中国啤酒正在向循环经济节能降耗纵深方向发展

“十一五”计划期间，啤酒行业在“树立科学发展观”和“创建节约型社会”的号召下，纳入了“循环经济”的理念。“十二五”计划开始后国家加大了节能降耗、节约利废的力度。规划节能减排的目标是：到2015年单位GTP二氧化碳排放降低17%；单位GTP能耗下降16%。中国啤酒行业认真贯彻落实“十二五”规划，在全面铺开节能降耗，节约利废的基础上又向纵深方向发展。各大啤酒企业，在技术改造中首先把糖化热能回收项目作为重点项目来抓。

低压动态煮沸的应用

低压煮沸应用于酿造业始于1976年。低压动态煮沸从普通低压煮沸发展而来。从1996年开始运用到啤酒厂中。

上世纪90年代初，我国开始从国外引进低压煮沸设备。主要有3个厂家包括武汉市中德啤酒厂（现百威啤酒厂前身）、青岛第二啤酒厂、沈阳雪花啤酒厂。低压煮沸主要以节能为目的。低压煮沸配备了二次蒸汽回收和热能贮存系统。回收热能中的40%用于煮沸前的麦汁升温，从75℃升至93℃，剩余的60%热能制备成85℃热水，供CIP和包装及锅炉用水。其总蒸发量达到4.5%～6.0%可以充分满足高质量啤酒的需求。

霍普曼（Huppmnn）公司推出的“带有能量回收系统的动态低压麦汁煮沸”是热能回收的又一种新形式。低压动态煮沸，通过自动控制连续升压—降压的动态操作，不仅缩短了煮沸时间，而且有效的降低了DMS含量，节省了能量。

2007年长春市万峰轻工设备有限公司首先独立自主开发出国内第一套低压动态煮沸系统装置，并在华润雪花啤酒（宜昌）有限公司首次应用，一次试车成功。从此，国产装置替代了进口产品。

1. 低压动态煮沸的原理。就是通过对煮沸锅反复5次—6次增压和减压使之“瞬间闪蒸”，煮沸锅内麦汁翻江倒海般沸腾，达到节能降耗和提高麦汁质量的目的。它的核心技术，是在低压煮沸系统的基础上，通过设在煮沸锅排气筒旁的控制阀，控制蒸汽冷凝器的流通速度，使煮沸锅内反复升压、降压，麦汁沸腾闪蒸（快速蒸发）。

图1 动态低压煮沸

2. 低压动态煮沸的工艺过程。煮沸锅内的麦汁加热10分钟后，开始预热煮沸5分钟，压力升到150mbar、温度达到103℃时开始减压，3分钟后，煮沸锅内的压力以一定速率降低到50mbar。压力降低同时，相应的沸点也降低到101℃，然后又开始升压、再降压，通过6个重复循环“瞬间蒸发”过程后，压力降到常压状态，再经过3分钟“后熟”即完成低压动态煮沸全过程。“瞬间闪蒸”是与常压煮沸最大的区别。在理论上每一次减压过程中，会产生0.6%的蒸发量。总的来说，在增压和减压阶段会达到3.5%～4.0%的蒸发量。

3. 热量的使用和热水的加热回收。当从麦汁煮沸回收的热量，可将麦汁从74℃加热到95℃的热量相等时，啤酒厂的热量平衡就达到了。通常煮沸蒸发率达到5%的时候会到平衡点。在麦汁加热过程中分为74℃-95℃和100℃两个阶段。这清楚的表示出储能罐的效果。麦汁加热阶段74℃-95℃可以通过储能罐中的热水来完成。如果回收的热量不够（如蒸发率低于5%），就必须加热，从95℃-100℃也需要另外加热。

4. 低压动态煮沸的主要优点。

—节约能源。采用低压动态煮沸，总蒸发量由10%～12%降为3.5%～5%，减少能耗40%以上；

—有利于提高产品质量。通过“闪蒸”使麦汁沸腾，利于有害物质挥发（DMS<20ppm），保留形成泡沫的可凝固性氮；

—缩短麦汁煮沸时间。由常压煮沸90分钟-120分钟缩短到45分钟-60分钟，利于提高生产能力，增加产量；

图2 带热能回收的麦汁煮沸系统

—节能效益。据报道，一个年产15万吨的啤酒厂，采用麦汁低压煮沸，总蒸发量由10%～12%，降为5%～6%。煮沸蒸汽耗能可减少50%，加上二次蒸汽回收的热能用来预热麦汁，年节约蒸汽15，000吨，年节约200万元以上。

