啤酒生产全过程节能降耗技术集成研究

科技创新与应用ｌ　２０１５年第３期　科技创新　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　（１、大连宇都环境工程技术有限公司，辽宁大连１１６６００　２、华润雪花啤酒（辽宁）有限公司，辽宁沈阳１１００００）　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ＣＯ：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，回收工艺为废碱液一沉淀一砂滤，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　１．２试验方案实施　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　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　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　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　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　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。　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　时问和煮沸强度可以大大降低蒸汽使用量。　１．１指示指标　热负荷的计算公式为：　ＩＨＤ＝ｔｘ２（Ｔ一１０）／１０　其中ＩＨＤ～热负荷指数；　图１热负荷随煮沸时间变化趋势图　ｔ一时间，小时；　通过检测在煮沸时间为５４ｍｉｎ时，啤酒各项理化指标无明显变　Ｔ一温度，　。　化，证明缩短煮沸时间来降低热负荷是可行性方案。而煮沸时间低　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　于５０ｍｉｎ时，啤酒的理化指标收到了影响，故煮沸时间不能低于　　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　５４ｍｉｎ。２发酵生产环节ＣＯ　回收与平衡优化研究　究过通过缩短煮沸时间来降低热负荷，从而节约了１．６８ｋｇ／ｋＬ（１ｌｏｐ　啤酒）。李舜　等人通过对煮沸时间的改进，蒸汽表显示蒸汽量明显　２．１原有ＣＯ　回收系统分析和可改进点　图２为目前华润雪花啤酒（辽宁）有限公司现用的Ｃ０：回收流　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　程。　发现问题：　响麦汁的前提下，通过改变煮沸时间来降低热负荷，从而提高啤酒　品质　（１）ＣＯ：回收问题。回收量和回收能力不匹配。由于生产旺季产　左右小幅度变化，复合钻均增斜率在２－４。／１００　ｍ，每次滑动降　斜控制在５　７　ｍ左右，避免大幅度调整，保证了井眼轨迹圆滑，相　应降低了井眼的摩阻系数。整个水平段总进尺４８６ｍ，其中滑动钻进　进尺５２ｍ，仅占总进尺的１０．６９％。（３）现场作业过程中，牙轮钻头寿　命单趟钻进尺在４０—７０ｍ之间，必须起钻更换新钻头，起到了通　井、清除岩屑床作用，确保井眼畅通，保障了水平段的施工安全。每　趟钻逐次增加小钻杆长度，保证中和点处于新加钻具内，防止发生　钻具疲劳破坏，确保现场施工的时效　。　４．５井眼清洁技术　针对排６６４侧井井身结构特殊、石炭系地层硬脆性突出、造斜　率达、水平段长等特点，井眼清洁问题尤为突出。　（１）优化钻具结构，提高环空返速。由于技术套管尺寸　０２４４．５ｒａｍ和侧钻井眼尺寸Ｏ１５２．４ｍｍ的现实情况，环空返速低，岩　屑返出难；小井眼水平段长，钻进时间长，易形成岩屑床。在排量　１６Ｌ／ｓ的情况下，钻井液在不同井段的环空返速对比见表４。　袁４不同井段环空返速对比表　液体系，保证石炭系硬脆性地层短半径水平井钻进，同时具有良好　的携岩能力、润滑性能、封堵防塌性能及流变性能。低固相润滑防塌　钻井液体系：５％土粉＋（０．３—０．６％）干粉＋（０．５一ｌ％）降虑失剂＋（３—５％）　油基润滑剂＋（０．３—０．５％）烧碱＋（２—３％）防塌剂＋（卜２％）无水聚合醇＋　（０．３—０．５％）生物聚合物＋（０．３—０．８％）聚阴离子纤维素满足了井眼清　洁、降低摩阻扭矩的要求，确保井眼稳定，安全钻进。　５结束语　（１）准噶尔盆地石炭系地层利用老井眼在ｄ０２４４．５ｒａｍ技套内，　石炭系地层侧钻（Ｉ）１５２．４ｒａｍ井眼短半径水平井技术可行；（２）常规　单弯螺杆可以满足该区块石炭系地层全角变化率达１．２。，ｍ短半径　水平井施工。（３）水平井段采用低度数螺杆钻具复合钻进和滑动钻　进相结合效果比较理想；采用复合钻杆钻具结构，结合逐次增加小　钻杆的技术，可以满足稳斜和轨迹调整要求，同时减小摩阻和有效　防止起下钻遇阻和遇卡等复杂事故的发生。（４）建议类似的老井侧　钻可以从提高排量、引进中空转子螺杆和配合变径稳定器等方面提　高机械钻速。　参考文献　『１】刘仕银，王龙，毛鑫，等．塔河油田６区小井眼侧钻短半径水平井　钻井技术探讨『Ｊ］．钻采工艺，２０１３，６（３）：２１—２３．　ｆ２］陈世春，王树超．小井眼侧钻短半径水平井钻井技术【Ｊ１．石油钻采　工艺，２０１１，９（５）：１卜１４．　