冷却循环水系统在酱香型白酒制酒车间的应用效果分析

冷却循环水系统在酱香型白酒制酒车间的应用效果分析
【摘要】本文分析了茅台酒厂某制酒车间采用不锈钢套管式白酒冷却器，以非循环供水的方式来满足冷却制酒的需求所存在的不足，提出采用冷却循环水系统对原系统进行改造升级，并给出了改造前后节能效果的对比分析和详细的改造设计方案。

该方案通过实际实施，达到设计目标，获得较好的节能效果。

【关键词】冷却循环水；节能减排；制酒车间
1、背景
茅台酒厂某制酒车间的白酒生产现采用的是不锈钢套管式白酒冷却器，需要大量的冷水来满足冷却制酒的需求，冷水流过冷却器后，温度上升即行排放，冷水只用一次。

且生产所用供水硬度较高，该水在冷却过程中由于蒸发，接触大气，水质更加恶化，钙镁离子浓度更高，会在工艺设备上严重结垢、腐蚀，使换热过程难以顺利进行，加大了冷却水的使用量。

随着市场的增大，酒厂生产用水量和废水排放量逐年增大，原生产冷却水没有合理地循环利用，浪费水资源。

因此，对生产冷却水合理地循环利用，每年可节约大量水资源。

这是对国家节能减排政策的积极响应并将付诸行之有效的措施。

循环水冷却系统是为生产设备实施水冷却而配置的。

以水作为冷却介质，并循环使用的一种冷却水系统。

冷却系统以水冷却移走工艺介质或换热设备所散发的热量，冷水流过需要降温的生产设备（常称换热设备，如换热器、冷凝器、反应器）后，温度上升，使升温冷水流过冷却设备则水温回降，可用泵送回生产设备再次使循环使用。

冷水的用量大大降低，常可节约95%以上。

冷却水占工业用水量的70%左右。

因此，循环冷却水系统起了节约大量工业用水的作用。

循环冷却水使用的目的是能有效地节约水资源、减少热污染。

2、制酒车间冷却循环水系统控制要求
根据长期调研生产数据，最后得出该酱香型白酒制酒车间冷却循环水系统控制的要求为：环境湿球温度28℃，一栋生产房冷却水需要量为25m3/h，四栋共需要水量100m3/h，冷却前水温55℃，冷却后水温32℃。

3、可行性分析
（1）节水效能分析
根据调研所得数据，系统需求冷却水量为100m3/h，冷却温差23℃。

蒸发水消耗约为循环水量的0.16%/℃，即蒸发水消耗=100m3/h*0.16%/℃*23℃=3.68m3/h。

为减少管路结垢、抑制微生物生产，控制排污量和补充水量为循环流量的5%，即排污水量=100m3/h*5%=5m3/h。

在每个窖期的开始时对整个水箱和冷却塔的冲洗一次，需放空水箱和冷却塔，按最大量计算（放空前水箱满水），水箱存水60m3，冲洗用0.5m3，冷却塔存水2m3，冲洗用0.5m3，所以共用水63m3。

按每轮次生产20天、每天16小时折算冲洗用水量=63/（20*16）= 0.2m3/h。

结论：相对于非循环水，采用循环供水后污水排放减少94.8%，清水消耗减少91.12%。

（2）用电效能分析
根据泵站与高位水池的距离和高差、流量，测算清水用电约2（kW·h）/m3，污水处理由于在下游、耗电可以过忽略，即非循环供水耗电约2（kW·h）/m3。

电能消耗=加压泵30kW+风机11kW*2+散水泵1.5kW*2+过滤器2kW+控制回路1kW=58kW，循环水量100m3/h，系统采用变频控制，按节能系数0.8计算，平均电能消耗0.464 （kW·h）/m3。

结论：对比数据，采用循环水后电能消耗降低了25.4%，节能效果明显。

（3）技术可行性
根据循环水量和温差，计算散热负荷，选用散热能力好的横流式冷却塔双机组合，可以达到要求。

根据循环水量和压力要求，相应的泵也属于常规产品，容易满足。

根据四栋厂房布局，回收水箱安装于六栋厂房后面就可以利用水自身重力回流。

4、系统方案设计
（1）循环冷却水方案设计
按照冷却循环水是否与大气直接接触冷却，可将冷却塔分为开式冷却塔和闭式冷却塔。

开式冷却塔内空气与水进行充分的接触。

大气中尘埃不断混入水中，造成菌藻滋生；由于冷却水蒸发、飞溅、漏损、浓缩形成的盐类污垢，造成管网堵塞；另外系统内只安装普通的过滤装置，不能完全去除这些杂质，导致水的电导率增加，造成管道腐蚀；冷却水经过被冷却设备时温度上升，水中的钙、镁离子溶解度发生变化会形成水垢。