利用溴化锂冷冻技术进行余热制冷。近年来国内各大啤酒厂开始应用利用溴化锂冷冻技术进行余热制冷。该技术利用二次闪蒸汽将73℃的水加热到96℃，用96℃水为热源通过溴化锂机组制冷，将12℃常温水降至7℃，而96℃热水降温至73℃待下次循环使用。再用7℃作冷媒将脱氧水由30℃降温至9℃，将20℃的酿造水降温至9℃，然后再利用冷媒将脱氧水降至4℃，即完成脱氧水制备。将9℃的酿造水降至4℃，用以麦汁降温。利用溴化锂冷冻技术进行佘热制冷可使二次闪蒸汽回收利用率达到65%。这是一項值得推广的技术。

斯坦尼克公司的无压力（Stromboli）煮沸系统

斯坦尼克公司在2001年慕尼黑展出的埃考特姆（ECOTHRM）—新一代内加热器问世后，2003年9月又在它的基础上开发出新一代斯壮包林—Stromboli“无压煮沸”。2005年第10届慕尼黑博览会后被介绍到中国，以后陆续被国内几家啤酒厂引进应用，取得了良好效果。

Stromboli是一种新型的内加热器系统，拥有不同的麦汁循环导管，操作时，既能去除二甲基硫等气味物质，将不利于啤酒口味的气味物质含量降低至味觉值以下，又能保护有利于泡沫物质的可凝固性氮。

图3 “Stromboli”系统的构造

1. 新一代内加热器—Stromboli的设备结构。主要包括三个组成部分，参见图3。一个循环系统：抽出麦汁对称管；麦汁输送中心管；调频麦汁输送泵；一个控制装置：导流板、喷射泵；一个麦汁调节装置：麦汁调节器。

2. Stromboli的工艺过程。如图3所示，麦汁从煮沸锅下面对称管（1）出来，通过麦汁变频泵（2），经由麦汁输送中心管（3），再经喷射装置（5）上升到上面麦汁调节器（6），它像帽子似的分配伞是一个双层罩，其宽度可以任意调节。表面积和循环率都可以控制。麦汁在煮沸锅内利用流动的动能通过加热器套管进行循环。麦汁在锅内循环6次-8次，导流板（4）用来控制加热麦汁环。

3. Stromboli的优点。

—消除了加热时麦汁的浓度梯度，避免了加热器中“脉冲”现象；

—提高麦汁和啤酒质量。麦汁循环装置改善了加热方式，降低了煮沸强度和蒸发率，可凝固性氮得以控制，因而提高啤酒的泡持性20%以上，同时降低了不良气味DMS及其前驱物的含量；

—缩短煮沸时间。与传统加热器相比，实际煮沸时间减少一半；

—节能降耗。可以和糖化二次蒸汽回收系统组合起来使用，蒸发率的8%～12%降低到3%～4%，综合能耗降低到57.6KW/m2麦汁，大大降低了所需能源；

—适于老厂改造。新型加热器属常压煮沸，不必按受压容器处理。老厂只需要对原有的内加热器稍加改造，增加一套循环装置，改造麦汁分配伞，很容易改造成为新型加热器。

2009年慕尼黑国际展会上，斯坦尼克公司专门组织参展人员到年产3万吨的小型啤酒厂参观，老厂按Stromboli新一代内加热器改造效果非常成功。它给我国老厂改造提供了一条新思路。原来认为，只有年产10万吨以上大型啤酒厂热能回收效果好，但没有想到年产万吨以上小厂也能进行热能回收，且取得节能降耗效果。我国3万吨-5万吨啤酒厂还占有相当大的比例，还有许多改造空间。

真空蒸发热能回收系统新技术

在2005年慕尼黑博览会后，ZIEMANN公司的真空蒸发热能回收新技术被介绍到中国。到2006年以后，这项技术由乐惠（集团）先后在广州珠江啤酒有限公司和沈阳华润雪花啤酒有限公司等厂家应用。

