Энергетическое хозяйство на пивоваренных и солодовенных предприятиях

⇐ ПредыдущаяСтр 157 из 169Следующая ⇒

Энергия требуется на всех промежуточных этапах производства солода и пива, а также розлива.

При этом используется:

· электрическая энергия;

· тепловая (термическая) энергия;

· энергия сжатого воздуха.

Потребление энергии при производстве солода и пива

Электрическая энергия необходима для:

· производства холода;

· получения сжатого воздуха;

· работы электродвигателей насосов и вентиляторов;

· работы приводов мешалок и транспортеров;

· включения электроприводов и управления ими;

· работы линий связи, для обработки данных;

· освещения.

Тепловая энергия требуется для, щ приготовления горячей воды;

· отопления сушилок;

· нагрева затора (сусла);

· нагрева и кипячения сусла;

· мойки бутылок;

· мойки бочек или кегов;

· пастеризации пива в потоке или в туннельном пастеризаторе;

· работы станции CIP;

· пропаривания фильтров, разливочных устройств, трубопроводов;

· отопления зданий и подсобных помещений.

Расход энергии при производстве солода и пива составляет значительную долю производственных расходов, и поэтому для их минимизации требуется как можно более рациональное использование энергии.

Все виды энергии поддаются взаимному перерасчету и тем самым сопоставлению между собой. Для этих целей была разработана Международная система единиц (СИ), в которой в качестве базовых приняты несколько основных единиц, из которых составляются производные единицы. Наиболее важные из них приведены в конце книги.

· Работа - это произведение силы на путь, и также

· произведение мощности на время.

Единицей измерения работы является Джоуль (Дж).

1Дж = 1Н • 1м = 1Нм.

Мощность - это работа в единицу времени. Единицей мощности является Вт.

1Вт = 1 Дж/с;

1000 Вт=1 кВт.

Энергия, расходуемая мощностью в 1кВт в течение часа, называется киловатт часом (1кВт • ч=1 кДж/с), так как 3600 с равны 1 ч, то 1 Вт • ч = 1 кДж/с • 3600 с = 3600 кДж = 3, 6 МДж. Количество энергии всегда указывается в

· киловатт-часах (кВт • ч), или в

· килоджоулях (кДж), а также мегаджоулях (МДж).

(Иногда (уст.) тепловая энергия указывается в килокалориях (ккал) или в гигакалориях (Гкал) - 1 ккал = 4, 19 кДж, 1 кВт • ч = 3600/4, 19 = 860 ккал, 1 Гкал = 10⁹кал = 10⁶ ккал. - Прим, ред.)

В приведенной ниже таблице указаны величины расходования теплоты и электроэнергии в отдельных цехах традиционно оборудованных пивоваренных заводов. Данные дифференцированы по:

· объемам производства (на пивоваренных заводах с годовым выпуском 20000 гл и 250 000 гл), а также

· рассчитанным при этом оптимальным и средним значениям.

Общий расход энергии на полный цикл производства пива должен составлять: по теплоте - от 180 до 200 МДж/гл товарного пива и по электроэнергии - от 10 до 12 кВт • ч/гл товарного пива.

Можно сказать, что самыми большими потребителями тепловой энергии на пивоваренном предприятии являются варочный цех и цех розлива, основным потребителем электроэнергии является холодильный цех, за ими следуют цех розлива и варочный цех.

На пивоваренном предприятии имеется следующее энергетическое оборудование:

· паровые котельные агрегаты;

· холодильное оборудование;

· электрическое оборудование;

· насосы и компрессоры.

	Потребление теплоты в МДж/гл	Потребление электроэнергии
20000 гл		20000 гл	250000 гл
опт.	сред,	опт.	сред.	опт.	сред.	опт.	сред.
Сырье до весов	6, 34	10, 98	5, 60	8, 64	0, 30	0, 41	0, 25	0, 34
Варочный цех до линии перекачки сусла в бродильное отделение	66, 20	114, 80	58, 60	90, 40	1, 97	2, 71	1, 65	2, 27
Бродильное отделение до перекачки на дображивание	-	-	-	-	1, 72	2, 3/	1, 44	1, 89
Дображивание	-	-	-	-	1, 60	2, 20	1, 34	1, 85
Фильтрование	8, 49	14, 71	7, 50	11, 58	0, 57	0, 79	0, 48	0, 66
Розлив в бутылки/банки	26, 61	46, 12	23, 51	36, 29	2, 24	3, 07	1, 88	2, 58
Розлив в бочки/специальную посуду	13, 94	24, 16	12, 31	19, 00	0, 46	0, 63	0, 38	0, 52
Готовый товар до эстакады	3, 17	5, 49	2, 80	4, 32	0, 40	0, 54	0, 33	0, 46
Остаток (экспедиция, сбыт)	9, 19	15, 72	6, 34	8, 48	0, 55	0, 76	0, 46	0, 64
Администрация, столовая, мастерская	13, 05	22, 62	11, 53	17, 80	0, 99	1, 36	0, 83	1, 14
Холодильный цех	-	-	-	-	4, 16	5, 71	3, 49	4, 79
Водоснабжение	9, 12	15, 81	8, 06	10, 99	0, 40	0, 54	0, 33	0, 46
Производство пива, всего	130, 00	225, 00	113, 00	173, 00	9, 90	13, 60	8, 30	11, 40
Производство безалкогольных напитков	33, 50	39, 20	28, 80	33, 80	1, 90	2, 30	1, 70	2, 10
Собственное производство солода (МДж/ц)	253, 00	331, 00	204, 00	285, 00	8, 50	12, 20	7, 30	11, 00

