一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统的制作方法

本发明涉及酿酒业的酿酒蒸馏工艺及废热回收利用，再生产100℃-120℃饱和蒸汽的系统。

背景技术：

1、针对酿酒业的传统蒸馏工艺进行的节能减排改造和技术革新。

2、我国酿酒业传统的蒸馏方式为：由燃煤锅炉、燃气锅炉、燃烧生物质锅炉或电锅炉产生蒸汽，蒸汽通过管道接到酒甑底部再进入酒甑，加热酒甑中的酒醅并蒸发出酒蒸汽，再将酒蒸汽引出到传统的冷酒器进行冷凝，最后对冷凝后的酒液进行储存。对于不同种类的酒，如酱香、浓香、清香等，虽然工艺过程有些差异，但对冷却水基本都没有进行余热回收，只是某些酒类企业会使用部分热水来泡粮、洗甑或用于工人洗浴。酒企的生产季每天都会产生大量的60-70多度的冷却水，其中蕴含有很多余热，中大型酒企会利用冷却塔将冷却水进行冷却后再循环使用，部分小企业可能会直接排放掉，不仅浪费了能源，还造成环境污染，不利于达成节能减排、碳达峰、降低碳排放的目标。

技术实现思路

1、本发明提供了一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统，针对酿酒业的传统酿酒蒸馏工艺，进行节能减排改造，充分利用酿酒工艺中的废热进行余热回收，再生产出100℃-120℃的饱和蒸汽，供给蒸馏系统使用，使得废热得以循环利用，达到良好的节能减排效果。

2、本发明提供了一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统，在达到余热回收利用的同时，减少了冷却塔等设备和装置的投资，消除了冷却塔对冷却水的污染和挥发散失，大大降低了冷酒器的结垢，提高了冷酒器的冷却效果，节约水资源，降低环境污染。

3、本发明提供了一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统，用绿电作为能源，替代了燃煤、燃气和燃烧生物质的蒸汽锅炉，完全无二氧化碳和其它有害物质的排放和对大气环境造成的污染。

4、本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的：

5、本发明采用专为酿酒业设计的以五氟丙烷r245fa为热媒的热回收机组、用于热回收的冷酒器和用于五氟丙烷r245fa的直热式蒸汽发生器为主要设备，辅助设备和辅材包括：空气能热水机组、空气能热水泵、储热水箱、水源水泵、软水机、电磁阀及其它阀门阀件、管道、管件及保温材料，以及plc控制系统。（这里所述的直热式蒸汽发生器，是相对于先把水加热到一定温度后，再送到闪蒸罐进行闪蒸的蒸汽发生方式而言的，用于五氟丙烷r245fa的直热式蒸汽发生器，是采用将高温高压的五氟丙烷r245fa气体，通入蒸汽发生器的换热盘管内，将管外的水加热到饱和蒸发温度，直接蒸发成蒸汽的方式）

6、本发明所述的蒸汽和热回收系统，以产生115℃蒸汽和有两个酒甑的系统为例，包含两个以五氟丙烷r245fa为热媒的热回收机组（或模块）31和32，该热回收机组（或模块）带有经济器（采用不锈钢板式换热器），压缩机带喷气增焓，该热回收机组（或模块）还带有再冷器30和29（采用不锈钢套环式换热器）。其热源来自于从储热水箱24出来的60℃热水（称为水源水），水源水通过水源水泵20和21分别输送到热回收机组31和32内的蒸发器，在蒸发器内将热能传递给热回收机组内的低温低压的五氟丙烷r245fa气体后，水源水温度降低到55℃，该水源水经过管道分别被输送至冷酒器的酒汽潜热回收段19和10内。同时，在热回收机组内，被水源水加热后的五氟丙烷r245fa气体，再经过热回收机组内的压缩机压缩做功，温度升高至136℃左右，变为高温高压的气体。

7、上述的136℃左右的五氟丙烷r245fa气体，经铜管33和34进入直热式蒸汽发生器1内的蚊香形盘管换热器，与蒸汽发生器1内的水进行热交换，冷凝成117℃左右的液体，再次回到热回收机组31和32中，分别进入热回收机组的再冷器30和29中。同时，蒸汽发生器1内的水被加热至115℃，蒸发成115℃的饱和水蒸汽。

8、上述的蒸汽发生器1内产生的115℃的饱和水蒸汽，经蒸汽管道4输送到酒甑5和6的底部，进入酒甑内加热酒甑内的酒醅，酒醅被加热后蒸发出78.3-100℃左右的酒蒸汽。

