系統節能降耗關鍵技術，通過集成創新在企業節能改造實踐中進行示范，并形成在該行業具有推廣價值的節能技術研究成果。（1）糖化環節：通過試驗研究縮短了動態煮沸時間來節能降耗，將原有煮沸時間64min縮短為54min。（2）發酵環節：回收廠內產生的全部CO2及其能量，并使其達到動態平衡。（3）包裝環節：新建堿液回收裝置，回收工藝為廢堿液-沉淀-砂濾，使堿液使用周期由5天增加到8.5天。（4）生產輔助系統：主要是從氨純化方面節能。新建氨純化后，大大節約了電能。

關鍵詞：節能集成；動態煮沸；CO2回收；堿液回收；氨純化

1 糖化環節節能研究

麥汁煮沸是啤酒釀造受熱最多、能耗最大的工序。在保證啤酒非生物穩定性的前提下，優化麥汁煮沸工藝，減少麥汁的受熱時間及受熱量，可改善啤酒口味，同時可降低蒸汽的消耗、提高設備利用率。目前啤酒廠內煮沸經過前期改造應用了低壓動態煮沸技術，煮沸時間為64min，但未達到最優煮沸條件，故需要進行優化研究。鑒于啤酒廠目前生產任務較重，在設備方面進行節能改造，將會影響啤酒廠正常運轉，再加上這套低壓動態煮沸系統是最新上的一套系統，在設備選型等方面比較合理，故我們的研究重點放在低壓動態煮沸參數調整上，經過實地考察研究，其在煮沸時間和煮沸強度方面有很大的改進空間，如果在不影響酒啤酒的前提下，能降低煮沸時間和煮沸強度可以大大降低蒸汽使用量。

糖化階段的熱負荷不僅與啤酒的焦糊味有關，而且直接影響到能量消耗，降低熱負荷可以減少蒸汽量的使用。高小波[1]等人就曾研究過通過縮短煮沸時間來降低熱負荷，從而節約了1.68kg/kL（11°P啤酒）。李舜[2]等人通過對煮沸時間的改進，蒸汽表顯示蒸汽量明顯減小，而且酒的品質沒有變化。

針對本廠的特點，目前糖化階段煮沸用時64min，故我們在不影響麥汁的前提下，通過改變煮沸時間來降低熱負荷，從而提高啤酒品質。

1.2 試驗方案實施

依據廠內實際情況和條件，人為改變煮沸時間，并通過煮沸鍋上方的取樣口取樣檢驗其各項指標來觀察影響，我們實驗是在當天無生產任務的煮沸罐中進行。圖1為不同煮沸時間下的熱負荷。

2.2.2 雜氣的回收利用

CO2回收過程中，在冷凝器和提純塔的兩個環節均會產生雜氣（即純度不達標的CO2氣體）。雜氣回收利用方案如下：首先，對廠內的管道進行了改造，在冷凝器，提純塔至氣動閥門等儀表之間上布置管道，將雜氣和使用點連接起來；在雜氣使用前需要對其減壓，雜氣壓力從17.5kgf/cm2降至7-8kgf/cm2，供廠區儀表設備用風。

這樣做不僅省去了空壓機制備壓縮空氣的環節，并由于雜氣不含水汽，不會引起管道凝水結露等現象。雜氣回用使得雜氣得到了極好的利用，基本可以利用到回收雜氣的60-70%，并由此減少了空壓機的使用，最終降低了能耗。

2.2.3 液態CO2冷量回收技術

全廠共有7個CO2儲罐，全容積在50m3左右。在CO2儲罐內，CO2以液態形式存在，需汽化后方可使用。汽化過程是一個吸熱過程，之前是通過蒸汽加熱的方式達到汽化。啤酒廠經過節能改造現將CO2儲罐內的液態CO2儲送至酒精儲罐（即冷媒罐，用于給酒降溫），酒精儲罐底部設盤管用于熱交換，液態CO2從盤管內流過，利用酒精儲罐的溫度將其升溫3℃左右；同時達到了給酒精儲罐降溫的目的（酒精儲罐內冷媒溫度從4℃降至1℃）。如此一來，降低了酒精儲罐降溫時制冷機的使用頻次，達到了節能降耗的效果。然后用CO2液體給循環水降溫，循環水用來給設備降溫，這樣，降低了自來水的使用率和制冷設備的使用。

3 包裝生產環節堿液回收技術研究

目前，華潤雪花啤酒（遼寧）有限公司堿的使用量很大，產生的廢堿液就直接處理排放，而排放的廢堿液濃度約有1%，如果能提純回收利用，將節約大量堿液和水。羅杰和楊誨彤在文獻[3]中介紹了包裝車間洗瓶機堿液回收改造的成果，經過改造生產工藝不但得到有效保障，而且提高了生產效率，更是獲得可觀的經濟效益和環境效益。

