玉米淀粉湿磨生产“碳达峰”研判浅析

  • 作者: 崔云洪
  • 时间: 2021-11-22 15:19:35
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前言

2030碳达峰与2060碳中和(简称:双碳目标) 是中国政府应对全球气候变化对人类社会构成重大威胁而向全世界做出的郑重承诺!双碳目标是中国生态文明建设发展的国家战略。实现双碳目标是国内各行各业以及每一个国民的责任担当!

碳中和是人类生活更加美好的崇高愿景。碳达峰双碳目标实现的第一步!

水、电、汽是玉米淀粉湿磨生产的三项主要能源消耗。本人做为多年探索玉米淀粉湿磨生产技术的学习者以及对淀粉生产技术的爱好者,现以闭环工艺中节能减排为主线,对玉米淀粉湿磨生产碳达峰的研判浅析如下:

1  总体思路

1.1 视生产工艺、设备、操作为整体系统,细分、深挖现有生产不足或缺失,补足生产技术短板(生产细节操作及自动化控制)

1.2 依据生产系统物料衡算,寻求节能减排路径,探讨生产系统碳达峰指标。

1.3 根据科学原理与规律定论,进行生产细节改进与系统工艺流程再造以及采用新技术进行必要的颠覆性技术创新。

1.4 倡议:构建技术创新联盟、集成各项专业技术,通力协作、共享发展。

2  玉米淀粉生产现有闭环工艺分析

2.1 玉米淀粉湿磨流程简述

玉米浸泡湿玉米磨浆---湿基半成品分离与洗涤---产品脱水与干燥。纵观生产流程可知:半成品洗涤与玉米浸泡用;成品干燥用;生产设备与物料输送用。水、汽、电是玉米淀粉湿磨生产的主要能耗。

2.2 玉米淀粉生产现有闭环工艺

2.2.1 闭环工艺的基本概念:闭环闭合循环的缩写。玉米淀粉生产闭环生产工艺主要指水的闭合循环”(亦称:水环流)与热的闭合循环”(亦称:热环流)

2.2.2 现有闭环工艺短板:现有闭环工艺的主要短板在于:废水废汽的排放!也就是说,生产过程中的水与热并没有形成闭合循环废水废汽的排放,不但浪费了能源,而且污染了环境!

3  玉米淀粉生产用水闭合循环中的碳达峰

3.1 闭合循环(环流)路径

玉米淀粉生产中水环流可细分为:一是,生产单元内以及上、下单元间的水闭合循环”(称谓:小环流”)。二是,生产系统水的闭合循环”(称谓:大环流”)。其实,现有闭环工艺,只是做了小环流

3.1.1小环流路径

环流1、一次新鲜水从多级淀粉乳洗涤旋流器末级进入,进行多级逆流洗涤---首级溢流返回进入淀粉与麸质分离机---粗淀粉乳再进入多级逆流洗涤首级旋流器---精制淀粉乳从末级底流排出。

环流2、淀粉与麸质分离机---麸质浆麸质浓缩机---澄清麸质水(工艺过程水)---逆流洗涤副产品---脱水回收淀粉稀淀粉乳再进入淀粉与麸质分离机。

环流3、澄清麸质水(工艺过程水)--浸泡玉米---湿玉米研磨料浆生产系统。

环流4、玉米逆流浸泡稀玉米浆(玉米浸泡水)---蒸发浓缩。

环流5、精制淀粉乳脱水过滤液--淀粉与麸质分离机(洗涤水)

提示:精准系统物料衡算确定各用水点的用量及其自动化反馈控制,对实现工艺过程水的水环流至关重要!

3.1.2 大环流路径

3.1.2.1 “大环流的概念

大环流主要指:产品干燥尾汽(二次饱和蒸汽)冷凝水与制取玉米浆浓缩分离水,返回生产系统唯一的进水(末级淀粉乳洗涤旋流器的一次洗涤水),形成闭合循环

3.1.2.2 “大环流的形成因素

一是,副产品管束干燥尾汽(二次饱和蒸汽)冷凝水的完全回收(需要颠覆传统的进风干燥操作方法为微正压干燥)

二是,玉米浆制取分离出纯净水(需要颠覆传统的多效负压蒸发浓缩为膜分离”)

3.1.3 生产系统水环流

生产系统水环流指的是:小环流环环相扣;大环流套着小环流;形成生产系统水环流

提示:生产系统水环流的实现,产品干燥尾汽冷凝水完全回收与玉米浆膜分离得到纯水是关键!