图4 回旋沉淀槽-真空蒸发热能回收系统示意图

1. 真空蒸发热能回收系统的组成。如图4所示，真空蒸发设备安装在回旋槽和麦汁薄板冷却器之间，在麦汁输送管路上引出一条旁通管。连接一套真空蒸发装置。真空装置包括一个真空泵、麦汁输送泵和二次蒸汽冷凝器等。

2. 真空蒸发工艺流程。经回旋槽沉降后的麦汁从旁边通管引出，通过麦汁输送泵送往真空罐；麦汁以切线方向进入真空罐；真空泵的工作压力为0.6bar（绝对压力）。麦汁进入真空罐以后，由于罐内为真空压力，麦汁沸点降低，麦汁中影响啤酒口味的有害物质（以二甲基硫为主要成分）瞬间蒸发，从而达到排出杂质的目的。麦汁蒸发产生的二次蒸汽，经过蒸汽冷凝器热交换，将冷水从15℃加热到80℃回收利用。经过真空蒸发器处理后的麦汁排除挥发性杂味物质以后，品温为88℃，经麦汁输送管道泵送至薄板冷却器，冷却至7℃—8℃，再送去发酵罐。

3. 真空蒸发装置原理。就是利用“溶液的沸点随着压力降低而下降”的机理，使真空罐的工作压力突然由1bar降为0.6bar，致使麦汁沸点降低，麦汁中可挥发性成分瞬间蒸发，二甲基硫（DMS）等不良杂味物质被蒸发除去。而形成的二次蒸汽（2%的后蒸发量）被冷凝器回收。这种效果可以缩短前期煮沸的时间，因此利于保留丰富啤酒泡沫物质的可凝固性氮，可以使啤酒色度下降，口感更加柔和。还有关键的一点是，这种装置能进一步降低能耗。

4. 储能与真空蒸发联合回收系统。联合真空蒸发热能回收系统工艺流程参见图5。

图5 联合真空蒸发热能回收系统工艺流程示意图

系统主要包括两段热能回收体系：第一段采用热能回收储存装置，第二段采用真空蒸发热能回收装置，二者组成联合热能回收系统装置。首先，通过第一段采用的热能回收储存装置，利用煮沸锅对麦汁进行正常煮沸，使总蒸发量至少保持为4%，以确保麦汁中二甲基硫前驱体（DMS-P）有充足时间解离为二甲基硫（DMS）。煮沸后的麦汁进入回旋沉淀槽，经过静置分离出热凝固物。

第二段是麦汁从回旋沉淀槽泵送至真空蒸发器，在这里达到三个目的。

第一是产生2%的第二次后蒸发量；第二，蒸发掉以二甲基硫为代表的不良气味，保留了麦汁中可凝固性氮，有利于改善啤酒口感和泡沫；第三，由于麦汁热负荷进一步降低，使硫代巴比妥酸和色度下降，有利于提高啤酒质量。

总之，联合热能回收装置将麦汁煮沸过程中的热量通过两种不同形式予以全部回收。在第一段，热能储存装置将78℃的水通过二次蒸汽冷凝器加热到97℃，以供煮沸麦汁预热之用；在第二段，真空蒸发过程中产生的二次蒸汽将酿造用水从12℃加热到82℃，且30℃的冷凝水也可被利用。

5. 真空蒸发热能回收装置的优越性。

—麦汁和啤酒质量得到改善。通过真空蒸发除去杂味物质，二甲基硫<100μg/L冷麦汁，达到期望值；影响啤酒口味的斯特雷克尔醛下降到25%以下。同时，由于采取“温柔”的快速蒸发，保留了冷麦汁中残余可凝固性氮>15mg/L，较以往上升了0.9mg/L左右，导致啤酒泡特性延长了10秒钟；

—节能降耗。采用真空蒸发工艺后，煮沸时间由原来的90分钟缩短到40分钟—60分钟，蒸发率由8%～12%下降到5%～6.5%，仅用于麦汁加热和煮沸的原始热能消耗就可以下降60%。

