过程能量综合技术在味精生产企业能量优化中的_省略_用_味精生产过程_三环节_能量

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2008年第27卷第8期·1288·

化工进

展

过程能量综合技术在味精生产企业能量优化中的应用(Ⅱ) ——味精生产过程“三环节”能量系统改进措施

解新安1,2，林静仪1，丁年平1，刘华敏1

（1华南农业大学食品学院，广东广州 510641；2华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州 510641）摘要：以某味精生产企业能量系统为研究背景，提出了该企业能量系统改进的方向；并以“三环节”模型为研究思路，根据该企业的工艺流程和设备运行状况，提出了一系列能量系统改进措施，通过热力学分析，这些改进措施预计可使该企业的净能耗减少18.59%，热量回收率提高20.34%，火用回收率提高10.37%，表明本研究提出的能量改进方案是可行的，模型是可靠的。

关键词：能量系统；三环节；节能措施；能量结构模型；味精企业

中图分类号：TQ 021.8 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2008）08–1288–06

Process energy integration application in energy system optimization for

monosodium glutamate process (Ⅱ)

——Study on saving-energy measures

XIE Xin’an1,2，LIN Jingyi1，DING Nianping1，LIU Huamin1

（1College of Food Science，South China Agriculture University，Guangzhou 510641，Guangdong，China；2 State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering, South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China）Abstract: Based on the ‘three-link-model’ of the monsodium glutamate factory energy system, the way of improving energy efficiency is pointed out for the factory. Some energy-saving measures are recommended according the process and equipment operation in the factory. From a comparision of energy efficiency after and before improving energy system, the consumption of energy decreased by

18.59%, recovery efficiency of energy and exergy increased by 20.34% and 10.37% respectively. The

energy-saving measures and the three-link model are viable and reliable.

Key words：energy system；three-link-model；saving-energy measures；energy efficiency；monosodium glutamate factory

通过对某味精企业能量系统地研究，建立典型的味精企业能量系统“三环节”结构模型[1]，并以该味精企业的能量系统“三环节”结构模型为理论依据，对企业的能量系统进行全面热量平衡、火用平衡以及能量效率分析与研究；对该味精企业的能量利用环节、能量回收环节和能量转换环节的能量利用、能量回收和能量转换效率进行了评价，分析研究了该味精企业中影响各环节能量效率低下的因素[1]。并且对该能量系统分析和评价结果为依据，具体研究该企业能量系统节能改进的方向和切实可行的节能改进措施，并对节能效果和技术经济进行简单的分析和评价。

1 味精生产国内现状简述

近几年我国味精生产总量增长最快的一年是

收稿日期：2008–01–04；修改稿日期：2008–05–19。

基金项目：制浆造纸工程国家重点实验室（华南理工大学）开放基金资助项目（200609）及华南农业大学校长科学基金资助项目。

第一作者简介：解新安（1964—），博士，副教授，主要从事化工、食品加工过程模拟与优化以及过程系统节能研究。E–mail xinanxie@https://www.360docs.net/doc/bc13527135.html,。

第8期解新安等：过程能量综合技术在味精生产企业能量优化中的应用(Ⅱ) ·1289·

2006年，其中民营和股份制企业发展势头十分强劲。2006年，我国味精产量增长至170万吨，与2005年相比提高了25%；出口量达到20多万吨，出口到50多个国家和地区[2]。目前国内味精主产区分布在山东、河南、河北、江苏、浙江、广东等地，特别是山东，2006年产量达到46 145万吨，占全国味精总产量的1/4强[3]。山东阜丰、河北梅花味精、河南莲花集团（2006年销售量达16.79万吨）、山东信乐味精、山东菱花集团公司、山东齐鲁味精、江苏菊花味精公司以及山东铃兰味精2006年产量均超过10万吨[2]。国内味精工业与国外味精工业的综合水平还有一段距离，主要是因为味精工业在我国不仅是技术密集、投资密集的部门，而且是轻工业中的能源消耗大户。本研究所分析的味精企业年产也在10万吨以上，每年的能耗大约在3380 t蒸汽，在国内具有典型的代表性。其主要生产工艺如图1。

图1 某味精企业主要生产工艺

2 味精企业能量系统改进方向

根据文献[1]对某味精企业“三环节”模型能量系统及其效率分析研究的结果，针对该味精企业的实际设备条件、工艺流程和运行情况，以味精企业“三环节”能量结构模型为思路，分别对能量系统的三个环节提出能量改进的方向。

