CN1135322C - 湿啤酒糟的热利用方法和装置 - Google Patents

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Abstract

对于湿啤酒糟(1)的热利用方法来说，湿啤酒糟(1)在第一干燥阶段(2)被机械预干燥，在第二干燥阶段(4)被加热干燥，最后通过燃烧或气化进行热利用。为了能够经济合算地实施这种热利用方法，在第二干燥阶段(4)中，借助于在啤酒厂的能源系统中产生的烟气去加热已经被机械脱水的麦芽啤酒糟(15)。

Description

湿啤酒糟的热利用方法和装置
本发明涉及湿啤酒糟的一种热利用方法，其中湿酒糟在第一干燥阶段被机械预干燥，在第二干燥阶段被热干燥，最后通过燃烧或气化进行热利用，本发明还涉及用于实施此方法的一种装置。
在啤酒生产过程中，大量产生的湿啤酒糟，当考虑处理或者利用时，就成了问题。每百升啤酒产生约20公斤湿啤酒糟，所以在大型啤酒厂每星期有数百吨的啤酒糟等待处理或利用。
虽然啤酒糟按照组分是一种有价值的饲料；但是合理地利用啤酒糟作饲料是困难的。只有在冬天才有啤酒糟作为饲料顺利销售的可能性，然而在夏天产生比在冬天更大量的啤酒糟。另外，啤酒糟不经干燥不能贮存。但干燥处理很昂贵，这是因为根据对饲料的要求，只能进行间接干燥而这意味一种非常糟糕的传热过程。相应的干燥器很昂贵，而且能耗也很高。此外，由于牲蓄存栏量回落，啤酒糟作为饲料销售今后将越来越难。通过发酵长期存放啤酒糟本身又有缺点，即估计成本很高(《Brauwelt》Nr：39(1991)，1704-1707页)。
虽然啤酒糟符合堆肥要求，形成一种用高价值产品用于改良土壤，但其销售市场更小，而且制造成本高，以至不能回收成本。
啤酒糟也适合于生产沼气，但沼气设备需要很高的投资。
对啤酒糟来说一种在能量回收方面切实可行的利用方法就是直接燃烧。期刊《Brauwelt》Nr.26(1988)，1156-1158页上所载《啤酒糟的能量利用》，公开了一种如开始时所述的从啤酒糟中回收能量的方法。但由于集中实施预干燥(啤酒糟初始重量含水率为75至80％)以及由于啤酒糟相对低的热值，啤酒糟燃烧设备的实际工作效果很差。
能量最佳利用的前提取决于啤酒糟被干燥具有可自燃性，这在含水量约55％时可以实现。
本发明的目的在于克服上述缺点和困难，其任务是发明一种开始时所述类型的方法以及一种用于实施此方法的装置，使得啤酒糟在能量方面最佳的即尽可能带来效益的利用成为可能。尤其应该能够采用尽可能来自外部的能量消耗把啤酒糟干燥到下述程度，即啤酒糟不用助燃便作热利用，即被燃烧或气化。
对于开始时所述类型的方法来说，通过如下措施解决该任务：即在第二干燥阶段，利用在啤酒厂的能量系统中产生的废气加热已经被机械脱水的啤酒糟。啤酒生产过程中产生的烟气是在燃烧天然气用于产生蒸汽时产生的。
除燃烧外，气化已被预干燥的啤酒糟也是可能的，这时产生一种可燃气体作为中间产品。
气化时产生的气体适于进行能量利用，最好作为能源用于啤酒厂能源系统中的蒸汽生产，例如作为天然气的附加气体，这样，就能被啤酒厂中现有的锅炉设备通过燃烧进行能量利用。
为了机械干燥啤酒槽，最好实施一种借助于电场或者高频场脱去毛细水的补充性的干燥过程。
机械干燥适于实现至少按质量计65％的含水率，最好实现至少62％的含水率。
为了对已经过机械预干燥的啤酒糟进行热干燥，可以相宜地使用附加的太阳能。
啤酒糟的热干燥适于实现能够自燃的含水率，最好实现至少按质量计55％的含水率。
根据一种优选的实施形式，在机械干燥时形成的压榨水被绝气过滤，由此产生的含甲烷气体被进行能量利用，最好被作为能源用于啤酒厂能源系统中的蒸汽生产。
在干燥过的啤酒糟燃烧时产生的废气被很合算地与啤酒厂蒸汽锅炉中形成的废气共同处理。
根据一种优选的变体，由啤酒糟和其它有机生物废料组成的混合物被进行热利用。
