В отрасли производства напитков энергопотребление и контроль затрат уже давно являются ключевыми приоритетами компаний. По мере укрепления целей «двойной углеродной нейтральности» технологии утилизации отходящего тепла — благодаря своим значительным преимуществам в области энергосбережения и экологической устойчивости — превратились в важнейший путь трансформации и модернизации промышленности. От высокотемпературной пастеризации до низкотемпературного охлаждения, от отвода тепла оборудованием до использования тепловой энергии сточных вод — во всём производственном процессе напитков сосредоточены обильные ресурсы утилизируемого отходящего тепла. Опираясь на передовые отраслевые практики и современные технологические тенденции, настоящая статья анализирует потенциал утилизации отходящего тепла в шести ключевых этапах производства напитков.

I. Стадия стерилизации при высокой температуре и розлива: утилизация отработанного тепла конденсатных вод

Процессы стерилизации и розлива в производстве напитков представляют собой «высокую возможность» для утилизации отходящего тепла. В качестве примера можно привести линию по производству газированных напитков: высокотемпературный конденсат, образующийся после стерилизации, может достигать температур свыше 120 °C. Традиционные методы его утилизации — простое сброс в атмосферу — не только ведут к значительным потерям тепловой энергии, но и требуют дополнительных затрат на повторный нагрев технологической воды. Установив… Пластинчатый теплообменник В качестве альтернативы спиральный пластинчатый теплообменник может передавать тепло от конденсата воде, подающейся в котёл, либо воде, используемой в процессе приготовления сусла, тем самым обеспечивая каскадное использование энергии. Согласно эксплуатационным данным одной пивоваренной компании, данная технология позволяет сократить расход тепловой энергии на нагрев котла на 30%, что ежегодно приводит к экономии свыше 2 000 тонн условного топлива.

II. Система холодильного оборудования: утилизация отработанного тепла конденсатора

Процессы охлаждения в производстве напитков — такие как снижение температуры в ферментационных чанах и охлаждение готовой продукции — требуют непрерывной работы чиллеров, при этом температура отходящего тепла конденсатора обычно составляет 40–60 °C. Благодаря применению технологии водяного теплового насоса эта низкопотенциальная тепловая энергия может быть преобразована в горячую воду высокой температуры — 60–90 °C, которая используется для подогрева сусла в пивоваренном цехе, мойки бутылок и банок, а также для обеспечения горячим водоснабжением сотрудников. На примере завода компании Dongpeng Special Drink в городе Дунгуань внедрение системы водяного теплового насоса высокой температуры позволило достичь коэффициента утилизации отходящего тепла на уровне 65 %, сократить годовое потребление природного газа примерно на 1,5 млн кубометров и уменьшить эксплуатационную нагрузку на градирни, тем самым реализовав двойное использование энергии — как для охлаждения, так и для отопления.

III. Воздушные компрессоры и энергетическое оборудование: технология тепловых труб для эффективного теплообмена

Такое энергетическое оборудование, как воздушные компрессоры и насосы, в процессе работы выделяет значительное трение‑вызываемое тепло, при этом температура отработавших газов достигает 80–100 °C. Традиционные методы воздушного или водяного охлаждения энергоёмки и характеризуются низкой эффективностью отвода тепла. Напротив, технология тепловых труб, обладающая исключительно высокой теплопроводностью — более чем в 1 000 раз превышающей таковую у меди — позволяет быстро передавать избыточное тепло оборудования охлаждающей среде. Например, на заводе по розливу напитков компании Coca‑Cola установка самотёчных теплообменников на основе тепловых труб в выпускных линиях компрессора для утилизации отходящего тепла с целью подогрева питательной воды котла позволила снизить энергопотребление компрессора на 18% и продлить срок службы оборудования на 20%.

