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玉米深加工產業節能咨詢  

玉米深加工產業節能降耗知識

      在談到玉米深加工生產過程的節能時,很多人認為很簡單,只要選用節能設備就行了。但實際上節能過程牽涉到多專業方方面面的知識,需要對企業的各個耗能環節逐一理清,然后做好統籌規劃和安排。
      玉米深加工企業要想獲得好的節能效果,節能措施的排序很重要:首先是熱電聯產,其次是料料換熱、廢熱回收、能量遷移,最后才是盡量采用新型節能設備。
      一、熱電聯產:
      熱電聯產對于企業節能的作用至關重要且顯而易見。純發電的熱電廠需要將驅動汽輪機發電后的尾汽通過冷卻塔冷凝后再壓送回鍋爐,大量的能源被白白浪費掉了,熱電聯產則在熱電廠發電的基礎上以非常低的代價同時獲得了價值不菲的生蒸汽。
熱電聯產非常適合于有實力的大型生產企業作為能源的供應中心采用,因建設投資較大且審批難度大,一般不適合中小型企業采用。
      二、料料換熱:
      料料換熱是指在某一個工序的低溫物料需要蒸汽加熱,同時另一個工序的高溫物料需要冷卻水降溫,這個時候選擇一臺換熱設備讓這兩種物料互相換熱,既節約了加熱蒸汽,又節約了冷卻水。無論是30℃循環冷卻水還是7℃循環冷凍水,其獲得過程都需要消耗能源,節約冷源與節約蒸汽一樣也是節能。
      在設計料料換熱時,很多人以為換熱后冷料溫度不可能高于熱料溫度。實際上采用逆流換熱和足夠大的換熱面積,料料換熱后冷物料的溫度完全可能超過熱物料的溫度,甚至上升到接近熱物料換熱前的溫度。在很多節能場合,過分節省換熱器的面積將嚴重影響節能效果,因而不建議在選用換熱器時對換熱面積摳摳索索。
      大部分型式的換熱設備都為大家所熟悉,熱管換熱技術則很少有人知道,可用于一些普通換熱設備無法解決的場合,比如干燥尾風和新鮮風之間的換熱。
      三、廢熱回收:
      很多工序在使用蒸汽的同時散發大量的廢汽,因廢汽溫度較低而無法返回本工序循環使用。但可以考慮將其回收到無需高溫生蒸汽的工序來使用,可以達到很好的節能效果。
      玉米深加工企業很多工序都可以采用廢熱回收來節能,比如淀粉生產中管束干燥的尾氣可以回收作為玉米漿濃縮用加熱蒸汽,管束干燥的熱汽凝水可以用作玉米浸泡液的加熱;淀粉糖生產中液化閃蒸廢汽可以回收到糖液蒸發器使用,蒸發器末效55℃左右的廢汽可以用作干燥風的預熱;發酵工廠蒸發器末效和蒸發結晶罐55℃左右的廢汽可以用作干燥風的預熱,發酵罐滅菌排出的廢汽也可以回收到90℃循環熱水中再送到各個用熱點。

      四、能量遷移:
      能量遷移又稱熱泵技術,指通過熱泵將能量從低溫物料遷移到高溫物料中從而達到節能的目的。
      熱泵實際上應該叫能量泵或能量泵機組,即推動能量轉移的裝備或機組。熱泵的概念比較抽象,為了便于理解,我們可以通過熱泵與離心水泵的特性對照來了解熱泵。
      我們知道,在自然狀態下,水往低處流。如果我們需要水往高處流,則可以通過離心水泵來實現。同樣,在自然狀態下,能量總是從高溫物體向低溫物體傳導。如果我們要實現能量從低溫物體向高溫物體傳導,則可以通過能量泵即熱泵來實現。
      離心水泵是通過電能來驅動泵的葉輪,將機械能轉化成動能和勢能,從而實現水從低位到高位的輸送。而熱泵則包括三部分:低溫蒸發吸熱器(換熱器)、氣體壓縮機和高溫冷凝放熱器。而且熱泵在運行過程中還必須添加導熱載體或稱導熱劑。導熱劑在低溫蒸發吸熱器的低溫環境下,因低壓或高真空仍然發生蒸發,由液態變為氣態,從而通過換熱器從低溫物體將能量吸入導熱劑中;氣態導熱劑通過氣體壓縮機壓縮到高溫冷凝放熱器后,壓力升高或真空度減小,雖然處于高溫環境下,仍然能因高壓或真空度減小而發生冷凝,由氣態變成液態從而使導熱劑中能量通過換熱器向高溫物體釋放;釋放能量冷凝后的導熱劑經由減壓閥流回到低溫蒸發吸熱器中完成一個工作循環。通過導熱劑的連續循環工作,熱泵實現了將能量從低溫物體傳導到高溫物體的功能。