用于实施本方法的装置，配有一台为啤酒糟形成第一干燥阶段的机械干燥器，一台为已被机械脱水的啤酒糟形成第二干燥阶段的热干燥器，以及一台通过燃烧或者是比已被干燥过的啤酒糟用于热利用的设备，这套装置的特征在于，一条从啤酒厂能源系统的蒸汽锅炉中引出废气的管道通入到热干燥器内。
用于啤酒糟热利用的设备最好具有一台燃烧锅炉，该燃烧锅炉宜配备一套蒸汽发生设备，而蒸汽发生设备最好与啤酒厂的能源系统相联结。
为了节约投资，一条从燃烧锅炉引出的废气排出管道通入到啤酒生产装置的一台排气装置中，在此情况下来自热干燥器的废气排出管道宜同样地通入到啤酒生产装置的排气装置中。
根据另一种优选实施形式，上述装置中的热利用设备拥有一套气化设备，这时，一条来自气化设备并且排出气化器中所产生气体的管道宜通往啤酒厂能源系统某台蒸汽锅炉的燃烧器。
机械干燥器最好设计成筛带式压榨机或螺杆压榨机。
对流式干燥器适宜作为热干燥器。
热干燥器最好具有一台可以用太阳能驱动的干燥设备。
根据另一合适的实施形式，热法干燥处理，包括了在一个整套设备中进行的气化与燃烧过程的干燥过程，在此情况下，从显示了热干燥气比与燃烧过程的装置排出废气的管道，被直接导引给啤酒厂能源系统的蒸汽锅炉。
此外，热干燥过程可以增配一台可以用太阳能驱动的干燥设备。
下面将借助两个在附图中表现的实施例更详细地解释本发明，其中：
图1和2分别展示一个按照某种结构变体的方法示意图。
首先湿啤酒糟，在第一干燥阶段2在一台按图1所示设计为螺杆挤压机的机械干燥器3中，达到含水率为65至62％的范围内。但在上述水份条件下不采用辅助燃烧措施，啤酒糟的燃烧仍是不可能的。因此需要在第二干燥阶段4继续进行干燥，在此干燥阶段，通过热变换实施对已被机械脱水的啤酒糟5的干燥。
按照图1为此目的配置了一台被设计为滚筒干燥器的热干燥器6。该滚筒干燥器6直接被经由管道7送到的烟气加热，烟气来源于安装在啤酒生产装置8中的锅炉10。锅炉10被经由管道9送到的天然气加热；蒸汽输送管以11表示。部分烟气可以经过支管12直接送往废气处理装置的废气鼓风机3。来自滚筒干燥器6的烟气排出管道14也通入到上述废气处理装置内。
利用这种热干燥把含水率降到55％以下，这样啤酒糟15点火后即可自燃，也就是说不需要辅助燃烧。干燥过的啤酒糟15的燃烧借助于燃烧锅炉17上的燃烧器16实现，燃烧锅炉中装有蒸汽发生设备18。在蒸汽发生设备18中产生的蒸汽可以被合理地用于啤酒生产，也就是说，可以节约用于燃气锅炉10上天然气燃烧器17的天然气。排灰口以20表示。
根据图2中所示的实施形式，湿啤酒糟1首先在第一干燥处理阶段2内利用一台筛带式压榨机21承受机械干燥。然后将经机械脱水的啤酒糟送往一台被设计为对流式干燥器22的第二干燥阶段4的热干燥器，在第二干燥阶段4内，啤酒糟5亦如图1所示，利用来源于啤酒生产装置8的烟气被干燥到自燃界限之下的某个含水率。
干燥过的啤酒糟15的热利用按照图2在气化器23中进行，氧气或含氧气体如空气经筛底送达气化器。排灰口以20表示。
在气化器23中产生的气体(CO，H2，CO2，N2)具有良好的可燃性，可以作为燃气替代啤酒生产装置内所用的部分天然气；它们经管道25送给天然气燃烧器19。从燃烧角度而言，上述方法的优点在于：不需要附加的燃煤锅炉；并且可以避免燃烧时产生的氮氧化物和硫氧化物。在气化时产生的气体主要由一氧化碳、二氧化碳、氢气以及分子整氮气组成。
为了减少或除去啤酒糟中所含的毛细水，还考虑可为机械干燥和热干燥附加其它干燥方法，例如采用高频场或电磁场的干燥方法。为了帮助热干燥也可以考虑采用自然能源如太阳能，这时，根据烟气的露点温度，在热干燥阶段4之前或之后提供太阳能。
例子：
