Bij de moderne commerciële bierproductie is het energieverbruik een belangrijke factor die van invloed is op de productiekosten. Processen zoals het mouten, het koken van het wort, de bereiding van heet water, CIP-reiniging en pasteurisatie vergen allemaal aanzienlijke hoeveelheden warmte-energie.
Stoom wordt, vanwege zijn hoge verwarmingsrendement, stabiele temperatuur en eenvoudige regeling, op grote schaal gebruikt in middelgrote tot grote brouwerijen. In traditionele productieprocessen worden stoom die vrijkomt tijdens het koken van het wort, condensaat met hoge temperatuur en restwarmte uit het rookgas van de ketel echter vaak rechtstreeks afgevoerd, wat leidt tot aanzienlijke energieverspilling.
Daarom zijn stoomterugwinningssystemen geleidelijk aan een belangrijke technologie geworden voor moderne commerciële brouwerijen om hun energie-efficiëntie te verbeteren. Door de stoom en restwarmte die tijdens de productie vrijkomen terug te winnen en deze te hergebruiken voor de bereiding van warm water, het voorverwarmen van wort, CIP-reiniging, en ketelvoedingswater kunnen brouwerijen hun energieverbruik en productiekosten effectief verlagen.
Waarom hebben brouwerijen stoomterugwinningssystemen nodig?
De bierproductie is van nature een proces dat een grote hoeveelheid warmte-energie vereist. Van al deze processen is het koken van het wort een van de fasen waarin de meeste warmte-energie wordt verbruikt.
Tijdens het kookproces van het wort is continue verwarming nodig om het wort te concentreren, te steriliseren, bitterstoffen uit de hop te extraheren en ongewenste vluchtige stoffen te verwijderen. Dit proces genereert een grote hoeveelheid stoom op hoge temperatuur. Als deze stoom rechtstreeks in de lucht wordt geloosd, gaat de warmte-energie die deze stoom bevat verloren. Tegelijkertijd condenseert de stoom in warmtewisselaars tot condensaat met een hoge temperatuur. Dit condensaat heeft nog steeds een hoge temperatuur; directe lozing verspilt niet alleen warmte-energie, maar verhoogt ook het energieverbruik voor ketelvoedingswater en herverwarming.
Daarom is een moderne brouwerij stoomterugwinningssystemen bestaan doorgaans uit meerdere onderdelen, zoals stoomcondensatie, warmtewisseling, warmwateropslag, condensaatterugwinning en geautomatiseerde regeling. Het is een compleet systeem voor energieterugwinning, niet slechts een eenvoudig apparaat voor het opvangen van stoom.
Het werkingsprincipe van een stoomterugwinningssysteem voor brouwerijen
Als we de terugwinning van stoom bij het koken van wort als voorbeeld nemen: de bij het koken van wort geproduceerde hogetemperatuurstoom stroomt via de afvoerleiding naar de stoomcondensor of de warmteterugwinningswarmtewisselaar. In de warmtewisselaar wisselt de stoom indirect warmte uit met brouwwater of ander proceswater. Nadat de warmte is afgegeven, condenseert de stoom tot water, terwijl het proceswater aan de andere kant wordt verwarmd.
Het verwarmde warmwater kan in een warmwaterboiler worden opgeslagen en naar behoefte worden gebruikt voor:
· Vervaardigen en schuren
· Voorverwarmen van het wort
· CIP-reiniging
· Spoelen van apparatuur
· Voorverwarming van het voedingswater voor de ketel
Hierdoor kan warmte-energie die anders in de omgeving zou vrijkomen, terugkeren naar het productiesysteem, waardoor de algehele energie-efficiëntie wordt verbeterd.
Het is belangrijk om op te merken dat stoomterugwinning niet louter neerkomt op het direct hergebruiken van stoom. Stoom die wordt gebruikt voor het koken van wort kan vluchtige stoffen uit het wort, hoparoma’s en organische bestanddelen bevatten. Daarom wordt doorgaans gebruikgemaakt van indirecte warmte-uitwisseling om warmte over te brengen naar schoon proceswater, waardoor elke invloed op het productsysteem wordt vermeden.
Terugwinning van stoom bij het koken van wort: een van de meest waardevolle toepassingen
Van de verschillende methoden voor warmteterugwinning in brouwerijen heeft de terugwinning van stoom bij het koken van wort over het algemeen een grote praktische waarde. De stoom die bij het traditionele kookproces vrijkomt, wordt rechtstreeks afgevoerd. Door een stoomcondensor te installeren kan deze stoom effectief worden gebruikt om koud water of brouwwater op te warmen tot het voor de productie benodigde hete water.
