Канд., дипл. инж. Манфред Хаунер, «Машиненфабрик Бенно Хаунер» (г. Диспек), ФРГ
Введение
Чтобы поставлять пивоварам солод наивысшего качества, солодоварни сегодня оснащаются современной техникой, большое внимание уделяется вопросам утилизации и экономии энергии и вопросам санитарии.
Сушка солода связана с большими затратами энергии. Поэтому закономерно стремление использовать энергию как бы дважды, например в теплообменнике, в котором всасываемый свежий воздух предварительно подогревается отработанным воздухом.
Чтобы исключить образование нитрозаминов (оксидов азота), в настоящее время применяется косвенное отопление сушилен. При этом воздух, поступающий в сушильню, проходит через теплообменник с пучком труб или через нагревательный калорифер.
Высокопроизводительные сушильни строятся прямоугольной формы. Однако в последнее время сооружаются также сушильни с круглым основанием для загрузки больших партий солода (до 400 т) при диаметре до 33 м. При круглой форме при большой загрузке можно легко автоматизировать все процессы, и в первую очередь загрузку и выгрузку. Другое преимущество круглой конструкции – короткие путепроводы для воздуха.
Поскольку качающиеся решетки уже подробно описаны в литературе, в этой статье можно ограничиться рассмотрением только круглых конструкций и описанием соответствующих устройств для загрузки и выгрузки. Такие сушильни на практике сооружаются с одной или двумя решетками.
Здание
Возможны два типа конструкций, при которых подогрев воздуха для сушки солода всегда осуществляется в установке, расположенной рядом с сушильней.
а) Традиционная бетонная конструкция с внутренней футеровкой и теплоизоляцией
Она рекомендуется для башенных солодовен, расположенных в нижней части бетонной башни или на ней. Теплоизолирующий материал закрепляется на внутренней стороне бетонной стены. Однако такой тип сушильни имеет некоторые недостатки:
– при большой разнице температур тепловое расширение балок решеток вызывает в них большие термические напряжения, которые передаются на бетонную конструкцию;
– нанесение теплоизолирующего материала выше решеток затруднительно;
– во влажных помещениях, обычно с присутствием серы, как это наблюдается в сушильнях, в качестве теплоизолирующего материала можно применять только дорогостоящее пеностекло; более дешевые материалы, например минеральная вата, не подходят.
б) Исполнение с секционированным стальным кожухом и размещением теплоизоляции снаружи
Стальной кожух имеет то преимущество, что при воздействии тепла он тоже расширяется, и поэтому в нем возникают меньшие напряжения. Для строительства требуется только одна бетонная плита для фундамента, на которой монтируют отдельные секции стены и соединяют их между собой болтами или сваркой. Благодаря такому методу на строительство затрачивается меньше времени, чем при бетонных конструкциях.
Теплоизолирующий материал (обычно маты из минеральной ваты) располагается снаружи, между стенкой из нержавеющей стали и обшивкой из трапецеидальных листов, защищающих от воздействия непогоды.
Решетка сушильни
Круглая решетка состоит из секционированных оцинкованных щелевых сит с площадью свободного прохода 33%. Эти решетки располагаются на паукообразно расположенных опорных балках.
Удельная нагрузка на сушильные решетки составляет около 350 — 400 кг/м2. Мощность вентилятора зависит от загрузки сушилки ввиду связанных с этим повышенных потерь напора. Поэтому повышенная загрузка целесообразна только при благоприятных тарифах на электроэнергию, например за рубежом.
Круглые сушильни строят также с вращающимися решетками, причем машины для загрузки и выгрузки монтируют стационарно, а решетка вращается. Все дно решетки располагается на несущем кольце. Это опорное кольцо опирается на роликовые подставки.
Уплотнение по отношению к стальной стенке и неподвижной центральной колонне обеспечивается при помощи резиновых планок, отогнутых под прямым углом и скользящих по лентам, изготовленным из специальной стали. Такая свободно несущая конструкция не имеет никаких колонн под решеткой, которые могли бы нарушить потоки воздуха. Тем самым уменьшаются неблагоприятные влияния на равномерность температурного режима.
