冷卻循環(huán)水系統(tǒng)在醬香型白酒制酒車間的應(yīng)用效果分析

【摘要】本文分析了茅臺酒廠某制酒車間采用不銹鋼套管式白酒冷卻器，以非循環(huán)供水的方式來滿足冷卻制酒的需求所存在的不足，提出采用冷卻循環(huán)水系統(tǒng)對原系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，并給出了改造前后節(jié)能效果的對比分析和詳細(xì)的改造設(shè)計方案。該方案通過實際實施，達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，獲得較好的節(jié)能效果。

【關(guān)鍵詞】冷卻循環(huán)水；節(jié)能減排；制酒車間

1、背景

茅臺酒廠某制酒車間的白酒生產(chǎn)現(xiàn)采用的是不銹鋼套管式白酒冷卻器，需要大量的冷水來滿足冷卻制酒的需求，冷水流過冷卻器后，溫度上升即行排放，冷水只用一次。且生產(chǎn)所用供水硬度較高，該水在冷卻過程中由于蒸發(fā)，接觸大氣，水質(zhì)更加惡化，鈣鎂離子濃度更高，會在工藝設(shè)備上嚴(yán)重結(jié)垢、腐蝕，使換熱過程難以順利進(jìn)行，加大了冷卻水的使用量。隨著市場的增大，酒廠生產(chǎn)用水量和廢水排放量逐年增大，原生產(chǎn)冷卻水沒有合理地循環(huán)利用，浪費水資源。因此，對生產(chǎn)冷卻水合理地循環(huán)利用，每年可節(jié)約大量水資源。這是對國家節(jié)能減排政策的積極響應(yīng)并將付諸行之有效的措施。

循環(huán)水冷卻系統(tǒng)是為生產(chǎn)設(shè)備實施水冷卻而配置的。以水作為冷卻介質(zhì)，并循環(huán)使用的一種冷卻水系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)以水冷卻移走工藝介質(zhì)或換熱設(shè)備所散發(fā)的熱量，冷水流過需要降溫的生產(chǎn)設(shè)備（常稱換熱設(shè)備，如換熱器、冷凝器、反應(yīng)器）后，溫度上升，使升溫冷水流過冷卻設(shè)備則水溫回降，可用泵送回生產(chǎn)設(shè)備再次使循環(huán)使用。冷水的用量大大降低，?？晒?jié)約95%以上。冷卻水占工業(yè)用水量的70%左右。因此，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)起了節(jié)約大量工業(yè)用水的作用。循環(huán)冷卻水使用的目的是能有效地節(jié)約水資源、減少熱污染。

2、制酒車間冷卻循環(huán)水系統(tǒng)控制要求

根據(jù)長期調(diào)研生產(chǎn)數(shù)據(jù)，最后得出該醬香型白酒制酒車間冷卻循環(huán)水系統(tǒng)控制的要求為：環(huán)境濕球溫度28℃，一棟生產(chǎn)房冷卻水需要量為25m3/h，四棟共需要水量100m3/h，冷卻前水溫55℃，冷卻后水溫32℃。

3、可行性分析

（1）節(jié)水效能分析

根據(jù)調(diào)研所得數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需求冷卻水量為100m3/h，冷卻溫差23℃。

蒸發(fā)水消耗約為循環(huán)水量的0.16%/℃，即蒸發(fā)水消耗=100m3/h*0.16%/℃*23℃=3.68m3/h。

為減少管路結(jié)垢、抑制微生物生產(chǎn)，控制排污量和補(bǔ)充水量為循環(huán)流量的5%，即排污水量=100m3/h*5%=5m3/h。

在每個窖期的開始時對整個水箱和冷卻塔的沖洗一次，需放空水箱和冷卻塔，按最大量計算（放空前水箱滿水），水箱存水60m3，沖洗用0.5m3，冷卻塔存水2m3，沖洗用0.5m3，所以共用水63m3。按每輪次生產(chǎn)20天、每天16小時折算沖洗用水量=63/（20*16） = 0.2m3/h。

結(jié)論：相對于非循環(huán)水，采用循環(huán)供水后污水排放減少94.8%，清水消耗減少91.12%。

（2）用電效能分析

根據(jù)泵站與高位水池的距離和高差、流量，測算清水用電約2（kW·h）/m3，污水處理由于在下游、耗電可以過忽略，即非循環(huán)供水耗電約2（kW·h）/m3。

電能消耗=加壓泵30kW+風(fēng)機(jī)11kW*2+散水泵1.5kW*2+過濾器2kW+控制回路1kW=58kW，循環(huán)水量100m3/h，系統(tǒng)采用變頻控制，按節(jié)能系數(shù)0.8計算，平均電能消耗0.464 （kW·h）/m3。