2.1能量转换环节改进方向

（1）为减少煤中的化学能转换成蒸汽热能过程中的火用损，应提高锅炉出产蒸汽的温度和压力，以提高其能级。

（2）考虑引入部分低温热阱，如加热炉用空气、锅炉给水预热等，可以进一步降低加热炉排烟温提高燃料能量转换利用效率。如能将烟气温度降至170 ℃左右,则能多回收能量约1900 kW。同时强化锅炉炉壁保温，减少散热损失。

（3）低压蒸汽直接加热给水除氧改为低压蒸汽通过小型汽轮机背压后加热给水，同时汽轮机可拖动锅炉房水泵等设备，降低自用电耗。

（4）加装气热回收装置，使回收的中压蒸汽送回其它单位使用。

（5）针对方向（1），相应地更新部分超龄服役发电机组以适应进汽压力的提高,同时降低发电过程中的能(火用)耗。

（6）堵塞漏洞，杜绝由于蒸汽泄漏、减压造成的损失。

（7）将效率低的机泵、机组改换成变频调速电机，提高机泵效率，减少电耗量。

2.2能量利用环节改进方向

（1）为降低制糖过程火用损，改蒸汽直接通入糖化锅供热为蒸汽加热浆料间接供热。

（2）改开放式结构为封闭式结构，利用废气中热能完成精制干燥部进入空气的预热，同时也减少了散热造成的损失。

（3）发酵工序工段改单效蒸发为多效蒸发，尽量利用蒸发出二次蒸汽的热能，减少新鲜蒸汽的使用量。此外，引入合适的低温热阱回收蒸汽尾气中能量，减少排弃能。

2.3能量回收环节改进方向

（1）加装换热器回收制糖过程排放气体中的热能，减少因排放造成的损失。

（2）改进精制干燥废气热回收装置效率以回收更多热量供本单位或其它单位使用。

3 能量系统改进措施与结果

3.1能量系统改进措施

根据上述提出的能量系统改进方向以及该味精企业现有设备、工艺条件和运行状况，分别对以下热排弃（损失）量较大工段进行能量回收和再利用。

（1）蒸汽锅炉烟气热能回收目前锅炉烟气热能回收系统效率较低，排放温度较高，造成较大浪费。可以改用板式换热器，用锅炉烟气预热锅炉燃烧用空气将烟气温度降低至180 ℃，回收部分热能。改进后的锅炉烟气热回收装置比原装置多回收的热值和火用值分别为1617.3 kW和709.1 kW。

（2）锅炉除氧部分的能量综合利用目前锅炉除氧直接使用0.4 MPa、160 ℃的蒸汽，火用损较大。为减少过程火用损，可将蒸汽通过小型汽轮机背压后加热给水，同时汽轮机可拖动锅炉房水泵等设备，

化工进展 2008年第27卷·1290·

降低自用电耗。与改进前相比，该环节转换火用损（DKU）减少100 kW，同时转换输出能（EB）增加了100 kW。

（3）连续灭菌和发酵工序用能效率提高措施连续灭菌和发酵工序可改用多效蒸发器，充分利用二次蒸汽中的热能，减少新鲜蒸汽的使用量。改造后节省新鲜低压蒸汽预计可达4200 kg/h，该环节的火用损由原来的4527 kW降低到4065.1 kW。

（4）制糖工序废气余热回收制糖工序大放汽和放锅时糖化锅内的剩余蒸汽直接排空，造成较大的损失。可以在出口处加装换热器，回收部分热能用于加热制糖的给水，减少改造前用于加热给水的新鲜蒸汽的消耗。改造后预计制糖工序能量回收率可提高33.6％，火用回收率提高1.4％。

（5）精制干燥部分废气余热回收精制干燥部废气中含有较大的热能，虽然目前采用一台换热器生产热水来回收热能，但回收量不足，仍有相当一部分被排放到外界空气中。作者把精制干燥部改为封闭式结构，在废气出口加装一台板式换热器，用于加热进入干燥部的空气，预计可回收热量1247.7 kW，回收火用为98 kW，使干燥部分的能量回收率由改造前的28.1％提高到改造后的38.3％，火用回收率由原来的18.3％提高到23.6％。现将以上要改进措施及其节能效果汇总于表1。