Не требуется также никаких дополнительных транспортных устройств, которые затрудняют доступ в напорное помещение.
Машина для загрузки и выгрузки
Эта машина является важной составной частью современной высокопроизводительной сушильни и состоит из горизонтально расположенного транспортирующего шнека с очищающим щитком. Этот шнек транспортирует сырой солод от центральной колонны к стене и при этом разравнивает его. В результате получается равномерная и рыхлая загрузка сырого солода.
Уровень транспортного шнека по высоте над решеткой можно регулировать, приспосабливая его к высоте слоя просушиваемого материала при помощи подъемного устройства. Загрузка сушильни продолжается около одного часа.
Вращающая решетка обеспечивает следующие преимущества при загрузке сушильни:
– Ростки солода, оторванные транспортным шнеком, падают через решетки только в одном месте, а именно прямо под машиной для загрузки и выгрузки. Оттуда их можно без проблем удалить.
– При выгрузке (очистке) солод транспортируется к одному люку в стене. Оттуда он поступает по элеватору или шнеку по направлению к отделению отбивки ростков. При неподвижной решетке, напротив, просушиваемый солод транспортируется через отверстия на окружности центральной колонны. Для этого по соображениям устойчивости требуются дополнительные опоры и дополнительное транспортирующее устройство, что и ведет к описанным выше недостаткам.
Топка
Чтобы избежать образования нитрозаминов, воздух для сушки в настоящее время нагревают только непрямым способом. При этом в качестве теплоносителя используют пар или горячую воду. Часто применяют также тепловые насосы или специальные отопительные печи (марки SINOXТ), которые работают на первичных энергоресурсах (мазуте или газе).
В таких печах применяется своего рода косвенное отопление, когда воздух для сушки проходит для предварительного подогрева через трубчатый теплообменник. Горячие отходящие газы горелки проходят в трубах в нагревательной полости за несколько оборотов. При этом они отдают свое тепло в окружающую среду. Затем отходящие газы уходят с остаточной температурой около 50°С. Этот процесс дополнительно оптимизируется тем, что часть отходящих газов снова подсасывается вентилятором и повторно поступает в камеру горения. Возникающее в итоге турбулентное течение улучшает условия теплопередачи в трубах.
Трубы изготовлены из коррозионностойкой стали, которая выдерживает воздействие агрессивного конденсата (преимущественно раствора серной кислоты). При конденсации дымовых газов в последней трети трубного пучка высвобождается дополнительное тепло. Конденсат отводится сбоку через U-образную трубу. Это позволяет сэкономить около 5-8% энергии.
Для сравнения: при прямом отоплении водяной пар проходит через влажный отсушиваемый материал, и требуется больше энергии, чтобы полностью высушить сырой солод.
Подвод воздуха
Подогретый воздух по системе воздушных каналов подается радиальными вентиляторами производительностью около 4350 м3 на одну тонну солода в час при провяливании, попадая в напорное помещение под решеткой. Высота напорного помещения составляет около трех метров.
Когда достигается прорыв, то расход воздуха можно уменьшить до половины величины, требуемой во время провяливания. Такое уменьшение расхода воздуха обеспечивается снижением частоты вращения двигателя вентилятора при помощи регулятора частоты тока.
Теплообменник
Свежий воздух, подаваемый вентиляторами, перед непрямым нагревом подвергается предварительному подогреву в перекрестно-точном теплообменнике.
Влажный отходящий воздух проходит в пространстве между горизонтальными стеклянными трубами, влага в нем конденсируется и отдает высвобождающуюся при этом энергию стеклянным трубам. Внутри этих труб проходит и подогревается свежий воздух.
Экономия энергии зимой ввиду более низкой температуры наружного воздуха, естественно, будет больше, чем летом, а в среднем за год она составляет около 35%.
