一种冷热电三联供的代餐粉类食品用能系统的制作方法

本属于食品加工领域，涉及一种供能、加工工艺方式和相关的设备改进，具体地说，是指一种改良系统用能方案的冷热电三联供的代餐粉类食品用能系统。

背景技术

代餐粉的目的是减少淀粉类食品的摄入，并能产生饱腹感。其加工设定的内容包括：基粉、营养物质、调味及其它辅助成分。营养物质的设定，包括：蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等一样都不能少。还可以增加蛋白质类物质(自己配制可以用炒黄豆或其他豆类打成粉)、功能性糖份(包括魔芋及其他功能性多糖，实际上就是人体不能吸收的糖)、水溶性谷物类膳食纤维(和前面功能性糖有重叠)、水溶性水果类膳食纤维(水果粉)、水溶性蔬菜类膳食纤维(蔬菜粉)、维生素包，酸味剂，甜味剂等。

如图1所示，现有代餐粉的加工流程主要包括以下步骤：前处理：对各种要用到的原材料进行处理，清洗、干燥、炒制、粉碎、灭菌、检测等；称量：根据研发配方，称取各种需要的原材料；萃取(或提取)：利用热釜加热，提取出精炼成分；粉碎：超微粉碎，与前处理粉碎不同，粉碎的细度达到配方的要求；烘干：利用热风将物料烘干备用；筛选：通过不同目的过筛分成不同的等级，一般在80-200目；混料：用三维混料机将原料充分搅拌均匀。

现有代餐粉的加工过程中存在诸多用热用汽用电环节，传统的用能方案如图2所示，在用电方面，主要利用市政电网供电，按照各地的分时工业电价缴费，既缴纳实用电费，也缴纳容量电费，总体电费开支大，受供电局管控；用汽方面，业主主要靠自备燃气锅炉或燃油锅炉制备，或直接购买临近地区热电厂提供的管道蒸汽，导致蒸汽供应连续性无法掌控，价格随季节变化，整体费用较高，业主无自主权；用热方面，业主主要靠自备热水锅炉制取或使用蒸汽加热冷水获得，制备成本较高。

技术实现要素：

针对现有代餐粉生产加工制造过程中用热用水用电成本高、能源综合利用率不高等技术问题，为提高能源综合利用率，提高业主对自身能源产、销的自主权，本发明旨在提供一种利用分布式能源冷热电三联供方式供能的代餐粉类食品用能系统，综合利用燃料燃烧热，同时发电、制备蒸汽、热水等多种能源形式。并根据业主实际的工艺流程，用烟气替代蒸汽参与物料提取、干燥环节，并将最终的低温烟气制备热水或促进生物质肥料制备，提高肥料制备效率。实现热量近乎零排放，综合利用率提升至95％以上，同时给予业主完全的能源自主权，适合同行业复制推广。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案为：

一种冷热电三联供的代餐粉类食品用能系统，包括燃机发电机组、提取釜、烟气/空气混合器、物料干燥塔、烟气/水换热器、物料清洗单元、制肥单元，其特征在于，

所述燃机发电机组利用燃料产生电力和高温烟气，所述电力至少被输送至所述系统中的各用电部件或被输送至电网，所述高温烟气通过管路被输送至所述提取釜中，

所述提取釜设置在所述燃机发电机组的下游，所述提取釜为带有夹层换热水套的中空容器，所述中空容器用以放置待蒸煮提取的物料，所述夹层换热水套包括高温烟气进口和中温烟气出口，所述燃机发电机组的高温烟气出口通过管路与所述高温烟气进口连通，所述高温烟气在所述夹层换热水套中换热降温后转变为中温烟气通过所述中温烟气出口被输送至下游的所述烟气/空气混合器中，所述提取釜中产生的料渣被推送入位于其下游的所述制肥单元中作为制作生物质肥料的原料，

所述烟气/空气混合器设置在所述提取釜的下游，包括中温烟气进口、空气进口和高温热风出口，所述中温烟气进口通过管路与所述提取釜的中温烟气出口连通，所述空气进口与外界大气连通，所述烟气/空气混合器中的中温烟气和空气混合后产生高温热风并通过所述高温热风出口被输送至下游的所述物料干燥塔中，

所述物料干燥塔设置在所述烟气/空气混合器的下游，包括高温热风进口和至少两个低温热风出口，所述物料干燥塔用以加热干燥物料，所述高温热风进口通过管路与所述烟气/空气混合器的高温热风出口连通，所述高温热风在所述物料干燥塔中对物料加热后转变为低温热风并通过所述至少两个低温热风出口分别被输送至下游的所述烟气/水换热器、制肥单元中，