改进煮沸锅内加热器形式节能降耗

2013年慕尼黑展会上ZIEMANN公司展出糖化煮沸锅内加热器改为双层夹套加热新技术。当前糖化煮沸锅普遍采取列管式加热器，而ZIEMANN公司将其改变为双层夹套式加热方式取代单层列管式加热。将内加热器列管换热器分成两层夹套管，采取外部加热管和内部加热管分别加热。整个加热过程分三个加热阶段（参见图6）。

图6 煮沸锅内外來套式列管加热器

第一阶段，麦计加热阶段。首先利用内加热套将煮沸锅内麦汁加热升温；

笫二阶段，温煮/转换阶段。在麦汁煮沸过程中开启外加热夹套将煮沸锅内麦汁加热至沸，加快麦汁煮沸速度；

第三阶段，蒸发阶段。将内、外夹套全部开启使煮沸锅内麦汁迅速蒸发。

煮沸锅内加热器变换加热结构改变加热方式这是糖化煮沸系统的一次较重要的技术进步。它的主要优点是：不需要循环泵；操作更加灵活；加热方式可以自由调节，根据不同加热阶段而开启不同形式夹套，更有效的利用热能和节省能源。

革新糊化工艺—节能降耗

最近，业内人士都了解华润集团大刀阔斧的进行技术改造，其他啤酒集团也有闻风而动。他们使用糖浆代替淀粉淘汰辅料大米。使用糖浆在国内尽管不是新鲜事，早在多年以前就有厂家开始使用。但完全使用糖浆代替淀粉进而淘汰辅料大米，取消传统糖化过程中的糊化工艺，同时也取缔了酶制剂，这是一种技术进步，也是啤酒糖化工艺的一场技术革命。在中国啤酒协会召开的2014年年会上得悉，南非SAB米勒公司在世界所属啤酒厂完全用糖浆取代大米，根本不用大米作辅料，取消糊化工艺，不仅简化生产工序，节省操作，最重要的是大大的节省能源消耗，降低生产成本。同时淘汰了酶制剂，确保绿色酿造，达到返璞归真的目的，减少化学污染，有利于啤酒质量的提高。

糖浆添加的方法，有的在煮沸锅内添加，有的在煮沸锅往外打麦汁的管路上添加的，也有在回旋槽添加，糖浆可不必加热，节省能耗。还有在簿板冷却器前6米—8米管路上添加的，起到瞬间杀菌的作用。也有在发酵罐里添加的，但要注意消毒杀菌，防止杂菌污染。

制冷站节能措施

对啤酒厂来说，制冷站一直是耗能大户，啤酒工作者一直都为降低能耗标准而努力。为降低能源消耗，近年來制冷站陆续推岀节能系统和设备。1.将酒精水间接冷却变为氨直接蒸发冷却；2.变管壳式氨蒸发器为板式蒸发器；3.变蓄冷器为风冷却器。专家们建议：

1. 将前酵和后酵供冷系统分开。

目前大多数啤酒厂，为缩短发酵周期将前、后酵分开，通过体外速冷器对发酵液快速降温。发酵液温度从7℃降到-1℃。如以酒精水为冷媒，一般前、后酵统一采用-4℃酒精水冷媒，回水温度为0℃。制冷系统蒸发温度-7℃—-9℃。如果把前、后酵分开，前酵可用2℃低温酒精水冷媒，回水6℃，对应的制冷系统蒸发温度为-1℃。在两种工况下，消耗电功率相当，当提高蒸发温度，可以多获得28%的冷量，对大型啤酒厂来说，节能效果相当可观。

2. 冰水和脫氧水采用分段冷却法。

目前啤酒厂的发酵缸冷却无论是酒精水还是氨直接蒸发冷却，冰水制备和脱氧水制备均可用氨直接蒸发的制冷系统，将酿造水一段式直接降温到20℃。对制冷机来说，蒸发温度提高，对应的产冷量也提高。为了提高蒸发温度将冰水和脱氧水制备分成两段操作：笫一段将酿造水温降到中间温度，比如28℃降到18℃，这个降温过程蒸发温度比较高，蒸发温度为10℃；笫二阶段将酿造水从中间温度降到2℃，这个降温过程的蒸发温度比较低，氨蒸发温度为-1℃。制备冰水和脫氧水的温度不变。在笫一阶段冷却过程中，通过减少冷冻机数量或采用变频制冷机来灵活的适应水温的变化。中间温度基本不变，在笫二阶段降温过程中耗冷量比较稳定，冷冻机可以常年高效率地以同一状态运行。实践证明，实行两段降温法，节电和降低运行成本效果明显，值得在啤酒行业推广。

