番茄加工綜合廢水節(jié)能回用工藝自動(dòng)化改造與集成應(yīng)用

肖莉 劉中海 張國玉 楊傳甲 王貫 辛紅彬

針對(duì)番茄加工工藝耗水量大、循環(huán)利用率低、污水處理負(fù)荷重等突出問題，綜合考慮番茄加工行業(yè)現(xiàn)狀，打破傳統(tǒng)番茄醬加工的控制特點(diǎn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)管殺冷凍水系統(tǒng)、溴化鋰熱水機(jī)組、植物水閉式冷卻塔和真空泵機(jī)封水回收系統(tǒng)，從全局角度優(yōu)化番茄加工全過程的循環(huán)水利用率，并集成一套適用于番茄加工廢水回用自動(dòng)化控制工藝，有效解決番茄加工過程存在的生水需求量大、能耗高的問題。以提高番茄生產(chǎn)過程中的水資源利用率，降低番茄噸醬耗水量。

前言

近年來，中東、非洲和亞洲等新興市場的番茄消費(fèi)日益增加。我國番茄加工企業(yè)在積極滿足這些國際市場需求的同時(shí)，也在大力開拓國內(nèi)市場，主動(dòng)建立內(nèi)外均衡的市場結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)內(nèi)生動(dòng)力。未來的銷售格局將由單一出口向國內(nèi)外兩個(gè)市場并重的格局轉(zhuǎn)變。但由于我國番茄制品85%以上依靠出口，歐美的80%以上的產(chǎn)量自己消耗，只有百分之十幾進(jìn)入國際貿(mào)易市場，所以對(duì)國際市場的依賴程度遠(yuǎn)小于中國。番茄制品企業(yè)發(fā)展的核心除了調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)品機(jī)構(gòu)，就是節(jié)本降耗，降低成本，提升自身的市場競爭力。

番茄醬是新疆的支柱產(chǎn)業(yè)之一，新疆冠農(nóng)番茄制品有限公司經(jīng)過多年的發(fā)展目前已達(dá)到日處理番茄約12000噸，年處理番茄量50余萬噸，具有年產(chǎn)大桶番茄醬7萬噸的生產(chǎn)能力。番茄醬生產(chǎn)過程中的一大特點(diǎn)就是需要使用大量地下生水，而且生產(chǎn)的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量廢水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年的廢水排放量約為150萬立方米。

為了節(jié)約有限的水資源，以變廢為寶，減少對(duì)環(huán)境的污染，公司決定對(duì)番茄加工產(chǎn)生的綜合廢水進(jìn)行處理并回收利用。節(jié)能減排不僅關(guān)系到生態(tài)環(huán)境發(fā)展，也關(guān)系公司經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的未來;是一項(xiàng)集環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益三效合一的利國利民、利于企業(yè)的工程。

1. 番茄加工單位用水工藝及問題分析

（1）管殺冷凍水：國內(nèi)常規(guī)的番茄加工管殺工藝是利用地下生水進(jìn)行直接降溫的，國產(chǎn)1500t番茄醬處理能力的管殺裝置設(shè)計(jì)冷凍水消耗量約為100m3/h。通常管殺設(shè)備完全采用不銹鋼材質(zhì)制造，管殺套管在完好的情況下，排出的冷凍水依然很干凈，正常生產(chǎn)時(shí)，管殺冷凍水出口溫度達(dá)40℃左右，已無法滿足管殺系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)使用，被直接排放至番茄前處理的水力流送系統(tǒng)，用于番茄的清洗及輸送，水資源未得到有效率的循環(huán)利用。

（2）蒸汽冷凝水：番茄加工工藝需要使用大量蒸汽，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的蒸汽冷凝水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，冠農(nóng)番茄醬廠的7條生產(chǎn)線所產(chǎn)生的蒸汽冷凝水約為150m3/h。蒸汽冷凝水是由蒸汽凝結(jié)而成的無雜質(zhì)的潔凈的蒸餾水，水質(zhì)較優(yōu)，適合重新作為鍋爐給水。由于蒸汽冷凝水的溫度高于90℃，在未經(jīng)過處理時(shí)，其他工藝及設(shè)備均無法使用，通常情況是將其直接排放污水處理。

（3）植物水：在番茄醬加工生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的番茄植物水（番茄中被蒸發(fā)出來的水分）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，冠農(nóng)番茄醬廠的7條生產(chǎn)線所產(chǎn)生的番茄植物水約為300m3/h。由于植物水的溫度在60℃左右，在未經(jīng)過處理時(shí)，其他工藝及設(shè)備均無法使用，通常情況均采用直接排放。

（4）真空泵機(jī)封水：番茄醬生產(chǎn)線會(huì)使用大量的輸送泵，輸送泵的機(jī)封采用低溫生水進(jìn)行密封及降溫。因工藝原因，各工段的輸送泵布局比較分散，機(jī)封水未做到有效回收。據(jù)統(tǒng)計(jì)，冠農(nóng)番茄醬廠的7條生產(chǎn)線所產(chǎn)生的真空泵機(jī)封水約為40m3/h。

2. 綜合廢水節(jié)能回用工藝及設(shè)備自動(dòng)化改造總體設(shè)計(jì)思路

項(xiàng)目研究內(nèi)容緊密結(jié)合番茄現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，在原有番茄加工排水、冷卻水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)管殺冷凍水系統(tǒng)、溴化鋰熱水機(jī)組、植物水閉式冷卻塔和真空泵機(jī)封水回收系統(tǒng)，從系統(tǒng)整體的角度優(yōu)化番茄加工過程中產(chǎn)生的廢水循環(huán)再利用工藝，有效解決番茄加工過程的生水需求量大、能耗高的問題。

