氨制冷節能技術在啤酒制造企業中的應用

(廣州南沙珠江啤酒有限公司，廣東 廣州 511462)

0 引言

近年來，通過國際貨幣資本不斷涌入，國內各啤酒企業規模顯現出不斷擴大的趨勢。制冷系統在各啤酒生產企業中是用電的耗能大戶，因而制冷節能技術的應用從經濟、節能方面考慮對于啤酒生產企業來說就顯得尤為重要。

1 企業氨制冷系統總體生產用冷需求

1.1 30萬t啤酒企業氨制冷系統生產冷負荷需求(如表1)

表1 30萬t產能啤酒企業的氨制冷系統負荷情況

1.2 各生產系統用冷具體工藝及用冷要求

糖化制冰水工段要求需采用2 ℃的冰水進行熱麥汁的冷卻；脫氧水工段要求能達到2 ℃的出水溫度，發酵清酒工段及酵母培養酵母貯存等采用的是-7 ℃的氨液冷卻；啤酒激冷工段要求能達到-1 ℃的出酒溫度，酒花儲存庫要求2 ℃～5 ℃的室溫，由冷凍站氨泵供-7 ℃的氨液去酒花庫冷風機，供氨站氨泵出口壓力約為0.75 MPa。

2 啤酒制冷系統節能技術的應用

2.1 制冷系統采用氨液直接冷卻用冷終端

在啤酒的生產工藝中，為使整個制冷系統能達到節能、高效的運行，對啤酒生產工藝的重大用冷點如發酵罐、清酒罐、酵母及擴培系統均在設計中采用用低溫的氨液直接和需冷卻的用冷端進行直接換熱的模式進行高效的熱交換，這同比采用二次熱交換的載冷劑間接冷卻將使系統更加節能。其中發酵、清酒及酵母培養貯存等，均采用-7 ℃的氨液，由冷凍站氨泵供液，供氨壓力約為0.75 MPa。

氨的熱工性能較其他制冷劑熱性能好，單位容積制冷量高，氨直冷系統最為省電，系統如果采用氨與酒精水經板式換熱器進行熱交換需要求蒸發溫度低將導致綜合能效高于氨直冷，氨直冷系統同比氨間冷卻系統將節約電耗30%以上。

2.2 啤酒糖化制冰水系統采用復疊式制冷系統

按啤酒企業制冷系統的用冷分片，其中糖化系統的制冰水所消耗的電耗又是占整個制冷系統的半壁江山，考慮到節省綜合能耗的需要，故對糖化制冰水采用復疊式制冷技術加重力供氨形式相結合的模塊式制冷系統。具體制冰水過程為利用高溫、低溫兩套制冰水模塊式制冷換熱裝置先將30 ℃釀造水降至15 ℃，再將15 ℃冷水制成4 ℃冰水。以糖化用冷需求每小時制200 t的4 ℃冰水為基準進行能耗核算，制冰水高溫段采用高溫機制冷，蒸發溫度在13 ℃左右，具有比低溫機更高的制冷效率，而總需冷量的58%在高溫段完成。由計算可知，一段法制冰水在滿足制冷需求并有14%裕度的情況下配置制冷機總電機功率為1 750 kW，而兩段法制冰水在滿足制冷需求并有15%的裕量的情況下，配置制冷機總電機功率為1 254 kW。采用直接制成4 ℃冰水設備每m3冰水耗電約7.5 kWh，采用復疊式制冷模式制冰水每噸冰水耗電約5.3 kWh，每噸冰水耗電量降低了2.2 kWh。從功率配置的角度可以看出，采用兩段法制冰水更能達到降低能耗的目的。