3.2 玉米淀粉生产用水碳达峰

综上所述,在生产系统水闭合循环的工况下,当玉米与产品干物质量相同、水分一致(皆为安全水分,如14%)时,根据平衡原理可知:进、出生产系统的水量平衡。也就是说,生产系统使用一次新鲜水启动完成初始运行周期(从玉米投入至成品干燥产出)后,由于过程水的闭合循环,一次新鲜水无需再投入,实现生产0水耗!(自然蒸发忽略不计)。即:玉米淀粉湿磨生产水闭合循环碳达峰指标为零碳

提示:现有生产水耗(常规设计)指标:吨玉米水耗1.25~1.5吨。

4  生产系统用热闭合循环中的碳达峰

4.1 闭合循环”(热环流)路径

4.1.1 成品干燥余热回收

4.1.1.1 副产品管束干燥尾汽(二次饱和蒸汽)热量

4.1.1.2 淀粉气流干燥尾汽(二次饱和蒸汽)热量

4.1.1.3 干燥成品(高温)冷却释放的热量

4.1.2 成品干燥余热量回收后的用场玉米预热、浸泡加热、成品干燥前物料预热。

4.2 “热环流的形成

由于热环流水环流相辅相成(即:热环流包含着水环流,水环流携带着热环流),以上水环流热环流奠定了基础。

4.2.1 管束尾汽热量回收措施

4.2.1.1 管束微正压干燥

4.2.1.2 成品在线水分反馈控制进机物料水分

4.2.2过热蒸汽气流干燥

4.2.3 热环流系统自动化控制

4.3 玉米淀粉湿磨生产用热的碳达峰

综上所述,在生产用热闭合循环的工况下,当玉米与产品干物质量相同、温度一致(皆为自然温度)时,根据平衡原理可知:进、出生产系统的热量平衡。也就是说,使用一次生蒸汽将湿基物料干燥得到干燥产品后,由于干燥余热的闭合循环,一次生蒸气无需再投入,实现生产0热耗!(自然散热忽略不计)

即:玉米淀粉湿磨生产热闭合循环碳达峰指标为零碳

提示:现有国内玉米淀粉生产工厂热耗一般指标:吨玉米耗一次饱和生蒸汽(0.6MPa)0.7吨左右。

5  生产系统用电碳达峰的探讨

5.1 生产设备功率的合理配置

生产系统用电设备主要包括:泵(输送泵与淀粉专用泵)、磨、分离机、脱水与干燥设备。

5.1.1 泵的功率配置

5.1.1.1 输送泵:首先,依据生产系统物料衡算计算输送量,然后,根据输送现场位置计算输送扬程;再根据有关物理定律,配置电动机功率。

5.1.1.2 淀粉专用泵(胚芽分离泵、压力曲筛泵、旋流洗涤泵)

首先,依据生产系统物料衡算计算输送量,然后,根据物料工作所需要的工艺压力与输送压损换算成扬程,再根据有关物理定律,配置电动机功率。

5.1.2 研磨设备(脱胚凸齿磨与纤维冲击针磨)的功率配置

由于颗粒物料在被磨盘抛出的过程中,在离心力的作用下,相互间的搓磨与撞击力,使颗粒物料得到研磨(玉米脱胚与纤维研磨设备工作原理),所以,设备有效功率主要取决于物料被磨盘抛出的离心力(物料动能)大小。

电动机功率合理配置推荐:首先,依据生产系统物料衡算,计算被研磨物料重度;然后,根据选定的磨盘直径与转速,计算物料被磨盘抛出的离心力。再根据有关物理定律,配置设备电动机功率。