表1味精企业能量系统主要改进措施及效果一览表

节能效果项目措施名称措施内容

类型数量年效益

/万元

备注

制糖系统改造

制糖废气热

能回收

加装板式换热器，回收制糖放汽和放锅时排放蒸汽的热能

并生成热水供制糖使用

热能

/kW

475.032.5 投资13万元，简

单投资回收期0.4年

灭菌发酵工序发酵工艺改造采用多效蒸发器代替原来的设备，充分利用二次蒸汽中的

热能，减少新鲜蒸汽的使用量

热能

/kW

8153.7557.9 投资2200万元，简

单投资回收期3.9年

精制干燥系统改造

干燥部空气

废热余热回收

在干燥部废热空气出口加装一台板式换热器，回收废热空

气中的余热用来加热进入干燥部的空气

热能

/kW

124885.4 投资33万元，简单

投资回收期0.39年烟气余热回收更换原空气预热器，采用效率更高的板式换热器，回收烟

气中的热能，提高进蒸汽锅炉的空气温度

热能

/kW

1617.3110.6 投资27万元，简单

投资回收期0.24年

蒸汽锅炉系统改造

给水除氧系统改造

利用小功率单级背压式汽轮机取代节流装置驱动锅炉给水

泵，减少动力车间的自用电，做功后的蒸汽用于锅炉给水除氧

电

/kW

100 18.2 投资25万元，简单

投资回收期0.82年

3.2能量系统改进结果分析与讨论

3.2.1 改进后能量系统热力学分析

根据上述能量系统优化措施，提出对某味精企业能量系统进行改造和优化，为考察能量系统改造后能量效率提高的效果，本研究对该味精企业改造后的能量系统按三环节方法进行热量平衡分析和火用分析，其能量系统分析结果和火用分析结果分别汇总于表2、图2和图3。

3.2.2 能量系统改进结果讨论

根据改进后的能量分析结果，分别按“三环节”模型对改进后的能量系统进行评价，并对各子系统影响能量效率的因素进行分析。

（1）能量转换环节根据表2、图2和图3中的数据，将该味精企业能量系统中转换环节的蒸汽锅炉系统、蒸汽轮机系统等能量转换数据进行整理，并对该味精企业能量系统改进前后的能量平衡、火用平衡分析数据、热量回收效率和火用回收效率等分别

图2 能量系统改进后该味精企业能流图

（改进后能量转换效率ηU=52.26%，改进后能量回收效率ηR=36.03%）

第8期 解新安等：过程能量综合技术在味精生产企业能量优化中的应用(Ⅱ)

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E X P

F 64073.9E XPF

(64073.9 kW) 图3 能量系统改进后该味精企业火用 流图 （改进后能量系统火用 转换效率ηXU =26.02%,改进后能量系统火用回收率

ηXR =19.51%）

表2 能量系统改进后能量（火用 ）平衡分析汇总表 环节 能流量/kW 火用 流量/kW 能量转换

总供入量

燃料煤

64073.9 64073.9 供入气

11076.6 2774.7 供入电

14.8 14.8 供入热

13014 3200.8 合计

88179.3 70064.2 输出电能 4984.5 4984.5 输出蒸汽 15649.2 4528.1 转换排弃

30779.2 3356.6 过程火用 损

— 46454.3 能量利用

有效利用

490947.4 114962.4 回收循环

1722.7 431.6 工艺总用能

492670.1 115289.6 热力学能（火用）耗

400077 93084 过程火用 损 — 8534.1 能量回收 待回收

98984.3 13776.1 回收输出

18542.7 1151.83 排弃

81096.1 11700.6 过程火用 损 —

923.7 汇 总

净能（火用 ）耗

82628.7 81137.5 转换效率/％

52.26 26.02 回收效率/％ 36.03 19.51 总排弃

112065.3 144849.3 过程总火用 损 — 55555.6 进行对比分析，其结果如表3所示。

表3 能量转换环节改进前后热（火用 ）效率比较

转换环节

项 目

改进前

改进后

总供入能/kW 246598.8 245039.6 损失能/kW

38358.3 36700.8 热转换效率/％ 84.45 85.02 总供入火用 /kW 127168.7 125100.4 过程火用 损/kW 43246.9 41912.4 排弃火用 损/kW 7742.6 7083.3 火用 效率/％