Автоматизация
Весь процесс сушки в настоящее время может быть полностью автоматизирован при помощи программируемых логических контроллеров (SPS). Для этой цели особенно подходит круглая форма сушильни.
Начиная от процесса загрузки и определения расхода воздуха и регулирования температуры и далее до выгрузки, все автоматически протекающие процессы визуализируются на дисплее на центральном пульте управления.
Однорешетная сушильня
Сушка на однорешетной сушильне продолжается около 20 часов при среднем расходе энергии 2600 МДж/т готового солода (или 62 тыс. ккал/центнер готового солода).
Однорешетные сушильни строят для партий загрузки до 150 т. Их применение оптимально в том случае, когда нужно просушить солод за сравнительно короткое время. Однорешетные сушильни рекомендуются и при производстве темного солода, а также особых и специальных сортов солода.
Двухрешетные сушильни
Под принципом двухрешетной сушки понимается смещенная по времени сушка на двух решетках. Первая решетка – для стадии отсушки, а на второй решетке одновременно проходит стадия провяливания.
При этом более сухой отходящий воздух с решетки отсушивании при подмешивании свежего воздуха (возможно, из теплообменника) подается в напорное помещение в решетки для провяливания. С решетки для провяливания теперь более влажный воздух (с относительной влажностью 100% и температурой около 20 — 30°С), как правило, через теплообменник выбрасывается в атмосферу (см. рис. 2).
При применяемых ныне больших партиях, до 400 т. солода, снова вернулись к этому принципу ввиду меньшего расхода воздуха и связанной с этим экономии энергии. Двухрешетные сушильни можно подразделить на два типа:
а) Двухрешетные сушильни без промежуточного днища между решетками
Этот тип является более старым вариантом, и для него в любом случае требуется перегрузка отсушиваемого материала с верхней решетки на нижнюю. При этом образуется некоторое “мертвое” время. Вместе с охлаждением, выгрузкой с нижней решетки, перегрузкой материала на нижнюю решетку и загрузкой верхней решетки это время составляет около четырех часов. Впрочем, при более высокой производительности транспортирующих устройств “мертвое время” можно все же сократить. “Мертвое время” возможно перекрывать подогревом подсушиваемого солода на решетке провяливания с 50 до 75°С.
Чтобы заметно увеличить доступ воздуха к решетке провяливания, дополнительно по отдельному воздушному каналу воздух для провяливания направляется от вентилятора прямо под решетку для провяливания (см. рис. 3).
б) Двухрешетная сушильня с промежуточным днищем
В этом случае потоки воздуха от решеток для провяливания и отсушки могут направляться раздельно. Вместо перегрузки отсушиваемого материала процесс сушки через 22 часа можно перевести с провяливания на отсушку простым поворотом воздушной заслонки. Дополнительной перегрузки материала, отнимающей много времени, при этом не требуется.
Для этого применяют два различных вентилятора (для провяливания и для отсушки), причем вентилятор для провяливания имеет более высокую производительность. Основной принцип сушки на двух решетках (см. выше), разумеется, применяется и в этом случае (см. рис. 4).
Возможны также варианты, при которых два сушильных резервуара установлены рядом и соединяются меду собой. Они работают тоже по принципу сушки на двух решетках без перегрузки материала с одной на другую (см. рис. 5).
Как правило, весь процесс сушки на двух решетках с загрузкой и выгрузкой продолжается 48 часов, т.е. каждый день получают одну партию готового солода. Сушка на двух решетках особенно удобна при больших партиях для светлого солода. Более высокие капиталовложения компенсируются меньшим расходом энергии, так что при возрастающих издержках на энергию такая система себя оправдывает. Средний расход энергии здесь составляет около 2000 МДж/т готового солода (или 48 тыс. ккал/центнер).
Блоки проращивания и сушки
Сочетание проращивания и сушки на одной решетке заняло в промышленности солодоращения прочное место. Отличие его от традиционной солодовни Саладина заключается в том, что сырой солод отсушивается в том же резервуаре, в который был предварительно загружен ячмень для проращивания. Этот резервуар, следовательно, должен быть снабжен вентиляционными установками для проращивания, а также соответствующими установками для процесса сушки (включая и топку). Такие блоки строят преимущественно круглой формы.