Паровые котельные агрегаты

Для совершения работы вода превращается в пар в паровом котле. Пар обладает:

· существенно более высокой теплоемкостью по сравнению с водой и

· его можно легко транспортировать.

В целях лучшего понимания принципа работы котельных агрегатов сначала необходимо рассмотреть сущность пара, для получения которого используются различные виды топлива.

Виды топлива

В качестве топлива в настоящее время в основном используют нефтепродукты и газ, однако по различным причинам могут представлять интерес и другие виды топлива.

Для оценки теплопроизводительности (количества теплоты, выделяемой при сгорании различных видов топлива) существуют две сравнительные величины:

· теплота сгорания условного каменноугольного топлива;

· низшая теплота сгорания.

Под единицей условного каменноугольного топлива (ЕУТ) понимают среднюю энергоемкость 1 кг каменного угля. Эта общепринятая международная величина составляет 29 400 кДж. Таким образом,

1 кг нефти	1, 44 ЕУТ
1 м³ природного газа	1, 40 ЕУТ
1 кг дров	0, 50 ЕУТ
1 кг несортированного бурого угля	0, 26 ЕУТ
1кВт•ч	0, 123 ЕУТ

Под теплотой сгорания топлива понимают количество теплоты, высвобождающейся при сгорании определенного количества топлива. Высшая теплота сгорания представляет собой ее максимально возможное теоретическое значение. Отличающееся от него значение, которое всегда приводится в таблицах, - это теплота сгорания по низшему пределу (без учета теплоты конденсации водяных паров).

Водяные пары возникают при любом процессе горения, например, при сгорании метана:

СН₄+2О₂=> СО₂+2Н₂О.

Это означает, что в процессе сгорания топлива образуется водяной пар, который при остывании конденсируется. Низшая теплота сгорания меньше высшей теплоты сгорания на величину теплоты конденсации паров.

Низшая теплота сгорания - это количество теплоты, которое высвобождается при полном сгорании топлива, если водяной пар при этом остывает до точки росы, но не конденсируется. Высшая теплота сгорания топлива (с учетом конденсации паров - прим. ред.) используется в расчетах топлива.

Товарное топливо (используемое в ФРГ -прим. ред.) имеет следующие значения теплоты сгорания (Q^P_H):

Энергоноситель	Q^P_H кДж
Топочный мазут EL	42 700 на 1 кг
Топочный мазут М	41 020 на 1кг
Топочный мазут S	39 770 на 1 кг
Газойль (дизельное топливо)	41 820 на 1кг
Каменный уголь (Рур)	31 800 на 1кг
Доменный кокс	28 900 на 1 кг
Газовый кокс	29 300 на 1 кг
Бурый уголь в брикетах	20 090 на 1 кг
Несортированный бурый уголь (Саксония)	10 460 на 1 кг
Несортированный бурый уголь (Лаузиц)	9 630 на 1 кг
Торф, воздушно-сухой	15 490 на 1 кг
Городской газ	16120на1м³
Природный газ L	31950на1м³
Природный газ Н	37 500на1м³
Метан	35880на1м³
Пропан	93 210на1м³

При этом одним из особенно важных с экономической точки зрения показателей является стоимость теплоты. Он отражает в конечном итоге стоимость 1 кВт • ч или 1 МДж. Расчет стоимости теплоты производится по следующей формуле:

Однако сам по себе этот результат мало о чем говорит, так как решающее значение с экономической точки зрения имеет то обстоятельство, в каком соотношении котел действительно способен преобразовать имеющуюся в топливе химическую энергию в тепловую. Отношение этих двух цифр между собой обозначается как коэффициент полезного действия котлоагрегата.

Стоимость полезной теплоты (или стоимость теплоты нетто) определяется по следующей формуле:

Стоимость полезной теплоты конкретно говорит о том, сколько в конечном итоге стоит производство 1 МДж или 1 кВт•ч.

При этом стоимость полезной теплоты будет, конечно, всегда выше общей стоимости теплоты, так как КПД котлоагрегата составляет меньше 100%. Современные котлы, работающие на технической воде, частично конденсируют водяные пары топочных газов (дыма), а поэтому их КПД по отношению к низшей теплоте сгорания получается больше 100%.

Чтобы понимать процессы, происходящие в котельном агрегате при испарении воды, необходимо подробнее рассмотреть свойства пара.

