CN109595956A - 啤酒厂热能回收利用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种啤酒厂热能回收利用系统，包括储能液罐，至少一个第一换热装置，至少一个第二换热装置，其中，储能液罐含有至少一个高温上端口和至少一个低温下端口，储能液罐中储存用于吸收和释放热能的储能液；储能液通过第一换热装置吸收来自二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水中的一种或几种释放的热量，并通过第二换热装置将热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液、杀菌机喷淋热水中的一种或几种。本发明还提供一种啤酒厂热能回收利用的方法。通过上述的热能回收利用系统及方法，充分回收了可利用的热能，并用于需要热能的装置中，节约了能源的消耗，提高了能源的利用率，也减少了对环境的污染。

Description

啤酒厂热能回收利用系统及方法

技术领域

本发明涉及一种热能回收利用系统及方法，特别涉及一种关于啤酒厂的热能回收利用系统及方法。

背景技术

啤酒厂是能源消耗的大户，能源消耗是工厂业绩考核的主要指标。从最初啤酒的酿造到包装的整个生产流程中，需要供热系统为一些装置提供热源，同时一些装置也会在生产过程中释放出大量的热量，若这些释放的热量直接排出没有被收集利用，无疑是一种资源浪费。

专利号CN200820082858.7的实用新型专利介绍了一种麦汁灌到热水杀菌回收系统，包括通过管道依次相连的沉淀槽、加热用热交换器、热水杀菌泵、热水罐，沉淀槽通过热麦汁管道与冷却用热交换器相连，冷却用热交换器的另一端通过冷麦汁管道与发酵罐区的所有发酵罐相连，发酵罐区末端的冷麦汁管道上连接有排出管，所述排出管与热水回收罐的进水管相连，热水回收罐的出水管与所述的热水罐到热水杀菌泵之间的管道相连。热水杀菌时，打开热水回收罐的出水阀门与热水杀菌泵连通开始杀菌，一直到发酵罐区的麦汁管道末端，杀菌热水经排出管、热水回收罐的进水管流入热水回收罐中被收集起来，形成一个闭路循环杀菌系统，结束后全回到热水回收罐，供下一次杀菌所用。该实用新型将杀菌用的热水回收再利用，节约水资源并且减少了能源消耗。然而该实用新型仅能将收集的热水再次用于杀菌，回收应用范围有限。对于整个啤酒生产设备而言，还有许多设备所释放的热能有待收集，并且如何将收集的热量广泛应用到合适的设备中，也是需要考虑的问题。

把产生的多余热能有效回收利用是一个系统性工作。蒸汽消耗是啤酒厂的主要能源消耗之一，酿造车间的蒸汽消耗约占全厂总汽耗的40％，包装车间的蒸汽消耗约占60％。酿造车间蒸汽消耗大部分是可以回收的，如何回收这些热能，回收的热能将如何利用是目前需要解决的技术问题。寻找合适的待回收设备，将热能进行高效的回收，并将热能应用在合适的设备中，从而提高啤酒厂的热能利用效率，降低啤酒厂整体能源消耗量，是一项意义重大的研究项目。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种啤酒厂热能回收利用系统，实现对啤酒厂中主要的能量消耗点的热能回收和利用。

本发明提供一种啤酒厂热能回收利用系统，包括：至少一个储能液罐，至少一个第一换热装置，至少一个第二换热装置，其中，储能液罐含有至少一个高温上端口和至少一个低温下端口，储能液罐中储存用于吸收和释放热能的储能液；第一换热装置与储能液罐的高温上端口和低温下端口相连，储能液从低温下端口流出，经第一换热装置后再从高温上端口流入储能液罐中，储能液通过第一换热装置吸收来自二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水中的一种或几种释放的热量，二次蒸汽为煮沸锅中被加热的麦汁产生的蒸汽，高温麦汁为从回旋沉淀槽中打出的拥有较高温度的麦汁，一次蒸汽冷凝水为加热煮沸锅所用的一次蒸汽凝结后的高温水；第二换热装置与储能液罐的高温上端口和低温下端口相连，储能液从高温上端口流出，经第二换热装置后从低温下端口流入储能液罐中，储能液通过第二换热装置将热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液、杀菌机喷淋热水中的一种或几种。

本发明提供的啤酒厂热能回收利用系统，实现了对啤酒生产车间中主要产热装置的热能回收，并将收集的热能应用于啤酒厂生产车间中的其他需要热能的装置。其中储能液罐含有高温上端口和低温下端口，在热能回收过程中，低温下端口的储能液相对于高温上端口的储能液来说温度较低，可用于对产热装置释放的热能进行吸收，生成温度较高的储能液后从高温上端口返回到储能液罐中；在热能利用时，高温上端口的储能液相对于低温下端口的储能来说温度较高，可用于对啤酒厂运行车间中需要热能的装置进行加热，生成温度较低的储能液后从低温下端口返回到储能液罐中。如此，储能液通过上述两种循环路径完成了对热能的吸收和释放，且储能液只作为热能介质，可一直循环使用，这样可保证生产物料的用水不被污染，又防止换热器的结垢，减少清洗频次。此外，让吸收热能后的储能液从高温上端口进入储能液罐中，让释放热能后的储能液从低温下端口进入储能液罐中，使得储能液罐中上部分温度较高，下部分温度较低，不易造成储能液罐中不同高度下储能液的热量交换，有利于储能液罐中储能液温度的分层。若上下相反设置，即储能液罐中下部分的储能液温度较高，上部分温度较低，则下部的高温区热量易向上传送，易导致罐体内部的温度混合。

