白酒生產(chǎn)中冷卻工藝節(jié)水改進方法與應用

匡勝嚴，黃維愷，劉 薇

（遠大空調(diào)有限公司，湖南長沙 410138)

白酒釀造過程伴隨著高能耗和高水耗，一般一噸白酒的生產(chǎn)需要消耗30～40 t 水，如果是醬香型名酒甚至噸酒耗水量可達50～60 t[1-2]。而在所有水耗中，蒸餾工藝冷卻用水耗量占比最大，達到50%，若能回收利用或降低消耗，節(jié)水產(chǎn)生的效益將非常可觀。

目前針對蒸餾冷卻水工藝節(jié)水措施主要是以循環(huán)再利用為主。洋河大曲酒業(yè)將冷卻水回收匯入集水池，分配給浴室和包裝車間洗瓶，最后作為生產(chǎn)生活用水使用[3]。衡水老白干采用收集、沉淀、冷卻、過濾處理方法進行循環(huán)再利用，每年可節(jié)約用水90萬t[4]。

筆者對國內(nèi)幾家大型白酒生產(chǎn)企業(yè)進行了現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)冷卻工藝用水浪費是普遍現(xiàn)象，且容易受當?shù)貧夂蛴绊懺斐衫鋮s水溫度過高，產(chǎn)酒量下降、熱污染等問題。比如北京某二鍋頭酒廠采用自來水冷卻，排水溫度高達60～70 ℃，因溫度太高不能滿足當?shù)丨h(huán)保要求，酒廠不得不采用常溫水摻?jīng)鏊禍刂?0 ℃再排放，用水量成倍上升。四川瀘州某濃香型白酒，蒸餾冷卻工藝的排水溫度為75 ℃，采用冷卻塔降溫的方式再循環(huán)利用，在夏秋季節(jié)由于天氣炎熱，冷卻水溫度無法達到30 ℃以下，且由于冷卻水為開放式系統(tǒng)，酒廠內(nèi)菌種繁多，水溫適宜繁殖，造成冷卻塔和冷凝器結(jié)軟垢，嚴重影響冷卻效果。貴州某醬香型白酒，采用赤水河河水對酒蒸汽冷卻降溫，產(chǎn)生50 ℃的低溫冷卻水直接排放至赤水河，造成赤水河熱污染，影響赤水河生態(tài)。還有一些酒廠采用風冷的方式進行冷卻，在炎熱的夏季由于空氣溫度比較高，冷卻效果差，出酒量下降。

白酒蒸餾冷卻工藝的高耗水以及熱污染問題已經(jīng)成為制約白酒行業(yè)發(fā)展的重要原因，甚至環(huán)保問題關(guān)系到酒企的生死存亡。本文針對蒸餾工藝循環(huán)冷卻水溫度分別采用不同的溴化鋰吸收式技術(shù)實現(xiàn)冷卻工藝節(jié)水80 %以上并解決熱污染問題。另外如果酒企還有制冷或制熱需求時，采用中溫冷卻水還可同步實現(xiàn)節(jié)能。

1 溴化鋰吸收式制冷原理

溴化鋰吸收式制冷機是一種采用熱能驅(qū)動溴化鋰溶液循環(huán)制冷的機組。溴化鋰吸收式制冷機耗電極少（約為制冷量的5‰），采用的熱源可以是蒸汽（≥0.1 MPa）、熱水（≥70 ℃）、高溫煙氣（≥300 ℃）以及天然氣、沼氣等，在各領域獲得廣泛應用。

1.1 溴化鋰吸收式制冷技術(shù)

溴化鋰吸收式機組由發(fā)生器、吸收器、蒸發(fā)器、冷凝器、溶液熱交換器及其他輔助設備組成。單效溴化鋰吸收式制冷機的流程如圖1所示。

其原理如下：來自冷凝器的冷劑水進入蒸發(fā)器這個高真空環(huán)境中（872 Pa，絕壓），驟然蒸發(fā)，降溫至5 ℃，噴灑到換熱管上，使換熱管內(nèi)12 ℃的冷水降溫至7 ℃。冷劑水吸收冷水熱量變?yōu)樗羝?，被來自發(fā)生器的濃溶液吸收并放出熱量經(jīng)冷卻水帶走。變稀的溶液被泵送至發(fā)生器并被熱源加熱，產(chǎn)生水蒸汽和濃溶液。水蒸汽進入冷凝器冷凝成水放出熱量經(jīng)冷卻水帶走，冷劑水則進入蒸發(fā)器再次蒸發(fā)吸收冷水熱量。

