玉米湿磨工业提高能效与降低成本的机会(1)

1LBNL-52307欧内斯特•奥兰多（ErnestOrlando）劳伦斯伯克利国家实验室玉米湿磨工业提高能效与降低成本的机会一本能源与工厂管理者的能源之星指南作者：环境能源技术部克里斯蒂娜•盖里斯基（ChristinaGalitsky）、厄恩斯特•沃莱尔（ErnstWorrell）和迈克尔•鲁茨（MichaelRuth）主办人：美国环境保护署日期：2003年七月翻译：刘小兵2弃权声明这份文件是对美国政府主持的一项工作的记载。当本文件所包含的内容被认为正确时，美国政府或其任何行政机构，如加利福尼亚州立大学委员会，或其任何雇员都不为该文件所传达的信息、设备、产品、或工艺的准确性、完整性、或有用性提供任何担保、表述或暗示、或承担任何法律责任，也不声称该文件的使用不会违反私有权利。文件中所指的参照具体商业产品、工艺、或服务都具有商号、商标、生产厂商，无需美国政府或其任何行政机构，如加利福尼亚州立大学委员会提供或暗示提供背书认可、推荐、或赞成。作者在文件中所表述的观点、意见无需陈述或反映美国政府或其任何行政机构，如加利福尼亚州立大学委员会的观点和意见。欧内斯特•奥兰多（ErnestOrlando）劳伦斯伯克利国家实验室是一个机会均等的雇主。3LBNL-52307玉米湿磨工业提高能效与降低成本的机会一本能源与工厂管理者的能源之星指南克里斯蒂娜•盖里斯基（ChristinaGalitsky）、厄恩斯特•沃莱尔（ErnstWorrell）和迈克尔•鲁茨（MichaelRuth）加利福尼亚州立大学欧内斯特•奥兰多（ErnestOrlando）劳伦斯伯克利国家实验室环境能源技术部能源分析科加利福尼亚州94720，伯克利市2003年七月作为能源之星计划的一部分，本报告得到美国环境保护署气候保护合作部的资助。能源之星是一项受政府支持的计划，它帮助生产企业通过提高能效保护环境。美国能源部通过合同号DE-AC03-76SF00098为此项工作提供支持。4玉米湿磨工业提高能效与降低成本的机会一本能源与工厂管理者的能源之星指南克里斯蒂娜•盖里斯基（ChristinaGalitsky）、厄恩斯特•沃莱尔（ErnstWorrell）和迈克尔•鲁茨（MichaelRuth）欧内斯特•奥兰多（ErnestOrlando）劳伦斯伯克利国家实验室环境能源技术部能源分析科2003年七月摘要玉米湿磨在食品及其相关产品类别（标准行业分类（SIC）20）中是能源最为密集的行业，其能源消耗占整个食品行业能源消耗的15%。在美国的玉米湿磨企业中，能源费用是仅位于玉米费用之后的第二大经营成本。美国典型的玉米湿磨厂每年用于购买能源的费用约为2,000到3,000万美元，因此，能效的改善在降低生产成本、提高收入预期，特别是在能源价格持续高位运行的时代中的作用尤为突出。本报告表明玉米湿磨企业在改善能效方面是可以有所作为的。它首先描述了玉米湿磨工业的趋势、体系和生产以及研磨、加工过程中所消耗的能源。每种能效方案节省的一次能源都基于企业的个案研究并提供所参照的技术文献。如果这些数据是有效的，还列出了典型的投资回收期。这份报告利用了世界各地的玉米、小麦和其它淀粉加工厂在能效改进措施方面的经验。数据表明在有效资源和技术的前提下，企业仍有机会有效降低玉米湿磨行业的能源消耗，同时保证所生产的产品质量。为评估候选技术在具体工厂中运用的可行性，在考察这些数据对于不同湿磨实践的适用性进行分析的同时，还需要对这些能效措施进行进一步经济研究。5目录1、简介…………………………………………………………………………………......72、玉米湿磨工业……………………………………………………………………….…93、生产过程概述……………………………………………………………………….…134、能源趋势…………………………………………………………………………….…194.1、生产工艺与能源消耗…………………………………...………………………205、玉米湿磨中的能效选择方案................................................................................235.1、能源管理和通用设备/公用工程…………..……………………………………255.1.1、电机……………………………………………………………………….315.1.2、泵………………………………………………………………………….325.1.3、压缩空气………………………………………………………………….365.1.4、照明………………………………………………………………………..405.1.5、暖通空调（HVAC）……………………………………………………..435.1.6、物料搬运/工具…………………………………………………………….435.1.7、供热供汽………………………………………………………………….445.2、浸泡……………………..……………………………………………………….475.3、发酵产品和乙醇的生产……..………………………………………………….475.4、机械脱水……………………..