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        閉式冷卻塔在釀酒行業使用的可行性方案

        發布日期:2021-07-30

               某酒廠制酒車間的白酒生產現采用的是不銹鋼(不銹耐酸鋼)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。且生產所用供水硬度較高,該水在冷卻過程中由于蒸發,接觸大氣,水質更加惡化,鈣鎂離子濃度更高,會在工藝設備(shèbèi)上嚴重結垢、腐化侵蝕 ,使換熱過程難以順利進行,加大了冷卻水的使用量。隨著市場的增大,酒廠生產用水量和廢水排放量逐年增大,原生產冷卻水沒有合理地循環利用,浪費水資源。因此,對生產冷卻水合理地循環利用,每年可節約大量水資源。這是對國家節能減排政策的積極響應并將付諸行之有效的措施。

               閉式循環水冷卻系統(system)是為生產設備實施水冷卻而配置的。以水作為冷卻介質,并循環使用的一種冷卻水系統。冷卻系統以水冷卻移走工藝介質或換熱設備所散發的熱量,冷水流過需要降溫的生產設備(常稱換熱設備,如換熱器、冷凝器(類別:換熱設備)、反應器)后,溫度上升,使升溫冷水流過冷卻設備則水溫回降,可用泵送回生產設備再次使循環使用。冷水的用量大大降低,??晒澕s95%以上。冷卻水占工業用水量的70%左右。因此,循環冷卻水系統起了節約大量工業用水的作用。循環冷卻水使用的目的是能有效地節約水資源、減少熱污染。
               2、制酒車間冷卻循環水系統控制要求
               根據長期調研生產數據,最后得出該醬香型白酒制酒車間冷卻循環水系統控制的要求為:環境濕球溫度28℃,一棟生產房冷卻水需要量為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)節水效能分析
               根據調研所得數據(data),系統(system)需求冷卻水量為100m3/h,冷卻溫差23℃。蒸發水消耗約為循環水量的0.16%/℃,即蒸發水消耗=100m3/h*0.16%/℃*23℃=3.68m3/h。為減少管路結垢(屬于化學遺留物)、抑制微生物生產,控制排污量和補充水量為循環流量的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(The cooling tower)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20天、每天16小時折算沖洗用水量=63/(20*16) = 0.2m3/h。
               結論:相對于非循環水,采用循環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(Analyse)
               根據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(chǔ lǐ)由于在下游、耗電可以過忽略,即非循環供水耗電約2(kW/h)/m3。 電能消耗=加壓泵30kW+風機11kW*2+散水泵1.5kW*2+過濾器2kW+控制回路1kW=58kW,循環水量100m3/h,系統(system)采用變頻控制,按節能系數0.8計算,平均電能消耗0.464
         ?。╧W/h)/m3。
               結論:對比數據,采用循環水后電能消耗降低了25.4%,節能效果明顯。
               (3)技術可行性
               根據循環水量和溫差,計算散熱負荷,選用散熱能力好的HBY型橫流式冷卻塔雙機組合,可以達到要求。封閉式冷卻塔噴淋水系統的防凍問題通常在積水盤內增加電加熱器,一般在噴淋水低于5℃時開啟,8℃以上停掉。溫度探頭將信號傳遞至控制柜,自動控制電加熱器的啟停。電加熱器的功率選擇依據循環水量和外界氣溫確定。根據循環水量和壓力要求,相應的泵也屬于常規產品,容易滿足。
               4、系統(system)方案(fāng àn)設計
               (1)循環冷卻水方案設計
               按照冷卻循環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。閉式冷卻塔是將管式換熱器置于塔內,通過流通的空氣、噴淋水與循環水的熱交換保證降溫效果。開式冷卻塔內空氣與水進行充分的接觸。大氣中塵埃不斷混入水中,造成菌藻滋生;由于冷卻水蒸發、飛濺、漏損、濃縮形成的鹽類污垢,造成管網堵塞;另外系統內只安裝普通的過濾裝置,不能完全去除這些雜質,導致水的電導率增加,造成管道腐化侵蝕 ;冷卻水經過被冷卻設備時溫度上升,水中的鈣、鎂離子溶解度發生變化會形成水垢(Scale)。降低了換熱效率,影響系統正常工作。所以,敞開式冷卻循環水存在水垢、污垢、腐蝕、菌藻、管網腐蝕和濃縮倍數的控制(control)等問題。
               閉式冷卻塔(也叫蒸發式空冷器或密閉式冷卻塔)是將管式換熱器置于塔內,通過流通的空氣、噴淋水與循環水的熱交換保證降溫效果。由于是閉式循環,其能夠保證水質不受污染,很好的保護了主設備的高效運行,提高了使用壽命。閉式冷卻塔按風的流向分為橫流式冷卻塔和逆流式冷卻塔,橫流式冷卻塔風從兩側進從上方出,風與從下往下的噴淋水相交,逆流式冷卻塔風下進上出,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機功率小、散水泵功率小、噪音低、飄水量小、可在運行時進行日常維護、可模塊化組裝、擴容方便等優點。
               (2)廠房回水管道設計