3. 利用冷风机冷却。

我国北方冬季寒冷季节长达120天—150天以上，是个天然的大冷库，平均气温在-15℃以下，甚至经常低至-30℃—-40℃以上。利用室外低温冷空气将酒精水冷却至-4℃—5℃，供糖化和发酵使用，这是非常巧妙的节能措施。每年有90天—150天以风作冷媒，制冷机可以停运，节省大量电能消耗。目前国内已在东北和新疆等地啤酒厂应用。应用效果：东北一个年产20万吨啤酒厂，配备8台冷风机组，每年以最低90天计年节约电费80多万元。

液态二氧化碳汘能回收利用

针对啤酒行业介质间冷能和热能有充分可挖的汘能，利用冷、热能量循环交换技术，将二氧化碳液化汘能加以回收，实现物尽其用。啤酒行业生产用气态二氧化碳系由液态二氧化碳气化产生，气化过程是一个吸热蒸发过程。每吨二氧化碳释放的冷量约90KW，相当于一台50KW制冷机的冷量。这部分冷量是非常值得利用的。通过二级节能模块进行二氧化碳液、气冷媒之间能量转换技术来达到节能效果。一级节能：用二氧化碳作为制冷剂，通过一级节能模块使需要液化的二氧化碳气体得到冷量被冷凝，这样即可减少配套冷冻机的开启时间达到节电目的。而汽化后的二氧化碳通过少量热源过热处理后即可满足生产需要。二级节能：采用高冰点的载冷剂将二氧化碳液体蒸发为-30℃的气体，同时通过载冷剂将二氧化碳释放的冷量与大系统的冷媒并网，达到制冷机节电目的。

开发应用水源热泵技术

水源热泵是利用太阳能资源作为冷热源，进行能量交换，是清洁的可再生能源的一种技术。有的啤酒厂采用水源热泵技术，达到节能减排目的。其主要特点是：充分利用水资源。以水体温度比环境空气温度低的特点来达到高效节能；热源稳定。由于水源热泵热源温度全年较为穏定，一般在14℃—18℃；清洁生产。水源热泵机组运行时，不消耗水也不污染水，不需要锅炉，不需要冷却塔，也不需要堆放废物的场地，环保效益显著。生产中可作为在制冷的蒸发式冷凝器冷却循环水，不仅可以用于冷法制脫氧水，而且可以作为直接冷却麦汁，还可以用于水冷空调，供办公室和车间降温等。

提升CO2的回收率—将制备脱氧水的CO2回收

有的啤酒厂家为提升二氧化碳回收能力，将脱氧水中的CO2予以回收，不使其排放掉。在脱氧水制备过程中，需要消耗掉一定量的CO2，在保证脱氧水脱氧率前提下，利用CO2提纯循环再利用技术，回收脱氧水制备过程中的CO2，实施节能减排。

空压站联网自动变频技术的应用

啤酒行业空压站往往由大小不等多台空压机组成，有时大马拉小车，浪费能源。国内许多啤酒厂家利用自动变频技术，将系统压力通过压力变送器将管网压力转变成电信号送到仪表，经过仪表PID调节单元，使空压机的拖动电机通过变频器输出相应的转速来控制压缩机的运行速度，使实际压力与设定压力相等来达到恒压目的，实现供气的连续调节，保证管网压力稳定，从而达到了空压机的节能降耗和提高供气质量的目的。

发酵冷凝水的回收和利用

近年来啤酒厂在糖化蒸汽冷凝水回收的基础上开始全面回收冷凝水，其中之一是发酵车间冷凝水回收。发酵车间用汽量约占总用汽量10%左右。其中大部分用在脱氧机制备脱氧水，管道蒸汽杀菌，发酵冷CIP和过滤热CIP的簿板加热。蒸汽加热后变成了冷凝水通过疏水阀排出。冷凝水回收方式：有开式和闭式两种回收系统。开式回收水箱压力为常压，凝结水温90℃。闭式回收：闪蒸缸压力0.05mpa，回水箱中凝结水温105℃。从节能角度來看，闭式比开式回收热能效果更好。密闭式回收装置回收发酵车间脱氧机，冷、热CIP板换加热产生的所有凝结水，回收的凝结水通过泵用通过管道直接送锅炉房软水箱供锅炉用水。