5.1.3 碟式喷咀淀粉离心分离机的节能分析

5.1.3.1 碟式喷咀淀粉离心分离机功率配置

首先,依据生产系统物料衡算与分离工艺指标,计算分离处理量与喷咀喷出量。然后,依据离心机转鼓直径与转速,计算物料喷出所需的动能。再,根据有关物理定律,进行离心机的电动机功率配置。

5.1.3.2 正确选择喷咀规格(喷嘴口径)

对于转鼓直径相同与转速相同的淀粉分离机来说,电耗的大小取决于喷嘴口径的大小。 (大口径喷嘴,则电耗大;反之,则电耗小)。所以,正确选择喷咀规格(喷嘴口径),对降低分离机电耗至关重要!(喷嘴口径的正确选择方法另见他文)

5.1.3.3 改善物料从喷咀内腔喷出流道,降低流动压损

采用渐缩弯流道节能喷咀(专利号:ZL2015 2 0878388.5)

渐缩弯流道喷咀节能特点: 改变传统喷咀腔的突变流道”(物料大口进,小口出)渐缩弯流道,减少流体物料喷出沿程的压力损失,降低电动机的能耗。

附:专利喷咀平行运行试验结果相同口径的喷嘴,在处理量与浓度的相同工况下,渐缩弯流道喷咀比使用传统喷咀的分离机的电流降低了10~15%

5.1.4 采用淀粉乳双联定位旋流器”(专利号:ZL 2014 2 0466222.8)降低淀粉乳旋流洗涤电耗

淀粉乳双联定位旋流器节能特点:一是,改变传统的单旋向旋流管为左、右双旋向旋流管。二是,改变旋流管在旋流盘上的布置方式:传统单旋向旋流管(10mm)的布置方式为蜂窝状布置,旋流管进口朝向杂乱无序。专利旋流盘的旋流管布置方式为层排(一层两排)布置,层与层之间留有环形流道,每层左、右旋向旋流管构成双联定位。三是,优化旋流管的结构尺寸(进口与上、下出口,三相口径的相关比例)

附:淀粉乳双联定位旋流器两者平行试验结果:在进料浓度与进料量相同的工况下,专利旋流盘精制淀粉乳产量提高12%左右,且质量有所提高。也就是说,使用专利旋流盘,在保证洗涤质量的前提下,精制淀粉乳单位产量电耗降低12%左右。

5.1.5 脱水与干燥的设备电耗降低因素

5.1.5.1 提高物料脱水前的筛分效果。如:曲筛筛体的改进与筛缝的合理选择。

5.1.5.2 脱水设备的更新。如:机械压滤替代真空吸滤,离心脱水替代螺旋挤干---

5.1.5.3 提高管束干燥强度(kg/m2·h),对于同一蒸发失水量,可减少干燥面积。干燥面积的减少,降低管束机械传动电耗。

5.2 玉米淀粉生产用电的碳达峰研判

生产系统电耗指标的影响因素:一是,设备电动机功率合理配置。二是,优化工艺流程(缩短流程)。三是,工艺参数科学合理及其自动化控制。生产系统用电的碳达峰指标的研判是一个工艺设计、设备制造、一线操作控制的系统工程。

后语

水与热的闭合循环是玉米淀粉湿磨生产水耗与热耗的技术核心。水与热的闭合循环关键技术:一是,玉米浆蒸发浓缩改变为玉米浸泡水的膜分离制得纯净水。二是,副产品的管束干燥改变为微正压干燥。三是,淀粉气流干燥改变为过热蒸汽干燥。四是,干燥余热的综合回收利用。

以上关键技术的实施因素:一是,转变传统的故步自封与墨守成规的陈旧观念。二是,以工厂自动化、智能化、数字化为先进手段。三是,视工艺、设备与控制为整体。科研与生产通力合作,集成各项专业技术进行技术创新

构建行业技术创新联盟是行业低碳、绿色发展与协同共生的平台!

玉米淀粉湿磨生产水与热的零碳目标,不仅对行业持续健康发展具有深远意义,而且对企业降低生产成本、提高获利能力具有切实可行的现实意义!

以上是本人对玉米淀粉湿磨生产碳达峰研判的初步探讨。望业内同仁请提出宝贵意见。谢谢!