（1）管殺冷凍水系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，番茄加工管殺冷卻器的冷卻段采用地下水進(jìn)行降溫，冷卻后將其直接排至番茄清洗工段。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要，計(jì)劃將現(xiàn)有管殺冷卻水（井水直進(jìn)直排）改造為管殺冷凍水循環(huán)水系統(tǒng)。項(xiàng)目需新增冷凍水池、冷凍水泵、冷凍循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)熱量核算，計(jì)劃采用閉式冷卻塔和熱水溴化鋰機(jī)組，利用新增設(shè)施，構(gòu)成一套管殺冷凍水循環(huán)降溫水系統(tǒng)，可有效將管殺工段排出的水溫由40℃降至18℃，使冷凍水可有效進(jìn)行再次利用。

（2）溴化鋰熱水機(jī)組制冷系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

番茄加工需要大量使用蒸汽，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的蒸汽冷凝水，利用90℃蒸汽冷凝水給溴化鋰熱水機(jī)組提供熱量，用于給新增管殺冷凍水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行降溫。熱量回收的同時(shí)實(shí)現(xiàn)蒸汽冷凝水水溫由90℃降低至55℃，用于番茄清洗工段，可替代噴淋水和污泥壓濾清洗濾布水的使用。

（3）植物水閉式冷卻塔換熱效果的研究與設(shè)計(jì)

將剩余的蒸汽冷凝水與植物水進(jìn)行匯合回收，送至新增閉式冷卻塔裝置，使其溫度由60℃降低至35℃，送至番茄前處理鼓泡清洗工段，進(jìn)行番茄清洗使用。

（4）真空泵機(jī)封水回收系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

在冠農(nóng)番茄的三個(gè)車間各設(shè)置一套真空泵機(jī)封水回用裝置，根據(jù)需要新增水池、水泵、冷卻等裝置，可將真空泵的機(jī)封水進(jìn)行有效回收、降溫和循環(huán)利用，有效減少大井水用量。

（5）番茄加工中水節(jié)能回用關(guān)鍵技術(shù)的集成

引進(jìn)國內(nèi)先進(jìn)的工藝技術(shù)裝備，有效整合番茄加工生產(chǎn)工藝中蒸汽冷凝水、管殺冷凍水、蒸發(fā)植物水、真空泵機(jī)封水，利用番茄生產(chǎn)中富余的蒸汽冷凝水，給溴化鋰熱水機(jī)組提供熱量，將原有工藝中溫度較高的直排水進(jìn)行轉(zhuǎn)換回用。

3. 工藝路線

4. 改造方案的實(shí)施效果分析

（1）管殺冷卻裝置：利用新增冷凍水池、冷凍水泵、冷凍系統(tǒng)收集管殺冷凍水，通過閉式冷卻塔和熱水溴化鋰機(jī)組，將水溫降至18℃以下進(jìn)行循環(huán)利用，預(yù)計(jì)可節(jié)約冷凍水循環(huán)量約為400m3/h。

（2）蒸汽冷凝水：將番茄各車間的蒸汽冷凝水進(jìn)行回收，利用90℃蒸汽冷凝水給溴化鋰熱水機(jī)組提供熱量。熱量回收的同時(shí)，可將蒸汽冷凝水水溫降低至55℃以下，可替代噴淋水和污泥壓濾清洗濾布水的使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，冠農(nóng)番茄有三個(gè)生產(chǎn)車間，蒸汽冷凝水總水量約為150m3/h。

（3）植物水：將剩余的蒸汽冷凝水和植物水進(jìn)行匯合回收，輸送至新增閉式冷卻塔裝置，將溫度降低至35℃左右后，再輸送至番茄前處理鼓泡清洗工段，進(jìn)行番茄清洗使用。預(yù)計(jì)可回收植物水約為300m3/h。

（4）真空泵機(jī)封水：將三個(gè)車間的真空泵機(jī)封水進(jìn)行有效回收，利用冷卻換熱裝置將溫度降低適用范圍，由循環(huán)泵將冷卻后的機(jī)封水送至真空泵使用，使真空泵的機(jī)封水可實(shí)現(xiàn)密閉循環(huán)。預(yù)計(jì)可減少大井水約為40m3/h。

（5）番茄加工中水節(jié)能回用工藝系統(tǒng)優(yōu)化。綜合上述工藝設(shè)計(jì)的，結(jié)合番茄加工現(xiàn)有工藝耗水量大的特點(diǎn)，積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，將番茄加工生產(chǎn)工藝中富余的蒸汽冷凝水、管殺冷凍水、蒸發(fā)植物水、真空泵機(jī)封水進(jìn)行回收，在能源有效轉(zhuǎn)換的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)需求，整合出一套適用于番茄加工的綜合廢水節(jié)能回收自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

5. 廢水節(jié)能回收系統(tǒng)流程示意圖

結(jié)語

冠農(nóng)股份一直走在農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)的前沿，公司以“精準(zhǔn)服務(wù)三農(nóng)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、創(chuàng)造農(nóng)業(yè)品牌發(fā)展”為愿景使命，積極響應(yīng)國家節(jié)水號(hào)召，研發(fā)設(shè)計(jì)出適用于番茄加工及農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)的首套廢水節(jié)能回收裝置。該套技術(shù)裝備的應(yīng)用，可為工廠節(jié)省約25%的地下水總開采量，節(jié)水效果較為顯著。同時(shí)，可減少工業(yè)污水的排放量，降低對(duì)地下水體的污染，改善人類居住環(huán)境。水資源的匱乏、經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長、人口的增多，必將導(dǎo)致水價(jià)格的不斷提高。因此，大力發(fā)展綜合廢水節(jié)能回用技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用將勢(shì)在必行。

作者簡介：

肖莉（1979-），女，新疆石河子人，主要研究機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。