在一家年产量约1.2百万百升啤酒的啤酒厂，每年产生约24,000吨含水率约80％的啤酒糟1。所产生的啤酒糟1使用压榨机(例如螺杆式压榨机3)被(机械)预干燥到含水率约按质量计62％.24,000吨湿啤酒糟被机械脱水到含水率约按质量计62％，产生11，370吨/年压榨水。由此产生的废水负荷达到113，700kg CSB/年。所产生的压榨水26最好被送往绝气净化装置，这在图中未详示出，在这里将回收到一种可燃的含甲烷气体。从所述的压榨水量中产生大约36.400m3沼气/年。通过燃烧这种含85％甲烷的气体获得约300,000KWn/年的能量；这是一种附加的收益。机械干燥后，啤酒糟5的含水率约为按质量计62％。为了确保可自燃性，应达到按质量计55％的含水率值。
为了能够进一步降低水份，如前所述，采用其它可供选择的干燥方法降低毛细水。为此，在电场(电渗)中提供水份输运。或者以高频场加荷使部分结合水活化，活化后的结合水由于在后面的后实机械压榨过程而能得到。
按照其它可供选择的干燥方法的效果，随后进行不同程度的热法干燥处理，以达到自燃等级。被机械和其它方法预干燥过的啤酒糟5经中间仓然后被连续地送到一台直接加热的干燥器(如滚筒干燥器6)中，并且利用由天然气燃烧产生的140至160℃的热烟气，以对流方式被至少干燥到按质量计含水率约为55％的自燃等级。
干燥物料15于是被送往用于有机废物的燃烧锅炉17，并被焚烧。啤酒糟的热值与含水率成线性关系，在按质量计含水率为55％时，热值约为7.68MJ/kg。因此，燃烧一吨啤酒糟可以替代约190m3天然气。前述规模的啤酒厂共需天然气4.5百万Nm3/年。通过燃烧啤酒糟可以替代其中的2百万Nm3天然气/年，超过总需用量的三分之一。
在燃烧啤酒糟15时，由于其高氮含量，估计将放出大量的氮氧化物。但在锯屑的专用燃烧锅炉中用啤酒糟试验，却能够确定：即所获的氮氧化物含量仅为估计的、理论上可能的氮氧化物值的10％。
通过在燃烧过程中(较低的燃烧温度)合适的程序控制可以将NOx-发射量减小到最低。燃烧过程中出现的另一个问题是产生二氧化硫。通过将啤酒糟的燃烧气体同天然气燃烧产生的烟气一起引入到一台烟气净化处理装置中，可以确保用于锅炉焚烧的有机废物能够遵守其各项极限值。同样地，通过调整λ值便可控制CO值，从而可能在NOx值和CO值之间的实现最佳。降低NOx的另一种可能性是例如喷入NH3。
本发明并不局限于上述实施例，而是可以在不同方面改进。因此，湿啤酒糟的干燥过程可以采用任意多个干燥阶段的法完成，当然基本上包括至少一个机械干燥阶段2和至少一个热干燥阶段4。此外，热干燥、气化及焚烧也可能组合为整套设备实施，这同样符合上面列举的准则。
按照本发明的方法可以扩充到下述范围，即除了啤酒糟之外，还可引入其它有机废物如沉积物进行处理，以便能够提高内能，从而提高蒸汽的获量。由啤酒糟和其它有机废物组成的混合物的处理，同在工艺说明书中所解释的那样，以同样的方式进行。

Claims (28)

1.湿啤酒糟(1)的热利用方法，其中湿啤酒糟(1)在第一干燥阶段(2)被机械预干燥，在第二干燥阶段(4)被热干燥，以及最后通过燃烧或气化被热利用，该工艺的特征在于：在第二干燥阶段(4)，已被机械脱水的啤酒糟(15)被借助啤酒厂的能源系统中产生的烟气被加热。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在啤酒厂中产生的烟气在为产生蒸汽而燃烧天然气时形成。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在气化啤酒糟时产生的气体可以进行能量利用。
4.如权利要求1至3中一项或几项所述的方法，其特征在于：为了对啤酒进行机械预干燥，还实施一个利用电场除去毛细水的补充干燥过程。
5.如权利要求1至4中一项或几若所述的方法，其特征在于：为了对啤酒糟(1)进行机械预干燥，还实施一个利用高频场除去毛细水的补充干燥过程。
6.如权利要求1至5中一项或几项所述的方法，其特征在于：啤酒糟的机械预干燥进行到按质量计至少65％的含水率。