所述烟气/水换热器设置在所述物料干燥塔的下游，包括通入低温热风的热侧和通入常温水的冷侧，所述热侧的进口通过管路与所述物料干燥塔的一所述低温热风出口连通，所述热侧的出口与大气连通，所述冷侧的进口与常温水源连通，所述冷侧内的常温水被热侧的低温热风加热后转变为热水并通过所述冷侧的出口被输送至下游的所述物料清洗单元或所述提取釜的夹层换热水套中，

所述物料干燥塔的另一所述低温热风出口通过管路通入所述制肥单元中。

优选地，所述燃机发电机组为活塞式发电机组或燃气轮机发电机组。

优选地，所述燃机发电机组使用天然气、沼气等气态燃料或柴油、甲醇、煤油等液态燃料。

优选地，所述燃机发电机组产生的电力以400v直供所述系统中的各用电部件，或以10kv并网使用。

优选地，所述提取釜的夹层换热水套内为常温水或低温水，将高温烟气通入所述夹层换热水套中，将所述常温水或低温水加温至100℃或以上，供蒸煮提取使用。

优选地，所述提取釜包括釜盖、物料容积腔和夹层换热水套，所述釜盖的底面上设有内缘凸台，所述内缘凸台用以封闭所述物料容积腔并分隔所述物料容积腔和夹层换热水套，所述夹层换热水套底部设有多个高温烟气进口，所述高温烟气进口通过管路与所述燃机发电机组的高温烟气出口连通，所述釜盖上设置有中温烟气出口。高温烟气从提取釜的底部向上升，最终排除液体进入上部空间，经出口抽走。

进一步地，所述夹层换热水套底部的高温烟气进口为烟气喷嘴。

进一步地，所述夹层换热水套底部的高温烟气进口为矩形、方形或圆形。

进一步地，所述夹层换热水套底部的高温烟气进口的数量为奇数或偶数。

进一步地，所述夹层换热水套底部的高温烟气进口设置有一圈或多圈。

优选地，所述提取釜包括釜盖、物料容积腔和夹层换热水套，所述釜盖的底面上设有内缘凸台，所述内缘凸台用以封闭所述物料容积腔并分隔所述物料容积腔和夹层换热水套，所述夹层换热水套中设置盘管换热装置，所述盘管换热装置包括至少一设置在所述釜盖底面空间的环状封闭的圆形管，各所述圆形管沿其周向向下延伸设置多个竖直空心管，各所述竖直空心管的上端与所述圆形管连通，下端开口向下，所述圆形管上还设置有高温烟气进口，所述高温烟气进口通过管路与所述燃机发电机组的高温烟气出口连通，所述釜盖上设置有中温烟气出口。高温烟气进入圆形管，再分别进入各竖直空心管，在提取釜底部流出，并向上升至提取釜与釜盖的上层空间，并由排气口抽出。

进一步地，所述盘管换热装置中设置有多个同心布置的圆形管，各所述圆形管之间依次串联形成一圆形盘管。

进一步地，所述盘管换热装置中设置有多个同心布置的圆形管，各所述圆形管均与一母管连通，所述母管与所述燃机发电机组的中温烟气出口连通。

进一步地，所述圆形管和竖直空心管为铜管、不锈钢管等。

优选地，所述提取釜包括釜盖、物料容积腔和夹层换热水套，所述釜盖的底面上设有内缘凸台，所述内缘凸台用以封闭所述物料容积腔并分隔所述物料容积腔和夹层换热水套，所述夹层换热水套中设置盘管换热装置，所述盘管换热装置包括设置在所述夹层换热水套上部并同心布置的第一外圆形管和第一内圆形管，还包括设置在所述夹层换热水套下部并同心布置的第二外圆形管和第二内圆形管，所述第一外圆形管和第二外圆形管之间设置有多个与其连通的竖直空心管，所述第一内圆形管和第二内圆形管之间也设置有多个与其连通的竖直空心管，所述第一外圆形管上设置有高温烟气进口，所述高温烟气进口通过管路与所述燃机发电机组的中温烟气出口连通，所述第二外圆形管与第二内圆形管之间相互连通，所述第一内圆形管上设置有中温烟气出口。