59.90 60.84

根据表3中改进前后的能量系统对比数据,并结合该味精企业操作运行的状况和设备条件，对该企业能量系统改进后转换环节的节能效果评价如下。

①从表3中的对比数据可知，改进前后蒸汽锅

炉的热量转换效率和火用 转换效率并无明显提高。其主要原因是蒸汽锅炉系统的改进仅限于改造烟气余热回收装置以回收更多的热能，但锅炉本身老化、

燃烧效率低、保温效果不佳的问题没有根本解决，

而这些因素也是造成蒸汽锅炉热损失的主要来源。同时，发生的蒸汽能级较低，限制了蒸汽锅炉火用 效率的提高。因此，要得到较高的火用 转换效率，必须提高发生蒸汽的压力和温度。 ②采用了烟气余热回收措施后，使烟气排放温度降低为180 ℃，多回收的热能和火用 分别达到1617.3 kW 和709.1 kW 。但是由于燃煤来源不一，

造成不同来源的煤品的匹配不佳，限制了烟气出口

温度的进一步降低，无法回收更多的热能。 ③将0.4 MPa 、160 ℃的蒸汽通过HS 小功率单级汽轮机背压后用于给水除氧，回收的火用 达100 kW ，使动力车间减少相应的电耗。 （2）能量利用环节 通过对该味精企业的能量

利用环节的制糖工序、连续灭菌和发酵工序以及提

取精制工序等子系统的能量综合利用研究，取得了

一定的节能效果，并为进一步优化能量系统、提高

能量效率指出方向。

①对制糖工序的放汽和放锅时采取了热能回收措施，回收的热量可达712.4 kW 的热能。但是从表3的数据可知，制糖工序的过程火用 损和火用 效率改进幅度不大，这是因为该企业的制糖工序目前采取蒸汽直接加热的方式，使高品质的蒸汽和低品质的温水直接混合，从而造成了较大的火用 损。

②连续灭菌和发酵工序加强了废气的余热回收，减少新鲜蒸汽的使用量。但从该企业的工艺过程和设备运行状况来看，连续灭菌和发酵工序部分的能量回收仍不够充分。这是由于该企业目前仍采用敞开式结构，散热量较大，导致热效率和火用效率没有明显提高。

③发酵工序采用多效蒸发器取代原来的单效发酵罐，充分利用了二次蒸汽中的热能，使装置的热效率大为改进，蒸汽消耗系数提高到2.7 tH2O/t蒸汽，比原装置少消耗蒸汽8153.7 kW。

（3）能量回收环节通过对制糖工序、连续灭菌和发酵工序以及提取精制工序等系统采取了能量回收措施，大大减少了整个能量系统的排弃能和排弃火用，使该企业的能量回收率得到了较大的提高。表4给出了回收环节改进前后的热力学分析对比数据。

表4回收环节改进前后的能（火用）流比较

制糖工序连续灭菌和发酵工序精制工序项目

改进前改进后改进前改进后改进前改进后能量

总供入能/kW 6718 6118 42203 39965.7 5854449644排弃能/kW 5593.5 3539.6 33116.7 10712.2 52262.333720.3排弃所占比例/％83.27 57.85 78.47 26.80 89.2767.92火用

总供入火用/kW 6493 5903 5014 4381.9 35232812排弃火用损/kW 5981.2 4121.2 4643.6 1321.9 3328.471765.58过程火用损/kW 146.5 126.5 112.2 95.8 97.8090.72总火用损占比例/% 92.12 69.81 92.61 30.16 94.4862.78从表4可知，通过能量回收、制糖工序、连续灭菌和发酵工序以及精制工序系统的排弃能分别由改进前的5593.5 kW、33 116.7 kW和52 262.3 kW减少到改进后的3539.6 kW、10 712.2 kW和33 720.3 kW，也就是分别回收的能量2053.9 kW、22 404.5 kW和18 542 kW，使改进后的能量回收率由原来的15.69％提高到49.88％，火用回收率由9.14％提高到44.96％。因此，通过对能量回收环节的改进，使能量回收率有了较大的提高。为了系统地分析该企业能量改进后整个体系的能量效率，将能量改进后“三环节”分析数据列入表5。

从表5中可看出，该企业系统净能（火用）耗比改进前有明显减少，分别由101 491.7 kW、86 970.6 kW降低到82 628.7 kW和81 137.5 kW。工艺总用能和总用火用分别减少8153.9 kW和2147.4 kW。在能量回收环节，能量回收率和火用回收率分别由原来