该热能回收利用系统连接第一换热装置与第二换热装置，其中第一换热装置和第二换热装置都可包含多种换热装置。啤酒厂中的煮沸锅用来对过滤后的麦汁进行加热，加热后的麦汁会产生二次蒸汽，二次蒸汽热能较高，可利用储能液对二次蒸汽中的热量进行吸收。煮沸的加热源例如为电加热、蒸汽加热等，当选用蒸汽加热时，加热源称为一次蒸汽，一次蒸汽加热麦汁后会形成一次蒸汽冷凝水，该冷凝水的温度也较高，可作为待回收的热源。加热后的麦汁在进入回旋沉淀槽中，此部分的麦汁温度较高，并且为了后序的发酵工序，此部分的麦汁需要冷却，通过麦汁预冷却器将储能液与该麦汁进行热交换，不仅回收了热能，还能完成对麦汁的冷却，提高了生产车间的工作效率。本发明为回收后的热能提供了较多的应用装置，例如可对麦汁进行预加热，对需要的生产水进行加热，CIP装置的加热，糖浆的加热以及应用在洗瓶机和杀菌机中。实际操作中可根据储存的热量灵活调整应用于以上装置中的一种或几种。其中CIP装置指的是原位清洗装置。

当储能液罐选择全部吸收二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水中的热能，并将吸收的热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液和杀菌机喷淋热水中，可实现啤酒厂中主要热能的零排放，完成了吸收的热能的最大化与利用热能的最大化。

进一步地，高温上端口和/或低温下端口连接有均衡分配器，储能液从高温上端口和/或低温下端口进入均衡分配器，通过均衡分配器使得储能液在同一高度的不同方向进入储能液罐中。均衡分配器的设置可以让流回储能液罐的储能液平均分配到储能液罐同一高度的不同位置处，有利于储能液罐内同一高度下储能液的温度均衡。

进一步地，储能液罐中的储能液为水。优选储能液罐中的储能液为RO水。RO水是经过反渗透的去离子水，应用RO水可以避免长时间使用下由于换热器及相关设备结垢造成的换热效率降低，另外可以非常显著地减少清洗频次。

进一步地，高温上端口和所述低温下端口之间设有多个测温装置。

进一步地，高温上端口流入的所述储能液的温度在90-99℃，所述低温下端口流入的所述储能液的温度在70-80℃。

进一步地，在储能液的流通管道上安装流量调节装置，用于控制参与热量交换的储能液在管道中的流量。优选流量调节装置包括调节阀和/或变频泵。

进一步地，在储能液的流通管道上安装测温装置。

进一步地，在储能液的流通管道上安装流量计。

进一步地，还包括至少一个蒸汽加热器，蒸汽加热器连接储能液罐中的高温上端口，用于加热从高温上端口流出的储能液。蒸汽加热器的使用可对储能液罐进行能量补充，避免储能液温度过低使得储能液释放热能的过程中加热效率降低。储能液罐在系统中大多情况下较为稳定，有时因为偶然因素，会使得从高温上端口流出的储能液温度较低，为保证整个系统中储能液温度稳定，可使用蒸汽加热器加热，补充少量蒸汽来提高储能液的温度。

进一步地，上述热能回收利用系统还包括二次蒸汽冷凝水换热器，二次蒸汽冷凝水通过二次蒸汽冷凝水换热器加热酿造水，二次蒸汽冷凝水为二次蒸汽与储能液交换热量后形成的冷凝水。煮沸锅中释放的二次蒸汽通过二次蒸汽冷凝器与储能液热交换后成为二次蒸汽冷凝水，该冷凝水的温度仍然较高，与常温的酿造水交换热量，可进一步降低二次蒸汽冷凝水的温度，在该冷凝水排放时进一步减少热能的排放以及对环境的影响，同时经加热后的酿造水流入热水罐中作为生产水使用，实现了对热能的进一步的收集和利用。

进一步地，还包括麦汁二次冷却器，高温麦汁经过冷却后形成一次冷却麦汁，一次冷却麦汁通过麦汁二次冷却器加热酿造水。高温麦汁通过麦汁一次冷却器与储能液热交换后，其温度仍然很高，与酿造水热交换后，可使麦汁温度进一步降到常温，并为啤酒厂提供生产热水，提高了热能的使用效率。

本发明还提供一种啤酒厂热能回收利用的方法，利用热能回收利用系统对啤酒厂生产过程中释放的热能进行吸收、储存和利用，热能回收利用系统包括至少一个储能液罐，至少一个第一换热装置，至少一个第二换热装置，储能液罐含有至少一个高温上端口和至少一个低温下端口，将储能液储存于储能液罐中用来吸收和释放热能，该方法包括：热能回收过程，让储能液从低温下端口流出，经过第一换热装置吸收二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水中的一种或几种释放的热量，之后从高温上端口流入储能液罐中，将热能回收储存，二次蒸汽为煮沸锅中被加热的麦汁产生的蒸汽，高温麦汁为从回旋沉淀槽中打出的拥有较高温度的麦汁，一次蒸汽冷凝水为加热煮沸锅所用的一次蒸汽凝结后的高温水；热能利用过程，让储能液从高温上端口流出，经过第二换热装置将回收的热量释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液、杀菌机喷淋热水中的一种或几种，再从低温下端口流入储能液罐。

进一步地，在高温上端口和低温下端口之间设置多个测温装置，利用测温装置观察储能液罐中的温度分布情况，判断储能液罐中热量存储情况，并根据储存热量的多少选择吸收二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水中的一种或几种释放的热量，并选择性地将热量释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液、杀菌机喷淋热水中的一种或几种。