优选地，经所述提取釜使用后的高温烟气降温为中温烟气，在所述烟气/空气混合器中与常温空气混合为150～160℃的高温热风送入所述物料干燥塔中，以烘干物料。

优选地，所述烟气/空气混合器的中温烟气进口与所述提取釜的中温烟气出口之间的连通管路上设置有过滤器。

优选地，经所述物料干燥塔的高温热风温度降至100℃以下的低温热风，经所述烟气/水换热器，将常温水加温至热水，可供前端物料清洗或物料提取釜中的低温水使用。

优选地，经所述物料干燥塔出来的另一部分低温烟气，直接送入所述制肥单元从而提供90℃左右的环境温度，促进肥料制取进度。

本发明为解决其技术问题还提供了另外一种技术方案为：

一种冷热电三联供的代餐粉类食品用能系统，包括燃机发电机组、余热锅炉、提取釜、烟气/空气混合器、物料干燥塔、烟气/水换热器、物料清洗单元、制肥单元，其特征在于，

所述燃机发电机组利用燃料产生电力和高温烟气，所述电力至少被输送至所述系统中的各用电部件或被输送至电网，所述高温烟气通过管路被输送至所述余热锅炉中，

所述余热锅炉设置在所述燃机发电机组的下游，用以制备高温蒸汽，包括高温烟气进口、中温烟气出口和高温蒸汽出口，所述燃机发电机组的高温烟气排气口通过管路与所述高温烟气进口连通，所述高温烟气在所述余热锅炉中将其中的水加热为高温蒸汽转变为中温烟气通过所述中温烟气出口被输送至下游的所述烟气/空气混合器中，所述高温蒸汽通过所述高温蒸汽出口被输送至所述提取釜中，

所述提取釜设置在所述余热锅炉的下游，所述提取釜用以放置待蒸煮提取的物料，包括高温蒸汽进口，所述高温蒸汽进口通过管路与所述余热锅炉的高温蒸汽出口连通，所述提取釜中产生的料渣被推送入位于其下游的所述制肥单元中作为制作生物质肥料的原料，

所述烟气/空气混合器设置在所述余热锅炉的下游，包括中温烟气进口、空气进口和高温热风出口，所述中温烟气进口通过管路与所述余热锅炉的中温烟气出口连通，所述空气进口与外界大气连通，所述烟气/空气混合器中的中温烟气和空气混合后产生高温热风并通过所述高温热风出口被输送至下游的所述物料干燥塔中，

所述物料干燥塔设置在所述烟气/空气混合器的下游，包括高温热风进口和至少两个低温热风出口，所述物料干燥塔用以加热干燥物料，所述高温热风进口通过管路与所述烟气/空气混合器的高温热风出口连通，所述高温热风在所述物料干燥塔中对物料加热后转变为低温热风并通过所述至少两个低温热风出口分别被输送至下游的所述烟气/水换热器、制肥单元中，

所述烟气/水换热器设置在所述物料干燥塔的下游，包括通入低温热风的热侧和通入常温水的冷侧，所述热侧的进口通过管路与所述物料干燥塔的一所述低温热风出口连通，所述热侧的出口与大气连通，所述冷侧的进口与常温水源连通，所述冷侧内的常温水被热侧的低温热风加热后转变为热水并通过所述冷侧的出口被输送至下游的所述物料清洗单元或所述提取釜的夹层换热水套中，

所述物料干燥塔的另一所述低温热风出口通过管路通入所述制肥单元中。

同现有技术相比，本发明的利用分布式能源冷热电三联供方式供能的代餐粉类食品用能系统，其显著的技术效果在于：针对现有代餐粉生产加工制造过程中用热用水用电成本高、能源综合利用率不高等技术问题，为提高能源综合利用率，提高业主对自身能源产、销的自主权，通过综合利用燃料燃烧热，同时发电、制备蒸汽、热水等多种能源形式。并根据业主实际的工艺流程，用烟气替代蒸汽参与物料提取、干燥环节，并将最终的低温烟气制备热水或促进生物质肥料制备，提高肥料制备效率。实现热量近乎零排放，综合利用率提升至95％以上，同时给予业主完全的能源自主权，适合同行业复制推广。