IV. Процессы ферментации и сахаризации: каскадное использование тепловых насосов

Процессы ферментации пива, вина и других напитков требуют точного контроля температуры. Хотя отходящее тепло из ферментационных резервуаров — в диапазоне от 35 до 45 °C — относительно низкотемпературно, его можно утилизировать с помощью технологии абсорбционных тепловых насосов. На примере завода Budweiser в Ухане используется абсорбционный тепловой насос на основе бромида лития, который использует отходящее тепло ферментации в качестве приводного источника для производства горячей воды температурой 75 °C, необходимой для кипячения суслом. Одновременно избыточное тепло холодильной системы преобразуется в охладительную мощность при температуре −5 °C, что позволяет регулировать температуру в ферментационном цехе, формируя комплексную систему тригенерации — производства тепла, электроэнергии и холода, ежегодная экономия энергоресурсов от которой превышает 5 млн юаней.

5. Мытьё и сушка бутылок и банок: рециркуляция влажного тёплого воздуха

Стадия сушки, следующая за очисткой стеклянных или ПЭТ‑бутылок, требует значительных затрат тепловой энергии, а традиционные методы электрического или парового нагрева оказываются дорогостоящими. Применение теплообменника для утилизации отходящего тепла позволяет回收 как sensible, так и latent heat из влажного горячего отработанного воздуха (с температурой около 80–90 °C и относительной влажностью 80–90 %) для предварительного подогрева поступающего свежего воздуха или промывочной воды. Полевые испытания на заводе по переработке соков показали, что эта технология способна снизить расход энергии на сушку на 50 %, одновременно уменьшая объём отработанного воздуха из сушильной камеры и понижая уровень влажности в помещении.

VI. Очистка сточных вод: утилизация органических отходов в виде тепловой энергии

Сточные воды пищевой промышленности содержат высокие концентрации органических веществ (с показателем ХПК, достигающим 3 000–5 000 мг/л) и в ходе анаэробной обработки образуют значительные объёмы биогаза, содержащего 60–70% метана. Теплотворная способность этого биогаза составляет 21–25 МДж/м³. Используя генераторы или котлы, работающие на биогазе, можно преобразовать его в электрическую или тепловую энергию, которая затем может быть направлена на удовлетворение энергетических потребностей предприятия либо на технологический нагрев. Например, на одном из предприятий компании Danone очистные сооружения обеспечивают до 30% собственного энергопотребления за счёт электроэнергии, вырабатываемой на основе биогаза, что позволяет сократить ежегодные выбросы CO₂ более чем на 2 000 тонн.

Помимо вышеупомянутых процессов, производство упаковочных материалов в сфере производства напитков также обладает значительным потенциалом для утилизации отходящего тепла. Например, при литье под давлением ПЭТ‑преформ формы необходимо постоянно поддерживать при температуре свыше 200 °C, чтобы обеспечить надлежащее формование; даже после извлечения из формы преформы сохраняют температуру 80–100 °C. Традиционные методы охлаждения — воздушное или водяное — приводят к существенным потерям тепла. При внедрении теплоутилизационного блока в систему охлаждения термопластавтомата отходящее тепло преформ можно направить на систему предварительного нагрева технологической воды, повысив температуру входящей в котёл воды на 20–30 °C и существенно снизив нагрузку на котельную. На примере крупного производителя ПЭТ‑бутылок эта технология позволила каждой производственной линии ежегодно экономить около 800 тыс. м³ природного газа, одновременно сокращая время работы градирен и продлевая интервалы технического обслуживания оборудования. Кроме того, этапы штамповки и вытяжки при производстве алюминиевых банок выделяют значительное количество отходящего тепла. С помощью теплообменников на основе тепловых труб или систем органического Ранкина (ORC) это тепло можно преобразовать в низконапорный пар или электроэнергию, которые затем могут использоваться для привода вспомогательного оборудования предприятия либо для отопления производственных цехов. Благодаря достижениям в области материаловедения и технологий преобразования тепловой энергии утилизация отходящего тепла на стадии упаковки трансформируется из простого теплообмена в направление многовариантной энергетической взаимодополняемости, открывая новые возможности для энергосбережения по всей цепочке создания стоимости в индустрии напитков.