單效溴化鋰吸收式機組制冷效率（制冷量與驅(qū)動熱源熱量的比值）為0.4～0.8；雙效溴化鋰吸收式機組制冷效率為1.3～1.5。在釀酒行業(yè)主要是以單效熱水型溴化鋰制冷機（簡稱熱水型制冷機）、蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機（簡稱蒸汽型制冷機）以及燃氣型溴化鋰吸收式制冷機（簡稱直燃機）為主。

1.2 溴化鋰吸收式換熱技術(shù)

溴化鋰吸收式換熱技術(shù)是由熱水型制冷機和換熱器相結(jié)合的新型換熱技術(shù)。機組的流程圖如圖2所示。

中溫熱水（70 ℃）進發(fā)生器驅(qū)動機組后進入水水板交與冷卻水換熱降溫，再進入蒸發(fā)器最終降溫至22 ℃排出。冷卻水分兩支，一支進入熱水型制冷機的吸收器和冷凝器升溫后排出；另一支經(jīng)水水板交與中溫熱水換熱后排出。

溴化鋰吸收式換熱機組（簡稱換熱機組）作用相當于一個換熱器：中溫熱水降溫（70/22 ℃）的熱量最終以冷卻水（30/37 ℃）形式通過冷卻塔排熱。換熱機組與換熱器最大的不同在于：中溫熱水出口溫度（22 ℃）要比冷卻水的進口溫度（30 ℃）低，這是換熱器不可能達到的。正因為換熱機組這種特性與釀酒冷卻工藝參數(shù)相匹配，使得冷卻工藝自冷卻循環(huán)得以實現(xiàn)。

2 冷卻工藝節(jié)水方法及應用

蒸酒工藝中，采用水冷方式冷卻時，一般要求冷卻水入口溫度為22 ℃～25 ℃，而出冷凝器的溫度主要是由采用冷凝器的形式?jīng)Q定：采用高溫冷凝器一般出水溫度可以達到70 ℃以上；采用低溫冷凝器出水溫度一般較低只有50 ℃左右。根據(jù)出水溫度的不同可以根據(jù)客戶需求采用不同溴化鋰吸收式技術(shù)實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能。

2.1 無動力制冷冷卻循環(huán)及應用

采用高溫冷凝器產(chǎn)生的中溫冷卻水（≥70 ℃）可以驅(qū)動熱水型溴化鋰吸收式制冷機（簡稱熱水制冷機）進行制冷，中溫冷卻水的溫度越高，機組的制冷效率越高，產(chǎn)生的制冷量越多。產(chǎn)生的冷量除用于中溫冷卻水降溫外，多余冷量還可以用于其他制冷需求，比如攤晾機攤晾冷卻、恒溫發(fā)酵車間、辦公樓及其他建筑用冷等。

蒸餾冷卻循環(huán)流程如圖3 所示。22 ℃的低溫水送入每一個蒸酒裝置的冷凝器內(nèi)，將酒蒸汽冷凝成原酒后，低溫水升溫至80 ℃。由于每個冷凝器運行時間和冷卻水流量都不一致，因此將每個冷凝器的中溫冷卻水匯集至大的緩沖罐中。80 ℃的中溫冷卻水經(jīng)水泵輸送至熱水制冷機后降溫至55 ℃，制取的7 ℃的冷水送入二級冷卻器將中溫冷卻水最終降溫至22 ℃，多余的冷量用于攤晾機制冷。制冷過程產(chǎn)生的37 ℃冷卻水經(jīng)冷卻塔循環(huán)降溫。55 ℃中溫冷卻水經(jīng)一級冷卻器和二級冷卻器最終降溫至22 ℃送入低溫水緩沖罐循環(huán)使用。一級冷卻器的熱量可用于潤糧水補水預熱或采用風冷的形式降溫。

在北方酒廠生產(chǎn)車間及辦公區(qū)域冬季有采暖需求時也可結(jié)合蒸汽型溴化鋰吸收式熱泵來實現(xiàn)低品位熱量回收用于采暖。如圖4所示，將80 ℃的中溫水經(jīng)換熱器換熱后產(chǎn)生60 ℃～70 ℃的熱水用于供熱。降溫后的熱水（55 ℃以下）用于預熱潤糧水。降溫至30 ℃的冷卻水再采用蒸汽驅(qū)動溴化鋰吸收式熱泵的方式降溫至22 ℃循環(huán)使用。本流程不但實現(xiàn)了蒸餾冷卻循環(huán)，同時還最大化利用了熱量來供熱，可有效降低酒廠的能耗。

四川宜賓某濃香型白酒釀造基地年產(chǎn)2.5 萬t原酒。釀造一車間共有18 套冷卻器，進出口溫度為20 ℃/85 ℃，流量為20 t/h。產(chǎn)生的中溫冷卻水直接排放，浪費能源的同時形成熱污染。另外攤晾冷卻工藝采用電制冷機，制冷冷卻需要消耗大量電能。冷卻工藝改造后，采用一臺熱水型制冷機（制冷量400 kW），實現(xiàn)了85 ℃/20 ℃的冷卻循環(huán)還替代了攤晾工藝60%的電制冷。每年實現(xiàn)節(jié)水13 萬t、節(jié)電36萬kW·h。

