在食用油脂精煉脫臭工藝中,需要將油溫在真空條件下加熱至 240～265℃,以除去食用油脂中的揮發(fā)性成分。加熱油脂的媒介設備主要有導熱油爐和高壓蒸汽鍋爐。前者采用加熱后的導熱油通過(guò)換熱來(lái)加熱油脂,而后者是采用高壓蒸汽 (約 6 MPa, 275℃)。

導熱油爐的優(yōu)點(diǎn)是工作運行壓力低、設備結構簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。但由于所使用的導熱油是化學(xué)制品,大多含有聯(lián)苯類(lèi)成分,這類(lèi)成分一旦混入食用油中將會(huì )對人體造成嚴重危害甚至具有致癌作用。而且隨著(zhù)系統運行時(shí)間的延長(cháng),產(chǎn)生泄漏的危險性將增加。一旦系統中的換熱器出現任何小的泄漏,會(huì )對公共食品安全造成危害。此類(lèi)事件在全球范圍內已發(fā)生多次,在歐盟、美國等國家和許多地區已禁止在食用油脂脫臭時(shí)使用導熱油爐。在中國對于使用導熱油爐系統進(jìn)行脫臭精煉的廠(chǎng)家,嚴格意義上來(lái)說(shuō)將不再能夠取得食品質(zhì)量QS認證。

高壓蒸汽鍋爐是專(zhuān)為食用油脂精煉而設計制造的,其具有自動(dòng)化程度高、無(wú)需人員值守、所使用的加熱媒介是處理過(guò)的軟水,即便泄漏對人體也無(wú)害,安全可靠。缺點(diǎn)是設備相對于導熱油爐價(jià)格較高,要求的換熱器一般是耐壓的列管式換熱器。但從食品安全角度來(lái)看,其無(wú)疑是一種安全可靠的導熱油爐替代加熱系統。

1 高壓蒸汽鍋爐的應用和選擇

應用于食用油脂脫臭工藝的自然循環(huán)式高壓蒸汽鍋爐,具有全自動(dòng)、低耗電、安裝簡(jiǎn)便、安全可靠等特點(diǎn),目前在世界范圍內的油脂加工廠(chǎng)中已得到廣泛應用。特別是其安全的加熱媒介,在日益注重健康和食品安全的今天更值得廣泛推介。

高壓蒸汽鍋爐是以自然循環(huán)的方式實(shí)現熱媒介系統內循環(huán)的。加熱產(chǎn)生的高壓蒸汽從鍋爐蒸汽出口進(jìn)入換熱器,經(jīng)換熱放出汽化熱后變成水,水借助重力沿冷凝液管道回到鍋爐形成自然循環(huán)。由于換熱過(guò)程是一個(gè)給出額定壓力下汽化熱的過(guò)程,無(wú)溫差傳熱。因此,高壓蒸汽鍋爐具有非常大的熱交換系數和良好的傳熱效率。

高壓蒸汽鍋爐是一體化的設備,所有內部控制連線(xiàn)和裝置在發(fā)貨時(shí)已安裝好。安裝時(shí)將其放置在平地或平面基礎上,將蒸汽的進(jìn)出口管與換熱設備的相應管口連接即告完成。但考慮到設備的密封要求,一般管道以焊接方式相連。

對于使用者而言,如何選擇高壓蒸汽鍋爐存在一定難點(diǎn)。設備選擇不當有可能造成使用過(guò)程中的一些問(wèn)題。例如所選擇的鍋爐功率相對于工藝需要較小時(shí),可能出現供熱量不足導致生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能下降,或鍋爐在生產(chǎn)過(guò)程中始終處于滿(mǎn)負荷狀態(tài)運行,導致實(shí)際使用壽命縮短。而選擇的鍋爐功率太大,會(huì )導致生產(chǎn)過(guò)程中由于鍋爐的保護經(jīng)常自動(dòng)停車(chē)和啟動(dòng),而再次啟動(dòng)時(shí)鍋爐的實(shí)際壓力低于設定值,同時(shí)鍋爐啟動(dòng)后需要一定的時(shí)間來(lái)調整與系統設定值之間的控制過(guò)程,因此會(huì )造成脫臭工段溫度波動(dòng)大,從而影響生產(chǎn)。一般而言,選擇鍋爐時(shí),其額定功率應為工藝所需熱功率的 1.2～1.7倍為佳。這樣在生產(chǎn)過(guò)程中鍋爐將始終處于運行狀態(tài),且維持在中等偏上的負荷狀態(tài)。