      離心水泵在消耗電能完成水從低處往高處輸送的過程中并不改變水的數量,所以耗電過程并不伴生水數量的變化。同樣,熱泵在消耗電能(氣體壓縮機需耗電)完成能量從低溫物體傳導到高溫物體的過程中也不是為了改變所輸送的能量的數量(雖然實際上多少會有些增加),所以耗電量與所輸送能量的數量變化基本無關。熱泵節能的道理是將無用或低經濟價值的低溫能量,通過熱泵輸入到更高溫的物體中,從而替代或減少通過使用有價值或高價值高溫能源以達到節能的目的。
      當處于低位的水源廉價易獲取時,評判用離心水泵將水從低位送到高位是否經濟的依據是,比較將水揚升的花費是否比用其它方法在高處獲取水源更經濟,而不是說離心泵運行過程可以產生水。同樣,當低溫的能源是廉價(比如空氣中含有的能量目前都還是免費的)或容易獲取的,評判用熱泵將能量從低溫物體輸送到高溫物體是否經濟的依據是,比較輸送能量的花費是否比用其它方法(比如用鍋爐燒蒸汽)獲得能量更經濟,而不是說熱泵將電能轉化成了多少熱能給高溫物體使用。
      離心水泵在同等揚升高度或揚程下,其電耗與輸送水量成正比。
      熱泵在同等的逆溫差或溫升下,其電耗與輸送能量數量成正比。
      離心水泵在用于將水從高位輸送到低位的過程中可以加快水的輸送速度,利用水能自動從高位流到低位可以實現水力發電。
      熱泵在用于將能量從高溫物體輸送到低溫物體的過程中可以加快能量的輸送速度,利用能量能自動從高溫物體傳導到低溫物體可以實現溫差發電。在輸送同等數量的水時,離心水泵的電耗與揚程成正比例。在輸送同等數量的能量時,熱泵的電耗與溫升成正比例。這一點對于我們優化熱泵節能技術非常重要。離心水泵在輸送水的過程中由于管道的阻滯會造成一定的揚程(壓頭)損失,管道越粗,揚程損失越小。在選用離心水泵時考慮到揚程損失,應選取比實際需求略大揚程的離心水泵。熱泵在輸送能量的過程中由于換熱器對熱傳導的阻滯會造成一定的溫升損失,熱泵的換熱器換熱面積越大,溫升損失越小。在選用熱泵時考慮到溫升損失,應選取比實際需求略大溫升的熱泵。熱泵的特性除上述與離心水泵相似之處外,也有些不一樣之處:一是離心水泵的電耗只與進出口壓差(揚程)成正比例關系,而與進口或出口的實際壓力關系不大。熱泵則不但與溫升成正比例,還與冷熱物體的具體溫度有一定的關系,冷熱物體的具體溫度在某些特定的情況下對電耗的影響甚至超過了溫升變化對電耗的影響幅度;二是離心水泵輸送的是看得見摸得著的水,而熱泵輸送的則是看不到經常也是摸不著的能量,這也是為什么很多人對熱泵技術不能完全理解的主要障礙。熱泵輸送的能量雖然看不見摸不著,但是可以感覺和檢測出來,所以并不影響它的推廣應用;再有一個不同之處是熱泵工作時需要導熱劑,熱泵的電耗還與采用何種導熱劑有直接的關系。
      最常用的熱泵是有幾十年歷史而且已經進入千家萬戶的空調機,空調機運行時將能量從溫度較低的室內輸送到溫度較高的室外,從而實現室內維持在較低溫度的涼爽狀態。