2.3 啤酒發酵、糖化、高濃制冷資源整合，實現機組高效運行

啤酒企業在實際的生產過程中的用冷需求是動態結構的，糖化生產所需求的冰水用量會伴隨投料每鍋冷卻之間的生產間隙而有所調整，而發酵系統的用冷的總量也會伴隨著發酵罐、擴培罐等用冷終端的急降溫或保溫而出現不同的用冷負荷的波動，面對兩個原本獨立的制冷與用冷系統，如何進行系統資源的整合而達到機組高效運行，可采用將發酵制冷機組與糖化制冷機組進行系統的聯通，通過機組的回氣管道的相聯通來達到系統的相互之間的共享互通，當某個系統的制冷壓縮機不在滿載狀態下運行時，可通過管道系統的相關閥門的開啟聯通來達到制冷機的滿負荷、高效率的投入運行。

2.4 采用電網的錯峰用電加冰水儲冷技術相結合節能模式

高峰期用電，會造成電網負荷的驟增，會讓電網不堪重負發生停電事故等，影響企業的正常和安全生產。國家供電部門大力倡導企業能根據電網負荷的周期波動特性，通過企業自身進行一系列行之有效的技術措施，將企業自身用電高峰期的部分負荷轉移到用電低谷期，并給予企業特別優惠電價以平衡電網用電高峰期和用電低谷期的符合落差，實現資源的優化配置。啤酒糖化工藝生產所需的4 ℃低溫冰水是制冷站電耗的重要組成部分，為使制冰水電耗以最低的成本達到滿足生產用水的需求，系統采用了儲冷技術與錯峰用電相結合的模式。

2.5 系統中設置自動型空氣分離器

在制冷系統中，無論采用何種制冷劑或者在何種壓力或溫度條件下，制冷系統中都會不可避免地進入不凝性氣體。系統中的不凝性氣體會導致制冷系統效率下降、能耗增加、制冷量降低、系統運行費用增加 。特別是在炎熱的夏季，空氣的存在甚至可能使得冷凝壓力過高而造成系統無法正常運行。為確保氨制冷系統的設計制冷量并防止系統各區域出現不凝性氣體的集聚，因此氨制冷中設置能自動運行并連續不斷的將系統中不凝性氣體從制冷系統中分離并排出系統的多點自動空氣分離器設備，對降低制冷系統冷凝壓力，維持系統在最經濟性的狀況下運轉起到至關重要的作用。因氨制冷系統大，需排放不凝性氣體的點多，其中單蒸發式冷凝器21臺、高壓儲罐5臺，因此我們采用世界制冷專家DANFOSS的2臺自動空氣分離設備，通過自動空氣分離設備的連續運行，大大減少制冷系統的不凝性氣的存在，使系統達到節能的效果。

2.6 氨制冷系統選用高效節能蒸發式節能冷凝器

氨系統蒸發式冷凝器的冷卻原理就是利用噴淋水蒸發吸熱，將管內的制冷劑由氣態冷卻為液態。它與傳統的風冷相比較，在噪音控制、節水控制和換熱效率上有了很大的提高。蒸發式冷凝器在設計制作的時候，把冷卻塔、冷凝器、循環水存儲池、水泵和水管設計成為一體，進行有效的結合。一方面選用蒸發式冷凝器綜合運行能耗低，它與傳統的風冷式冷凝器相比較，冷凝溫度在濕球設計溫度8.3 ℃以內壓縮機功率節省至少10%的功耗，風機功率為風冷式風機功率的1/3，水泵的功率大約是冷卻塔水泵功率的1/4。另一方面蒸發式冷凝器整體運行費用低，它將冷卻塔、水泵有效的結合為一體，降低單獨部件的安裝費用。整套設備功耗降低，維護費用和設備消耗費用相對減少。

3 結語

隨著啤酒行業的迅速發展，其生產所配套的制冷節能技術在企業的實體應用也將越來越顯重要。從能源利用的角度來分析，啤酒生產企業制冷電耗的運行成本的降低在選擇制冷系統的節能技術有非常緊迫的社會意義，它將是企業生存發展的一個永恒的話題，啤酒企業氨制冷系統應盡可能選擇更多的國內外的先進節能技術應用到制冷系統中，以使制冷的綜合運行電耗達到20 kWh/t，甚至更低的國際先進消耗水平。