酱油调制车间余热回收利用

赵春

摘要：在酱油调制车间，需要用冷却水将油从高温进行冷却。不仅如此，调制车间产生的冷凝水及闪蒸汽通常都直接对外排放。这样就会导致工厂能源成本增加，工厂环境受到一定程度的影响。本文结合酱油调制车间的工艺特点，提出了回收高温油和冷凝水及闪蒸汽的热量，用于预热生油和成品油的改造方案，从而降低了调制车间的能源成本，也消除了调制车间对外的冒汽状况。

关键词：酱油行业；冷凝水；闪蒸汽；节能改造

1引言

酱油是我国传统的酿造调味品，在国内已有上千年的生产历史，而作为工业化生产的历史并不是很长^[1]。目前酱油生产工艺大致有“无盐高温固态发酵”、“低盐低温固态发酵”、“低盐低温固稀发酵”、“低盐低温稀发酵”、“高盐常温稀发酵” 、“高盐常温固态发酵”等等^[2]。在这些酱油生产工艺中“低盐低温固态发酵”是最常见的工艺，也是国内大部分酱油厂所采纳的方案。

然而，整个酱油行业的能源管理还处于粗放状态。在酱油行业的大部分工厂，都能看到“跑冒滴漏”，如冷凝水和闪蒸汽直接对外排放，煮豆锅排汽直接对外排放。若将这些热量进行回收，那么将会具有很大的节能空间。而调制车间是整个酱油工厂蒸汽耗量最大的车间，是重点节能对象。

本文以国内某知名酱油厂为例，对酱油工厂调制工艺进行详细研究，分析工艺内的热源及冷源，并且根据能级品味的高低，合理设计了节能方案，回收了冷凝水产生的闪蒸汽，充分利用了冷凝水里所蕴含的热量，并将这些热量用于预热调制车间的生油，并对此进行了节能量计算和可行性研究。

最后，在该酱油厂实施了这个节能改造项目，将工厂酱油调制车间的蒸汽耗量降低了8%，实现了工厂的节能减排。

2调制工艺介绍

调制车间的原料来自于发酵罐，经过过滤调配后加热灭菌，具体的工艺流程如下所示：

图1 酱制曲工艺流程

浸出工艺如下图所示：

图2 浸出工艺流程

其中，

浸出包括三个主要过程：

1. 浸取：将酱醅所含的可溶性成分浸出于提取液中，使成为酱油的半成品；

2. 洗涤：浸取后还残留在酱醅颗粒表面及颗粒与颗粒之间所夹带的浸出液以水洗涤加以回收；

3. 过滤：将浸出液、洗涤液与酱渣分离。

目前，调制车间的冷凝水均回收至冷凝水罐。然后，就地进行排放，会造成很大的能源浪费，如下图所示：

图3 调制车间冷凝水排放现状

3工艺节能改造方案

3.1方案描述

本方案由两部分组成：

1. 新增热量储罐，在现有冷凝水罐上方增加闪蒸汽回收换热器，在冷凝水罐旁安装冷凝水热量回收换热器。热量储罐的水先去预热生油，然后再进入冷凝水热量回收换热器和闪蒸汽回收换热器，回收冷凝水及闪蒸汽的热量至热量储罐。

2. 在蒸汽加热热油板换上游增加生油热水预热板换（食品级），将热量储罐内的高温热水去预热生油。

图4 调制车间冷凝水及闪蒸汽热量回收原理图

注：热量储罐的作用：一是对回收冷凝水热量和预热生油所需要热量之间不同步起到缓冲作用；二是防止冷凝水污染生油。

该方案的作用如下：

• 节约蒸汽耗量，减少工厂能源成本；

• 消除闪蒸汽，降低对环境的影响；

• 解决了工厂现有蒸汽板换加热不上去的问题；

• 将冷凝水泵送至锅炉房。

3.2节能量计算

根据热力学第一定律^[3]以及热量公式：

Q=cm(t₂-t₁) （1）

其中：

c-物质比热，kJ/kg℃；

m-物质质量，kg；

t₁,t₂-进出口温度，℃。

具体计算过程如下表所示：

表1调制车间冷凝水及闪蒸汽回收 回收热量计算模型

序号	参数	数值	单位
热源1：闪蒸汽热量回收
1	调制车间每小时蒸汽用量	6.30	t/h
2	调制车间冷凝水回收率	0.80
3	冷凝水回收量	5.04	t/h
4	冷凝水压力	2.00	bar g
5	每小时回收闪蒸汽热量	886.09	MJ/h
6	每天回收闪蒸汽热量	21266.22	MJ/天
7	工厂年运行时间	330.00	天
8	全年回收冷凝水热量	7017.85	GJ/年
热源2：冷凝水热量回收
1	冷凝水初始温度	80.00	℃
2	冷却后温度	45.00	℃
3	冷凝水回收量	5.04	t/h
4	每小时回收冷凝水热量	738.41	MJ/h
5	每天回收冷凝水热量	17721.85	MJ/天
6	工厂年运行时间	330.00	天
7	全年回收冷凝水热量	5848.21	GJ/年

