甜菊糖生產(chǎn)的節(jié)能降耗技術措施淺析

李俊和 李艷莉1，* 韓文杰 袁新英 冀云武1，

1（河北省天然色素工程技術研究中心，河北邯鄲057250）2（晨光生物科技集團股份有限公司，河北邯鄲057250）

晨光生物科技集團股份有限公司是以農(nóng)產(chǎn)品為原料進行天然植物有效成分提取的出口創(chuàng)匯型企業(yè)，主要研制和生產(chǎn)天然色素、天然香辛料提取物和精油、天然營養(yǎng)及藥用提取物、油脂和蛋白等四大系列80多種產(chǎn)品。甜菊糖是公司的主要產(chǎn)品之一，其生產(chǎn)原料為甜菊葉，經(jīng)水提取、絮凝沉淀、過濾、樹脂吸附、解吸、濃縮、噴霧得到甜菊糖苷成品。

近年來，公司通過量化節(jié)能降耗考核目標方式不斷挖掘節(jié)能潛力，大力推進節(jié)能降耗,先后進行的甜菊糖壓榨機、蛋白離心機、精制薄膜、超臨界壓胚機等工藝改造有效降低了能源的消耗，最終實現(xiàn)資源利用的最大化和污染排放的最小化。

1 甜菊糖能源消耗指標現(xiàn)狀

通過對2016年全年甜菊糖生產(chǎn)能耗數(shù)據(jù)進行匯總分析，得出主要工序的重點耗能設備消耗值，確定可節(jié)能降耗點。

1.1 蒸汽消耗

2016年全年各工序蒸汽消耗平均值統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 2016年1月—12月各工序蒸汽消耗平均值統(tǒng)計

從表1可以看出，萃取和精制車間蒸汽消耗較多，合計占比86.75%，主要用于溶劑加熱、溶劑回收、精餾等方面，有減少用蒸汽量的空間。

1.2 電消耗

2016年全年各工序電消耗平均值統(tǒng)計結(jié)果見表2。將表2數(shù)據(jù)結(jié)合工藝過程分析，噴霧干燥和污水處理還有降低用電量的空間。

1.3 水消耗

2016年全年各工序水消耗平均值統(tǒng)計結(jié)果見表3。將表3數(shù)據(jù)結(jié)合工藝過程分析，萃取、過濾、吸附有節(jié)水空間，反滲透工序制作純水，整個生產(chǎn)過程用水量降低，反滲透工序用水量隨之降低。

1.4 綜合能耗水平

2016年甜菊糖生產(chǎn)耗標準煤5031 tce，年加工量6 600 t，總產(chǎn)值為118 800萬元，萬元產(chǎn)值能耗為0.04 tce/萬元，單位能耗由2010年的759.1 kgce/t降至2016年的657.2 kgce/t，降幅達15.5%。2016年甜菊糖生產(chǎn)能源消費結(jié)構(gòu)見表4。

表2 2016年1月—12月各工序電消耗平均值統(tǒng)計

表3 2016年1月—12月各工序水消耗平均值統(tǒng)計

表4 2016年甜菊葉能源消費結(jié)構(gòu)表

2 節(jié)能措施

2.1 余熱二次利用降低蒸汽消耗

2.1.1 精餾氣相及降膜氣相利用

過程分析：精餾塔的氣相為1#、2#降膜蒸發(fā)器的熱源。1#降膜閃發(fā)箱氣相溫度62℃，流量4 m3/h，溶劑濃度60%，2#閃發(fā)箱氣相溫度60℃，流量2 m3/h，溶劑濃度40%。精餾氣相經(jīng)過2#降膜后溫度75℃，流量1.5 m3/h，溶劑濃度80%，三股氣相直接進冷凝器冷凝回收溶劑，同時清洗板框所用一次水及萃取所用一次水需要從20℃加熱至60℃。若將精餾氣相及降膜氣相余熱與一次水換熱再進冷凝器，即能降低蒸汽消耗又能節(jié)省循環(huán)水冷量。

節(jié)能措施：增加兩臺換熱器，用精餾塔和降膜蒸發(fā)器的氣相與萃取一次水和洗板框一次水換熱，目前萃取一次水用量W1=12 m3/h，洗板框一次水用量W2=19 m3/h，一次水溫度T1=20℃。

計算過程：經(jīng)計算可使水溫升至46.8℃。

1#降膜閃發(fā)箱氣相：210kcal/kg×4.2×4000L×0.91 kg/L×0.6=192.63 萬 kJ。

2#降膜閃發(fā)箱氣相：210kcal/kg×4.2×2000L×0.93 kg/L×0.4=65.62 萬 kJ。

精餾氣相經(jīng)過2#降膜后氣相：210 kcal/kg×4.2×1 500 L×0.86 kg/L×0.8=91.02 萬 kJ。

合計 Q=（192.63+65.62+91.02）kJ=349.27 萬 kJ，

其中：210 kcal/kg為酒精的汽化潛熱，

0.91kg/L為60%酒精密度，

0.93kg/L為40%酒精密度，

0.86kg/L為80%酒精密度。

只考慮汽化潛熱，三股氣相可釋放熱量349.27萬kJ。

改造前萃取車間用蒸汽3.0 t/h，改造后用蒸汽1.4 t/h，節(jié)約蒸汽1.6 t/h，降幅53%。改造前后的設備流程圖分別見圖1、圖2。

圖1 改造前流程圖

圖2 改造后流程圖

2.1.2 精餾塔塔釜水與進塔液預熱

精餾塔塔釜水流量4 m3/h，溫度98℃，改造前直接排放至污水站。改造后增加一臺換熱器，進塔液溫度約30℃，與塔釜水先預熱再進精餾塔，可節(jié)約蒸汽0.5 t/d。

