曾哲泉

摘要：節(jié)能降耗是飲料企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，通過(guò)技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)配料過(guò)程中蒸汽冷凝水余熱回收利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：技術(shù)改造 余熱回收 節(jié)能降耗

引言

蒸汽作為一種熱交換介質(zhì)，在食品飲料的生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，各類飲料與乳制品消費(fèi)日益增長(zhǎng)，生產(chǎn)線對(duì)蒸汽的需求量也大幅增長(zhǎng);通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)在食品飲料的生產(chǎn)過(guò)程中，配料過(guò)程中工藝熱水的制備、UHT殺菌、利樂(lè)巴殺機(jī)中蒸汽使用量占比最大，因此這三個(gè)環(huán)節(jié)是企業(yè)節(jié)能降耗改造的重點(diǎn)方向。

1蒸汽冷凝水現(xiàn)狀分析

公司配料中心工藝熱水每班正常配料需（85～90）℃工藝熱水的用量約70噸左右，加上灌裝車間清洗走酸堿和熱水共需用熱水量大約85噸。因?yàn)楣に嚐崴氖褂?，?dǎo)致加熱器幾乎整天都處于工作狀態(tài)下，蒸汽耗用非常之大。蒸汽冷凝水是直接排放的沒(méi)有充分利用其余熱。

工藝熱水制備中熱交換器采用的是管殼式換熱器。該類換熱器是以封閉在殼體管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器，冷流體（需制備的工藝熱水）走管內(nèi)，熱流體（蒸汽）走管外，熱流體通過(guò)間壁換熱，熱交換介質(zhì)為蒸汽，產(chǎn)生的冷凝水直接排放。

冷凝水是一種高溫水，當(dāng)蒸汽釋放其蒸發(fā)潛熱轉(zhuǎn)變?yōu)槟Y(jié)水狀態(tài)時(shí)，大約還有近20%～25%左右的熱能保留在冷凝水中，因?yàn)樵诠軞な綋Q熱器中進(jìn)行熱交換是在5bar的工作壓力下進(jìn)行的，也即疏水閥前的冷凝水壓力為5bar，在排放至大氣壓下時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃蒸現(xiàn)象，而且該部分的熱值也相當(dāng)可觀。

2余熱回收裝置的設(shè)計(jì)

2.1 管殼式換熱器熱量消耗計(jì)算

列管式換熱器的換熱效率大致在92%，按正常生產(chǎn)配料系統(tǒng)每天需170噸85℃熱水，取水處理送過(guò)來(lái)的需加熱純水溫度為20℃（冬夏平均值）。

外供蒸汽為12bar、溫度為180℃的過(guò)熱不飽和蒸汽，通過(guò)減壓閥減壓到4bar以下進(jìn)列管式換熱器使用（此時(shí)表壓4bar換熱管內(nèi)的實(shí)際絕對(duì)壓力為5.033kg/cm2）。

此時(shí)參與熱交換的是絕對(duì)壓力為5.033kg/cm2下的蒸汽蒸發(fā)潛熱。

查表壓4bar溫度151.36℃條件下：蒸發(fā)潛熱r為503.71kcal/kg（也即2106.51522kJ/kg）

170噸工藝熱水從20℃加熱到85℃所吸收的熱量為Q1值，換算成熱力學(xué)溫度后為從293 K加熱到358 K，工藝熱水側(cè)平均溫度為為325.5 K，該溫度下水的比熱容C = 4.17735 kJ/（kg·K）

Q1=170×1000×（358-293） ×4.17735=46159717.5kJ

取管殼式換熱器的熱效率η為92%，則

實(shí)際需耗用的蒸汽量為：

Q2= Q1/η/r=46159717.5 /0.92/2106.51522=23818.3kg

也就是說(shuō)理論上消耗了23818.3kg蒸汽。

此時(shí)在換熱器內(nèi)的冷凝水處于絕對(duì)壓力5.033kg/cm2下，其水顯熱為152.386kcal/kg。

如果將這些熱量充分利用起來(lái)，節(jié)能效果將相當(dāng)可觀。

2.2 熱回收裝置設(shè)計(jì)

如圖工作原理：首先將熱水加熱器的冷凝水引入蓄熱水箱中并沒(méi)入水面下，確保冷凝水的二次顯熱也能利用，如果配料間布局合理的話也可將UHT的冷凝水、CIP站加熱器冷凝水等引入蓄熱水箱。在熱水罐補(bǔ)水管道上加兩組換熱器，將回收的冷凝水通過(guò)換熱器與常溫態(tài)下的純水進(jìn)行熱交換，作為熱水罐補(bǔ)充純水預(yù)熱用。

