文 _ 章永潔 蔣建云 葉建東 付萌 北京市可持續(xù)發(fā)展促進(jìn)會

醬油釀造工藝余熱回收利用

文 _ 章永潔 蔣建云 葉建東 付萌 北京市可持續(xù)發(fā)展促進(jìn)會

余熱屬于二次能源，若不加以回收利用，排放到環(huán)境中，不僅浪費能源，而且還會污染環(huán)境。工業(yè)余熱來源于各種工業(yè)爐窯、熱能動力裝置、熱能利用設(shè)備、余熱利用裝置和各種有反應(yīng)熱產(chǎn)生的化工過程等。目前，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量的 17%～67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。

合理充分利用工業(yè)余熱可以降低單位產(chǎn)品能耗，并取得可觀的經(jīng)濟效益。余熱的綜合利用方式是根據(jù)工業(yè)余熱溫度的高低而采取不同的方法，以做到熱盡其用。利用回收的工業(yè)低溫余熱產(chǎn)生80℃左右的熱水以及低壓水蒸汽可供生活、洗滌、取暖用。在紡織、食品工業(yè)中，對熱水和低壓水蒸汽的需要量較大。

金獅龍門釀造廠以生產(chǎn)醬油和食醋為主，主要能耗為市網(wǎng)供應(yīng)蒸汽，生產(chǎn)消耗的蒸汽約2500t/月。經(jīng)實地調(diào)研其醬油生產(chǎn)的工藝流程以及各環(huán)節(jié)蒸汽耗費情況，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：（1）醬油蒸料后每天排出余汽2.47t，余汽溫度在80℃左右，一部分排到室外造成浪費，一部分直接排入室內(nèi)，造成了室內(nèi)工作環(huán)境溫度過高；（2）醬油的高溫滅菌后溫度在85℃左右，可以與滅菌入口醬油或冷卻水經(jīng)過熱交換進(jìn)行余熱回收；（3）高溫鹽水罐無保溫，不但使熱量大量流失，而且室內(nèi)工作環(huán)境溫度太高，夏季時工人中暑時有發(fā)生；（4）廠區(qū)內(nèi)管道設(shè)計不合理，管溝內(nèi)冷凝水無排水設(shè)計，冷凝水已經(jīng)浸泡疏水閥及管道，管道保溫已經(jīng)破壞，管道內(nèi)有大量蒸汽泄露。針對上述問題，制定了蒸料余汽二次回收、高溫醬油自然冷卻余熱回收方案，并設(shè)計了高溫鹽水罐保溫、蒸汽管道輸配系統(tǒng)節(jié)能改造方案。

1 方案設(shè)計

1.1 蒸料余汽回收

醬油釀造工藝中醬油蒸料環(huán)節(jié)使用連續(xù)管道蒸料機，該設(shè)備分為三段加熱方式，在第三段減壓排汽，每天工作6h，每天蒸料后共排出余汽約2.5t，余汽溫度在60～80℃。據(jù)此設(shè)計蒸料余汽回收改造方案，原理圖如圖1所示。其中，蒸料余汽收集器根據(jù)連續(xù)蒸料設(shè)備尺寸進(jìn)行設(shè)計，與蒸料機結(jié)合為一體，換熱裝置采用列管式換熱器，根據(jù)余汽回收器的換熱負(fù)荷設(shè)計相關(guān)參數(shù)。

1.2 醬油冷卻余熱回收

醬油滅菌共有三臺機組，兩臺柜式超高溫滅菌（醬油加熱90℃），一臺列管式高溫滅菌器（醬油加熱115℃）。柜式超高溫滅菌處理能力3500～4000kg/h，蒸汽流量260t/h，壓力約0.6MPa。滅菌后的醬油為80～90℃，每天的醬油產(chǎn)量為80t左右。設(shè)計梯級換熱系統(tǒng)，通過冷卻水與醬油交換熱量，使用兩臺板式換熱器，換熱器接觸醬油部分的材質(zhì)采用316不銹鋼。第一級換熱面積F=15.86m2，換熱功率230kW；第二級換熱面積F=24.15m2，換熱功率410kW。通過二級換熱后把醬油降低到常溫或接近常溫（約30℃）。原理圖如圖2所示。

圖1 蒸料余汽回收改造方案原理圖

本系統(tǒng)采用PLC控制系統(tǒng)控制高溫水箱、低溫水箱的液位保持在合理的范圍內(nèi)，在保證液位的前提下實現(xiàn)換熱系統(tǒng)的連續(xù)運行。

1.3 高溫鹽水罐與蒸汽管道保溫節(jié)能

根據(jù)廠區(qū)內(nèi)蒸汽管溝易積水的情況，車間外蒸汽管道保溫材料選用硅酸鋁（20mm）加聚氨酯（30mm）。根據(jù)車間內(nèi)鹽度比較高易腐蝕的情況，車間內(nèi)蒸汽管道保溫材料選用硅酸鋁（20mm）外面用不銹鋼（0.5mm）。

釀造廠有10個高溫?zé)崴蓿糜趦Υ娓邷佧}水。罐體高度約6m，直徑2.5m，散熱量巨大，不但使熱量大量流失，而且鹽水罐位于室內(nèi)，巨大的散熱還導(dǎo)致室內(nèi)工作環(huán)境溫度偏高，夏季時工人中暑時有發(fā)生。為降低高溫鹽水罐的熱損失，改善車間的空氣環(huán)境，對罐體進(jìn)行保溫改造，用50mm厚硅酸鋁作為保溫層，用0.5mm厚201不銹鋼板作為保護層。