2.1.3 熱風爐出口尾氣余熱利用

熱風爐尾氣水蒸汽量2 m3/h，溫度105℃，經(jīng)計算此部分熱量相當于174 kg標準煤/h，折合蒸汽2 321 kg，直接外排。改造前污水站進厭氧罐污水使用蒸汽加熱至35℃，考慮熱風爐出口氣相含有粉塵，熱量利用率低，在污水站調(diào)節(jié)池中增加盤管，通入熱風爐尾氣，可以將廢水加熱至35℃，改造后可節(jié)約蒸汽0.5 t/h。

2.2 改進工藝減少過程水用量

2.2.1 反滲透濃水、洗板框水回用于萃取

精制車間清洗樹脂柱每天需要純水280 m3，反滲透制作純凈水每天會產(chǎn)生濃水100 m3，將此部分反滲透濃水用作萃取車間新溶劑，可減少一次水用量。絮凝工序平均每天過濾18板框，每板框清洗需用水30 m3，前7 m3清洗水經(jīng)絮凝后進入吸附柱，共126 m3，另外后23 m3清洗水打入拖鏈浸出器中回用，每天可減少一次水量414 m3。

2.2.2 脫色樹脂柱再生堿液套淋使用

改造前每根脫色柱再生9遍，每遍使用堿液5 m3，每天使用405 m3堿液，改造后，將雜質(zhì)含量高的再生第一遍及第二遍堿液外排，其余325 m3再生堿液用于吸附柱再生，堿液套淋使用可減少用堿量。再生后樹脂柱需要用水沖洗至中性，改造前每根樹脂柱需用水30 m3，改造后將前一柱第二遍清洗水用于下一柱的第一遍清洗水，串柱清洗平均每根樹脂柱用水20 m3，按照20 d為一個生產(chǎn)周期，每輪再生39根吸附柱，使用套淋工藝前，每個生產(chǎn)周期精制車間需排污2 820 m3，調(diào)整再生工藝后，共計排污1 010 m3，節(jié)水1 810 m3，平均每天節(jié)水90 m3。

2.2.3 吸附時產(chǎn)生的部分下柱水回用于萃取

采用一種新的工藝方法將甜菊糖下柱水重新當做新溶劑進行使用，回用下柱水對甜葉菊的萃取得率沒有影響，利用下柱水作新溶劑得到的產(chǎn)品能夠達到合格標準，低濃度下柱水回用到萃取再經(jīng)吸附后對樹脂處理能力基本無影響，按每小時回用6 m3下柱水計算，每年能節(jié)水2.88萬m3。

2.3 通過工藝改進和運行效能檢測降低電耗

2.3.1 通過改造噴霧干燥加熱方式降低電耗

改造前甜菊糖噴霧干燥設備加熱方式為蒸汽+電加熱，為降低噴霧干燥成本，降低電耗，采用蒸汽+天然氣進行進風加熱。

改造前蒸汽+電加熱，每小時加熱成本263.6元，改造后蒸汽+天然氣，每小時加熱成本169.25元，改造后成本降低35.8%

2.3.2 通過電流檢測提高設備運行效能

為確保設備的運行效率，自2016年8月起對公司內(nèi)的一些重點耗能設備定期組織其能效測試工作，通過對各車間運行電機的啟動電流、額定電流、運行電流進行檢測，更換電機，避免“大馬拉小車”的耗電現(xiàn)象。甜菊糖車間電機檢測更換方案匯總表見表5。改造方案實施后，用電消耗降低15%。

表5 甜菊糖車間電機檢測更換方案匯總表

3 思考與建議

近幾年公司在余熱、余冷及一次排水的回收利用上持續(xù)挖潛，成效顯著，今后的節(jié)能降耗工作可以從以下幾方面入手。

1）大力推廣自動化技術，提高操作水平：人工操作很難使生產(chǎn)維持在最優(yōu)狀態(tài)，通過自動檢測及控制裝置等進行過程控制，根據(jù)原料性質(zhì)變化適時調(diào)節(jié)生產(chǎn)參數(shù)，使生產(chǎn)始終保持在最優(yōu)狀態(tài)，全過程自動化，可提高設備處理能力，降低成本，同時能顯著提高生產(chǎn)指標。

2）節(jié)水思路：提升“水是稀缺資源”意識，形成像管溶劑一樣去管水的模式；首先從工藝角度考慮減少新水補充量，其次考慮循環(huán)套用，最后考慮特定技術處理回用。

3）積極采用先進生產(chǎn)工藝，減少一次能源消耗，提高二次能源利用率，最大限度實現(xiàn)能源的梯級利用。

4）大力推進新型節(jié)能設備的應用：可率先考慮永磁變頻空壓機，永磁電機的使用。

5）改善能源消費結(jié)構(gòu)，對耗能大且耗能種類可選擇的設備，要做技術經(jīng)濟分析比較，節(jié)能優(yōu)先。

6）工藝流程的設計要盡量避免間斷與重復加熱的過程，對既要加熱又需冷卻的工藝過程，要考慮熱量串級使用的可能性。

7）做好保溫工作，包括閥門，確保車間消耗蒸汽總和與鍋爐房產(chǎn)生的蒸汽基本達到平衡。

［1］杜成剛，曹基華，林一，等.電力節(jié)能降耗技術措施分析[J].中國電力，2007，40（9）：46-48.

［2］卓云.生產(chǎn)過程中節(jié)能降耗的探索與實踐[J].日用電器，2011（1）9-11.