該余熱回收改造裝置所需設(shè)備及零部件包括：

1）管式換熱管-昕皓_129.44.12.6（含彎頭、快裝接口）2組。

2）輕型立式多級(jí)泵（流量20m3/h、揚(yáng)程36米、功率4kW）1只。

3）自制2m3冷凝水回收熱蓄熱水箱1只。

4）DN65的Y型過(guò)濾器1個(gè)。

5）φ63.5×1.5的衛(wèi)生不銹鋼管60米。

6）φ63.5×1.5的90℃彎頭10只。

7）衛(wèi)生型焊接式φ63.5氣動(dòng)蝶閥2只。

8）衛(wèi)生型焊接式φ63.5手動(dòng)蝶閥2只。

9）液位感應(yīng)器2個(gè)。

10）CPU 1塊。

11）PT100溫度傳感器1個(gè)。

12）溫控儀1只。

13）壓力表1只、機(jī)械式溫度表若干。

14）控制線纜若干米。

15）水箱與管道的保溫材料。

項(xiàng)目總共改造費(fèi)用4.5萬(wàn)元（不含人工費(fèi)），項(xiàng)目?jī)H對(duì)蒸汽冷凝水的余熱進(jìn)行回收利用，對(duì)企業(yè)的配料系統(tǒng)工藝流程、工藝參數(shù)未做改動(dòng)，也未對(duì)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行使用功能的改變。

原始參數(shù)位置的設(shè)定：

原始狀態(tài)氣動(dòng)蝶閥V102關(guān)閉、V101開啟，蓄熱水箱高液位LSH為1.8米，低液位LSL為0.3米（此參數(shù)由蓄熱水箱的體積高度及出水管道安裝位置決定），排放的設(shè)定溫度為30℃（此參數(shù)可由人工設(shè)定）。

工作原理：

TT檢測(cè)的溫度控制調(diào)節(jié)閥V104的開度，設(shè)定溫度50℃，當(dāng)溫度高于50℃時(shí)閥開度減小，當(dāng)溫度低于50℃時(shí)閥開度加大。

P101泵工頻控制含過(guò)載及故障報(bào)警，當(dāng)液位低于LSL設(shè)定的數(shù)據(jù)0.3米時(shí)停泵P101及整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)至原始狀態(tài)。

蓄熱水箱低液位LSL低于設(shè)定的參數(shù)0.3米時(shí)泵保護(hù)及低液位自動(dòng)復(fù)位功能啟動(dòng)。

V103為排污閥、系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)定的時(shí)長(zhǎng)后進(jìn)行排污，污水直接排入污水管道進(jìn)污水站。

在下列兩種情況下介質(zhì)排放此時(shí)關(guān)V101閥開V102閥;一是當(dāng)液位高于高液位設(shè)定值1.8米，二是TT檢測(cè)到的溫度低于設(shè)定排放的溫度30℃。

3改進(jìn)后效果

因?yàn)樵O(shè)定的冷凝水余熱回收排放溫度為35℃，換算成熱力學(xué)溫度308k，100℃水換算成熱力學(xué)溫度為373k，取平均水溫為340.5k，該溫度下水的比熱容 C = 4.18495 kJ/（kg·K），

那么每天在實(shí)際中回收的總熱量Q3為：

Q3=23818.3×（373-308） ×4.18495=6486139.9kJ

在實(shí)際使用處于正常狀態(tài)下測(cè)得的數(shù)據(jù)：

冷凝水進(jìn)蓄熱水箱溫度93℃，出蓄熱水箱溫度53℃，冷凝水經(jīng)換熱器回蓄熱水箱溫度49℃，工藝熱水的補(bǔ)充純水進(jìn)換熱器溫度20℃，出換熱器溫度40℃。補(bǔ)水流量計(jì)顯示DN50的補(bǔ)水管，流量為12.72T/h

換算成熱力學(xué)溫度后換熱器取暖側(cè)的進(jìn)水溫度為 293 K，出水溫度為313 K。

換熱器中取暖側(cè)水的平均溫度為 303 K，該溫度下水的比熱容 C = 4.1807 kJ/（kg·K），經(jīng)計(jì)算，換熱器每小時(shí)帶走的熱量Q4大約為：

Q4=12.72×1000 ×（313-293） ×4.1807=1063570.1kJ

理論上余熱回收的時(shí)間T為：

T= Q3×η/ Q4=6486139.9×0.92/1063570=5.61 h

每天總的余熱回收利用熱量Q6為：

Q6= Q4*T=1063570.1*5.61=5966628KJ=5.966628GJ

公司總的蒸汽檢測(cè)率在92%，折算后約為6.4855GJ

外供蒸汽年統(tǒng)差購(gòu)入價(jià)為100元/GJ，公司購(gòu)進(jìn)電價(jià)0.69元/kWh，則每天節(jié)約費(fèi)用即為：

每天節(jié)約費(fèi)用=節(jié)約的蒸汽費(fèi)用-水泵的電費(fèi)

=6.4855×100-0.69×4×5.61=633元

按企業(yè)目前的生產(chǎn)開工狀態(tài)，實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)為300天，則預(yù)計(jì)一年可節(jié)約費(fèi)用約為20萬(wàn)元。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)技術(shù)改造，即設(shè)計(jì)余熱回收裝置，對(duì)飲料配料過(guò)程中蒸汽冷凝水余熱進(jìn)行回收利用，避免了蒸汽冷凝水直接排放造成的大量熱能浪費(fèi)，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排增效的目的;同時(shí)該方案具有施工方便，投資小，節(jié)能大的優(yōu)點(diǎn)，具有一定的社會(huì)效益，在行業(yè)內(nèi)具有很好的應(yīng)用與推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張維，楊春.飲料生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能降耗措施分析[J].節(jié)能技術(shù)，2008，26（151）473～474