低压动态煮沸.doc

雪花啤酒：关于进一步降低低压动态煮沸系统煮沸强度的探索 1. 前言 当下，很多厂家都采用了低压动态煮沸系统以达到降低能耗、节约成本的目的。我公司于2007年完成了一条糖化线由传统常压煮沸向低压动态煮沸的改造，取得经验后，2008年又完成了对另一条糖化线的改造。经过改造后，低压动态煮沸系统在保证产品质量的前提下，取得了较好的经济效益。但是，在现有的低压动态煮沸系统条件下，能否通过工艺调整、程序参数调整或者其他措施来进一步降低煮沸强度、节约能耗呢？以下是我们在系统良好运行后进行的探索，小有心得，与各位同仁分享一下。 2.低压动态煮沸控制系统简介 低压动态煮沸的过程一般分成以下三个步骤： 1）常压预煮沸：为了除去煮沸锅、压力调节系统和蒸汽冷凝器中的空气； 2）动态煮沸：在煮沸锅中增压，然后再释放压力，这个过程重复6-8次； 3）常压后煮沸：常压下的后煮沸使麦汁达到需要的浓度、添加香花。 从煮沸锅进料完成加热开始到煮沸锅工艺结束总时间为64min，详细来说，整个过程可分为六个阶段：第一为前常压（加热）阶段，时间为10min，第二为初沸阶段，时间为2min，第三阶段为加压阶段5min，第四阶段为动态煮沸阶段，时间为35min，第五阶段为降压阶段时间为7min，第六阶段为后常压阶段时间为5min。3. 调整方案的探索 3.1 工艺参数方面的调整 3.1.1 调整方案的提出 我们先来看一下煮沸强度的计算公式： 煮沸强度=蒸发量/煮沸时间 =（满锅麦汁量冷麦汁量/热麦汁收缩比）/满锅麦汁量/煮沸时间 其中，蒸发量、满锅麦汁量、冷麦汁量的单位均为kl， 煮沸时间需要折算成小时为单位； 热麦汁收缩比为96% 由上式可知，要想降低煮沸强度，可以通过调整煮沸时间和蒸发量、满锅麦汁量、冷麦汁量等实现，但需要平衡各个因素间的相互影响，否则会适得其反。 为了更有的放矢，在作调整方案前，我们对我厂低压动态煮沸系统的实际运行效果进行了统计，并跟踪各个阶段的实际煮沸情况，理论推算低压动态煮沸各阶段的蒸发量，结果见下表1。 表1 低压动态煮沸各阶段的理论蒸发量 由表1可知，低压动态煮沸系统的蒸发量主要集中在动态煮沸阶段和后常压阶段，因此，我们可以侧重于动态煮沸阶段和后常压阶段进行调整。 3.1.2 调整煮沸时间 由于需要后常压下的后煮沸使麦汁达到需要的浓度，且需要在后常压添加第二遍酒花，因此，贸然减少后常压时间是不可取的，只能从减少动态循环的蒸发量着手。 由试验结果可知，减少煮沸时间后，煮沸强度没有明显变化（我厂平均煮沸强度8.3%），该方案不可行。3.1.3 调整满锅麦汁量 采取措施 煮沸强度结论 降低满锅麦汁量 8.1% 不可行 降低满锅麦汁量后，一方面减少了洗糟水用量，致使冷麦汁粮耗稍有上升，另一方面对煮沸强度的降低没有显著效果，该方案也不可行。 3.1.4 小结 由上述结果可知，通过调整工艺参数如煮沸时间、满锅麦汁量等来降低煮沸强度的方案不可行，因此，我们考虑从低压动态煮沸系统的参数调整方面着手。 3.2 调整低压动态煮沸系统参数 3.2.1 调整方案的提出 我们先来详细了解一下低压动态煮沸系统各阶段的控制原理： 1）麦汁开始加热阶段 暂存罐麦汁经预热薄板转换为97的麦汁，在进入煮沸锅后，当麦汁量超过锅内加热器时，蒸汽调节阀便开始打开，具体开度大小由后边的蒸汽压力来控制，一般压力这时不需要太大，而且蒸汽调节阀的工作状态处在脉动调节工作状态。 此阶段，蒸汽调节阀脉动开启的目的是防止麦汁结焦和溢锅；二次蒸汽冷凝器（即换热器）通向大气的开关阀门这时是打开的，目的是把锅内的空气等废气排出去。 