进一步地，在储能液的流通管道上安装流量调节装置和测温装置，利用调节装置控制参与热量交换的储能液的流量，利用测温装置测量参与热量交换前后的储能液的温度，热能回收利用的方法还包括，设定高温范围和低温范围，通过流量调节装置的流量控制和测温装置的温度检测，使得储能液在热能回收过程中进行吸热后的温度处于高温范围，储能液在热能利用过程中进行放热后的温度处于低温范围。优选将高温范围设为90-99℃，低温范围设为70-80℃。

进一步地，在储能液的流通管道上安装流量计，利用流量计测得储能液参与热交换的流量，并根据测温装置测得的温度计算储能液热能的回收量和利用量。

本发明提供的啤酒厂热能回收利用系统及方法，充分回收了可利用的热能，并充分用于需要使用热能的装置中，大大节约了能源的消耗，提高了能源的利用率，也减少了对环境的污染。

附图说明

下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为啤酒厂热能回收利用系统的连接示意图；

图2为储能液罐的结构图；

图3为储能液罐与二次蒸汽冷凝器连接的系统示意图；

图4为储能液罐与麦汁预冷却器连接的系统示意图；

图5为储能液罐与一次蒸汽冷凝水换热器连接的系统示意图；

图6为储能液罐与麦汁预热器连接的系统示意图；

图7为储能液罐与热水加热板换热器连接的系统示意图；

图8为储能液罐与加热夹套连接的系统示意图；

图9为储能液罐与洗瓶机和杀菌机连接的系统示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

图1为啤酒厂热能回收利用系统的连接示意图。如图所示，本实施例中储能液罐1的顶部设有高温上端口11，底部设有低温下端口12，第一换热装置连接高温上端口11和低温下端口12，第二换热装置连接高温上端口11和低温下端口12。高温上端口和低温下端口可以为多个，本实施例采用一个高温上端口和一个低温下端口，与高温上端口和低温下端口连接的储能液的进出管为多孔管，这样的设置便能实现高温上端口或低温下端口的储能液既能流出也能流入储能液罐1。本实施例可采用三面开孔的多孔管，进一步地，让储能液罐在管内的流速控制在1.5m/s以下。另外，优选进出管上的开孔的总截面大于进出口管截面积，进一步地，其开孔总截面大于进出口管截面积的1.8倍以上，可以最大限度减少流体扰动。第一换热装置和第二换热装置分别至少为一个，即可以将热能回收利用系统中的产生热能的部分通过一个第一换热装置与储能液交换热量，将储能液通过一个第二换热装置将热能释放给需要热能的部分。本实施例选择多个第一换热装置和多个第二换热装置。连接的第一换热装置有二次蒸汽冷凝器、麦汁一次冷却器，一次蒸汽冷凝水换热器。第二换热装置有麦汁预热器、热水加热板换热器、CIP加热板换热器、加热夹套、洗瓶机换热器、杀菌机换热器。热能回收过程，储能液从低温下端口12流出通过第一换热装置吸收二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水的热能，吸收热量后的储能液从高温上端口11返回到储能液罐中。热能利用过程，储能液从高温上端口11流出通过第二换热装置将热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液、杀菌机喷淋热水中，释放热量后的储能液从低温下端口12返回到储能液罐1中。如此，完成了系统中热能的回收与利用过程。

如图2所示为储能液罐1的结构示意图。为减少对流，将储能液罐1的上部存放较高温度的储能液，下部存放较低温度的储能液，中间为混合区，不同温度的储能液在储能液罐内为层状分布。本实施例优选将储能液罐设置为瘦高状，有利于罐内不同温度的储能液分层，优选储能液罐的高径比为4:1～5:1。进一步地，储能液罐1的上部有一个小的平衡罐16，与储能液罐中的大罐通过一个小孔连接，用于防止热能散失以及有效液位的精确控制。操作人员可通过爬梯17到达平衡罐16的高度进行观察液位等信息。进一步地，高温上端口和/或低温下端口连接有均衡分配器，储能液从高温上端口和/或低温下端口进入均衡分配器，通过均衡分配器使得储能液在同一高度的不同方向进入储能液罐中。例如如图2中所示的分配管13和分配管14，两个分配管上均有多个孔结构，例如多个网孔。储能液经过热能回收后流入高温上端口，进而通过分配管13，从分配管13的多个网孔中流入储能液罐1中并与储能液罐中已有的储能液混合。分配管14作用与原理相同。通过分配管13和分配管14可以让储能液在分配管13和分配管14的不同位置处流出并流入储能液罐同一方向的不同位置处，有利于储能液罐中储能液在同一高度下不同空间的温度保持均衡，促进储能液罐中的储能液在不同高度下的温度分层。同时，当需要取用储能液时，从高温上端口和低温下端口流出的储能液能保持一致的温度参与热能交换。

进一步地，本发明的具体实施例中在储能液罐1的不同高度位置处设置有测温装置，例如温度传感器15，可以检测出不同高度下储能液的温度。实际操作中可根据温度传感器15了解储能液罐1中储能液的温度分布情况，进而了解热量的储存情况，并根据储能液罐1中热能的多少选择将热能释放给上述吸收热能装置中的一种或几种。

进一步地，优选高温上端口11流入的储能液的温度在90-99℃的范围内，优选低温下端口12流入的储能液的温度在70-80℃的范围内。即控制热能回收过程中储能液在吸热后的温度为90-99℃，在热能利用过程中储能液在放热后的温度为70-80℃。进一步地，控制储能液吸收热能后温度为97℃，控制储能液释放热量的温度在77℃。具体地，可通过流量调节装置调节参与热量交换的储能液的流量，进而使得参与热量交换后的储能液温度恒定。

本发明可以将能够吸收和释放热能的液态介质作为储能液，在以下各实施例中选择水作为储能液，进一步优选为RO水。以下对于实施例的描述中储能水即为进行热能回收和利用的储能液。将从低温下端口流通的储能水称为低温储能水，将高温上端口流通的储能水称为高温储能水。

