白酒生產中冷卻工藝節水改進方法與應用

匡勝嚴，黃維愷，劉 薇

（遠大空調有限公司，湖南長沙 410138)

白酒釀造過程伴隨著高能耗和高水耗，一般一噸白酒的生產需要消耗30～40 t 水，如果是醬香型名酒甚至噸酒耗水量可達50～60 t[1-2]。而在所有水耗中，蒸餾工藝冷卻用水耗量占比最大，達到50%，若能回收利用或降低消耗，節水產生的效益將非常可觀。

目前針對蒸餾冷卻水工藝節水措施主要是以循環再利用為主。洋河大曲酒業將冷卻水回收匯入集水池，分配給浴室和包裝車間洗瓶，最后作為生產生活用水使用[3]。衡水老白干采用收集、沉淀、冷卻、過濾處理方法進行循環再利用，每年可節約用水90萬t[4]。

筆者對國內幾家大型白酒生產企業進行了現場調研，發現冷卻工藝用水浪費是普遍現象，且容易受當地氣候影響造成冷卻水溫度過高，產酒量下降、熱污染等問題。比如北京某二鍋頭酒廠采用自來水冷卻，排水溫度高達60～70 ℃，因溫度太高不能滿足當地環保要求，酒廠不得不采用常溫水摻涼水降溫至30 ℃再排放，用水量成倍上升。四川瀘州某濃香型白酒，蒸餾冷卻工藝的排水溫度為75 ℃，采用冷卻塔降溫的方式再循環利用，在夏秋季節由于天氣炎熱，冷卻水溫度無法達到30 ℃以下，且由于冷卻水為開放式系統，酒廠內菌種繁多，水溫適宜繁殖，造成冷卻塔和冷凝器結軟垢，嚴重影響冷卻效果。貴州某醬香型白酒，采用赤水河河水對酒蒸汽冷卻降溫，產生50 ℃的低溫冷卻水直接排放至赤水河，造成赤水河熱污染，影響赤水河生態。還有一些酒廠采用風冷的方式進行冷卻，在炎熱的夏季由于空氣溫度比較高，冷卻效果差，出酒量下降。

白酒蒸餾冷卻工藝的高耗水以及熱污染問題已經成為制約白酒行業發展的重要原因，甚至環保問題關系到酒企的生死存亡。本文針對蒸餾工藝循環冷卻水溫度分別采用不同的溴化鋰吸收式技術實現冷卻工藝節水80 %以上并解決熱污染問題。另外如果酒企還有制冷或制熱需求時，采用中溫冷卻水還可同步實現節能。

1 溴化鋰吸收式制冷原理

溴化鋰吸收式制冷機是一種采用熱能驅動溴化鋰溶液循環制冷的機組。溴化鋰吸收式制冷機耗電極少（約為制冷量的5‰），采用的熱源可以是蒸汽（≥0.1 MPa）、熱水（≥70 ℃）、高溫煙氣（≥300 ℃）以及天然氣、沼氣等，在各領域獲得廣泛應用。

1.1 溴化鋰吸收式制冷技術

溴化鋰吸收式機組由發生器、吸收器、蒸發器、冷凝器、溶液熱交換器及其他輔助設備組成。單效溴化鋰吸收式制冷機的流程如圖1所示。

其原理如下：來自冷凝器的冷劑水進入蒸發器這個高真空環境中（872 Pa，絕壓），驟然蒸發，降溫至5 ℃，噴灑到換熱管上，使換熱管內12 ℃的冷水降溫至7 ℃。冷劑水吸收冷水熱量變為水蒸汽，被來自發生器的濃溶液吸收并放出熱量經冷卻水帶走。變稀的溶液被泵送至發生器并被熱源加熱，產生水蒸汽和濃溶液。水蒸汽進入冷凝器冷凝成水放出熱量經冷卻水帶走，冷劑水則進入蒸發器再次蒸發吸收冷水熱量。