結(jié)論：對比數(shù)據(jù)，采用循環(huán)水后電能消耗降低了25.4%，節(jié)能效果明顯。

（3）技術(shù)可行性

根據(jù)循環(huán)水量和溫差，計算散熱負(fù)荷，選用散熱能力好的橫流式冷卻塔雙機(jī)組合，可以達(dá)到要求。根據(jù)循環(huán)水量和壓力要求，相應(yīng)的泵也屬于常規(guī)產(chǎn)品，容易滿足。根據(jù)四棟廠房布局，回收水箱安裝于六棟廠房后面就可以利用水自身重力回流。

4、系統(tǒng)方案設(shè)計

（1）循環(huán)冷卻水方案設(shè)計

按照冷卻循環(huán)水是否與大氣直接接觸冷卻，可將冷卻塔分為開式冷卻塔和閉式冷卻塔。開式冷卻塔內(nèi)空氣與水進(jìn)行充分的接觸。大氣中塵埃不斷混入水中，造成菌藻滋生；由于冷卻水蒸發(fā)、飛濺、漏損、濃縮形成的鹽類污垢，造成管網(wǎng)堵塞；另外系統(tǒng)內(nèi)只安裝普通的過濾裝置，不能完全去除這些雜質(zhì)，導(dǎo)致水的電導(dǎo)率增加，造成管道腐蝕；冷卻水經(jīng)過被冷卻設(shè)備時溫度上升，水中的鈣、鎂離子溶解度發(fā)生變化會形成水垢。降低了換熱效率，影響系統(tǒng)正常工作。所以，敞開式冷卻循環(huán)水存在水垢、污垢、腐蝕、菌藻、管網(wǎng)腐蝕和濃縮倍數(shù)的控制等問題。

閉式冷卻塔（也叫蒸發(fā)式空冷器或密閉式冷卻塔）是將管式換熱器置于塔內(nèi)，通過流通的空氣、噴淋水與循環(huán)水的熱交換保證降溫效果。由于是閉式循環(huán)，其能夠保證水質(zhì)不受污染，很好的保護(hù)了主設(shè)備的高效運行，提高了使用壽命。

閉式冷卻塔按風(fēng)的流向分為橫流式冷卻塔和逆流式冷卻塔，橫流式冷卻塔風(fēng)從兩側(cè)進(jìn)從上方出，風(fēng)與從下往下的噴淋水相交，逆流式冷卻塔風(fēng)下進(jìn)上出，與噴淋水方向相反。與逆流式冷卻塔相比，橫流式冷卻塔具有風(fēng)機(jī)功率小、散水泵功率小、噪音低、飄水量小、可在運行時進(jìn)行日常維護(hù)、可模塊化組裝、擴(kuò)容方便等優(yōu)點。

綜合以上因素，故本方案選擇橫流閉式循環(huán)冷卻水方案，閉式系統(tǒng)如圖1所示。

（2）廠房回水管道設(shè)計

該制酒車間包括4棟生產(chǎn)廠房，每棟生產(chǎn)廠房內(nèi)有4個班，8個班組走1條總線，采用DN110的PPR環(huán)保供水管，在冷卻塔出水處匯聚成1條DN160的PPR環(huán)保供水管，所有水管采用PPR環(huán)保供水管，完全符合GB/M318742.1、GB/M318742.2、GB/M318742.3以及GB/M317219 衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)及國家衛(wèi)生部相關(guān)的衛(wèi)生安全評價規(guī)定。PP-R產(chǎn)品具有耐熱、耐壓、保溫節(jié)能、使用壽命長及經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，將逐步取替現(xiàn)有的其它種類水管而成為主導(dǎo)產(chǎn)品。

每個冷卻灌的循環(huán)水溢出管采用DN32的PPR管，在溢出口裝有一個DN32的活接球閥，每個班的兩個冷卻灌溢出管道經(jīng)DN63變DN32的變徑接頭將水匯總到DN63的回水管里；較遠(yuǎn)兩個班的冷卻溢出水又經(jīng)DN110變DN63異形接頭或變徑接頭將水匯總到DN110的回水管里；最后四個班的回水經(jīng)DN160三通、DN160變DN110、DN110變DN63變徑接頭將回水匯總到DN160總管回流至水箱內(nèi)，在進(jìn)入水箱之前進(jìn)過籃式過濾器進(jìn)行除渣，保證回流水質(zhì)。其中A12-03、A12-04、A12-05三棟廠房地理位置比水箱高，可借用水的壓力自然回流，而A12-06這棟廠房與水箱位置相平，水不宜回流，故在主管上加有一個循環(huán)水泵。