3.1 堿液來源和水質

廢堿液主要是來自于洗瓶機產生的，啤酒成品包裝車間的洗瓶機用來對回收酒瓶進行清洗除標，采用濃度為2%的氫氧化鈉堿液作為主體清冼劑。洗瓶機連續運行5天后，回收酒瓶上的商標紙纖維、泥沙、殘酒等物質會混入到堿液中，使堿液的濃度降低，洗滌效果明顯下降，產生大量的廢堿液。

3.2 堿液回收工藝-靜置沉淀-砂濾

目前堿液回收工藝主要是混凝沉淀和靜置沉淀，然后過濾。混凝沉淀工藝能夠有效的去除廢堿液中的懸浮性顆粒雜質，對廢堿液的預處理具有明顯的效果。但是混凝沉淀過程存在藥劑用量大的弊端，混凝劑的投加增加了凈化的成本。為避免這一缺點，采用靜置沉淀方式來取代混凝沉淀對廢堿液進行預處理。與混凝沉淀相比，自由沉淀過程是以犧牲時間為代價換取凈化成本上的降低。由于廢堿液屬于間歇性排放，所以在時間上可以得到一定的延長。通過集中收集單次排放的廢堿液后，連續對廢堿液進行凈化回收，在用時上比混凝沉淀要長，但是并不影響處理過程。且靜置沉淀-砂濾的工藝過程簡單，處理成本低，適合延時處理；雖然處理用時長，但其處理效果能滿足華潤雪花啤酒（遼寧）有限公司實際需要。

經過試驗，通過建立堿液回收工藝，堿液的使用周期由5天增加為8.5天，節約了堿和自來水的使用量。

4 生產輔助環節節能技術研究

4.1 存在的問題

目前華潤雪花啤酒（遼寧）有限公司運行的制冷系統主要存在以下問題：首先，各大小制冷劑在運行時沒有進行依據生產所需量盡行優化組合調配使用，造成部分制冷劑能量運行浪費。其次，制冷劑在制冷過程中會伴隨著水和空氣的進入，這樣不僅降低了系統的蒸發能力，又增加了運行成本。

4.2 節能技術方案的確定

根據現場存在的問題，在設備運行上，我們通過合理安排開關機時間來解決，針對不同的蒸發溫度系統， 按照機械負荷的要求選配壓縮機， 以滿足進貨旺月的要求。實際運行時，通過調節運行時間，調整制冷系統供冷量。為了降低壓縮機能耗，首先需要做到根據負荷調整壓縮機運行臺數和運行時間，保證壓縮機提供的冷量接近實際好冷量；其次，盡量增加夜間壓縮機運行時間，減少白天壓縮機運行時間。不僅因為用電低峰電費低，而且因為夜間冷凝溫度較低，制冷系統效率高。針對含有的不凝性氣體和水問題，采取了簡單易行的現在使用范圍廣的氨純化系統。

4.3 氨純化方案

氨在低壓儲罐內以氣相和液相兩種狀態存在，現有3個低壓儲罐，每個儲罐的容量為50m3，其中1個儲罐控制壓力在2.1kgf/cm2，1個儲罐壓力為2.1kgf/cm2，另有1個儲罐作為備用。低壓儲罐的氨進入制冷機制冷后，進入蒸發冷卻器。蒸發冷卻器共有10臺，在此氨轉為液氨，進入高壓儲罐內儲藏。高壓儲罐內壓力為10kgf/cm2，共有2個儲罐，每個容量25m3。高壓儲罐內的液氨送入使用點進行制冷，使用點集中在糖化、發酵和過濾階段。經使用點后的氨回到低壓儲罐內。

制冷系統為全封閉密閉運行，幾乎無氨的損耗。但由于機器含油，需定期排放；另在維護和檢修過程中有少量的氨損耗。

5 結束語

（1）糖化生產環節節能技術優化研究成果：將原有煮沸時間64min縮短為54min。（2）發酵環節CO2回收與平衡優化研究：廠內產生的CO2全部回收，并達到了產生量和使用量的動態平衡，廠內達到了自給自足。（3）包裝生產環節堿液回收利用技術研究：新建堿液回收裝置，回收工藝為廢堿液-沉淀-砂濾，使堿液使用周期由5天增加到8.5天。（4）生產輔助系統主要是從氨純化方面節能。新建氨純化后，可節約電能。（5）針對啤酒廠各個環節的能耗進行研究，形成了一個可復制的節能技術集成，可作為成套技術進行推廣。

參考文獻

[1]高小波，付爽.縮短煮沸時間，降低麥汁熱負荷[J].SCI TECH技術交流，2010，9：45-46.

[2]李舜.降低糖化熱負荷的工藝探討[J].SCI TECH.技術交流，2012，179：39-42.

[3]羅杰，楊誨彤.堿液再利用的成效[J].SCI TECH技術交流2011，3：56-57.