單效溴化鋰吸收式機組制冷效率（制冷量與驅動熱源熱量的比值）為0.4～0.8；雙效溴化鋰吸收式機組制冷效率為1.3～1.5。在釀酒行業主要是以單效熱水型溴化鋰制冷機（簡稱熱水型制冷機）、蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機（簡稱蒸汽型制冷機）以及燃氣型溴化鋰吸收式制冷機（簡稱直燃機）為主。

1.2 溴化鋰吸收式換熱技術

溴化鋰吸收式換熱技術是由熱水型制冷機和換熱器相結合的新型換熱技術。機組的流程圖如圖2所示。

中溫熱水（70 ℃）進發生器驅動機組后進入水水板交與冷卻水換熱降溫，再進入蒸發器最終降溫至22 ℃排出。冷卻水分兩支，一支進入熱水型制冷機的吸收器和冷凝器升溫后排出；另一支經水水板交與中溫熱水換熱后排出。

溴化鋰吸收式換熱機組（簡稱換熱機組）作用相當于一個換熱器：中溫熱水降溫（70/22 ℃）的熱量最終以冷卻水（30/37 ℃）形式通過冷卻塔排熱。換熱機組與換熱器最大的不同在于：中溫熱水出口溫度（22 ℃）要比冷卻水的進口溫度（30 ℃）低，這是換熱器不可能達到的。正因為換熱機組這種特性與釀酒冷卻工藝參數相匹配，使得冷卻工藝自冷卻循環得以實現。

2 冷卻工藝節水方法及應用

蒸酒工藝中，采用水冷方式冷卻時，一般要求冷卻水入口溫度為22 ℃～25 ℃，而出冷凝器的溫度主要是由采用冷凝器的形式決定：采用高溫冷凝器一般出水溫度可以達到70 ℃以上；采用低溫冷凝器出水溫度一般較低只有50 ℃左右。根據出水溫度的不同可以根據客戶需求采用不同溴化鋰吸收式技術實現節水、節能。

2.1 無動力制冷冷卻循環及應用

采用高溫冷凝器產生的中溫冷卻水（≥70 ℃）可以驅動熱水型溴化鋰吸收式制冷機（簡稱熱水制冷機）進行制冷，中溫冷卻水的溫度越高，機組的制冷效率越高，產生的制冷量越多。產生的冷量除用于中溫冷卻水降溫外，多余冷量還可以用于其他制冷需求，比如攤晾機攤晾冷卻、恒溫發酵車間、辦公樓及其他建筑用冷等。

蒸餾冷卻循環流程如圖3 所示。22 ℃的低溫水送入每一個蒸酒裝置的冷凝器內，將酒蒸汽冷凝成原酒后，低溫水升溫至80 ℃。由于每個冷凝器運行時間和冷卻水流量都不一致，因此將每個冷凝器的中溫冷卻水匯集至大的緩沖罐中。80 ℃的中溫冷卻水經水泵輸送至熱水制冷機后降溫至55 ℃，制取的7 ℃的冷水送入二級冷卻器將中溫冷卻水最終降溫至22 ℃，多余的冷量用于攤晾機制冷。制冷過程產生的37 ℃冷卻水經冷卻塔循環降溫。55 ℃中溫冷卻水經一級冷卻器和二級冷卻器最終降溫至22 ℃送入低溫水緩沖罐循環使用。一級冷卻器的熱量可用于潤糧水補水預熱或采用風冷的形式降溫。

在北方酒廠生產車間及辦公區域冬季有采暖需求時也可結合蒸汽型溴化鋰吸收式熱泵來實現低品位熱量回收用于采暖。如圖4所示，將80 ℃的中溫水經換熱器換熱后產生60 ℃～70 ℃的熱水用于供熱。降溫后的熱水（55 ℃以下）用于預熱潤糧水。降溫至30 ℃的冷卻水再采用蒸汽驅動溴化鋰吸收式熱泵的方式降溫至22 ℃循環使用。本流程不但實現了蒸餾冷卻循環，同時還最大化利用了熱量來供熱，可有效降低酒廠的能耗。