（3）系統(tǒng)全自動控制設(shè)計

系統(tǒng)采用西門子200PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，實現(xiàn)全自動、無人值守、無按鍵操作。

a.恒壓供水控制：對供水壓力進(jìn)行PID控制，控制變頻器調(diào)節(jié)加壓泵轉(zhuǎn)速，使壓力穩(wěn)定于設(shè)定值。

b.恒溫供水控制：對冷卻溫度PID控制，控制變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使溫度低于設(shè)定值。

c.自動啟?？刂疲汗と藷o需操作任何按鈕，只需打開/關(guān)閉冰缸進(jìn)水閥，就可實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動/停止，實現(xiàn)閑時停機(jī)節(jié)能。當(dāng)停止生產(chǎn)，關(guān)掉冷卻缸進(jìn)水閥時，管道無水流動，壓力增大，變頻器長時間低頻工作一段時間后，系統(tǒng)自動進(jìn)入休眠狀態(tài)，所有設(shè)備停止運行。當(dāng)打開水閥，檢測到供水壓力低時立即啟動加壓泵，迅速恢復(fù)供水壓力。

d.自動水箱液位控制：控制補(bǔ)水閥使水箱水位在一定范圍內(nèi)。水箱水位低于設(shè)定值時，打開補(bǔ)水閥。當(dāng)水箱水位高于設(shè)定值時，關(guān)閉補(bǔ)水閥。

e.水箱自動粗過濾：水箱內(nèi)設(shè)置有3mm過濾網(wǎng)和沖洗掃渣裝置，定時運行，確保大的雜質(zhì)不進(jìn)入水箱。

f.管道精細(xì)過濾：在主供水管上安裝100微米過濾器，濾除大于100微米的雜質(zhì)，定時沖洗。

h.觸摸屏界面：顯示系統(tǒng)拓?fù)鋱D，顯示各設(shè)備運行狀態(tài)，顯示運行數(shù)據(jù)，手動操作各設(shè)備，設(shè)置運行參數(shù)等。

5、系統(tǒng)運行效益分析

設(shè)備于2013年5月完成安裝和初步調(diào)試，單棟投入試運行，在處理好回水過濾除渣等問題后，于2013年7月份完成全部調(diào)試，并投入四棟運行。設(shè)備投入運行后，從7月到9月，每天專人到現(xiàn)場查看設(shè)備運行狀態(tài)、進(jìn)行日常維護(hù)和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，至今沒出現(xiàn)任何故障。每到窖期由專人負(fù)責(zé)水箱、冷卻塔、過濾器的清洗，供水質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

（1）冷卻效果：根據(jù)7輪次酒運行數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)冷卻后的水溫達(dá)到了設(shè)計要求，低于32度。

（2）恒壓供水：加壓泵出口壓力穩(wěn)定0.51MPa，最遠(yuǎn)端用水壓力高于0.25 MPa，達(dá)到了恒壓供水的目的。

（3）用水情況：系統(tǒng)在7輪次共補(bǔ)水量1363m3，其中包括人為打開冰缸的原溢流口導(dǎo)致的泄漏、沖渣用水、洗工具等水耗。同車間原未安裝循環(huán)水的1、2、7、8棟生產(chǎn)房本輪次共用水12289m3。

（4）用電情況：循環(huán)系統(tǒng)本輪次用電量為5731（kW·h）。

（5）本輪次系統(tǒng)節(jié)約費用計算：按用電費用：單價0.71元/（ kW·h），水資源費：單價0.05元/m3計，經(jīng)統(tǒng)計未安裝系統(tǒng)生產(chǎn)房用水量為12289m3。

系統(tǒng)節(jié)水量：12289-1363=10926m3；

系統(tǒng)節(jié)電量：10926m3×0.7（kW·h）/m3-5731（kW·h）=1917.2（kW·h）

系統(tǒng)節(jié)約費用：1917.2（kW·h）3×0.71元/（ kW·h）+ 10926 m3×0.05元/m3=1907.51元。

（6）節(jié)約能源計算：電的折煤系數(shù)取0.36kg標(biāo)煤/（kW·h）， 水的折煤系數(shù)取0.2429kg標(biāo)煤/立方米新鮮水。

系統(tǒng)節(jié)約能源量：10926m3×0.249kg標(biāo)煤/立方米新鮮水 +1917.2（kW·h）×0.36kg標(biāo)煤/（kW·h）=3410.766kg標(biāo)煤=3.412噸標(biāo)煤

該項目一棟生產(chǎn)房一個輪次能節(jié)約3.412噸標(biāo)煤，節(jié)能效果顯著。

6、結(jié)論

項目經(jīng)過調(diào)研論證、方案設(shè)計實施與運行觀察，系統(tǒng)實現(xiàn)了制酒車間生產(chǎn)冷卻水的降溫循環(huán)利用，減少廢水排放，保證了所有使用班組接酒冷卻水的供應(yīng)。完全滿足設(shè)計需求，并最終達(dá)到節(jié)能減排的目的。