………………………………………………….485.5、干燥技术…………………………………………………………………………505.6、膜…………………………………………………………………………………575.6.1、浸泡水浓缩膜…………………………………………………………….585.6.2、再循环淀粉洗涤水、减少浸泡水用的膜……………………………….595.6.3、玉米糖浆浓缩膜………………………………………………………….605.6.4、玉米糖浆提纯膜………………………………………………………….605.7、污染控制…………………………………………………………………………605.8、未来技术…………………………………………………………………………605.8.1、电机……………………………………………………………………….615.8.2、原料流…………………………………………………………………….615.8.3、浸泡……………………………………………………………………….615.8.4、发酵产品和乙醇的生产………………………………………………….636、总结与结论…………………………………………………………………………….657、鸣谢…………………………………………………………………………………….688、参考文献……………………………………………………………………………….696表表1：玉米湿磨产品产量………………………………………………………………….9表2：玉米组成成分的典型收率………………………………………………………….17表3：一蒲式耳玉米最终产品的典型收率……………………………………………….17表4：总能源消耗概要…………………………………………………………………….19表5：玉米湿磨生产工艺的估计能耗…………………………………………………….20表6：玉米湿磨工业中相互交叉（公用工程）的能效措施……………………………….24表7：玉米湿磨工业中与工艺有关的能效措施………………………………………….25表8：脱水节能…………………………………………………………………………….49表9：直接加热和间接加热干燥效率对比..……………………………………………..52表10：多效蒸发器的效率.…………………………………………………………..……54表11：使用机械蒸气再压缩或使用机械蒸气再压缩（MVR）法结合反渗透将浸泡水浓缩为玉米浸泡浆能耗比较……………………………..…………………………….59表12：间歇研磨、动态浸泡与常规浸泡的比较…………………………………………..62表13：玉米湿磨工业中相互交叉的能效措施…………………………………………..65表14：玉米湿磨工业中与工艺有关的能效措施………………………………………..66附录A：按主产品划分的估算玉米湿磨企业能力………………………………………80附录B：玉米湿磨企业总部、工厂分布和产品………………………………………….81附录C：雇员在能效方面所承担的工作…………………………………………………83附录D：能源管理系统对最佳能效实践的评价…………………………………………84附录E：支持改善工业能效的计划………………………………………………………86图图1：1978-1998年，玉米湿磨行业产品产量………………………………………….10图2：1981-2001年，玉米湿磨产品价格走势…………………………………………10图3：1991-2000年，玉米深加工产品…………………………………………………11图4：玉米湿磨工艺及产品概述………………………………………………………….13图5：传统的玉米湿磨生产过程…………………………………………………………16图6：典型的最终产品收率%...................................................................................18图7：产品对应现价……………………..…………….………………………………….18图8：1991到2000年，玉米湿磨行业平均能源支出…….…………………………..19图9：玉米湿磨的主要生产过程及其能耗百分比………………………………………21图10：一项关系战略全局的能源管理计划的要点……………………………………..27图11：照明布置与控制…………………………………………………………………..4171、简介随着美国生产企业所面临的全球商业竞争环境的不断增加，他们在积极寻求降低生产成本而又不会对产品产量或质量造成不利影响的机会。如今市场中不确定的能源价格对于企业的赢利预期造成了不利的影响，能源价格是生产企业关注的一个焦点，那些玉米湿磨行业中的上市公司尤其是这样。上市公司和私营企业一样，不断增加的能源价格在推动着成本的上升，降低着企业的增值。成功、经济有效地在能效技术和实践中的投资能够满足在保证生产优质产品的同时削减生产成本所提出的挑战。这是非常重要的，因为能效技术常常含有一些“额外的”好处，如提高企业的生产力。能源效率是任何一家企业环境战略的一个重要部分。末端控制方案代价高昂且效率低下，而能效则是一个简化标准并减少污染物排放的廉价机会。作为一个经济且有效的手段，能效的工作任务是解决一个商业项目在社会、经济和环境方面所谓的“三条底线”问题1。简言之，用于能效改善的投资在今天的工业环境中无疑是正确的商业战略。政府自愿计划的目标是通过提高企业的能源使用效率、减少对环境的排放量来帮助生产企业改善其自身竞争能力。能源之星就是这样一个自愿计划，它由美国环境保护署（EPA）进行管理，计划强调强有力和至关重要的公司能源管理计划的必要性。能源之星为成功的公司能源管理计划提供能源管理工具和对策。该报告描述了旨在支持能源之星在玉米湿磨行业进行的研究工作。同时，这种研究工作也为玉米湿磨提供了改善能效可能性方面的信息。能源之星通过网站提供更多的能源管理工具，使美国生产企业的能源管理工作变得更容易。作者在后面的报告中对玉米湿磨行业2中的能效机会做出了评价。每年，仅玉米农作物的生产就价值近250亿美元。湿磨行业耗用其中15%的玉米来生产淀粉、乙醇、甜味剂、饲料、植物油和其它副产品3。在食品及其相关产品生产领域（标准行业分类（SIC）20），玉米湿磨是能源最为密集的行业，使用了食品行业总能耗的15%（能源情报署（EIA），2001）。另外，在玉米湿磨企业中能源费用是最大的经营成本，在玉米湿磨总成本中占有很大比重（霍曼（Hohmann）和兰德尔曼（Rendleman），1993）。对一个日处理10万蒲式耳玉米的生产厂来说，每年用于能源方面的费用约为1,500到2,50