2）麦汁初沸阶段 开始加热阶段结束后，便进入麦汁沸腾前阶段工作状态，把99的麦汁直接加热至100，这时蒸汽压力可控制高一些。 此阶段，蒸汽调节阀一直处于开启调节状态；换热器通向大气的阀门这时是打开的，目的是把锅内的空气等废气排出去；热能储罐下出口78水的泵是开启的。 3）开始加压阶段 在这阶段蒸汽调节阀可再开大一些；换热器通向大气的阀门这时应处在关闭状态，热能储罐的下出口78水的变频水泵便开始启动，换热器的出水温度这时应由该泵开始控制，煮沸锅内的压力应由储能罐78水的变频泵、蒸汽冷凝器通向大气的调节阀及蒸汽调节阀共同来控制。 即当煮沸锅内压力随着工艺控制曲线到达煮沸锅控制高压设定值时，应减小蒸汽压力，保证锅内压力工艺控制曲线到达控制设定值；若在工艺规定的控制时间内锅内压力还高于设定值，这时首先加大变频泵的转速，使给水流量加大，缩短换热器的热交换时间，使锅内压力速降，不再以二次蒸汽冷凝交换器的出口水温度控制为准；在5秒左右锅内压力还没有下降趋势，再开启蒸汽冷凝器通向大气的调节阀进行调节，如锅内压力还降不下来，这时将再次调小蒸汽调节阀的开度，以满足锅内压力的工艺要求。当煮沸锅从高压向低压转换时，锅内压力低于设定值时的控制过程，则与上相反。 此阶段蒸汽调节阀一直处在蒸汽压力设定值上限处；换热器通向大气的开关阀门这时是关闭的，目的是让锅内的压力满足工艺要求，升温速率应由蒸汽调节阀来控制，而换热器通向大气的调节阀门在该阶段起作用，当锅内压力高于设定值，给水变频泵满足不了要求时，换热器通向大气的调节阀开始进行调节。4）开始降压阶段 在这阶段蒸汽调节阀应关小到蒸汽压力设定值下限的状态，换热器通向大气的阀门这时处在关闭状态，热能储罐的下出口78水的变频水泵是开启的，换热器的出水温度这时应由该泵开始控制，煮沸锅内的压力应由储能罐78水的变频泵、换热器通向大气的调节阀及蒸汽调节阀共同来控制。 即当锅内压力低于设定值，这时首先减少变频泵的转速，使给水流量减少，加大换热器的热交换时间，使锅内压力增加，若在5秒内没有压力增加趋势，则通过蒸汽调节阀来调节，以满足锅内压力的工艺要求。当锅内压力高于设定值时的控制过程，则与上相反。在煮沸锅的降压释放阶段主要是释放能量，产生气提，更好地控制麦汁里的DMS和可凝固氮。 此阶段蒸汽调节阀开度一直处在蒸汽压力设定值下限的状态上，阀门的开度一般在20左右；只有当锅内压力在其变频水泵、换热器通向大气的调节阀都控制不了的情况下，蒸汽调节阀才开始起作用；二次蒸汽冷凝器通向大气的开关阀门这时是关闭的，目的是让锅内的压力满足工艺要求，产生气提现象。 5）压力释放阶段 在这阶段蒸汽调节阀应关小到蒸汽压力设定值下限的状态，换热器通向大气的开关阀门这时处在关闭状态，热能储罐的下出口78水的变频水泵开始启动，换热器的出水温度这时应由该变频泵开始控制，煮沸锅内的压力应由储能罐78水的变频泵、换热器通向大气的调节阀及蒸汽调节阀共同来控制。 即当锅内压力在工艺规定的时间内低于设定值，这时首先减少变频泵的转速，使给水流量减少，加大换热器的换热时间，控制锅内压力下降速度；当锅内压力在工艺规定的时间内高于设定值时，控制过程则与上相反，并增大储能罐78水的变频泵转速，在变频泵转速增大后煮沸锅内的压力还没有下降的趋势时，采用换热器通向大气的调节阀进行调节。 此阶段，蒸汽调节阀开度一直控制在降压释放阶段的蒸汽压力设定值，阀门的开度一般在20左右；只有当锅内压力在其变频水泵、换热器通向大气的调节阀都控制不了的情况下，蒸汽调节阀才开始起作用；二次蒸汽冷凝器通向大气的开关阀门这时是关闭的，目的是让锅内的压力满足工艺要求。 