Bij commerciële brouwerijen is de vraag naar warm water doorgaans relatief stabiel. Processen zoals het maischen, schrobben, CIP-reiniging en het spoelen van apparatuur vereisen allemaal grote hoeveelheden warm water, waardoor de teruggewonnen warmte-energie volledig wordt benut. In continu werkende brouwerijen kan teruggewonnen warm water worden opgeslagen in warmwatertanks en worden ingezet volgens de behoeften van de verschillende productiefasen, waardoor het stoomverbruik van de ketel wordt verminderd.
Bovendien kan stoomterugwinning de werkomgeving in de brouwzaal verbeteren. Door de directe uitstoot van hete, vochtige stoom te verminderen, dalen de temperatuur en de luchtvochtigheid in de brouwzaal, waardoor er minder condensaat druppelt en de apparatuur minder snel corrodeert.
Terugwinning van stoomcondensaat: het energieverbruik van ketels verminderen
Naast het terugwinnen van stoom die vrijkomt bij het koken van het wort, heeft ook het hogetemperatuurcondensaat in het stoomsysteem een hoge terugwinningswaarde.
Stoom condenseert tot water met een hoge temperatuur nadat het door mantels, warmtewisselaars of andere verwarmingsapparatuur is gestroomd. Directe afvoer van deze warmte-energie zou verspilling betekenen. Door condensterugwinningsleidingen, condensafvoerkleppen, flash-tanks en condensopslagtanks te installeren, kunnen brouwerijen het condensaat terugwinnen in de ketel voedingswatersysteem. Aangezien de temperatuur van teruggewonnen condensaat doorgaans hoger is dan die van vers voedingswater, hoeft de ketel niet veel energie te verbruiken om het koude water opnieuw te verwarmen, waardoor het brandstofverbruik daalt. Tegelijkertijd kan condensaatterugwinning ook het volume van het ketelvoedingswater en de belasting van het waterbehandelingssysteem verminderen.
In grote brouwerijen kan de terugwinning van condensaat worden geïntegreerd met de terugwinning van restwarmte uit ketelrookgassen, de voorverwarming van voedingswater en warmwatersystemen, om zo een completer energiebeheersysteem voor de gehele fabriek te vormen.
Hoe zorgt een stoomterugwinningssysteem ervoor dat de productiekosten van een brouwerij dalen?
1. Lager brandstofverbruik
Ketels verbruiken aardgas, biomassa, stookolie of elektriciteit om stoom te produceren. Door kokende stoom en condens met hoge temperatuur terug te winnen, kan het energieverbruik voor het verwarmen van proceswater en ketelvoedingswater worden verminderd.
2. Vermindering van de piekbelasting van de ketel
Processen zoals versuikering, koken en CIP-reiniging kunnen op verschillende momenten een aanzienlijke warmtebehoefte met zich meebrengen. Warmwateropslagtanks kunnen teruggewonnen warmte opslaan en deze gebruiken wanneer dat nodig is, waardoor de momentane belasting van de ketel wordt verminderd.
3. Lager zoetwaterverbruik
Door condensaat en restwarmte terug te winnen, hoeft er minder zoet water te worden verwarmd. In gebieden met hoge waterkosten of waterschaarste kan waterbesparing bovendien aanzienlijke economische voordelen opleveren.
4. Lagere exploitatiekosten van apparatuur
Door de bedrijfstijd van ketels en het brandstofverbruik te verminderen, worden ook de bedrijfsdruk en de onderhoudskosten van ketels en aanverwante energie-installaties verlaagd. De economische voordelen van stoomterugwinningssystemen komen dan ook niet alleen tot uiting in besparingen op gas of brandstof, maar ook in waterbesparing, lagere kosten voor afvalwaterzuivering en een lagere bedrijfsbelasting van de installaties.
Heeft stoomterugwinning invloed op de kwaliteit van het bier?
Stoomterugwinningssystemen maken doorgaans gebruik van indirecte warmtewisseling. De teruggewonnen warmte wordt via een warmtewisselaar overgedragen naar het brouwwater of ander proceswater. Stoom en condensaat komen niet rechtstreeks in het wort of het afgewerkte bier terecht. Bovendien kan het systeem, door de verwarmingsmethode te optimaliseren en onnodig warmteverlies te beperken, voldoen aan de eisen van het wortkookproces en tegelijkertijd warmteverspilling door oververhitting verminderen. Een stabiele warmtetoevoer en nauwkeurige temperatuurregeling dragen ook bij aan een betere consistentie van de bierproductie tussen verschillende batches.