的15.69％和9.14％提高到49.88％和44.96％。转换

环节的能量转换效率由改进前的46.28％提高到52.26％。由此可见，按照本研究提出的能量系统改

进措施对企业进行能量综合后，使该企业能量系统

的总能量消耗和火用耗大大下降，得到了比较明显的

节能效果。

表5能量系统改进前后数据比较

项目改进前改进后转换环节

能量效率/％46.28 52.26 火用效率/％25.80 26.02 利用环节

工艺总用能/kW 500824 492670.1 工艺总用火用/kW 117437 115289.6 回收环节

能量效率/％15.69 49.88 火用效率/％9.14 44.96 汇总

净能耗/kW 101491.7 82628.7 净火用耗/kW 86970.6 81137.5

3.2.3 能量系统改进简单经济分析

根据表1中所示的节能措施、节能效益和投资

量，将各数据进行整理、计算，对该企业能量系统

改进措施进行简单的经济分析，分析结果见表6。

表6能量系统改进简单经济分析

项目数据

总投资 2348.0万元/年

总收益 1187.9万元/年

简单回收期 2.0年

从分析可知，整个能量系统改造投资为2348.0

万元，年经济效益可达1187.9万元，简单投资回收

期为2年。可见，本研究提出的能量改进措施在技

术上和经济上均是可行的。

4 结论

以味精企业能量系统“三环节”结构模型为基

础，通过对某味精企业能量系统进行热量平衡和火用

平衡分析，指出了该企业能量系统的改进方向；并

（下转第1306页）

由表2可知，该系统改造后的单位运行成本约为0.733元/m 3，而目前该污水处理厂（10 000 t/d ）的单位处理成本为0.562元/m 3。由于MBR 系统出

水水质达到中水回用标准（GB/T 18920—2002）

，故可以为园区内相当一部分企业提供廉价的中水。目前园区企业实际中水需求量约为8000 t/d ，水价

按1.80元/吨计算，

每天可以为污水处理厂盈利8528元，为企业节省水费8000元/天（自来水价按2.80元/吨计），经济效益显著。

此外，该系统的改造成功，每年将比改造前减少COD 排放40%，氨氮约38%。同时中水的回用也节省了大量宝贵的水资源，社会效益也十分显著。

4 结 论

MBR 平板膜生物反应器对于去除COD 、氨氮

以及SS 等具有良好的效果，相对于该综合污水处理厂现在所采用的CASS 工艺，平板膜生物反应器在出水水质、处理效率、抗冲击负荷、占地面积等方面具有很大优势，同时平板膜自身的简单结构和安装拆卸方便的特性，使得其清洗较方便，适合工业上大规模的应用。但由于目前平板膜制造技术的限制，其成本较高，建造一座较大规模的平板膜处理系统投资很大，运行成本较CASS 等传统工艺也

高，目前仅适合对出水水质、占地面积等方面要求严格的中小规模废水处理厂使用。相信随着膜技术的不断发展，成本不断降低，膜生物反应器在化工园综合废水处理方面将成为主流工艺。

参 考 文 献

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（上接第1292页）

以“三环节”模型为研究思路，提出了一系列能量系统改进措施。通过热力学分析，本研究提出改进

措施预计可使该企业的净能耗减少18.59％，

热量回收率提高了20.34％，火用 回收率提高了10.37％。能量系统改造投资2348万元，年效益1187.9万元，简单投资回收期仅为2年。因此，本研究提出的能量改进方案是可行的。通过研究证明，“三环节”分析不仅可以应用到石油等重工业中，而且还可以用于味精厂中，对其进行节能优化，为以后的高速发展提供了广阔的发展前景，并且这可以延续到食品行业中的耗能企业中得以推广。

由于所研究的味精企业有些工段的设备、仪表老化以及原料的不稳定（包括煤品的质量、味精原料的波动等），使得各环节，尤其是转换环节的能量转换效率仍然偏低。因此，为了全面提高该企业的用能效率，需要进一步采集现场数据，并在条件允许的情况下，有计划、分步骤地更换仍在使用的超

过设计寿命的老设备、仪表（如目前使用的旧锅炉和发电机组），研究采用先进的节能型工艺流程，如可对制糖系统的通汽方式和精制干燥部的结构进行改造等措施，以提高整个环节的用能效率，从而提

高企业的经济效益[4－

6]。

参 考 文 献

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