               該制酒車間包括4棟生產廠房,每棟生產廠房內有4個班,8個班組走1條總線,采用DN110的PPR環保供水管,在冷卻塔出水處匯聚成1條DN160的PPR環保供水管,所有水管采用PPR環保供水管,完全符合GB/M318742.1、GB/M318742.2、GB/M318742.3以及GB/M317219 衛生標準及國家衛生部相關的衛生安全評價規定。PP-R產品(Product)具有耐熱、耐壓、保溫節能、使用壽命長及經濟(jīng jì)等優點,將逐步取替現有的其它種類水管而成為主導產品。
               每個冷卻灌的循環水溢出管采用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DN63變DN32的變徑接頭將水匯總到DN63的回水管里;較遠兩個班的冷卻溢出水又經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(組成部分:高水箱、存水箱、低水箱)內,在進入水箱之前進過籃式過濾器進行除渣,保證回流水質。封閉式冷卻塔噴淋水系統的防凍問題通常在積水盤內增加電加熱器,一般在噴淋水低于5℃時開啟,8℃以上停掉。溫度探頭將信號傳遞至控制柜,自動控制電加熱器的啟停。電加熱器的功率選擇依據循環水量和外界氣溫確定。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水泵。
               (3)系統全自動控制設計
               系統采用西門子200PLC進行數據處理和控制,實現全自動、無人值守、無按鍵操作。閉式冷卻塔現在這類冷卻設備的形式較多,其共同的特征是在間壁式換熱器外噴淋水并且強制通風,熱從間壁式換熱器內的被冷卻流體中經壁面傳給壁面外的噴淋水,再通過噴淋水與空氣的強制對流傳給空氣,而噴淋水向空氣的傳熱,主要是由噴淋水蒸發的潛熱和噴淋水與空氣的顯熱交換組成的。
               a. 恒壓供水控制:對供水壓力進行PID控制,控制變頻器調節加壓泵轉速,使壓力穩定于設定值。
               b. 恒溫供水控制:對冷卻溫度PID控制,控制變頻器調節風機(Draught Fan)轉速,使溫度低于設定值。
               c. 自動啟??刂疲汗と藷o需操作任何按鈕,只需打開/關閉冰缸進水閥,就可實現系統的啟動/停止,實現閑時停機節能。當停止生產,關掉冷卻缸進水閥時,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,系統自動進入休眠狀態,所有設備停止運行。當打開水閥,檢測到供水壓力低時立即啟動加壓泵,迅速恢復供水壓力。
               d. 自動水箱液位控制:控制補水閥使水箱水位在一定范圍內。水箱水位低于設定值時,打開補水閥。當水箱水位高于設定值時,關閉補水閥。
               e. 水箱自動粗過濾:水箱內設置有3mm過濾網和沖洗掃渣裝置,定時運行,確保大的雜質不進入水箱。
               f. 管道精細過濾:在主供水管上安裝100微米過濾器,濾除大于100微米的雜質,定時沖洗。
               h. 觸控屏界面:顯示系統拓撲圖,顯示各設備運行狀態,顯示運行數據(data),手動操作各設備,設置運行參數等。
               5、系統運行效益分析
               (1)冷卻效果:根據7輪次酒運行數據可以看出,系統(system)冷卻后的水溫達到了設計要求,低于32度。
               (2)恒壓供水:加壓泵出口壓力穩定0.51MPa,最遠端用水壓力高于0.25 MPa,達到了恒壓供水的目的。
               (3)用水情況(Condition):系統(system)在7輪次共補水量1363m3,其中包括人為打開冰缸的原溢流口導致的泄漏、沖渣用水、洗工具等水耗。同車間原未安裝循環水的1、2、7、8棟生產房本輪次共用水12289m3。
               (4)用電情況:循環系統本輪次用電量為5731(kW/h)。
               (5)本輪次系統(system)節約費用(expense)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,經統計未安裝系統生產房用水量為12289m3。
               系統節水量:12289-1363=10926m3;
               系統節電量:10926m3×0.7(kW/h)/m3-5731(kW/h)=1917.2(kW/h)
               系統(system)節約費用:1917.2(kW/h)3×0.71元/( kW?h)+ 10926 m3×0.05元/m3=1907.51元。
               (6)節約能源計算:電的折煤系數取0.36kg標煤/(kW/h), 水的折煤系數取0.2429kg標煤/立方米新鮮水。
               系統節約能源量:10926m3×0.249kg標煤/立方米新鮮水 +1917.2(kW/h)×0.36kg標煤/(kW/h)=3410.766kg標煤=3.412噸標煤
               該項目(xiàng mù)一棟生產房一個輪次能節約3.412噸標煤,節能效果顯著。
               6、結論
               項目經過調研論證、方案設計實施與運行觀察,系統實現了制酒車間生產冷卻水的降溫循環利用,減少廢水排放,保證了所有使用班組接酒冷卻水的供應。完全滿足設計需求,并最終達到節能減排的目的。


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