對于工藝所需的熱功率可由下式計算得出:

Q=2.78×W ×ΔT/3 600

式中:Q——工藝所需要的熱功率,kW;

2.78 ——比熱系數,kJ/(kg·℃);

W——精煉油的處理量,kg/h;

ΔT——脫臭油加熱前后溫差,℃。

對于一個(gè) 400 t/d的精煉設備而言,按照ΔT= 50℃計算,所需要的熱功率是 643.5 kW。若取鍋爐額定功率為所需熱功率的 1.4倍,則為 900 kW,可按此進(jìn)行鍋爐的選用。

2 高壓蒸汽鍋爐系統的安全保護和使用注意事項

鑒于高壓蒸汽鍋爐加熱是在一個(gè)較高的壓力環(huán)境下運行的,因此其控制系統中設置了一系列安全保護裝置。如對于過(guò)壓,首先有設定值范圍的程序控制,超出設定值一定限度后,鍋爐會(huì )自動(dòng)停車(chē);待低于設定值一定限度后又會(huì )自動(dòng)啟動(dòng)運行;其次有壓力傳感器最高限制控制,一旦設定值程序失控,壓力達到鍋爐的設計額定高限時(shí),也會(huì )自動(dòng)停止鍋爐的運行;最后在蒸汽管道上設置了安全閥,如果前兩層電子保護系統未起作用,將啟動(dòng)機械壓力保護。因此,雖然高壓蒸汽鍋爐是在 5.5～6.5MPa壓力下工作的,但其安全性毋容置疑。從目前的使用看,還沒(méi)有一起因正常使用而導致的安全事故發(fā)生。

對高壓系統而言,必須保證爐體內的燃燒室管束在操作過(guò)程中是浸沒(méi)在水中的,以防止過(guò)熱造成危害。同時(shí)由于加熱過(guò)程中水體積的膨脹,在 8.0 MPa時(shí)水體積將增加 37%,在 9.0 MPa時(shí)增加42%,因此安裝時(shí)鍋爐至換熱器最低端的最小連接管道間的體積至少應為鍋爐本體體積的 50%,以防止加熱至工作壓力時(shí)液體進(jìn)入換熱器。小于該體積將可能導致鍋爐水進(jìn)入換熱器形成“浸沒(méi)”導致?lián)Q熱效率急劇下降。

在實(shí)際使用過(guò)程中,通常鍋爐的加水量為鍋爐體積的 120%,所增加的 20%水起到保險作用。因此,在鍋爐與換熱器的連接管道布置設計時(shí),需要充分考慮到管道長(cháng)度和水體積膨脹因素,以滿(mǎn)足鍋爐的正常使用。一般需要專(zhuān)業(yè)人員對設計進(jìn)行審核。

鍋爐燃燒器必須在使用時(shí)由受過(guò)專(zhuān)業(yè)訓練的人員進(jìn)行調整,使鍋爐處于小火、中火和大火 (滿(mǎn)負荷)時(shí)的燃燒狀態(tài)最佳,這一工作必須借助專(zhuān)業(yè)的儀器設備來(lái)進(jìn)行。通過(guò)對燃氣中的O2、CO、CO2、煙色和排煙溫度的測量調整,使燃燒器處于最佳工作狀態(tài)。