降低了换热效率，影响系统正常工作。

所以，敞开式冷却循环水存在水垢、污垢、腐蚀、菌藻、管网腐蚀和浓缩倍数的控制等问题。

闭式冷却塔（也叫蒸发式空冷器或密闭式冷却塔）是将管式换热器置于塔内，通过流通的空气、喷淋水与循环水的热交换保证降温效果。

由于是闭式循环，其
能够保证水质不受污染，很好的保护了主设备的高效运行，提高了使用寿命。

闭式冷却塔按风的流向分为横流式冷却塔和逆流式冷却塔，横流式冷却塔风从两侧进从上方出，风与从下往下的喷淋水相交，逆流式冷却塔风下进上出，与喷淋水方向相反。

与逆流式冷却塔相比，横流式冷却塔具有风机功率小、散水泵功率小、噪音低、飘水量小、可在运行时进行日常维护、可模块化组装、扩容方便等优点。

综合以上因素，故本方案选择横流闭式循环冷却水方案，闭式系统如图1所示。

（2）厂房回水管道设计
该制酒车间包括4栋生产厂房，每栋生产厂房内有4个班，8个班组走1条总线，采用DN110的PPR环保供水管，在冷却塔出水处汇聚成1条DN160的PPR环保供水管，所有水管采用PPR环保供水管，完全符合GB/M318742.1、GB/M318742.2、GB/M318742.3以及GB/M317219 卫生标准及国家卫生部相关的卫生安全评价规定。

PP-R产品具有耐热、耐压、保温节能、使用寿命长及经济等优点，将逐步取替现有的其它种类水管而成为主导产品。

每个冷却灌的循环水溢出管采用DN32的PPR管，在溢出口装有一个DN32的活接球阀，每个班的两个冷却灌溢出管道经DN63变DN32的变径接头将水汇总到DN63的回水管里；较远两个班的冷却溢出水又经DN110变DN63异形接头或变径接头将水汇总到DN110的回水管里；最后四个班的回水经DN160三通、DN160变DN110、DN110变DN63变径接头将回水汇总到DN160总管回流至水箱内，在进入水箱之前进过篮式过滤器进行除渣，保证回流水质。

其中A12-03、A12-04、A12-05三栋厂房地理位置比水箱高，可借用水的压力自然回流，而A12-06这栋厂房与水箱位置相平，水不宜回流，故在主管上加有一个循环水泵。

（3）系统全自动控制设计
系统采用西门子200PLC进行数据处理和控制，实现全自动、无人值守、无按键操作。

a.恒压供水控制：对供水压力进行PID控制，控制变频器调节加压泵转速，使压力稳定于设定值。

b.恒温供水控制：对冷却温度PID控制，控制变频器调节风机转速，使温度低于设定值。

c.自动启停控制：工人无需操作任何按钮，只需打开/关闭冰缸进水阀，就可实现系统的启动/停止，实现闲时停机节能。

当停止生产，关掉冷却缸进水阀时，管道无水流动，压力增大，变频器长时间低频工作一段时间后，系统自动进入休眠状态，所有设备停止运行。

当打开水阀，检测到供水压力低时立即启动加压泵，迅速恢复供水压力。

d.自动水箱液位控制：控制补水阀使水箱水位在一定范围内。

水箱水位低于设定值时，打开补水阀。

当水箱水位高于设定值时，关闭补水阀。

e.水箱自动粗过滤：水箱内设置有3mm过滤网和冲洗扫渣装置，定时运行，确保大的杂质不进入水箱。

f.管道精细过滤：在主供水管上安装100微米过滤器，滤除大于100微米的杂质，定时冲洗。

h.触摸屏界面：显示系统拓扑图，显示各设备运行状态，显示运行数据，手动操作各设备，设置运行参数等。

5、系统运行效益分析
设备于2013年5月完成安装和初步调试，单栋投入试运行，在处理好回水过滤除渣等问题后，于2013年7月份完成全部调试，并投入四栋运行。

设备投入运行后，从7月到9月，每天专人到现场查看设备运行状态、进行日常维护和记录相关数据，至今没出现任何故障。

每到窖期由专人负责水箱、冷却塔、过滤器的清洗，供水质量达标。

（1）冷却效果：根据7轮次酒运行数据可以看出，系统冷却后的水温达到了设计要求，低于32度。

（2）恒压供水：加压泵出口压力稳定0.51MPa，最远端用水压力高于0.25 MPa，达到了恒压供水的目的。

（3）用水情况：系统在7轮次共补水量1363m3，其中包括人为打开冰缸的原溢流口导致的泄漏、冲渣用水、洗工具等水耗。

同车间原未安装循环水的1、2、7、8栋生产房本轮次共用水12289m3。

（4）用电情况：循环系统本轮次用电量为5731（kW·h）。

（5）本轮次系统节约费用计算：按用电费用：单价0.71元/（kW·h），水资源费：单价0.05元/m3计，经统计未安装系统生产房用水量为12289m3。

系统节水量：12289-1363=10926m3；
系统节电量：10926m3×0.7（kW·h）/m3-5731（kW·h）=1917.2（kW·h）
系统节约费用：1917.2（kW·h）3×0.71元/（kW·h）+ 10926 m3×0.05元/m3=1907.51元。

（6）节约能源计算：电的折煤系数取0.36kg标煤/（kW·h），水的折煤系
数取0.2429kg标煤/立方米新鲜水。

系统节约能源量：10926m3×0.249kg标煤/立方米新鲜水+1917.2（kW·h）×0.36kg标煤/（kW·h）=3410.766kg标煤=3.412吨标煤
该项目一栋生产房一个轮次能节约3.412吨标煤，节能效果显著。

6、结论
项目经过调研论证、方案设计实施与运行观察，系统实现了制酒车间生产冷却水的降温循环利用，减少废水排放，保证了所有使用班组接酒冷却水的供应。

完全满足设计需求，并最终达到节能减排的目的。