白酒生产中冷却工艺节水改进方法与应用

匡胜严，黄维恺，刘 薇

（远大空调有限公司，湖南长沙 410138)

白酒酿造过程伴随着高能耗和高水耗，一般一吨白酒的生产需要消耗30～40 t 水，如果是酱香型名酒甚至吨酒耗水量可达50～60 t[1-2]。而在所有水耗中，蒸馏工艺冷却用水耗量占比最大，达到50%，若能回收利用或降低消耗，节水产生的效益将非常可观。

目前针对蒸馏冷却水工艺节水措施主要是以循环再利用为主。洋河大曲酒业将冷却水回收汇入集水池，分配给浴室和包装车间洗瓶，最后作为生产生活用水使用[3]。衡水老白干采用收集、沉淀、冷却、过滤处理方法进行循环再利用，每年可节约用水90万t[4]。

笔者对国内几家大型白酒生产企业进行了现场调研，发现冷却工艺用水浪费是普遍现象，且容易受当地气候影响造成冷却水温度过高，产酒量下降、热污染等问题。比如北京某二锅头酒厂采用自来水冷却，排水温度高达60～70 ℃，因温度太高不能满足当地环保要求，酒厂不得不采用常温水掺凉水降温至30 ℃再排放，用水量成倍上升。四川泸州某浓香型白酒，蒸馏冷却工艺的排水温度为75 ℃，采用冷却塔降温的方式再循环利用，在夏秋季节由于天气炎热，冷却水温度无法达到30 ℃以下，且由于冷却水为开放式系统，酒厂内菌种繁多，水温适宜繁殖，造成冷却塔和冷凝器结软垢，严重影响冷却效果。贵州某酱香型白酒，采用赤水河河水对酒蒸汽冷却降温，产生50 ℃的低温冷却水直接排放至赤水河，造成赤水河热污染，影响赤水河生态。还有一些酒厂采用风冷的方式进行冷却，在炎热的夏季由于空气温度比较高，冷却效果差，出酒量下降。

白酒蒸馏冷却工艺的高耗水以及热污染问题已经成为制约白酒行业发展的重要原因，甚至环保问题关系到酒企的生死存亡。本文针对蒸馏工艺循环冷却水温度分别采用不同的溴化锂吸收式技术实现冷却工艺节水80 %以上并解决热污染问题。另外如果酒企还有制冷或制热需求时，采用中温冷却水还可同步实现节能。

1 溴化锂吸收式制冷原理

溴化锂吸收式制冷机是一种采用热能驱动溴化锂溶液循环制冷的机组。溴化锂吸收式制冷机耗电极少（约为制冷量的5‰），采用的热源可以是蒸汽（≥0.1 MPa）、热水（≥70 ℃）、高温烟气（≥300 ℃）以及天然气、沼气等，在各领域获得广泛应用。

1.1 溴化锂吸收式制冷技术

溴化锂吸收式机组由发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器、溶液热交换器及其他辅助设备组成。单效溴化锂吸收式制冷机的流程如图1所示。

其原理如下：来自冷凝器的冷剂水进入蒸发器这个高真空环境中（872 Pa，绝压），骤然蒸发，降温至5 ℃，喷洒到换热管上，使换热管内12 ℃的冷水降温至7 ℃。冷剂水吸收冷水热量变为水蒸汽，被来自发生器的浓溶液吸收并放出热量经冷却水带走。变稀的溶液被泵送至发生器并被热源加热，产生水蒸汽和浓溶液。水蒸汽进入冷凝器冷凝成水放出热量经冷却水带走，冷剂水则进入蒸发器再次蒸发吸收冷水热量。

单效溴化锂吸收式机组制冷效率（制冷量与驱动热源热量的比值）为0.4～0.8；双效溴化锂吸收式机组制冷效率为1.3～1.5。在酿酒行业主要是以单效热水型溴化锂制冷机（简称热水型制冷机）、蒸汽型溴化锂吸收式制冷机（简称蒸汽型制冷机）以及燃气型溴化锂吸收式制冷机（简称直燃机）为主。

1.2 溴化锂吸收式换热技术

溴化锂吸收式换热技术是由热水型制冷机和换热器相结合的新型换热技术。机组的流程图如图2所示。

中温热水（70 ℃）进发生器驱动机组后进入水水板交与冷却水换热降温，再进入蒸发器最终降温至22 ℃排出。冷却水分两支，一支进入热水型制冷机的吸收器和冷凝器升温后排出；另一支经水水板交与中温热水换热后排出。

溴化锂吸收式换热机组（简称换热机组）作用相当于一个换热器：中温热水降温（70/22 ℃）的热量最终以冷却水（30/37 ℃）形式通过冷却塔排热。换热机组与换热器最大的不同在于：中温热水出口温度（22 ℃）要比冷却水的进口温度（30 ℃）低，这是换热器不可能达到的。正因为换热机组这种特性与酿酒冷却工艺参数相匹配，使得冷却工艺自冷却循环得以实现。

2 冷却工艺节水方法及应用

蒸酒工艺中，采用水冷方式冷却时，一般要求冷却水入口温度为22 ℃～25 ℃，而出冷凝器的温度主要是由采用冷凝器的形式决定：采用高温冷凝器一般出水温度可以达到70 ℃以上；采用低温冷凝器出水温度一般较低只有50 ℃左右。根据出水温度的不同可以根据客户需求采用不同溴化锂吸收式技术实现节水、节能。

2.1 无动力制冷冷却循环及应用

采用高温冷凝器产生的中温冷却水（≥70 ℃）可以驱动热水型溴化锂吸收式制冷机（简称热水制冷机）进行制冷，中温冷却水的温度越高，机组的制冷效率越高，产生的制冷量越多。产生的冷量除用于中温冷却水降温外，多余冷量还可以用于其他制冷需求，比如摊晾机摊晾冷却、恒温发酵车间、办公楼及其他建筑用冷等。