廣東佛山某酒廠原采用冷卻塔降溫，冷凝器進出口溫度為32 ℃/52 ℃，在夏季高溫高濕天氣下，冷卻水溫度偏高，造成出酒量降低和出酒時間延長。冷卻工藝改造成高溫冷凝器后，中溫冷卻水的溫度高達90 ℃，流量為126 t/h，并采用一臺熱水型制冷機制取2733 kW 冷量實現(xiàn)近3 萬m2建筑免費制冷，年節(jié)省電費123萬kW·h。

2.2 無動力自冷卻循環(huán)及應用

對于釀造車間無制冷需求或者用冷點比較遠無法長距離送冷情況下，采用溴化鋰吸收式換熱機組可實現(xiàn)中溫冷卻水自冷卻循環(huán)。

系統(tǒng)流程如圖5 所示。各冷凝器產(chǎn)生的80 ℃中溫冷卻水集中匯入緩沖罐中。中溫冷卻水經(jīng)水泵輸送至換熱機組內(nèi)并降溫至22 ℃匯集于低溫水緩沖罐。最終22 ℃低溫水再經(jīng)泵輸送回原蒸餾冷卻工藝形成循環(huán)。在本系統(tǒng)中，依靠80 ℃中溫水來驅(qū)動機組而不需要另外提供動力，中溫水降溫（80 ℃/22 ℃）的熱量最終以37 ℃冷卻水經(jīng)冷卻塔散熱排放到環(huán)境中。

本系統(tǒng)最早應用于北京某著名二鍋頭酒廠。該酒廠原冷卻系統(tǒng)每小時產(chǎn)生70 ℃的中溫冷卻水63 t，因環(huán)保要求不能直接排放，不得不采用摻入涼水降溫至30 ℃以下，車間每天耗水量達1500 t，造成水資源浪費同時也加重了污水處理的負荷。改造成無動力自冷卻系統(tǒng)后，實現(xiàn)了70 ℃/22 ℃的自循環(huán)冷卻，并且采用蒸發(fā)冷卻替代摻?jīng)隼鋮s，每天節(jié)省用水量1130 t，節(jié)水率超過90%。

2.3 輔助制冷冷卻循環(huán)及應用

在一些釀酒工藝中采用低溫冷凝器以提高出酒速度，產(chǎn)生的冷卻水溫度只有50 ℃左右。由于溫度比較低，無法驅(qū)動熱水型制冷機，因此只能采用輔助降溫來實現(xiàn)節(jié)水。

輔助制冷冷卻循環(huán)流程如圖6 所示。50 ℃的低溫冷卻水經(jīng)水泵輸入至一級冷卻器，采用冷卻水或空氣進行冷卻（如有熱需求，也可如圖3 用于補水預熱）降溫至32 ℃左右后，再采用直燃型（燃氣驅(qū)動）制冷機或蒸汽型制冷機制取7 ℃冷水通過二級冷卻器降溫至22 ℃。22 ℃的低溫水再經(jīng)過原冷凝器循環(huán)。

本系統(tǒng)成功應用于貴州某著名醬香型白酒的車間測試。最先酒廠采用赤水河水來冷卻，因當?shù)丨h(huán)保要求改造成閉式冷卻塔降溫，但因茅臺鎮(zhèn)在夏季時天氣溫度高，冷卻效果并不理想。2018年在一個車間進行試點改造，流量為20 m3/h，溫度50 ℃的低溫冷卻水首先通過閉式冷卻塔進行降溫；再進入二級冷卻器用直燃機進行補冷降溫。整個系統(tǒng)已通過整體驗收并將在全廠進行推廣。

3 結(jié)語

采用溴化鋰吸收式機組實現(xiàn)無動力降溫或輔助降溫，改變了傳統(tǒng)釀酒蒸餾冷卻工藝的弊端，是一次革新。

（1）實現(xiàn)了蒸餾冷卻工藝自冷卻循環(huán)，節(jié)水率可以達到80%以上。

（2）使蒸發(fā)冷卻工藝的冷卻水溫度更可控，確保產(chǎn)酒量和產(chǎn)酒品質(zhì)。

（3）蒸餾冷卻工藝由原來的開式系統(tǒng)改為了閉式系統(tǒng)，無結(jié)垢風險，工藝運行更穩(wěn)定。

（4）結(jié)合酒廠制冷、制熱需求，最大化提高了循環(huán)冷卻水的熱利用率，解決了熱污染問題。