为了更清楚地描述本发明关于啤酒厂热能回收利用系统中各部件的结构与连接情况，以下各实施例将分别具体介绍储能液罐与各个换热装置的连接情况以及热能的回收利用过程。

图3为储能液罐与二次蒸汽冷凝器连接的系统示意图，用于回收二次蒸汽释放的热量。该系统包含煮沸锅22和煮沸锅23，第一换热装置为二次蒸汽冷凝器21，实际应用中可根据具体需求安排煮锅的数量。煮沸锅里的压力可以根据工艺需求设定所需控制的压力范围(0mbar～500mbar)，当压力设定为0mbar时即为常压煮沸，带压煮沸常用于高海拔地区，用来克服高海拔所带来的麦汁沸点低的情况。带压煮沸通过提高煮沸过程的锅内压力，从而提高煮沸过程的麦汁温度，使煮沸的蒸发强度提高，而且对流强烈、煮沸时间可相应缩短等，既可以提高煮沸效果又可以节约蒸汽。

煮沸锅22和煮沸锅23在煮沸麦汁过程中，二次蒸汽从排气筒经过蝶阀24和25进入二次蒸汽冷凝器21，蝶阀24和蝶阀25分别控制煮沸锅22和煮沸锅23的蒸汽排放，此图2所示为两台煮沸锅共用一台二次蒸汽冷凝器21，所以两台煮沸锅同时只能有一台在使用热能回收，在这实际生产中基本上也不会出现两台煮沸锅同时煮沸的情况，生产上也是完全可以避开的。当然两台煮沸锅也完全可以分别单独配置一套热能回收，本实施例只是列举其一来描述。其中，二次蒸汽冷凝器21例如可以是列管式换热器。

煮沸锅22开始煮沸，阀门24打开，阀门25关闭，二次蒸汽进入二次蒸汽冷凝器21的壳程中；在煮沸开始的同时，储能液罐1的底部77℃的低温储能水通过变频控制的泵26从低温下端口12流出进入二次蒸汽冷凝器21的管程，高温的二次蒸汽和低温储能水在二次蒸汽冷凝器21内部进行热能交换，二次蒸汽变成冷凝水从二次蒸汽冷凝器21的底部排出，低温储能水被加热为高温储能水从高温上端口11流回到储能液罐1的上部高温区。煮沸过程工艺对麦汁温度有一定的要求，不同的麦汁温度对应一定的压力，煮沸锅22内压力的控制通过变频的泵26来精确调节，为了调节速度更快，辅以同步控制冷凝器出口的调节阀27来更快速的调节煮沸锅22内部的压力。在储能液罐1与二次蒸汽冷凝器21之间设有测温装置28用来测量吸收二次蒸汽热量后储能水的温度，测温装置29用来测量交换前储能水的温度。变频泵26作为流量调节装置，控制参与交换热量的储能水的流量，也可以采用调节阀或者调节阀与变频泵结合的方式控制吸收热量后的高温储能水的温度保持在97℃左右。

进一步地，二次蒸汽冷凝水的温度也很高，同时带有较多的闪蒸汽，二次蒸汽冷凝水从冷凝器底部出口经过二次蒸汽冷凝水换热器211后排放，二次蒸汽冷凝水换热器211可以是板式换热器。在煮沸开始时，同步打开酿造冷水供应调节阀212，调节阀212可以调节换热器出口热水的温度TT1，常温的酿造冷水被加热成85℃的酿造热水回热水罐67(如图6所示)以作为生产水使用，高温的二次蒸汽冷凝水被换热成30℃的常温水排出。

图4为储能液罐与麦汁一次冷却器连接的系统示意图，用于回收高温麦汁释放的热量，第一换热装置为麦汁一次冷却器。煮沸后的高温麦汁具有较高的显热可以回收利用。回旋沉淀槽中的麦汁在冷却前的温度有98℃左右。本实施例中高温麦汁采用两段式冷却方式，包含麦汁一次冷却器31和麦汁二次冷却器35，上述两种冷却器可以为板式换热器。高温麦汁先通过第一段冷却将热能传递给储能水，麦汁被一次冷却到85～88℃，形成一次冷却麦汁，低温热能水被换热到92～95℃；第二段再用冰水去冷却，一次冷却麦汁被继续冷却到7～11℃，冰水被一次冷却麦汁加热到78℃以上。这样既可以减少冰水的消耗量，防止产生过多富余的热水，又能将热麦汁中多余的热量储存于储能水中供其他装置使用。

麦汁冷却开始时，从回旋沉淀槽(图中未示出)打出的98℃左右高温麦汁，通过阀32进入麦汁一次冷却器31，同时储能液罐1的78℃低温储能水通过泵送入麦汁一次冷却器31，高温麦汁和低温储能水在麦汁一次冷却器31中进行热交换，麦汁被冷却到85～88℃，低温储能水被加热到95℃形成高温储能水回到储能液罐1中，预冷却过程主要是通过管道上的调节阀33来控制麦汁出口温度，测温装置34用来检测麦汁出口温度。进一步地，一次冷却后的麦汁进行第二段冷却。麦汁二次冷却器35通过冰水(例如2～3℃)将一次冷却麦汁进行冷却到工艺要求温度，麦汁冷却后的最后温度是通过冰水进管路上的调节阀36或冰水泵37来变频调节控制的，测温装置38测量麦汁冷却后的温度。冰水被加热到80℃回到热水罐67(如图6所示)作为生产水使用。麦汁冷却产生的热水是啤酒厂最主要的酿造工艺用水来源。