把洗瓶机和杀菌机浪费的能源收回来

包装车间蒸汽消耗约占啤酒厂总蒸汽消耗量的60%左右。然而包装车间洗瓶机和杀菌机耗汽量最大，一般设备都裸露在外，表面温度达到85℃—60℃之间。存在很大能源浪费，同时也增加了环境温度。有的啤酒厂深入细化管理，把包装车间洗瓶机和杀菌机体上盖和四周及通汽管路进行严密保温，铺设50mm厚岩棉夹心板，严防热量散失。通过保温把高温区损失的热量收回來，取得良好节能效果。蒸汽消耗量下降了10kg/kl。

向管理要节能降耗

啤酒厂制冷用电量约占全厂总用电量的50%左右。因此，如何从“制冷”管理上节约用电极为重要。实际生产中，供电矛盾突出表现在白天。各地电力部门为缓解昼间电网供电矛盾，鼓励采用低谷供电的优惠政策，昼夜电价差为1：3.5。所以夜间蓄冷缓解供电矛盾已被企业所接受。蓄冷从微观看是利用国家政策降低成本，从宏观看则缓解电网用电负荷，削峰填谷，节约了国家资源，起到了节能的作用。

一、负荷调度。啤酒厂在安排生产时，可将耗冷量大的负荷安排在晚上和夜间进行。如糖化冷却麦汁冰水的制备储存；两罐法工艺的罐体外速冷倒罐；一罐法贮酒前集中降温；脱氧水的连续制备等都可以安排在夜间进行。充分利用夜间低谷电价，而且不需另外制冷设备。

二、水蓄冷效益。充分利用峰谷电差价，经济安排夜间水蓄冷白天用，全年可节省大量电费。比如每天有三批次糖化赶在白天高峰用电期，可安排夜间8小时制备6次糖化用水，其中3次为夜间自用，3次贮存供白天用。以一个20万吨啤酒厂按经济用电安排夜间8小时制备6次糖化用水，3次夜间自用，3次储存供白天用，平均日节约电费为1500元，全年按300天计则节约电费达45万元。

三、啤酒厂辅助间、办公楼、招待所及宿舍等凡是安空调设备可采取水蓄冷缓解昼间电网压力，即在夜间通过冷水机组将冷量以水的形式储存，白天用于空调系统调节室内温度。其效果：加水蓄冷设备后可减少一台冷水机组和供水设施，每年可节约电费10万元。

沼气的回收和利用

中国啤酒在推进清洁化生产进程中，环保治理要求越来越严格，污水处理也在各个啤酒企业全面开展起来。彻底改变了过去那种搪拖、糊弄、伪装等偷机取巧的隐瞒做法。

每生产1吨啤酒可产生5吨左右的废水（COD>2500mg/L），1吨废水经厌氧处理后能产生0.6Nm3—1Nm3沼气，1Nm3沼气产生6000大卡—7000大卡热量，相当于1.4kg标煤。一个年产15万吨啤酒厂日处理3000立方米，日产沼气量约2100立方米左右。用于厂内生活和生产用用气。真正作到了节能降耗变废为宝。

资料显示，利用沼气加工干啤酒糟，热能利用率达99%以上。据测算，对于年产10万吨级的啤酒厂，可年产干糟3000吨，设备投资为88万元，厂房投资20万元，合计投资108万元。使用蒸汽干燥，利润为209万左右；若使用沼气干燥，年利润可达245万左右。当年投资，当年回收成本并赢利，最为经济合理。

综上所述，中国啤酒在节能降耗向循环经济发展道路上正在向纵深方向发展，並取得可喜的成果。但任重而道远，与世界先进水平相比还存在很大差距。我国啤酒工作者必须再接再力，为实现中国啤酒强国梦而努力奋斗！

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