      通過空調這個常例的熱泵,從理解了空調的工作原理上升到理解熱泵的工作原理后,將大大拓寬熱泵的使用范圍,并且反過來推動空調技術的進步,F如今的空調由單冷進步到冷暖,由冷暖進步到空氣能熱水器和制冷與供熱水一體機,實際上已經把單純的空調朝向熱泵機組轉變。相信不久的將來,居民生活用空調一定是整個小區的冷暖浴一體中央空調(熱泵機組):即夏季由于制冷從居民家中推送出來的能量不是直接散入大氣中,而是推送到冷水中用于產生可供洗浴用的熱水;在冬季時則將空氣中的能量推送到熱風中給居民采暖,或者推送到冷水中加熱成熱水供給居民洗浴使用。
      熱泵的一個特例就是眼下比較熱門的節能蒸發設備:MVR蒸發器。其作為熱泵的一個特例是因為它直接使用蒸發器連續產生的二次水蒸汽作為導熱劑,導熱劑經壓縮冷凝后直接排出而不回流到低溫蒸發吸熱器中,所以可以將低溫蒸發吸熱器的換熱器與高溫冷凝放熱器的換熱器合并成一臺換熱器,并且借用蒸發設備的加熱器來兼作這臺合并后的換熱器。這樣MVR蒸發器就相當于一個“以水作為導熱劑、由蒸發器的換熱器兼作低溫蒸發吸熱器與高溫冷凝放熱器共同合并使用的換熱器”的熱泵機組。蒸發器蒸發過程本身并不消耗能量,加熱蒸汽在使物料蒸發出二次蒸汽后,其中大量的能量即通過自然傳導進入二次蒸汽中。普通的蒸發器由于無法再利用二次蒸汽中的能量(潛熱),而被迫向加熱室連續補入外來蒸汽作為維持蒸發運行的能源。MVR蒸發器由于形成了一個熱泵系統,則可以將二次蒸汽中的能量輸送回到蒸發器中作為物料蒸發出二次蒸汽所需能源,從而無需再添加外來蒸汽即可維持蒸發的連續運行。這就是MVR蒸發器為什么節能,為什么不消耗外來蒸汽的根本道理。
      工業熱泵技術的根本目的就是為了節能,其在玉米深加工產業具有非常廣闊的應用前景。我們知道,常溫的玉米進入深加工車間,加工生產得到常溫的淀粉糖產品或發酵制品,而生產過程又并不需要能量或者說需要能量很。60小時糖化過程基本不降溫就是證據),為什么我們的產線還要消耗大量的外來蒸汽作為能源呢?答案就是為了滿足生產線各工序的溫度要求,雖然我們已經做了大量的廢熱回收工作,我們仍然需要不停地往生產線充填能量,而充填的這些能量不是進入到了產品中,而是通過冷卻塔和干燥尾風又將這些能量無休止地排入了大氣中。熱泵技術為我們玉米深加工生產提供了這樣一種可能:將生產中“使用新鮮能源同時冷卻塔和干燥尾風又不停排放能量”的模式,轉變為“各個生產環節能源全部循環利用,生產線完全不使用外來蒸汽,同時取消冷卻塔的,干燥尾風降到常溫”的新模式。這樣我們的企業勢必獲得經濟效益和環境友好的雙豐收。
      熱泵技術在玉米深加工行業的具體推廣應用可以很廣泛,比如可以利用熱泵將玉米漿蒸發末效55℃左右的廢汽中能量遷移給淀粉烘干風用;可以將7℃循環冷凍水中的能量和糖漿蒸發末效55℃左右的廢汽中能量遷移給淀粉糖結晶烘干風用,同時取消制取7℃循環冷凍水的冷凍機組;也可以將發酵生產線中的一些能源通過熱泵遷移到發酵制品成品晶體烘干風用。
五、采用新型節能設備:
      隨著技術的不斷進步,各種各樣的節能設備不斷出現,及時、有效和合適的選用新型節能設備也是做好節能工作的重要環節。
      淀粉生產中副產品的烘干,近年開始出現新型的快速烘炒管束干燥機,因采用較高溫度的加熱蒸汽提高了傳熱效率,可以節約蒸汽消耗10~15%;蒸發濃縮采用MVR蒸發器替代多效蒸發器和采用MVR蒸發結晶罐替代單效蒸發結晶罐可以取得非常不錯的節能效果;至于干燥,最為節能的當屬組合流化床干燥機組,特別適合淀粉糖類或發酵制品晶體的干燥,該機組包含圓筒形回混床式逆流固定流化床干燥機、振動流化床干燥機和振動流化床冷卻機各一臺。其工作原理是晶體依靠重力落入圓筒式固定流化床干燥機,被從底部吹入的熱風吹成沸騰狀態,晶體與熱風充分逆流接觸,水分迅速蒸發而去除。晶體經固定流化床干燥機預干燥后,從設備底部落入自動控制的閉風閥后被送到振動流化床干燥機。