图5为储能液罐与一次蒸汽冷凝水换热器连接的系统示意图，用于回收一次蒸汽冷凝水释放的热量，本实施例中第一换热装置为一次蒸汽冷凝水换热器。选用一次水蒸汽作为热源，在煮沸锅22在煮沸过程中，一次蒸汽加热煮沸锅后形成一次蒸汽冷凝水，一次蒸汽冷凝水通过疏水阀45输出，进入一次蒸汽冷凝水换热器41，与同时进入一次蒸汽冷凝水换热器41的低温储能水换热，99℃的一次蒸汽冷凝水被降温到83℃，再送到蒸汽冷凝水罐44以备后续工序使用。通过调节阀42控制储能水的进入量，测温装置43测定加热后的储能水的温度，78℃的储能水被加热到95℃以上回到储能液罐的高温区。

在煮沸过程中，一次蒸汽冷凝水的温度较高且带有一定压力，在输送过程及排放到常压罐时会产生的大量二次闪蒸汽，将该一次蒸汽冷凝水的热量传递给储能水进行储存，可以减少一次蒸汽冷凝水闪蒸和散热，避免热能的浪费。

以上是关于储能水对热能进行回收系统以及热能回收过程的描述，下面介绍啤酒厂中对热能利用过程。

图6为储能液罐与麦汁预热器连接的系统示意图，用于将高温储能水的热量释放给过滤麦汁，其中麦汁预热器为第二换热装置。过滤槽过滤出的麦汁温度一般在73～75℃，在投入煮沸锅煮沸前可以先对其进行预加热。储能液罐1与麦汁预热器51进行连接，从过滤槽过滤出的麦汁通过麦汁预热器51与高温储能水进行热交换，将高温储能水的热量传递给麦汁。麦汁吸热后进入煮沸锅进行煮沸，放热后的储能水变成70-80℃范围的低温储能水从低温下端口12返回到储能液罐1的底部。通过高温储能水对麦汁进行预加热，有效节约煮沸加热阶段的一次蒸汽消耗。

由于上述实施例中高温储能水的温度控制在90-99℃的范围，因此在与过滤后的麦汁交换热量后预热后的麦汁往往不能达到接近沸点的温度。举例来说，采用将90-99℃的高温储能水与麦汁换热后麦汁会预热到92℃，若将该温度下的麦汁直接进入煮沸锅，这麦汁在煮沸锅内还有一个较长的升温阶段。煮沸锅内在升温阶段时内加热器容易结垢，因此内加热器需要频繁清洗。

为了进一步提高预热后麦汁的温度，可设置蒸汽加热器52。如图5所示，打开麦汁路径的阀门53、阀门54，同时打开储能水流通路径的阀门55、阀门56，打开蒸汽供阀门57和阀门58。首先蒸汽对从储能液罐1中流出的97℃的高温储能水通过蒸汽加热器52进行加热，通过调节阀门58控制加热后的高温储能水温度进一步上升至103℃，将103℃的高温储能水与麦汁通过麦汁预热器51进行热交换，通过调节阀门56控制麦汁出口温度上升至98℃，将预加热好的98℃的麦汁进入煮沸锅中进行煮沸。本实施例也可以不用蒸汽对97℃的高温储能水进行加热，可将97℃的高温储能水与73～75℃的麦汁换热，将麦汁加热到92℃，之后让蒸汽通过蒸汽加热器直接对该加热后的麦汁进行进一步的加热，使得麦汁温度达到98℃左右，也能达到相同的效果。将麦汁预热到接近沸点温度可以节约煮沸锅内升温时间，同时有效减轻了内加热器结垢情况，减少了清洗次数，延长了内加热器的使用时间。

图7为储能液罐与热水加热换热器连接的系统示意图，高温储能水的热量通过热水加热换热器作为第二换热器释放给酿造水。通过储能液罐1中的高温储能水来制备热水作为生产水用。打开阀门62、阀门63、阀门64，再打开泵65和泵66，常温的酿造水通过热水加热换热器61被97℃的高温储能水加热到80℃进到热水罐67作为生产水，通过调节阀63来控制常温酿造水的量使热水换热器61出口的热水温度保持稳定，且高温储能水释放热量后变为77℃的低温储能水，测温装置68测定热水换热器61出口的热水温度，释放热量后的低温储能水从低温下端口12进入储能液罐1底部。

对于CIP装置中CIP液的加热，其连接系统与上述酿造水的加热系统相同，利用CIP加热板换热器(第二换热装置)实现CIP液与储能水的热量交换。糖化在生产过程中，生产水和CIP液的使用非常频繁且用量较大，用储能水来加热酿造水是替代传统的蒸汽加热的较好方式。热水和CIP液的工艺要求使用温度在80～85℃，生产热水在97℃左右的高温储能水通过热水加热板换热器把常温的酿造水加热到80℃以上，也可以循环加热热水罐热水，同样的方式也可以用于CIP液的加热。

图8为储能液罐与加热夹套连接的系统示意图，用于将高温储能水的热量释放给糖浆。糖浆罐72外侧套有加热夹套71，当糖浆罐温度降低到设置值温度，程序自动开启糖浆加热，打开阀门73、阀门74、泵75，高温储能水进入糖浆罐72的加热夹套71(第二换热装置)进行换热，通过泵75变频控制储能水出口温度在77℃左右，当糖浆罐的温度达到工艺要求设定温度时，程序自动停止加热。

糖浆在存储罐中存放几天后温度会降低，粘度变大，不利于输送，所以需要升温来降低糖浆粘度。用储能水代替传统的使用蒸汽进行加热和保温的方式，能有效避免蒸汽加热产生的焦糊及控制不稳定的缺点，同时节约蒸汽消耗，设备投入较少。