9、上述的酒醅被加热后蒸发出78.3-100℃左右的酒蒸汽，经过酒汽管道7和8进入冷酒器的酒汽潜热回收段19和10，酒汽在酒汽潜热回收段内被冷凝成55-56℃左右的酒液，并将热量交换给从热回收机组31和32输送过来的水源水，使水源水的温度升高，温度升高后的水源水通过管道回到储热水箱，完成一个水源水循环，同时酒汽所带的潜热和酒液的部分热量，被回收到了储热水箱内，完成了酒汽的潜热回收。

10、上述的酒汽在酒汽潜热回收段19和10内被冷凝成55-56℃左右的酒液，再流入酒液余热回收段16和12中，酒液余热回收段和酒汽潜热回收段是通过法兰连接在一起的。在酒液余热回收段内，酒液被从软水机9输送过来的低温水冷却至35℃以下，完成蒸馏工艺并进入酒液储罐中。同时，从软水机9输送过来的低温软水，吸收酒液传来的热量后，温度升高到30℃-50℃左右。

11、上述的酒液余热回收段内被加热至30℃-50℃左右的软水，完成了对酒液的余热回收，分别经管道输送到热回收机组31和32的再冷器30和29，在这里与来自直热式蒸汽发生器1的117℃左右的五氟丙烷r245fa液体进行热交换，使软水温度进一步上升至接近115℃的高温软水，该高温软水通过管道送至直热式蒸汽发生器1的补水口2，进入蒸汽发生器用于补充蒸汽发生器内因产生蒸汽而消耗掉的水，同时使从酒液余热回收段16和12中获得的那部分余热，得以充分利用，再生产出了100℃-120℃的饱和蒸汽。

12、本发明的一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统设计，还解决了以下问题：

13、在热回收机组31和32刚开始运行直到蒸汽发生器1产生出115℃蒸汽，并使得酒甑5和6开始蒸发出酒汽之前，系统内是没有废热或余热可以回收利用的，此时储热水箱24中的水温较低，不能满足系统所需的水源水温度在50℃-60℃的运行要求。

14、在热回收机组31和32启动运行时，即使储热水箱24中的水源水温度能满足50℃-60℃的运行要求，但如果蒸汽发生器1中水的初始温度较低，热回收机组31和32也无法正常运行。

15、本发明为了解决上述两个问题，设计了空气源热水机组25、空气源热水泵26和相应的阀门阀件和管路连接，采用空气源热水机组25作为初始热源，这样做的目的是利用空气源热水机组的高能效比特性，可以大大节省能源，比用电加热管或其它热源节能三分之二以上，并且没有二氧化碳排放，使本系统真正做到全方位的节能和环保效果。

16、本发明是通过以下具体方法来解决初始热源问题的：启动热回收机组31和32之前，先关闭蒸汽发生器1下部的补水口2和排污口35的阀门，切断与空气源热水机组25、空气源热水泵26的管路连接；打开储热水箱24与空气源热水机组25、空气源热水泵26管路相连接的阀门；将空气源热水机组的热水温度设定为60℃,启动空气源热水机组，会自动启动空气源热水泵26，对储热水箱中的水进行循环加热，直到储热水箱24中的水温达到60℃时，停止空气源热水机组25和空气源热水泵26。

17、上述空气源热水机组25和空气源热水泵26停机后，关闭储热水箱24与空气源热水机组25、空气源热水泵26相连接的阀门；打开蒸汽发生器1下部的补水口2和排污口35的阀门，使其与空气源热水机组25、空气源热水泵26的管路接通；将空气源热水机组的热水温度设定为75℃，再启动空气源热水机组，会自动启动空气源热水泵26，对蒸汽发生器1中的水进行循环加热，直到蒸汽发生器1中的水温达到75℃时，停止空气源热水机组25和空气源热水泵26。

18、上述空气源热水机组25和空气源热水泵26停机后，重新关闭蒸汽发生器1下部的补水口2和排污口35的阀门，切断与空气源热水机组25、空气源热水泵26的管路连接。再次打开储热水箱24与空气源热水机组25、空气源热水泵26相连接的阀门，将空气源热水机组的控制温度设定为60℃，重新启动空气源热水机组。

19、此后空气源热水机组会在储热水箱24中的水温低于57℃时自动启动，以补充本系统在运行初期时没有足够的余热可回收的情况下，保证蒸汽发生器1能产出足够的蒸汽，供酒甑加热酒醅至产出足够的酒汽。当酒汽潜热和酒液余热的热回收达到系统平衡时，空气源热水机组25将处于待机状态。