晶體經振動流化床干燥機與熱風呈沸騰狀態接觸,受到最終徹底的干燥,然后進入到振動流化床冷卻機與冷風呈沸騰狀態接觸,晶體被充分冷卻后被自動送出到方形振動篩,通過篩分將團粒送去破碎后再氣流輸送返料回干燥機。組合流化床干燥機組的特點是整個干燥過程被分成了預干燥和最終干燥兩段。由于晶體的干燥過程越接近后期,水分越難進一步去除。預干燥和最終干燥分別在兩臺流化床干燥機內完成,不但能使得晶體得到最大限度的干燥,同時還能提高干燥效率,節約熱風的能耗。機組的核心設備是圓筒形固定流化床干燥機,該機完成干燥總蒸發水量的90~95%。其干燥過程熱風與糖晶體完全是逆流接觸的過程,全逆流流化床由于出風濕度非常高,所需能耗只有全順流干燥的氣流干燥能耗的35~40%。好氧發酵罐的節能近年也取得了一定的進步,新的理念認為空氣的分布不能單純靠高強度攪拌,應該在空氣分布上做文章,從而大幅度降低攪拌電耗,進而降低發酵罐高度以減少通風耗電。
      淀粉生產中的胚芽擠干機和纖維擠干機的改進不體現在本身的耗能上,但好的擠干機可以將物料脫水至更低水分含量,從而降低后續烘干工序的蒸汽消耗。
      六、其它節能措施:
      除了以上節能措施外,玉米深加工的節能措施還有工藝改進、加強保溫、節約用電、盡量選用大型設備和盡量保持穩定連續生產等。目前關于淀粉乳的液化,有采用一次噴射液化還是兩次噴射液化的工藝爭論。兩次噴射液化肯定比一次噴射液化蒸汽消耗高,薯類淀粉乳采用兩次噴射液化完全沒有必要,玉米淀粉乳則要看產品是什么。玉米淀粉乳采用兩次噴射與一次噴射的主要差別一是糖化平均DX約高0.2~0.3,二是糖化液和成品的過濾速度明顯較快。所以對生產結晶糖、F55果葡糖漿,以采用兩次噴射為宜,特別是生產藥用葡萄糖,兩次噴射是必須的;對于生產轉化糖漿、麥芽糖漿、F42果葡糖漿和發酵用糖漿等則只需要一次噴射就可以了。當采用兩次噴射時,一般都同時將液化閃蒸廢汽回收到蒸發器驅動三效真空蒸發,這樣總汽耗只比一次噴射增加些微。
      低溫脫色工藝也應當提倡,即糖化液不加熱即過真空轉鼓過濾,這樣轉鼓濾液溫度為53~56℃之間,直接不升溫加脫色入粉末活性炭進行脫色。很多書籍都有介紹說活性炭在75~80℃之間比較合適,活性炭吸附色素能力較高。但是筆者的看法是活性炭在75~80℃之間脫色速度較快,采用53~56℃之間的低溫脫色工藝,只需加長活性炭與糖液之間的混合接觸時間即可,活性炭照樣可以充分吸收色素,并不會增加活性炭消耗。如果采用75~80℃的高溫脫色工藝,不但需要對轉鼓濾液升溫,還需對脫色液充分降溫才能去離子交換,這一來一回之間,浪費能源無數。
      結晶工藝對節能的效果影響也很大,如降溫結晶終了溫度能夠盡量調高,則低溫循環冷卻水的消耗可以下降從而達到節能的目的;很多企業的結晶采用多段或多級結晶,有時過多的結晶段數不但無助于提高產品質量,反而極大地增加能源消耗。
      杜絕糖化液滅酶采用連消滅菌等,也可以節能,在此不再詳述。
      除了蒸汽熱能和冷源的節約,玉米深加工生產中還要考慮電能的節約。主要的節電措施有:儲罐的攪拌要盡量采用偏心螺旋槳推進攪拌,因為攪拌的目的是混合而不是旋轉,一定要根據工藝的最低需求來確定,比如100立方的糖化罐,配置1.5KW的攪拌足夠了,而且除進料和出料后期在糖化過程只要間歇開啟就可以了;真空轉鼓的真空泵各廠家普遍配得偏大,最好運行真空泵與掛土真空泵配一小一大;上懸式離心機一定要加裝剎車饋電系統;泵的流量與揚程要選配適中且輸送管道口徑適當放大;負荷經常變化的動力設備一定要配變頻器等。

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