图9为储能液罐与洗瓶机和杀菌机连接的系统示意图，用于将高温储能水的热能释放给洗瓶机碱液和杀菌机喷淋热水。洗瓶机和杀菌机属于包装车间，储能水供给包装车间的路径上的泵阀等设备一般都由包装车间来控制，洗瓶机和杀菌机可以同时使用储能液罐1中的储能水进行热量交换。如图9所示，洗瓶机换热器81与杀菌机换热器82为第二换热装置，其都与储能液罐1连接。当洗瓶机或杀菌机需要使用时，程序自动判断条件是否满足，在整个热能系统满足使用条件时，程序启动。洗瓶机启动储能水加热，路径上阀门83、阀门84、阀门85打开，泵86开启，泵86控制供水总管压力，总管压力可由压力传感器816测得。洗瓶机储能水进口调节阀85根据工艺要求控制洗瓶机碱液喷淋温度，其温度可通过测温装置89观察到。当杀菌机启动储能水加热时，路径阀门83、阀门87、阀门88打开，泵86启动恒压供水，杀菌机进口调节阀88自动调节开度来控制杀菌机喷淋热水的温度，其温度可通过测温装置811观察到。

在糖化车间在生产时，高温储能水水温一般在97℃以上，能满足包装的热能需求，在糖化生产间歇时，储能液罐1温度会降低，为保证供包装用的高温储能水温度稳定，可使用蒸汽加热器810加热，补充少量蒸汽来提高储能水的温度。测温装置812测量储能水的出口温度，程序自动判断，若储能水出口温度低于设定97℃，阀门817打开，阀门83关闭，蒸汽调节阀818打开，自动调节控制储能水出口温度。

热能回收的同时必须要保证回收热能的有效利用，糖化车间产生大量的热能在使用不完时需要及时供给发酵车间、包装车间等其他车间使用。将储能水以恒压的方式送至包装车间，与包装洗瓶机、杀菌机的碱液或热水进行热能交换，减少蒸汽的消耗。

储能水到包装车间的供给泵(可以采用两台泵)根据压力变频控制，在供包装车间储能水总管上安装蒸汽加热器810，保证在储能液罐来的储能水温度不足时可以加热满足包装车间正常使用。此种设计主要考虑在糖化车间停产时热能不足的情况下，储能液罐的温度降低而影响包装车间使用。同样也可以在储能水流通的分支管道中安装蒸汽加热器用来加热储能水，之后再让储能水的热能释放给啤酒厂中相应的设备中。

本发明提供的啤酒厂热能回收利用系统及方法，大大节约了能源的消耗，提高了能源的利用率，也减少了对环境的污染。以100m³/锅糖化为例，每锅回收热能用于麦汁预热的热量Q为236.9万大卡。此热能如果由生蒸汽提供，则煮沸每批料耗生蒸汽量M：(设饱和蒸汽压力为3bar，则汽化潜热q为511.1kcal/kg)

M＝Q/q＝2369000/511.1＝4635(kg)

按每天12锅，每年300天计算，全年可节约蒸汽16686吨。以150元/吨蒸汽计算，全年可节约人民币约250万元。煮沸过程回收的热能多余部分还用于其他途径，也能节约较多的热能，因此使用本发明的热能回收利用系统的经济效益十分可观。

此外，采用上述热能回收利用系统该将例如麦汁煮沸过程产生的二次蒸汽被换热冷凝下来不再排入大气，不仅保护环境，还能提高企业经济效益和社会效益，属于节能环保的新技术。

以上是利用热能回收利用系统对啤酒厂中涉及的热能的回收、储存以及将热能释放给啤酒厂中需要热能的设备的具体介绍。实际操作中啤酒生产的过程往往是连续不断的，上述关于热能产生和消耗也是连续不断的，因此储能液罐1中会不断有储能水的流入和流出，储能水对热能的回收和利用也是同时进行的。若储能水回收的热量较多，且利用较少，会使得储能液罐中储能水的温度越来越高，直到热能充满就无法再对热能进行吸收；相反若储能水回收的热量较少，则不能满足对上述所有需要热能的设备进行加热，并且对储能液罐中储存的热能的过多消耗也会导致储能液罐中储能水温度降低。因此，需要对热能的回收和利用进行合理的分配。

如上所述，在储能液罐的不同高度位置处设置多个温度传感器15，由于储能液罐1中储能水的温度在储能液罐中的高度方向上会出现分层，通过观察不同高度下储能液罐中的储能水的温度，可以实时掌握储能液罐中热能的储存情况。若储能水的高温区不断向下扩大，低温区逐渐缩小，则储能液罐中能量储存增多，可以选择将热能释放给更多的需要热能的设备中或者减少热能的回收；若储能水的低温区不断向上扩大，高温区逐渐缩小，意味着储能液罐中能量消耗增多，可以选择减少储能液罐中热能的释放或者增加热能的回收。

进一步地，本实施例通过在储能水流通的管道上安装测温装置和流量控制装置，并设定高温范围和低温范围，调节储能水参与热量交换的流量，使得储能水吸热后温度保持在高温范围，放热后储能水的温度在低温范围，使得储能液罐1的高温上端口11流入的储能水在高温范围，在低温下端口12流入的储能水在低温范围。这样可以让储能水在储能液罐1中从上到下实现温度分层，从而可根据储能液罐中温度的变化判断出其中的热能的储存情况。也就是说，将温度与热能联系在一起，能够利用温度数值与变化情况方便、直观地推断出热能含量以及热能变化情况。由于上述实施例中提到过滤槽过滤后的麦汁温度在73-75℃，对麦汁预热后的低温储能水的温度一般不会低于预热前麦汁的温度，加上考虑到储能水吸收热能后的温度分布，高温范围与低温范围的设置可根据实际生产车间状况划定，本发明各实施例优选上述高温范围在90-99℃，低温范围在70-80℃，进一步地高温范围可规定为97℃，低温范围规定为77℃。