四川宜賓某濃香型白酒釀造基地年產2.5 萬t原酒。釀造一車間共有18 套冷卻器，進出口溫度為20 ℃/85 ℃，流量為20 t/h。產生的中溫冷卻水直接排放，浪費能源的同時形成熱污染。另外攤晾冷卻工藝采用電制冷機，制冷冷卻需要消耗大量電能。冷卻工藝改造后，采用一臺熱水型制冷機（制冷量400 kW），實現了85 ℃/20 ℃的冷卻循環還替代了攤晾工藝60%的電制冷。每年實現節水13 萬t、節電36萬kW·h。

廣東佛山某酒廠原采用冷卻塔降溫，冷凝器進出口溫度為32 ℃/52 ℃，在夏季高溫高濕天氣下，冷卻水溫度偏高，造成出酒量降低和出酒時間延長。冷卻工藝改造成高溫冷凝器后，中溫冷卻水的溫度高達90 ℃，流量為126 t/h，并采用一臺熱水型制冷機制取2733 kW 冷量實現近3 萬m2建筑免費制冷，年節省電費123萬kW·h。

2.2 無動力自冷卻循環及應用

對于釀造車間無制冷需求或者用冷點比較遠無法長距離送冷情況下，采用溴化鋰吸收式換熱機組可實現中溫冷卻水自冷卻循環。

系統流程如圖5 所示。各冷凝器產生的80 ℃中溫冷卻水集中匯入緩沖罐中。中溫冷卻水經水泵輸送至換熱機組內并降溫至22 ℃匯集于低溫水緩沖罐。最終22 ℃低溫水再經泵輸送回原蒸餾冷卻工藝形成循環。在本系統中，依靠80 ℃中溫水來驅動機組而不需要另外提供動力，中溫水降溫（80 ℃/22 ℃）的熱量最終以37 ℃冷卻水經冷卻塔散熱排放到環境中。

本系統最早應用于北京某著名二鍋頭酒廠。該酒廠原冷卻系統每小時產生70 ℃的中溫冷卻水63 t，因環保要求不能直接排放，不得不采用摻入涼水降溫至30 ℃以下，車間每天耗水量達1500 t，造成水資源浪費同時也加重了污水處理的負荷。改造成無動力自冷卻系統后，實現了70 ℃/22 ℃的自循環冷卻，并且采用蒸發冷卻替代摻涼冷卻，每天節省用水量1130 t，節水率超過90%。

2.3 輔助制冷冷卻循環及應用

在一些釀酒工藝中采用低溫冷凝器以提高出酒速度，產生的冷卻水溫度只有50 ℃左右。由于溫度比較低，無法驅動熱水型制冷機，因此只能采用輔助降溫來實現節水。

輔助制冷冷卻循環流程如圖6 所示。50 ℃的低溫冷卻水經水泵輸入至一級冷卻器，采用冷卻水或空氣進行冷卻（如有熱需求，也可如圖3 用于補水預熱）降溫至32 ℃左右后，再采用直燃型（燃氣驅動）制冷機或蒸汽型制冷機制取7 ℃冷水通過二級冷卻器降溫至22 ℃。22 ℃的低溫水再經過原冷凝器循環。

本系統成功應用于貴州某著名醬香型白酒的車間測試。最先酒廠采用赤水河水來冷卻，因當地環保要求改造成閉式冷卻塔降溫，但因茅臺鎮在夏季時天氣溫度高，冷卻效果并不理想。2018年在一個車間進行試點改造，流量為20 m3/h，溫度50 ℃的低溫冷卻水首先通過閉式冷卻塔進行降溫；再進入二級冷卻器用直燃機進行補冷降溫。整個系統已通過整體驗收并將在全廠進行推廣。

3 結語

采用溴化鋰吸收式機組實現無動力降溫或輔助降溫，改變了傳統釀酒蒸餾冷卻工藝的弊端，是一次革新。

（1）實現了蒸餾冷卻工藝自冷卻循環，節水率可以達到80%以上。

（2）使蒸發冷卻工藝的冷卻水溫度更可控，確保產酒量和產酒品質。

（3）蒸餾冷卻工藝由原來的開式系統改為了閉式系統，無結垢風險，工藝運行更穩定。

（4）結合酒廠制冷、制熱需求，最大化提高了循環冷卻水的熱利用率，解決了熱污染問題。