7.如权利要求1至6中一项或几项所述的方法，其特征在于：太阳能被附加地用于对已作过机械预干燥的啤酒糟(5)进行的热干燥。
8.如权利要求1至7中一项或几项所述的方法，其特征在于：在第二干燥阶段(4)啤酒糟(5)被干燥到它能实现自燃的含水率。
9.如权利要求1至8中一项或几项所述的方法，其特征在于：对在进行机械预干燥时产生的压榨水进行绝气性过滤时所产生的含甲烷的气体被进行能量利用。
10.如权利要求1至9中一项或几项所述的方法，其特征在于；在燃烧干燥过的啤酒糟(15)时产生的废气同啤酒厂的蒸汽锅炉中产生的废气一起排出。
11.如权利要求1至10中一项或几项所述的方法，其特征在于：由啤酒糟和其它有机生物废物组成的混合物被进行热利用。
12.如权利要求3或9所述的方法，其特征在于所述气体作为能量载体在啤酒厂能量系统中用于蒸汽生产。
13.如权利要求6所述的方法，其特征在于啤酒槽的机械预干燥进行到按质量计至少62％的含水率。
14.如权利要求8所述的方法，其特征在于在第二干燥阶段(4)啤酒槽(5)至少被干燥到按质量计55％的含水率。
15.用于实施如权利要求1至11中一项或几项所述方法的装置，配有一台为啤酒糟(1)形成第一干燥阶段(2)的机械干燥器(3；21)，并且配置一台为经过机械脱水的啤酒槽(5)形成第二干燥阶段(4)的热干燥器(6；22)，以及配置一台通过燃烧或者气化干燥过的啤酒糟(15)用于热利用的设备，该装置的特征在于：一条排出由啤酒厂能量系统的蒸汽锅炉产生的烟气的管道(7)通入到热干燥器(6；22)中。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于：用于啤酒糟热利用的设备具有一台燃烧锅炉(17)。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于：焚烧锅炉(17)配置一台蒸汽发生设备(18)。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于：蒸汽发生设备(18)与啤酒厂的能量系统相联。
19.如权利要求16至18中一项或几项所述的装置，其特征在于：来自焚烧锅炉(17)的烟气排出管道通入到啤酒生产装置(8)的某台废气装置中。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于：一条废气排出管道(14)从热干燥器(6)通入到啤酒生产装置(8)的废气装置中。
21.如权利要求15所述的装置，其特征在于：用于啤酒糟利用的设备拥有一台气化设备(23)。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于：一条来自气化设备(23)并且排出在气化器中产生气体的管道(25)通往啤酒厂能源系统中蒸汽锅炉上的某台燃烧器(19)。
23.如权利要求15至22中一项或几项所述的装置，其特征在于：机械干燥器具有一台筛带式压榨机(21)。
24.如权利要求15至22中一项或几项所述的装置，其特征在于：机械干燥器具有一台螺杆式压榨机(3)。
25.如权利要求15至24中一项或几项所述的装置，其特征在于：热干燥器具有一台对流式干燥器(22)。
26.如权利要求15至24中一项或几项所述的装置，其特征在于：热干燥器具有一台可用太阳能驱动的干燥设备。
27.如权利要求15至26中一项或几项所述的装置，其特征在于：热法干燥过程、气化过程和焚烧过程综合在一台整套的设备中。
28.如权利要求27所述的装置，其特征在于：一条从具有热干燥、气化和焚烧功能的设备中排出热废气的管道直接通往啤酒厂耗能装置的蒸汽锅炉。
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