进一步地，可对图3-9描述的不用热能回收利用情况进行优先级的排序。在热能回收过程中，优先级依次为二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水；在热能利用过程中，优先级依次为过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液、杀菌机喷淋热水。例如当储能液罐中储存的热能不足以对上述所有需要热能的装置供热时，优先选择将储存的热能释放给过滤麦汁，若热能还有富余，则再将热能释放给酿造水，以此次序选择释放热能。当储存的热能充足时，可将热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液和杀菌机喷淋热水。本实施例还会在高温储能水流通的管道上安装蒸汽加热器，防止储能液罐中高温储能水温度较低的情况，让从高温上端口12流出的高温储能水的温度保证在90-99℃的范围。若储存的热能较多，一般会将多余的热能释放给上述所有需要热能的装置，同时减少热能的回收，如上次序，优先回收二次蒸汽的热能，其次根据需要可进一步回收高温麦汁的热能，然后是来自一次蒸汽冷凝水的热能。

进一步来说，在不改变吸收热能含量的情况下，观察温度传感器15的示数，本实施例在储能液罐高度方向自上而下均匀设置五个温度传感器15。由于某些生产条件的变化导致储能液罐1中只有1/5部分的储能水温度在90-99℃，即90-99℃的高温储能水只占储能液罐1的1/5时，优先选择将热能只释放给过滤麦汁；当有2/5的90-99℃高温储能水时，将热能释放给过滤麦汁和酿造水；当含有3/5的90-99℃高温储能水时，将热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液。以此类推，当储能液罐中充满高温储能水时，将热能释放给上述所有需要热能的设备中。在不改变释放热能含量的情况下，若储能液罐中的热能持续增多且未达到平衡状态，可优先只回收二次蒸汽的热能，若储能液罐中还有2/5的空间为低温空间，则增加回收来自高温麦汁的热能，若仍有储存热能的空间，则继续回收来自一次蒸汽冷凝水的热能。上述关于热能回收与利用的选择以及具体数值是本发明其中一种具体实施方式，并不作为对本发明的限制。

更进一步地，以下将以实际操作的一种具体情况为例对热能回收和利用的分配进行描述，但是以下关于具体选择吸收和释放的种类以及具体数值的描述并不作为对本发明的限制。

在储能液罐1高度方向自上而下均匀设置五个温度传感器15，并规定从上到下五个温度传感器依次为第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器。通常情况下当热能吸收较多，储能液罐1中储能水的温度会持续升高，当第五温度传感器显示的温度达到97℃以上时，说明储能液罐1已经无法再储存更多的热能，此时可停止热能的吸收过程；另一方面当第一温度传感器显示的温度在85℃以下时，说明储能液罐1中的热能含量较低，可以选择结束热能的利用过程。当第一温度传感器高于85℃时，可以选择释放热能。例如，在全部吸收二次蒸汽冷凝水、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水的情况下，当第一温度传感器示数高于95℃而第二温度传感器低于95℃时，只将储能水中的热能释放给过滤麦汁；当第二温度传感器高于95℃而第三温度传感器低于95℃时，将热能释放给过滤麦汁和酿造水；当第三温度传感器高于95℃而第四温度传感器低于95℃时，将热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液；当第四温度传感器高于95℃而第五温度传感器低于95℃时，将热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆；当第五温度传感器高于95℃时，将热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液和杀菌机喷淋热水。在第一温度传感器温度低于95℃而高于85℃时，可对过滤麦汁释放热量，由于此时流出的高温储能水温度较低，可利用蒸汽加热器810补充热能，使得高温储能水温度达到90℃以上。

同样也可以固定释放热能的含量不变，对吸收热能进行选择。例如，将储能液罐中热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液和杀菌机喷淋热水的情况下，当第五温度传感器示数低于97℃而第四温度传感器高于97℃时，储能水只吸收来自二次蒸汽的热能；当第四温度传感器示数低于97℃而第三温度传感器高于97℃时，储能水吸收二次蒸汽和高温麦汁的热能；当第三温度传感器示数低于97℃而第二温度传感器高于97℃时，储能水吸收二次蒸汽、高温麦汁和一次蒸汽冷凝水的热能。

上述优先级的选择仅为示例，本领域技术人员也可改变优先级次序。此外，固定全部吸收或释放热能还是固定部分吸收或释放热能也可进行调整。上述热能吸收与利用的合理分配避免储能液罐内部热能过剩或热能紧缺的情况，实现热能回收与利用效率的最大化，有利于生产过程中热能回收与利用的稳定进行。

选择全部回收二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水释放的热能，并将热能全部运用于需要热能的装置中，可实现啤酒厂生产中主要产热装置的利用，极大地节约了热能的消耗，提高了热能的利用率。

为了便于各个车间的能源消耗统计，在储能水供给管道和回水管道上安装电磁流量计，例如如图9所示，流量计814和流量计815分别设置在高温储能水和低温储能水流经的管道上，通过测温装置812和测温装置813测得的温度，了解储能水释放热能前和释放热能后的温度，可根据比热容计算公式，并在了解例如热容等参数的情况下，计算出热能的使用量，同样的方式也可以计算出热能的具体回收值，获得了较为精确的热能流动数据，有利于对生产过程的精确控制以及热能回收与利用的精确匹配，方便实时调整热能回收和利用工艺。