Пар

Если вода нагревается до температуры точки кипения и при этом продолжается подвод теплоты, то образуется пар.

Температура, при которой вода кипит, называется температурой кипения. Температура кипения зависит от давления и возрастает с его увеличением.

10.2.2.1. Теплота парообразования

Для преобразования в пар воды, нагретой до температуры кипения, необходимо подвести теплоту парообразования.

Под удельной теплотой парообразования понимают количество теплоты, необходимой для преобразования 1 кг воды в сухой насыщенный пар той же температуры.

Например, для преобразования 1 кг воды с давлением 1 бар при температуре 100°С в пар с температурой 100°С требуется 2257, 9 кДж = 0, 6272 кВт•ч = 539 ккал теплоты.

Теплота парообразования зависят от температуры кипения и от давления. Она уменьшается с увеличением температуры и давления. При критическом давлении пара, равном 221, 2 бар, и критической температуре, равной 374, 15°С, вода непосредственно переходит в перегретый пар.

Ниже в таблице приведены давление и соответствующая ему температура пара, а также содержащееся в нем количество теплоты.

Давление	Температура	Удельный объем пара	Удельная теплота парообразования	Теплосодержание в состоянии насыщения
воды	пара
бар	°С	м³/кг	кДж/кг	кДж/кг
0, 01	6, 9808	129, 2	29, 34	2514, 4
0, 05	32, 898	28, 19	137, 77	2561, 6	2423, 8
0, 1	45, 833	14, 67	191, 83	2584, 8	2392, 9
0, 5	81, 345	3, 24	340, 56		2305, 4
0, 7	89, 959	2, 365	376, 77	2660, 1	2283, 3
0, 8	93, 512	2, 087	391, 72	2665, 8
0, 9	96, 713	1, 869	405, 21	2670, 9	2265, 6
	99, 632	1, 694	417, 51	2675, 4	2257, 9
1, 5	111, 37	1, 159	467, 13	2693, 4	2226, 2
	120, 23	0, 8854	504, 7	2706, 3	2201, 6
2, 5	127, 43	0, 7184	535, 34	2716, 4
	133, 54	0, 6056	561, 43	2724, 7	2163, 2
3, 5	138, 87	0, 524	584, 27	2731, 6	2147, 4
	143, 62	0, 4622	604, 67	2737, 6
4, 5	147, 92	0, 4138	623, 16	2742, 9	2119, 7
	151, 84	0, 3747	640, 12	2747, 5	2107, 4
	158, 84	0, 3155	670, 42	2755, 5
	170, 41	0, 2403	720, 94	2767, 5	2046, 5
	179, 88	0, 1943	762, 61	2776, 2	2013, 6
	198, 29	0, 1317	844, 67	2789, 9	1945, 2
	212, 37	0, 09954	908, 59	2798, 2	1888, 6
	263, 91	0, 03943	1154, 5	2794, 2	1639, 7
	310, 96	0, 01804		2727, 7	1319, 7
	365, 7	0, 00588	1826, 5	2418, 4	591, 9
221, 2	374, 15	0, 00317	107, 4

Влажный пар

Образующийся при кипении пар называется влажным насыщенным паром. Он имеет такую же температуру, как и кипящая жидкость, и содержит еще примерно 20% воды. Когда эта вода полностью испарится, то получается сухой насыщенный пар, который целесообразно транспортировать по трубопроводам. Однако как только его температура падает, какая-то доля пара снова конденсируется, и тем самым пар в значительной мере теряет свою теплоту. При конденсации теряется теплота парообразования, поэтому следует транспортировать слегка перегретый пар.

Перегретый пар

Для транспортировки пара с наименьшими потерями насыщенный пар путем дальнейшего подвода теплоты доводят до 300° С при неизменном давлении (рис. 10.1).

Такой пар называют перегретым паром. За счет высокого теплосодержания его можно транспортировать на большие расстояния без существенной потери энергии. Однако несмотря на высокую температуру теплопередача у него относительно невысока, и чтобы использовать возможно меньшую поверхность нагрева, стараются направлять пар в теплообменник в виде насыщенного пара, вспрыскивая в него конденсат (охлаждение пара).

Горячая вода

Для транспортирования тепловой энергии можно однако избрать иной путь, а именно - нагревать воду под давлением до 160-170°С, но не допускать ее кипения. Эту очень горячую воду можно транспортировать и использовать для кипячения сусла. В этом случае говорят о кипячении при помощи горячей воды или гидрокипячении (см. раздел «Кипячение сусла»).

Преимущество в этом случае состоит в возможности использования для нагрева продукта всего потенциала подводимой теплоты. Тем самым отпадает необходимость целого «конденсатного хозяйства» с соответствующей системой управления.

Недостатком является значительно большее по сравнению с газообразным паром требуемое сечение трубопроводов и более высокая производительность насосов.

Паровой котел

⇐ Предыдущая 152 153 154 155 156157158 159 160 161 Следующая ⇒