啤酒行業的綜合回收利用

在啤酒工廠釀造過程中會產生一些有價值的剩余材料、能量，需加以利用。實施中存在2 個問題：一是材料、能量的價值較低，其次回收成本也不小。不過可以預見，材料、能量的價值會增長，消費者的低碳意識會逐漸增強，慢慢地每個人都會意識到，不能繼續像現在這樣浪費自然資源了，工廠也將重新評估現有的技術、規程。

Brewnomic 是能源利用的創新，基于連續的批量過程。通過幾個方面來實現：降低能耗；把供熱系統改成低壓熱水系統；降低供熱系統的溫度水平；能源回收最大化；均衡生產，降低負荷峰值；回收剩余材料。最終目標是能源自給自足和CO2產用平衡。

啤酒行業有許多節電、節熱的創新。但是將這些創新綜合在一起的，卻是Brewnomic 的創意。要弄清楚各種消耗對比，首先找一個現有啤酒工廠，這個工廠是按目前技術建造的，年產26 萬千升。再按這個規模和生產流程，建一個模擬工廠Brewnomic，設想該廠12 個月內所有的主要流程，并按小時記錄所涉及的所有運行數據。為了測定負荷峰值，以10 分鐘為一個時間間隔來分析十周的運行數據。任何受氣候影響的過程，如制冷系統，都是根據美國暖通空調工程師協會（ASHRAE）手冊數據計算。3000 kW。周日進行CIP 刷洗，僅需少量熱能。到下周一，新的循環又開始了。通過將熱流整合在一起，這樣，用于生產一定數量的啤酒所消耗的熱能就可以被測定。

圖1：實際啤酒廠的熱流曲線

圖2：Brewnomic 啤酒廠的熱流曲線

圖3：實際啤酒廠耗電曲線

圖4：Brewnomic 啤酒工廠耗電曲線

模擬模型Brewnomic 可以使釀造過程中不同的節能部分與創新部分相互結合。其它涉及的參數，如糖化能力、糖化次數、生產天數等，根據需要同樣可以簡單地改變，以便觀察它們對能源消耗和負荷峰值的影響。均衡能耗過程、采用連續的批量生產過程，可使熱流曲線平緩。通過在一周的連續小批量生產，可實現能源和介質需求的最小化。較小的系統也可以降低發酵小木桶和公用工程所需要的資本支出。在許多國家，周日的生產成本很高，這些都需要考慮。Brewnomic 理念可將熱流峰值降低到4000 kW 以下，平均約2000 kW，見圖2。

圖5：能源需求對比

圖6：采用余料回收的供能理念

由于將工廠中的所有能源節約系統與機器設備結合在一起，將把現有啤酒工廠熱能消耗從14.5 kWh/hl 降低到5.9kWh/hl，電能消耗也從5.6 明顯降低到3.9kWh/hl，見圖5。

熱灌裝技術創新是重要原因，Dynafill 熱灌裝技術，可將低的啤酒溫度用于其它介質的冷卻，為二次過程提供使用的冷能，這樣可明顯降低制冷負荷。

電力負荷峰值從2500 降到低于1500kW（見圖3、圖4），明顯扁平化。這一成就主要是由于通過改變灌裝方案以及每周七天的連續生產降低負荷峰值，通過儲能罐或緩沖罐使之完全均衡。這也意味著通過均衡生產，某種程度上降低了生產線的產量。

通過在Brewnomic 設計中所采取的措施，使能源的消耗和所提供的能源量都大大減少。

釀造余料可供給傳統的沼氣系統。酒糟的80%送到沼氣系統，其余20%繼續被作為飼料出售。還有酵母也可供給沼氣系統。一種替代硅藻土的基于粘膠纖維的過濾助劑，也可回收入沼氣系統。當然，在糖化和酒窖中所產生的廢水，也能進入沼氣系統。這些余料在沼氣系統中被發酵產生甲烷。

所產生的甲烷在熱電聯產裝置中轉換成電能和熱能；值得注意的是，這里產生的熱能對啤酒工廠來說還是不夠用的，為此，大約有20%的甲烷直接供給鍋爐設備單獨產生熱能。余下80%供給熱電聯產裝置。熱電聯產裝置及鍋爐設備產生的熱能儲存在一個中央蓄能罐中（≥110℃的熱水），由這里供給啤酒工廠需要的所有熱能。所產生的電能分成若干支流，滿足啤酒工廠不同的用電需求及電機的驅動，見圖6。

圖7：需求及供給的熱能及電能

糖化、灌裝車間的屋頂面積較大，可用于光伏發電。如果陽光充足，電能可直接用于制冷系統，轉化為冷能，存于發酵罐中。從回收的余料中，實際工廠可獲得6.5 kWh/hl 熱能和4.3kWh/hl 電能，高于實際需求，見圖7。多余數量的熱能和電能還可以對外出售，這樣將啤酒工廠變成了啤酒釀造的能源站。

圖8：沒有余料回收的供能理念

假若沒有沼氣系統，Brewnomic 理念已經為降低CO2排放做出了巨大貢獻。熱電聯產能源站和鍋爐設備也可用天然氣取代沼氣供氣（見圖8）。沼氣系統可在后續根據需要隨時集成入能源供應系統中。這已經降低了標準啤酒工廠60%以上的CO2排放量，對于實際啤酒工廠，如果用天然氣來運行熱電聯產能源站，則每年減少CO2排放量大約為7200 噸。

從啤酒釀造過程中回收的余料中，甚至可以獲得多余的熱能和電能，比供應啤酒工廠所需要的能量還多。保持沼氣系統的長期供應對優化運行至關重要，這就是為什么一周7 天的盡量連續生產。7 天連續生產，對于其它行業是理所當然的事，啤酒行業有什么做不到的呢。

熱水作為熱載體、一系列連續的批量過程、高濃糖化工藝、熱灌裝技術基礎之上，一個能源自給自足和CO2產用平衡的啤酒工廠一定會成為現實。Brewnomic 技術值得期待。