燃燒器的正確調整非常重要,不僅能保證最佳的燃油熱效率,同時(shí)還可避免由于調節不當,在爐體內部形成燃燒殘渣,最終影響鍋爐的正常使用等問(wèn)題。在正常狀態(tài)時(shí),油料燃燒后不會(huì )在爐體內部留下積炭和殘渣,鍋爐的煙囪也不應該有任何肉眼可觀(guān)察到的有色煙氣。燃燒后的煙道氣經(jīng)熱交換后以320～340℃的溫度排出鍋爐。一旦發(fā)現煙囪冒煙或煙道氣溫度過(guò)高,表明出現了燃燒器調節、燃料質(zhì)量或鍋爐內部列管上積炭嚴重等問(wèn)題,需要查明原因解決問(wèn)題后再繼續運行,否則會(huì )導致燃油消耗上升、煙氣溫度上升和供熱功率下降等。

高壓蒸汽鍋爐系統的水質(zhì)量對于鍋爐正常運行也是非常重要的一個(gè)指標。由于鍋爐水是一次加入后在鍋爐中封閉運行的,同時(shí)在運行壓力下,水蒸氣在鍋爐系統中的運行速度很大,一旦灌入了不符合純度要求的水,將會(huì )由于雜質(zhì)的存在、pH的偏差對管道系統造成嚴重的損害,快速導致鍋爐管系統泄漏,從而使鍋爐使用壽命降低。

3 LUVO熱回收系統

目前隨著(zhù)全世界普遍對節能減排要求的提升,高壓蒸汽鍋爐系統也研制了新的煙道廢氣熱量再利用LUVO系統。其基本原理是將鍋爐正常排放的320～340℃的煙道廢氣利用氣/氣換熱進(jìn)行熱量回收,將新鮮空氣從室溫約 25℃加熱至 200℃,從而減少燃燒器為加熱新鮮空氣所消耗的燃料量,也就起到了節省燃料和降低排放的目的。LUVO系統的流程圖如圖 1所示。

圖1 LUVO系統流程

使用LUVO系統,可提高鍋爐效率5%～7%。

這里以熱輸出 1 453 kW的高壓蒸汽鍋爐為例,在沒(méi)有使用LUVO系統時(shí),鍋爐的熱效率為 86%。而使用LUVO后鍋爐的熱效率可提高至 93%,增加7個(gè)百分點(diǎn),其能耗情況計算如下:

不使用LUVO系統時(shí)鍋爐實(shí)際消耗功率 =(熱輸出功率/0.86)=1 690(kW);柴油消耗量 = 1 690/11.86=142.5(kg/h)(其中 11.86為燃油熱值,單位為 kW·h/kg)。

使用LUVO系統時(shí)鍋爐實(shí)際消耗功率 =熱輸出功率/0.93=1 563 k W;柴油消耗量 =1 563/11.86= 131.8(kg/h)。

兩者實(shí)際消耗功率相差 127 kW,使用LUVO系統可節省柴油 10.7 kg/h。按照每天 24 h運行,每年運行 300 d計算,可節省的柴油 10.7×24×300= 77 040(kg),每年約節省費用 50萬(wàn)元 (1.5年可收回節能設備投資),并可減少 CO2排放 245 t?？梢钥闯龉澞苄Ч徒?jīng)濟效益都非常大。

目前基于性?xún)r(jià)比,該LUVO系統的改造僅限于鍋爐功率大于 950 kW的高壓蒸汽鍋爐,主要包括更換特殊的燃燒器,改良鍋爐的頂蓋以與燃燒器相配合,增加LUVO換熱器、助燃氣體輸入風(fēng)機、燃燒器冷卻風(fēng)機和相應的控制配電柜。

4 結束語(yǔ)

高壓蒸汽鍋爐在油脂工業(yè)中的應用具有明顯的安全、高效等優(yōu)點(diǎn)。正確使用和合理選擇,對于高壓蒸汽鍋爐實(shí)際的安全、正常運行非常重要。

LUVO節能系統可顯著(zhù)降低鍋爐的燃料消耗,減少 CO2排放,符合目前節能減排的能源使用趨勢,對于較大型的鍋爐而言是一種值得推薦和應用的節能系統。