蒸馏冷却循环流程如图3 所示。22 ℃的低温水送入每一个蒸酒装置的冷凝器内，将酒蒸汽冷凝成原酒后，低温水升温至80 ℃。由于每个冷凝器运行时间和冷却水流量都不一致，因此将每个冷凝器的中温冷却水汇集至大的缓冲罐中。80 ℃的中温冷却水经水泵输送至热水制冷机后降温至55 ℃，制取的7 ℃的冷水送入二级冷却器将中温冷却水最终降温至22 ℃，多余的冷量用于摊晾机制冷。制冷过程产生的37 ℃冷却水经冷却塔循环降温。55 ℃中温冷却水经一级冷却器和二级冷却器最终降温至22 ℃送入低温水缓冲罐循环使用。一级冷却器的热量可用于润粮水补水预热或采用风冷的形式降温。

在北方酒厂生产车间及办公区域冬季有采暖需求时也可结合蒸汽型溴化锂吸收式热泵来实现低品位热量回收用于采暖。如图4所示，将80 ℃的中温水经换热器换热后产生60 ℃～70 ℃的热水用于供热。降温后的热水（55 ℃以下）用于预热润粮水。降温至30 ℃的冷却水再采用蒸汽驱动溴化锂吸收式热泵的方式降温至22 ℃循环使用。本流程不但实现了蒸馏冷却循环，同时还最大化利用了热量来供热，可有效降低酒厂的能耗。

四川宜宾某浓香型白酒酿造基地年产2.5 万t原酒。酿造一车间共有18 套冷却器，进出口温度为20 ℃/85 ℃，流量为20 t/h。产生的中温冷却水直接排放，浪费能源的同时形成热污染。另外摊晾冷却工艺采用电制冷机，制冷冷却需要消耗大量电能。冷却工艺改造后，采用一台热水型制冷机（制冷量400 kW），实现了85 ℃/20 ℃的冷却循环还替代了摊晾工艺60%的电制冷。每年实现节水13 万t、节电36万kW·h。

广东佛山某酒厂原采用冷却塔降温，冷凝器进出口温度为32 ℃/52 ℃，在夏季高温高湿天气下，冷却水温度偏高，造成出酒量降低和出酒时间延长。冷却工艺改造成高温冷凝器后，中温冷却水的温度高达90 ℃，流量为126 t/h，并采用一台热水型制冷机制取2733 kW 冷量实现近3 万m2建筑免费制冷，年节省电费123万kW·h。

2.2 无动力自冷却循环及应用

对于酿造车间无制冷需求或者用冷点比较远无法长距离送冷情况下，采用溴化锂吸收式换热机组可实现中温冷却水自冷却循环。

系统流程如图5 所示。各冷凝器产生的80 ℃中温冷却水集中汇入缓冲罐中。中温冷却水经水泵输送至换热机组内并降温至22 ℃汇集于低温水缓冲罐。最终22 ℃低温水再经泵输送回原蒸馏冷却工艺形成循环。在本系统中，依靠80 ℃中温水来驱动机组而不需要另外提供动力，中温水降温（80 ℃/22 ℃）的热量最终以37 ℃冷却水经冷却塔散热排放到环境中。

本系统最早应用于北京某著名二锅头酒厂。该酒厂原冷却系统每小时产生70 ℃的中温冷却水63 t，因环保要求不能直接排放，不得不采用掺入凉水降温至30 ℃以下，车间每天耗水量达1500 t，造成水资源浪费同时也加重了污水处理的负荷。改造成无动力自冷却系统后，实现了70 ℃/22 ℃的自循环冷却，并且采用蒸发冷却替代掺凉冷却，每天节省用水量1130 t，节水率超过90%。

2.3 辅助制冷冷却循环及应用

在一些酿酒工艺中采用低温冷凝器以提高出酒速度，产生的冷却水温度只有50 ℃左右。由于温度比较低，无法驱动热水型制冷机，因此只能采用辅助降温来实现节水。

辅助制冷冷却循环流程如图6 所示。50 ℃的低温冷却水经水泵输入至一级冷却器，采用冷却水或空气进行冷却（如有热需求，也可如图3 用于补水预热）降温至32 ℃左右后，再采用直燃型（燃气驱动）制冷机或蒸汽型制冷机制取7 ℃冷水通过二级冷却器降温至22 ℃。22 ℃的低温水再经过原冷凝器循环。

本系统成功应用于贵州某著名酱香型白酒的车间测试。最先酒厂采用赤水河水来冷却，因当地环保要求改造成闭式冷却塔降温，但因茅台镇在夏季时天气温度高，冷却效果并不理想。2018年在一个车间进行试点改造，流量为20 m3/h，温度50 ℃的低温冷却水首先通过闭式冷却塔进行降温；再进入二级冷却器用直燃机进行补冷降温。整个系统已通过整体验收并将在全厂进行推广。

3 结语

采用溴化锂吸收式机组实现无动力降温或辅助降温，改变了传统酿酒蒸馏冷却工艺的弊端，是一次革新。

（1）实现了蒸馏冷却工艺自冷却循环，节水率可以达到80%以上。

（2）使蒸发冷却工艺的冷却水温度更可控，确保产酒量和产酒品质。

（3）蒸馏冷却工艺由原来的开式系统改为了闭式系统，无结垢风险，工艺运行更稳定。

（4）结合酒厂制冷、制热需求，最大化提高了循环冷却水的热利用率，解决了热污染问题。