另外，使用储能液罐的数量并不能作为对本发明的限制，对于储能液罐的数量、尺寸等参数可根据实际生产啤酒厂的规模来确定。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (18)

1.一种啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，包括：至少一个储能液罐，至少一个第一换热装置，至少一个第二换热装置，其中，

所述储能液罐含有至少一个高温上端口和至少一个低温下端口，所述储能液罐中储存用于吸收和释放热能的储能液；

所述第一换热装置与所述储能液罐的所述高温上端口和所述低温下端口相连，所述储能液从所述低温下端口流出，经所述第一换热装置后再从所述高温上端口流入所述储能液罐中，所述储能液通过所述第一换热装置吸收来自二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水中的一种或几种释放的热量，所述二次蒸汽为煮沸锅中被加热的麦汁产生的蒸汽，所述高温麦汁为从回旋沉淀槽中打出的拥有较高温度的麦汁，所述一次蒸汽冷凝水为加热煮沸锅所用的一次蒸汽凝结后的高温水；

所述第二换热装置与所述储能液罐的所述高温上端口和所述低温下端口相连，所述储能液从所述高温上端口流出，经所述第二换热装置后从所述低温下端口流入所述储能液罐中，所述储能液通过所述第二换热装置将热能释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液、杀菌机喷淋热水中的一种或几种。

2.如权利要求1所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，所述高温上端口和/或所述低温下端口连接有均衡分配器，所述储能液从所述高温上端口和/或所述低温下端口进入所述均衡分配器，通过所述均衡分配器使得所述储能液在同一高度的不同方向进入所述储能液罐中。

3.如权利要求1所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，所述储能液罐中的储能液为水。

4.如权利要求3所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，所述储能液罐中的储能液为RO水。

5.如权利要求1所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，所述高温上端口和所述低温下端口之间设有多个测温装置。

6.如权利要求1所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，所述高温上端口流入的所述储能液的温度在90-99℃，所述低温下端口流入的所述储能液的温度在70-80℃。

7.如权利要求1-6任一项所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，在所述储能液的流通管道上安装流量调节装置，用于控制参与热量交换的所述储能液在管道中的流量。

8.如权利要求7所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，所述流量调节装置包括调节阀和/或变频泵。

9.如权利要求7所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，在所述储能液的流通管道上安装测温装置。

10.如权利要求9所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，在所述储能液的流通管道上安装流量计。

11.如权利要求1所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，还包括至少一个蒸汽加热器，所述蒸汽加热器连接所述储能液罐中的所述高温上端口，用于加热从所述高温上端口流出的储能液。

12.如权利要求1所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，还包括二次蒸汽冷凝水换热器，二次蒸汽冷凝水通过所述二次蒸汽冷凝水换热器加热酿造水，所述二次蒸汽冷凝水为所述二次蒸汽与所述储能液交换热量后形成的冷凝水。

13.如权利要求1所述的啤酒厂热能回收利用系统，其特征在于，还包括麦汁二次冷却器，所述高温麦汁经过冷却后形成一次冷却麦汁，所述一次冷却麦汁通过所述麦汁二次冷却器加热酿造水。

14.一种啤酒厂热能回收利用的方法，其特征在于，利用热能回收利用系统对啤酒厂生产过程中释放的热能进行吸收、储存和利用，

所述热能回收利用系统包括至少一个储能液罐，至少一个第一换热装置，至少一个第二换热装置，所述储能液罐含有至少一个高温上端口和至少一个低温下端口，将储能液储存于所述储能液罐中用来吸收和释放热能，

所述方法包括：

热能回收过程，让所述储能液从所述低温下端口流出，经过所述第一换热装置吸收二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水中的一种或几种释放的热量，之后从所述高温上端口流入所述储能液罐中，将热能回收储存，所述二次蒸汽为煮沸锅中被加热的麦汁产生的蒸汽，所述高温麦汁为从回旋沉淀槽中打出的拥有较高温度的麦汁，所述一次蒸汽冷凝水为加热煮沸锅所用的一次蒸汽凝结后的高温水；

热能利用过程，让所述储能液从所述高温上端口流出，经过所述第二换热装置将回收的热量释放给过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液、杀菌机喷淋热水中的一种或几种，再从所述低温下端口流入所述储能液罐。

15.如权利要求14所述的热能回收利用的方法，其特征在于，在所述高温上端口和所述低温下端口之间设置多个测温装置，利用所述测温装置观察所述储能液罐中的温度分布情况，判断所述储能液罐中热量存储情况，并根据储存热量的多少选择吸收所述二次蒸汽、高温麦汁、一次蒸汽冷凝水中的一种或几种释放的热量，并选择性地将热量释放给所述过滤麦汁、酿造水、CIP液、糖浆、洗瓶机碱液、杀菌机喷淋热水中的一种或几种。

16.如权利要求14或15所述的热能回收利用的方法，其特征在于，在所述储能液的流通管道上安装流量调节装置和测温装置，利用所述流量调节装置控制参与热量交换的所述储能液的流量，利用所述测温装置测量参与热量交换前后的所述储能液的温度，所述热能回收利用的方法还包括，设定高温范围和低温范围，通过所述流量调节装置的流量控制和所述测温装置的温度检测，使得所述储能液在所述热能回收过程中进行吸热后的温度处于所述高温范围，所述储能液在所述热能利用过程中进行放热后的温度处于所述低温范围。

17.如权利要求16所述的热能回收利用的方法，其特征在于，所述高温范围设为90-99℃，所述低温范围设为70-80℃。

18.如权利要求16所述的热能回收利用的方法，其特征在于，在所述储能液的流通管道上安装流量计，利用所述流量计测得所述储能液参与热交换的流量，并根据所述测温装置测得的温度计算所述储能液热能的回收量和利用量。