啤酒生产全过程节能降耗技术集成研究

孙立坤　王国懿　吕超　石小力　张勇　马旭

摘 要：文章研究重点是：研发糖化、发酵、包装生产环节以及生产辅助系统节能降耗关键技术，通过集成创新在企业节能改造实践中进行示范，并形成在该行业具有推广价值的节能技术研究成果。（1）糖化环节：通过试验研究缩短了动态煮沸时间来节能降耗，将原有煮沸时间64min缩短为54min。（2）发酵环节：回收厂内产生的全部CO2及其能量，并使其达到动态平衡。（3）包装环节：新建碱液回收装置，回收工艺为废碱液-沉淀-砂滤，使碱液使用周期由5天增加到8.5天。（4）生产辅助系统：主要是从氨纯化方面节能。新建氨纯化后，大大节约了电能。

关键词：节能集成；动态煮沸；CO2回收；碱液回收；氨纯化

1 糖化环节节能研究

麦汁煮沸是啤酒酿造受热最多、能耗最大的工序。在保证啤酒非生物稳定性的前提下，优化麦汁煮沸工艺，减少麦汁的受热时间及受热量，可改善啤酒口味，同时可降低蒸汽的消耗、提高设备利用率。目前啤酒厂内煮沸经过前期改造应用了低压动态煮沸技术，煮沸时间为64min，但未达到最优煮沸条件，故需要进行优化研究。鉴于啤酒厂目前生产任务较重，在设备方面进行节能改造，将会影响啤酒厂正常运转，再加上这套低压动态煮沸系统是最新上的一套系统，在设备选型等方面比较合理，故我们的研究重点放在低压动态煮沸参数调整上，经过实地考察研究，其在煮沸时间和煮沸强度方面有很大的改进空间，如果在不影响酒啤酒的前提下，能降低煮沸时间和煮沸强度可以大大降低蒸汽使用量。

糖化阶段的热负荷不仅与啤酒的焦糊味有关，而且直接影响到能量消耗，降低热负荷可以减少蒸汽量的使用。高小波[1]等人就曾研究过通过缩短煮沸时间来降低热负荷，从而节约了1.68kg/kL（11°P啤酒）。李舜[2]等人通过对煮沸时间的改进，蒸汽表显示蒸汽量明显减小，而且酒的品质没有变化。

针对本厂的特点，目前糖化阶段煮沸用时64min，故我们在不影响麦汁的前提下，通过改变煮沸时间来降低熱负荷，从而提高啤酒品质。

1.2 试验方案实施

依据厂内实际情况和条件，人为改变煮沸时间，并通过煮沸锅上方的取样口取样检验其各项指标来观察影响，我们实验是在当天无生产任务的煮沸罐中进行。图1为不同煮沸时间下的热负荷。

2.2.2 杂气的回收利用

CO2回收过程中，在冷凝器和提纯塔的两个环节均会产生杂气（即纯度不达标的CO2气体）。杂气回收利用方案如下：首先，对厂内的管道进行了改造，在冷凝器，提纯塔至气动阀门等仪表之间上布置管道，将杂气和使用点连接起来；在杂气使用前需要对其减压，杂气压力从17.5kgf/cm2降至7-8kgf/cm2，供厂区仪表设备用风。

这样做不仅省去了空压机制备压缩空气的环节，并由于杂气不含水汽，不会引起管道凝水结露等现象。杂气回用使得杂气得到了极好的利用，基本可以利用到回收杂气的60-70%，并由此减少了空压机的使用，最终降低了能耗。

2.2.3 液态CO2冷量回收技术

全厂共有7个CO2储罐，全容积在50m3左右。在CO2储罐内，CO2以液态形式存在，需汽化后方可使用。汽化过程是一个吸热过程，之前是通过蒸汽加热的方式达到汽化。啤酒厂经过节能改造现将CO2储罐内的液态CO2储送至酒精储罐（即冷媒罐，用于给酒降温），酒精储罐底部设盘管用于热交换，液态CO2从盘管内流过，利用酒精储罐的温度将其升温3℃左右；同时达到了给酒精储罐降温的目的（酒精储罐内冷媒温度从4℃降至1℃）。如此一来，降低了酒精储罐降温时制冷机的使用频次，达到了节能降耗的效果。然后用CO2液体给循环水降温，循环水用来给设备降温，这样，降低了自来水的使用率和制冷设备的使用。

3 包装生产环节碱液回收技术研究

目前，华润雪花啤酒（辽宁）有限公司碱的使用量很大，产生的废碱液就直接处理排放，而排放的废碱液浓度约有1%，如果能提纯回收利用，将节约大量碱液和水。罗杰和杨诲彤在文献[3]中介绍了包装车间洗瓶机碱液回收改造的成果，经过改造生产工艺不但得到有效保障，而且提高了生产效率，更是获得可观的经济效益和环境效益。