Met welke factoren moet rekening worden gehouden bij het ontwerp van een stoomterugwinningssysteem?
Het ontwerp van het stoomterugwinningssysteem varieert afhankelijk van de omvang van de brouwerij. Kleine ambachtelijke brouwerijen met een capaciteit van 500 liter of 1000 liter hebben aanzienlijk andere behoeften op het gebied van stoomproductie en warm water dan grote commerciële brouwerijen. Bij het ontwerpen van een systeem moet doorgaans rekening worden gehouden met de volgende factoren:
Stoombron en warmtebehoefte
Om de juiste capaciteit van het terugwinningssysteem te bepalen, is het noodzakelijk inzicht te hebben in de productieschaal van de brouwerij, het dagelijkse batchvolume, de kooktijd van het wort, de capaciteit van de ketel en de warmwaterbehoefte.
Nominale temperatuur bij verwarming
Verschillende warmtebronnen hebben verschillende temperaturen. Stoom met een hoge temperatuur is geschikt voor processen waarbij hoge temperaturen nodig zijn, terwijl restwarmte met een lagere temperatuur kan worden gebruikt voor het voorverwarmen van voedingswater, als ketelvoedingswater of voor andere processen waarbij lage temperaturen nodig zijn.
Ontwerp met het oog op hygiëne en veiligheid
Brouwinstallaties zijn productomgevingen voor voedingsmiddelen en dranken; voor warmtewisselaars, tanks en leidingen moeten materialen en constructies worden gebruikt die aan de hygiëne-eisen voldoen. Het systeem moet bovendien zijn uitgerust met drukbeveiliging, temperatuurbewaking, niveauregeling en veiligheidsontluchtingsvoorzieningen om een stabiele werking op lange termijn te waarborgen.
Reiniging en onderhoud
Stoom die wordt gebruikt voor het koken van wort kan schuim en organisch materiaal bevatten, wat bij langdurig gebruik tot vervuiling van de warmtewisselaar kan leiden. Daarom moeten stoomcondensors, de bijbehorende leidingen en tanks eenvoudig te reinigen zijn en geïntegreerd zijn in het CIP-reinigingssysteem (Clean-In-Place) van de brouwerij, om een goede warmtewisselingsefficiëntie en hygiënische omstandigheden te waarborgen.
Geautomatiseerde besturing
Moderne stoomterugwinningssystemen zijn doorgaans uitgerust met temperatuursensoren, druksensoren, debietmeters en niveaumeters, en worden centraal aangestuurd via PLC- of SCADA-systemen. Operators kunnen de stoomproductie, de temperatuur van het hete water, de condensaatterugwinning en de bedrijfsstatus van het systeem in realtime volgen, waardoor afwijkingen onmiddellijk worden opgemerkt en de stabiliteit van het systeem wordt verbeterd.
Gezien de stijgende energieprijzen en de steeds strengere eisen op het gebied van energiebesparing en emissiereductie in de bierindustrie, wordt het belang van stoomterugwinningssystemen steeds duidelijker. Voor bedrijven die nieuwe brouwerijen bouwen, wordt aanbevolen om tijdens de ontwerpfase van het project volledig rekening te houden met stoomterugwinning, condensaatterugwinning, het benutten van restwarmte uit ketels en het cascadig gebruik van warmte-energie, in plaats van energiebesparende apparatuur pas na voltooiing van het project afzonderlijk toe te voegen.
Voor brouwerijen die al in bedrijf zijn, kan een energieanalyse worden uitgevoerd op basis van de bestaande ketel-, kook-, warmwater- en CIP-systemen om geschikte oplossingen voor stoom- en restwarmteterugwinning te identificeren.
Toekomstige, zeer efficiënte brouwerijen moeten niet alleen steeds meer bier van constante kwaliteit produceren, maar ook dezelfde productietaken uitvoeren met minder energie en water. Stoomterugwinningssystemen zijn een van de belangrijkste technologieën om dit doel te bereiken. TianTai kan uw brouwerij helpen met een doordacht ontwerp en een systematische toepassing om de energie-efficiëntie te verbeteren, de productiekosten te verlagen en zo een efficiëntere, energiezuinigere en duurzamere productie te realiseren.