2 效果測試與分析

為定量分析各項節(jié)能改造后節(jié)能效果，我們對各項改造進(jìn)行了全面測試。各部分節(jié)能改造的節(jié)能量均以獲得80℃熱水的等效蒸汽耗量進(jìn)行評估。進(jìn)廠蒸汽的壓力實測值為0.45MPa，此時蒸汽的焓值h1為2743.5kJ/kg；80℃飽和水的焓值h2為334.9 kJ/kg；蒸汽的價格按2010年10月的蒸汽價格計算，為198元/t。單位蒸汽的含熱量為：

2.1 蒸料余汽回收系統(tǒng)測試分析

蒸料余汽回收現(xiàn)場測試參數(shù)及結(jié)果如表1所示。

蒸料廢氣向室內(nèi)的散熱量可以根據(jù)泄露蒸汽的量和所回收蒸汽的焓降進(jìn)行計算。測試時蒸料的尾氣并未進(jìn)行回收，而是直接排放至車間內(nèi)部，根據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)計算蒸汽尾氣的向車間內(nèi)部的散熱量Qloss為：

表1 蒸料余汽回收現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

蒸料廢氣的熱量回收表現(xiàn)為余熱回收換熱器外循環(huán)水溫度的增高，因此根據(jù)循環(huán)水的參數(shù)變化計算得到的有效余熱回收量：

蒸料車間每天工作7h，全年連續(xù)運行，蒸料余汽回收利用系統(tǒng)每天的余熱回收量為2.676×106 kJ，全年的余熱回收量為9.635×108 kJ，年節(jié)省加熱蒸汽費用為7.91萬元。

2.2 醬油冷卻余熱回收系統(tǒng)測試分析

醬油冷卻余熱回收系統(tǒng)測試參數(shù)及結(jié)果如表2所示。

表2 醬油冷卻工藝節(jié)能系統(tǒng)現(xiàn)場測試結(jié)果

由于采用冷卻水對高溫醬油的熱量進(jìn)行回收，根據(jù)冷卻水的參數(shù)變化計算的余熱回收量：

系統(tǒng)冷卻水回收的余熱量Q2由高效換熱器1處回收的熱量Q21與高效換熱器2處回收的熱量Q22兩部分組成，回收的熱量分別為：

醬油冷卻工藝系統(tǒng)平均每天運行3h，年回收熱量為1.839×109kJ，年節(jié)省加熱蒸汽費用為15.11萬元。

2.3 高溫鹽水罐與蒸汽管道保溫節(jié)能測試分析

（1）高溫鹽水罐保溫

鹽水罐溫度參數(shù)見表3。

表3 醬油冷卻工藝節(jié)能系統(tǒng)現(xiàn)場測試結(jié)果

保溫前單個罐體的外表面積S1為：

保溫后單個罐體的外表面積S2為：

取鹽水罐體與空氣的自然對流系數(shù)α=10 W/(m2·℃)，現(xiàn)場測試的鹽水罐車間的平均環(huán)境溫度T環(huán)=15.7℃。

鹽水罐車間保溫改造前后的節(jié)能量Q3：

則鹽水罐保溫前后的節(jié)能量Q3=149.72 kW，年節(jié)省加熱蒸汽費用為38.28萬元。

（2）蒸汽管道保溫

保溫前蒸汽管道的總外表面積為：

保溫后蒸汽管道的總外表面積為：

取蒸汽管道與空氣的自然對流系數(shù)α=5 W/m2℃，平均環(huán)境溫度T環(huán)為23℃，保溫前管道的壁面溫度取測試平均值為175℃，保溫后管道保溫層的外壁測試平均溫度為37℃。

蒸汽管道保溫前后的節(jié)能量Q4：Q4= Q前- Q后

則蒸汽管道保溫前后的節(jié)能量Q4=192.9 kW，年節(jié)省蒸汽費用為48.26萬元。

2.4 經(jīng)濟效益分析

工程的經(jīng)濟效果評價是工程建設(shè)后期評估的一項主要組成部分，通過對金獅龍門釀造廠余熱回收等節(jié)能改造項目實施后進(jìn)行經(jīng)濟評價表明，改造后節(jié)省能源量折算成節(jié)約的蒸汽用量，每年可節(jié)約費用109.56萬元。所有項目的改造總投資為92.5萬元，投資回收期為0.84年。

3 結(jié)論

金獅龍門釀造廠醬油蒸料余汽二次回收、高溫醬油自然冷卻余熱回收及高溫鹽水罐保溫、蒸汽管道輸配系統(tǒng)節(jié)能改造，取得了十分顯著的節(jié)能效果，每年可節(jié)約費用為109.56萬元左右，投資回收期為0.84年（約10個月）。系統(tǒng)投入運行以來，各設(shè)備及裝置運行正常，不僅使生產(chǎn)能耗得到了有效的控制，減少了廢水排放量，生產(chǎn)過程產(chǎn)生的低品位余熱得到了綜合利用，同時有效地改善了工人的工作環(huán)境，取得了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。