3.1 碱液来源和水质

废碱液主要是来自于洗瓶机产生的，啤酒成品包装车间的洗瓶机用来对回收酒瓶进行清洗除标，采用浓度为2%的氢氧化钠碱液作为主体清冼剂。洗瓶机连续运行5天后，回收酒瓶上的商标纸纤维、泥沙、残酒等物质会混入到碱液中，使碱液的浓度降低，洗涤效果明显下降，产生大量的废碱液。

3.2 碱液回收工艺-静置沉淀-砂滤

目前碱液回收工艺主要是混凝沉淀和静置沉淀，然后过滤。混凝沉淀工艺能够有效的去除废碱液中的悬浮性颗粒杂质，对废碱液的预处理具有明显的效果。但是混凝沉淀过程存在药剂用量大的弊端，混凝剂的投加增加了净化的成本。为避免这一缺点，采用静置沉淀方式来取代混凝沉淀对废碱液进行预处理。与混凝沉淀相比，自由沉淀过程是以牺牲时间为代价换取净化成本上的降低。由于废碱液属于间歇性排放，所以在时间上可以得到一定的延长。通过集中收集单次排放的废碱液后，连续对废碱液进行净化回收，在用时上比混凝沉淀要长，但是并不影响处理过程。且静置沉淀-砂滤的工艺过程简单，处理成本低，适合延时处理；虽然处理用时长，但其处理效果能满足华润雪花啤酒（辽宁）有限公司实际需要。

经过试验，通过建立碱液回收工艺，碱液的使用周期由5天增加为8.5天，节约了碱和自来水的使用量。

4 生产辅助环节节能技术研究

4.1 存在的问题

目前华润雪花啤酒（辽宁）有限公司运行的制冷系统主要存在以下问题：首先，各大小制冷剂在运行时没有进行依据生产所需量尽行优化组合调配使用，造成部分制冷剂能量运行浪费。其次，制冷剂在制冷过程中会伴随着水和空气的进入，这样不仅降低了系统的蒸发能力，又增加了运行成本。

4.2 节能技术方案的确定

根据现场存在的问题，在设备运行上，我们通过合理安排开关机时间来解决，针对不同的蒸发温度系统， 按照机械负荷的要求选配压缩机， 以满足进货旺月的要求。实际运行时，通过调节运行时间，调整制冷系统供冷量。为了降低压缩机能耗，首先需要做到根据负荷调整压缩机运行台数和运行时间，保证压缩机提供的冷量接近实际好冷量；其次，盡量增加夜间压缩机运行时间，减少白天压缩机运行时间。不仅因为用电低峰电费低，而且因为夜间冷凝温度较低，制冷系统效率高。针对含有的不凝性气体和水问题，采取了简单易行的现在使用范围广的氨纯化系统。

4.3 氨纯化方案

氨在低压储罐内以气相和液相两种状态存在，现有3个低压储罐，每个储罐的容量为50m3，其中1个储罐控制压力在2.1kgf/cm2，1个储罐压力为2.1kgf/cm2，另有1个储罐作为备用。低压储罐的氨进入制冷机制冷后，进入蒸发冷却器。蒸发冷却器共有10台，在此氨转为液氨，进入高压储罐内储藏。高压储罐内压力为10kgf/cm2，共有2个储罐，每个容量25m3。高压储罐内的液氨送入使用点进行制冷，使用点集中在糖化、发酵和过滤阶段。经使用点后的氨回到低压储罐内。

制冷系统为全封闭密闭运行，几乎无氨的损耗。但由于机器含油，需定期排放；另在维护和检修过程中有少量的氨损耗。

5 结束语

（1）糖化生产环节节能技术优化研究成果：将原有煮沸时间64min缩短为54min。（2）发酵环节CO2回收与平衡优化研究：厂内产生的CO2全部回收，并达到了产生量和使用量的动态平衡，厂内达到了自给自足。（3）包装生产环节碱液回收利用技术研究：新建碱液回收装置，回收工艺为废碱液-沉淀-砂滤，使碱液使用周期由5天增加到8.5天。（4）生产辅助系统主要是从氨纯化方面节能。新建氨纯化后，可节约电能。（5）针对啤酒厂各个环节的能耗进行研究，形成了一个可复制的节能技术集成，可作为成套技术进行推广。

参考文献

[1]高小波，付爽.缩短煮沸时间，降低麦汁热负荷[J].SCI TECH技术交流，2010，9：45-46.

[2]李舜.降低糖化热负荷的工艺探讨[J].SCI TECH.技术交流，2012，179：39-42.

[3]罗杰，杨诲彤.碱液再利用的成效[J].SCI TECH技术交流2011，3：56-57.