6）煮沸锅压力释放为常压阶段 在这阶段蒸汽调节阀应关小到蒸汽压力设定值中限的状态，换热器通向大气的开关阀门这时应处在打开状态，热能储罐的下出口78水的变频水泵应延时一定时间后停止工作，换热器通向大气的调节阀应该打开。此阶段蒸汽调节阀开度一直处在蒸汽压力设定值中限的状态上，阀门的开度一般在40左右；换热器的通向大气的开关阀门这时是打开的，目的是让锅内的压力满足工艺要求。 图2 低压动态煮沸流程图 由上可知，煮沸阶段蒸汽控制是关键，要想降低煮沸强度，可以尝试从控制蒸汽供给量和排汽阀的排汽量方面入手。3.2.2 降低前常压、后常压蒸汽压力 由试验结果可知，降低前、后常压压力对降低煮沸强度有一定的作用，可在后续的方案中采用该措施。 3.2.3 调整系统蒸汽调节阀相关参数 上述方案是在降低前常压、后常压蒸汽供给压力的前提下继续调整程序控制参数，为了保证动态曲线的良好效果，蒸汽调节阀开度下限、蒸汽调节阀斜率等参数也随之作一定的调整。由试验结果可知，该方案可行，参数的不断调整是为了寻找一个更佳的试验效果。3.2.4 调整方案的确定 经过前期调试和总结可知，若要降低煮沸强度，可通过控制蒸汽的供给量和排汽阀的排汽量实现，通过前期调试，可确定如下动态煮沸程序参数调整方案。 执行上表所述方案一段时间后，经统计，糖化煮沸锅的煮沸强度有了明显的下降，平均值为6.4%，远低于调整前的8.3%，调整后的煮沸强度波动范围较小，88.1%锅次的煮沸强度在8.0%以下，且多分布于5.0%-7.0%之间。4. 对质量和能耗的影响 4.1 对质量的影响 为了验证该方案对啤酒质量的影响，我们从麦汁、发酵液、清酒到成品酒均进行了检测和分析（数据略）。 通过常规指标检测对比来看，降低煮沸强度后对啤酒各半成品、成品的常规指标无明显影响；通过总氮、蛋白区分、可凝固性氮、多酚、-葡聚糖、碘值、糊精、-氨基氮等非常规指标检测对比来看，降低煮沸强度后也无显著变化；从饱和硫酸铵沉淀试验值及保质期预测值来看，降低煮沸强度后的啤酒仍具有良好的非生物稳定性，至少能满足6个月保质期的要求。 4.2 节能计算 由于降低煮沸强度后，蒸发量减少，会导致热能储罐回收热能的减少，从而导致对麦汁进行煮沸前预热有可能会因为热能不够而需要另行加热，造成另外的能量消耗。据实际观察，降低煮沸强度后，来自热能储罐的热能能够使预热薄板满足预热一锅麦汁的需求，无需增加另外的能耗。因此，计算节约能耗时可排除此影响，程序调整前后的能耗差距主要在于蒸发量上面，具体计算如下： 以满锅麦汁53吨，交酒量46吨，煮沸时间65分钟计，水的汽化潜热为540 kcal/kg，标煤热量为7000Kcal/kg。 蒸发量通过煮沸强度平均值推算： 调试前蒸发量： M1=0.083*65/60*53=4.8吨 调试后蒸发量： M2=0.064*65/60*53=3.7吨 每锅麦汁节约能量为： W=4.8*1000*540-3.7*1000*540= 594000 kcal 折标煤为： G=594000/7000 =84.9 kg 折11度吨酒节约煤量为： G=84.9/46/11*13=2.18 Kg/11度吨酒 即通过调试程序降低煮沸强度后，折11度吨酒可节约煤量2.18 Kg。 鉴于降低煮沸强度后，蒸发量减少，会导致热能储罐换热的减少，为了避免预热麦汁时储能不足，需要关注热能储罐的换热效果，并在必要时对该系统进行清洗。 5