Достоинством блоков для проращивания и сушки является то, что сырой солод не нужно транспортировать. Повреждение зерен, неизбежное при транспортировке солода, при этом предотвращается. Экономятся время, место и энергия, поскольку можно плавно перейти от отвода СО2 в конце проращивания к провяливанию.
Термические напряжения в здании, вызванные большой разностью температур при проращивании и сушке, компенсируются тем, что и здесь применяется описанный выше секционированный стальной кожух с теплоизоляцией, размещенной снаружи (система UNIMALZER®).
Выгодными также в блоках проращивания и сушки оказались и вращающиеся решетки (см. выше), загрузка в которых может составлять до 600 кг ячменя на 1 м2. Привод осуществляется через зубчатый венец, закрепленный на наружном кольце решетки, при помощи двух или четырех редукторных электродвигателей, которые установлены снаружи на стене, сделанной из специальной стали. При этом обеспечивается синхронная скорость вращения решетки от 0,4 до 0,5 м/мин., считая по среднему диаметру. Один оборот решетки продолжается около двух часов.
Винтовая ворошилка установлена стационарно между центральной колонной и стеной и снабжена горизонтальным шнеком для загрузки и выгрузки. Ворошилка имеет нечетное число шпинделей (до 25), частота вращения которых ввиду различия окружных скоростей решетки увеличивается по направлению изнутри наружу. Это обеспечивает равномерное перевертывание проращиваемого материала.
Шнек погрузки и выгрузки оборудован очищающим щитком и при помощи подъемного устройства может перемещаться в вертикальном направлении. При загрузке этот шнек применяется для распределения проращиваемого материала по решетке. После процесса сушки он предназначается для очистки решетки (см. рис. 6).
Проращивание осуществляется, как в солодовне Саладина, с коробами. Время проращивания при наличии лишь одного резервуара может варьироваться в очень широких пределах и не привязано к особо жесткой схеме. Благодаря этому, работник солодовни может приспособиться к различным сортам ячменя и целенаправленной работой достичь желательного растворения солода и при этом удержать потери на минимальном уровне.
Система UNIMALZER удовлетворяет требованиям крупных пивоварен по более гигиеничному режиму работы в солодовне. Культуры микроорганизмов, возникшие на стенке решетки при проращивании, погибают при более высоких температурах при сушке в том же помещении (см. рис. 7).
При сочетании нескольких резервуаров (до восьми) открываются новые возможности. Резервуары размещаются вокруг одного центрального блока подачи воздуха для сушки и нагрева, что оказывается очень экономичным решением. Каждый резервуар оборудован собственной системой подачи воздуха для проращивания.
Принцип работы на двух решетках может быть применен и здесь (последовательное отсушивание, патент Хаунера). Для этого применяются вентиляторы подачи воздуха для провяливания и сушки, которые подводят воздух по воздушным каналам к резервуарам. Не возникает никакого “мертвого времени” для транспортировки и охлаждения солода. Достаточно только переключить заслонки в воздушных каналах.
Утилизация энергии обеспечивается, как в современных сушильнях, при помощи теплообменников, причем воздух для отсушки нагревается непрямым способом (см. рис. 8).
Блоки для проращивания и сушки в техническом отношении могут сооружаться для партий размером от 10 до 500 т. Они могут быть использованы для поэтапного расширения имеющейся ящичной солодовни, позволяют небольшим и средним пивоварням самим производить для себя солод на легко автоматизируемых установках.
Литература:
1. Kunze, W., Technologie Brauer und Malzer, 7. Aufl. Berlin, 1994.
2. Heyse, K.-U., Handbuch der Brauerei-Praxis, 2. Aufl., Nurnberg 1991.
3. NarziВ, L., AbriВ der Bierbrauerei, 5. Aufl., Stuttgart 1986.
2018-06-23