20、上述方法还解决了当余热回收不能满系统所需热量时的问题，当余热回收不能满系统所需的热量时，空气源热水机组25和空气源热水泵26会自动启动进行热源补充。

21、本发明的一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统设计，还解决了以下问题：

22、在酒液余热回收段16和12中，对酒液进行冷却的软水流量，正常时主要是对蒸汽发生器1进行补水的水量。在冬季时从软水机9过来的水温比较低，水流量可以满足将酒液冷却到35℃以下的要求。但在夏季高温季节时，当从软水机9过来的软水水温较高时，水流量不能满足将酒液冷却到35℃以下时，本发明还设置了电磁阀22和自力式压力控制阀23来解决这一问题。

23、本发明是通过以下具体方法来解决将酒液冷却到35℃以下的问题的：当plc检测到酒液余热回收段16和12中酒液出口15和12温度高于35℃时，自动开启电磁阀22，使部分软水流进储热水箱中，增大进入酒液余热回收段16和12的软水流量，将酒液冷却到35℃以下。

24、本发明设置的自力式压力控制阀23，目的是当电磁阀22开启后，自力式压力控制阀23可以自动调节阀前的压力，保证阀前压力始终高于给蒸汽发生器1进行补水所需的最小压力，在有效冷却酒液的同时，还能继续对蒸汽发生器1进行补水。

25、本发明的一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统，还解决了以下问题：

26、在酒汽潜热回收段19和10中回收的热量超过系统所需时，储热水箱24内的水温将不断上升，当该温度超过63℃时，plc也会开启电磁阀22，向储热水箱中注入低温水，以降储热低水箱内的温度。

27、储热水箱24中的热水还可供给酿酒工人的洗浴用水或其它用途，当储热水箱内的水位低于设定值时，也会自动打开电磁阀22对储热水箱进行补水。

28、本发明的一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统中，酒汽潜热回收段19和10的酒汽入口处装有温度传感器，plc能自动判断酒汽潜热回收段19和10是否处于工作中，如果酒汽潜热回收段19或10没有工作时，plc会自动关闭电磁阀18或电磁阀14，以切断对应的酒液余热回收段的低温软水，保证给蒸汽发生器1补水的水温不会受到影响。

29、本发明的一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统中，plc可以通过检测热回收机组（或模块）是否运行，来控制来自电磁阀28和27的开或关，从而使来自酒液余热回收段16和12的软水只进入运行中的热回收机组（或模块）的再冷器，从而保证进入蒸汽发生器1的补水温度始终处于较高值。

30、本发明专门设计了用于酿酒蒸馏工艺的一种用于五氟丙烷r245fa的直热式蒸汽发生器，其特征是采用了蚊香形式盘绕的换热器，可以对应多个独立的以五氟丙烷r245fa为热媒的热回收系统。该蒸汽发生器顶部安装有耐高温的电容式液位计，温度探头盲管、压力变送器和安全阀。其中电容式液位计具有精度高、不受水蒸发时气泡对水位的影响，自带水位显示并可向plc输出4-20ma的信号，用于水位控制。温度探头盲管内安装有pt100温度传感器，用于热回收机组的目标温度控制。压力变送器用于压力监视，自带压力显示并可向plc输出4-20ma的信号，用于压力监视和报警。安全阀作为最后一道安全保护装置，保证设备不会超过安全压力运行，保护设备和人员的安全。该蒸汽发生器的补水口还安装有止回阀3，目的是防止补水压力低于蒸汽发生器内的压力时出现高温水倒流进补水管内。

31、本发明专门设计了用于酿酒蒸馏工艺的一种用于热回收的冷酒器，其特征是由酒汽潜热回收段和酒液余热回收段组成，酒汽潜热回收段和酒液余热回收段都用316l不锈钢管作为换热管，采用倾斜向下盘曲缠绕的方式，可按顺时针或逆时针方向盘绕，以保证酒液能完全顺利地流出冷酒器，不会产生酒液积留。

32、本发明提供的一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统，实际运行效果良好，充分回收利用了传统酿酒工艺中的废热，使得废热得以循环利用，不向外排放冷却水、二氧化碳和燃烧产生的有害气体，大大节约了不可再生能源和水资源，达到良好的节能减排和环境保护的效果。该系统比电锅炉节能50%以上，在有废热的地方，可以部分或完全替代电锅炉或燃煤、燃气和燃生物质蒸汽锅炉，能起到很好的环境保护、节能减排和减少碳排放的作用，并带来可观的经济效益和社会效益。

33、图 1 是本发明一种酿酒蒸馏工艺的蒸汽和热回收系统的示意图。