从上表可以看出，全年回收闪蒸汽和冷凝水热量为12,866 GJ/年。

生油加热所需热量如下表所示：

表2调制车间生油需要热量 计算模型

序号	参数	数值	单位
1	每天生油量	460.00	t/天
2	生油泵送量	25.00	t/h
3	生油比热	3.77	kJ/kg℃
4	生油初始温度	35.00	℃
5	加热后最终温度	80.00	℃
6	每小时所需热量	4238.33	MJ/h
7	每天所需热量	77985.18	MJ/天
8	全年所需热量	25735.11	GJ/年

从上表可以看出，调制车间生油全年所需要热量为25,735 GJ/年。

综上可得，冷凝水和闪蒸汽所能回收的热量要远远小于生油全年所需要的热量。即冷凝水和闪蒸汽的热量可以被生油完全吸收。节约量和节约费用为：

• 节约热量：12,866 GJ/年；

• 节约蒸汽耗量：5,701吨/年；

• 节约蒸汽费用：155万元。

3.3方案可行性分析

（1）回收冷凝水罐上方闪蒸汽的热量和冷凝水的热量用于预热生油的方案是完全可行的。

将热量储罐中的水去吸收冷凝水和闪蒸汽的热量，然后再将热量用于预热生油。当热量储罐中的热水温度低于生油的入口温度时，热水泵将不启动；当热量储罐中的热水高于生油的入口温度时，热水泵将启动，将生油进行预加热。当预热后的生油没有达到目标温度时，通过生油下游原有的蒸汽加热板换进行加热。从而，可以保证生油加热后的温度。

（2）在冷凝水罐上方增加闪蒸汽热量回收换热器，不会造成冷凝水罐憋压。

定制的闪蒸汽热量回收换热器确保蒸汽流速低，减少流动阻力，换热器总压力损失很小（低于200Pa），不会对闪蒸汽排放造成影响。闪蒸汽经过放热冷凝，变成的冷凝水又靠重力作用回收至冷凝水罐，这样还可以充分利用这部分冷凝水的热量。

（3）项目节能量的验证方法

方法一：通过比较改造前后的单位产品蒸汽耗量：通过某一个相同时间段内调制车间蒸汽流量计读数以及车间产品产量计算得到。

方法二：在生油热水预热板换冷凝水侧安装热水流量计，并在预热板换冷凝水侧进出口安装温度传感器，节约的热量按本文中的公式（1）进行计算，然后再处于相对应的蒸汽潜热，即可以得出。

3.4投资回收期

在本方案中，由于现场安装空间有限，需要将冷凝水罐、闪蒸汽热量回收换热器和冷凝水热量回收换热器做成一个机组（冷凝水热量回收机组）。该方案中具体的投资清单和价格如下：

序号	名称	规格	数量	单价	总价
1	冷凝水热量回收机组	Spirax	1	400000	400000
2	食品级板式换热机组	Spirax	1	200000	200000
3	泵、阀门、配电柜		1	50000	50000
4	温度传感器	DN40 50mm EL2271	1	6667.5	6667.5
5	液位控制	LP10-4+LC1350	1	14810	14810
产品费用（元）：				671,478
安装费用（元）：				210,000
总费用（元）：				881,478

根据上述投资费用和第3.2节计算的节约费用，可以计算得到该项目的回收期为7个月。

从上可以看出，该节能改造项目的回收期非常短（通常投资回收期在3年内的可认为是好项目），非常适合进行节能改造。

4结论

1. 本文挖掘了酱油行业调制车间的节能机会，利用冷凝水产生的闪蒸汽热量和冷凝水热量来预热调制车间生油，从而大大减少了调制车间的蒸汽耗量；消除了调制车间原本对外冒汽现象；降低了冷凝水的排放温度。

2. 本文设计了节能改造原理图，并且根据热力学第一定律和公式（1）建立了节能量计算模型，得出可节约工厂蒸汽量5,701吨/年，节约蒸汽费用155万元。

3. 成功实施该项目后，帮助该工厂的调制车间降低了8%的蒸汽耗量，实现了节能减排，得到了客户的高度认可。

本文从方案论证、方案设计、节能量计算、项目实施和节能量验证进行了全面的分析，从而给出了样板工程。因此，该节能改造方案应当在酱油工厂中进行大量推广，从而让酱油工厂实现“节能减排”。

参考文献：

1. 蔡木易, 孙立成. 着眼行业现状 依靠科技投入走出酱油行业困境[J]. 中国调味品, 1997, 216(2): 8-10.

2. 李德基．新建酱油厂的思考点滴[J]. 中国调味品, 2000, 262(12): 5-6..

3. 赵春，王培红．燃气-蒸汽联合循环热经济学分析指标研究 [J]．中国电机工程学报，2013，33(23)：44-50．