【３】唐洪林，唐志军，闫振来，等．金平１井浅层长水平段水平井钻井　技术『Ｊ］．石油钻采工艺，２００８，ｔ２（６）：１１—１５．　作者简介：尹祖龙（１９７６一），男，１９９８年毕业于胜利石油学校钻　井专业，工程师，现从事钻井工艺研究。　钻井液在不同井段上返速度不一致，存在高一低一高的速度差　别，在低返速井段岩屑返出能力差，已形成沙桥，存在卡钻风险。因　此，采用复合钻杆钻具结构，全面考虑接入小钻杆长度，逐次增加小　钻杆数量；水平段钻进，定时、定进尺搞短起下，破坏岩屑床。保证有　效安全钻进和进尺最大化。　（２）优选钻井液体系。经过优选配比，采用低固相润滑防塌钻井　—．４０——　科技创新　２０１５年第３期Ｉ科技创新与应用　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。冼瓶机废碱液的水质见表１。　表１洗瓶机排除废碱液水质　名称　温度　ＰＨ　（℃）　ＣＯＤ　（ｐｐｍ）　浊度　（ＮＴＵ）　ＳＳ　（ｐｐｍ）　氨氮　（ｐｐｍ）　硝态氨　碱浓度　（ｐｐｍ）　（％）　废碱液　５５．７０　＞１４　２４５５　２０８　６１２　７．５　未检出　１．１％　３．２碱液回收工艺一静置沉淀一砂滤　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　图２华润雪花啤酒（辽宁）有限公司原有ＣＯ：回收流程　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　备注：★为可改进点　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　气量大，厂内的储气罐数量有限，因此在旺季时候回用不及时只能　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　放掉一部分ＣＯ：，而淡季时候由于产气量满足不了厂内罐装等工序　比混凝沉淀要长，但是并不影响处理过程。且静置沉淀一砂滤的工艺　回　团　的需求，不得不需要外购ＣＯ　气体。　（２）ＣＯ：冷量资源浪费。华润雪花啤酒（辽宁）有限公司的ＣＯ　储罐出来的ＣＯ：直接使用蒸汽加热使其汽化供使用点使用，这样　ＣＯ　本身冷量白白浪费掉了。　（３）杂气浪费。ＣＯ：在回收过程中产生一定量的杂气，这一部分　杂气直接外排，造成浪费。　２．２　ＣＯ：回收平衡优化技术　２．２．１　ＣＯ：回收方面改进方法　华润雪花啤酒（辽宁）有限公司在厂区内新建２座储量为５０ｍ，　的ＣＯ：储罐，将旺季产的ＣＯ　中剩余部分储存起来，待生产淡季产　气不足时，汽化供厂内需要。　２．２．２杂气的回收利用　ＣＯ　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ＣＯ：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ＣＯ：储罐，全容积在５０ｍ，左右。在ＣＯ：储罐内，　ＣＯ：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ＣＯ　储罐内的液态ＣＯ　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ＣＯ：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Ｉ￣Ｃ）。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　ＣＯ　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。ＣＯ：气体冷量回用工艺流程图见图　３。　温度从４￣Ｃ降至１℃　ＣＯ，———　图３发酵环节ＣＯ，气体冷量回用工艺流程图　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［３１０７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　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。故确定本啤酒　厂的碱液回收方案流程见图４。　图４静置沉淀一砂滤工艺流程　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，尽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５０ｍ，，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２５ｍ，。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ＣＯ　回收与平衡优化研究：厂内　产生的ＣＯ　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，回收工艺为废碱液一沉淀一砂滤，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　『１１高小波，付爽．缩短煮沸时间，降低麦汁热负荷［Ｊ１．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　ＳＣＩ　ＴＥＣＨ．技术交流，　２０１２，１７９：３９－４２．　『３１罗杰，杨诲彤．碱液再利用的成效［Ｊ］．ＳＣＩ　ＴＥＣＨ技术交流２０１１，３：　５６－５７．　．．４１—．