附图说明

图1为现有代餐粉生产加工流程示意图；

图2为现有代餐粉生产加工的用能示意图；

图3为本发明冷热电三联供的代餐粉类食品用能系统实施例1的示意图；

图4为本发明冷热电三联供的代餐粉类食品用能系统实施例2的示意图；

图5为本发明的提取釜的一种结构示意图；

图6为图5的仰视图；

图7为本发明的提取釜的另一种结构示意图；

图8为图7中换热装置的示意图；

图9为本发明的提取釜的第三种结构示意图；

图10为图9中换热装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，作为一个实施例，本发明冷热电三联供的代餐粉类食品用能系统，包括燃机发电机组1、提取釜2、烟气/空气混合器3、物料干燥塔4、烟气/水换热器5、物料清洗单元6、制肥单元7。其中，燃机发电机组1利用燃料产生电力和高温烟气，电力至少被输送至系统中的各用电部件或被输送至电网，高温烟气通过管路被输送至提取釜2中；提取釜2设置在燃机发电机组1的下游，提取釜2为带有夹层换热水套的中空容器，中空容器用以放置待蒸煮提取的物料，夹层换热水套包括高温烟气进口和中温烟气出口，燃机发电机组1的高温烟气出口通过管路与高温烟气进口连通，高温烟气在夹层换热水套中换热降温后转变为中温烟气通过中温烟气出口被输送至下游的烟气/空气混合器3中，提取釜2中产生的料渣被推送入位于其下游的制肥单元7中作为制作生物质肥料的原料；烟气/空气混合器3设置在提取釜2的下游，包括中温烟气进口、空气进口和高温热风出口，中温烟气进口通过管路与提取釜2的中温烟气出口连通，空气进口与外界大气连通，烟气/空气混合器3中的中温烟气和空气混合后产生高温热风并通过高温热风出口被输送至下游的物料干燥塔4中；物料干燥塔4设置在烟气/空气混合器3的下游，包括高温热风进口和至少两个低温热风出口，物料干燥塔4用以加热干燥物料，高温热风进口通过管路与烟气/空气混合器3的高温热风出口连通，高温热风在物料干燥塔4中对物料加热后转变为低温热风并通过至少两个低温热风出口分别被输送至下游的烟气/水换热器5、制肥单元7中；烟气/水换热器5设置在物料干燥塔4的下游，包括通入低温热风的热侧和通入常温水的冷侧，热侧的进口通过管路与物料干燥塔4的一低温热风出口连通，热侧的出口与大气连通，冷侧的进口与常温水源连通，冷侧内的常温水被热侧的低温热风加热后转变为热水并通过冷侧的出口被输送至下游的物料清洗单元6或提取釜2的夹层换热水套中；物料干燥塔4的另一低温热风出口通过管路通入制肥单元7中。

本发明的上述实施例中，燃机发电机组1可以为活塞式发电机组或燃气轮机发电机组，可以使用天然气、沼气等气态燃料或柴油、甲醇、煤油等液态燃料。燃机发电机组1产生的电力以400v直供系统中的各用电部件，或以10kv并网使用。提取釜2的夹层换热水套内为常温水或低温水，将高温烟气通入夹层换热水套中，将常温水或低温水加温至100℃或以上，供蒸煮提取使用。经提取釜2使用后的高温烟气降温为中温烟气，在烟气/空气混合器3中与常温空气混合为150～160℃的高温热风送入物料干燥塔4中，以烘干物料。烟气/空气混合器3的中温烟气进口与提取釜2的中温烟气出口25之间的连通管路上设置有过滤器。经物料干燥塔4的高温热风温度降至100℃以下的低温热风，经烟气/水换热器5，将常温水加温至热水，可供前端物料清洗或物料提取釜2中的低温水使用。经物料干燥塔4出来的另一部分低温烟气，直接送入制肥单元7从而提供90℃左右的环境温度，促进肥料制取进度。

本发明还提供了多种提取釜的结构。如图5、6所示的一种结构，提取釜2包括釜盖21、物料容积腔22和夹层换热水套23，釜盖21的底面上设有内缘凸台，内缘凸台用以封闭物料容积腔22并分隔物料容积腔22和夹层换热水套23，夹层换热水套23底部设有多个高温烟气进口24，高温烟气进口24通过管路与燃机发电机组1的高温烟气出口连通，釜盖21上设置有中温烟气出口25。高温烟气从提取釜2的底部向上升，最终排除液体进入上部空间，经出口抽走。其中，夹层换热水套23底部的高温烟气进口24可以为烟气喷嘴，其形状可以为矩形、方形或圆形，其数量可以为奇数或偶数，并可在夹层换热水套23底部设置一圈或多圈。

作为提取釜的第二种结构，如图7、8所示，提取釜2包括釜盖21、物料容积腔22和夹层换热水套23，釜盖21的底面上设有内缘凸台，内缘凸台用以封闭物料容积腔22并分隔物料容积腔22和夹层换热水套23，夹层换热水套23中设置盘管换热装置，盘管换热装置包括至少一设置在釜盖21底面空间的环状封闭的圆形管26，各圆形管26沿其周向向下延伸设置多个竖直空心管2727，各竖直空心管27的上端与圆形管26连通，下端开口向下，圆形管26上还设置有高温烟气进口24，高温烟气进口24通过管路与燃机发电机组1的高温烟气出口连通，釜盖21上设置有中温烟气出口25。高温烟气进入圆形管26，再分别进入各竖直空心管27，在提取釜2底部流出，并向上升至提取釜2与釜盖21的上层空间，并由排气口抽出。盘管换热装置中设置有多个同心布置的圆形管26，各圆形管26之间依次串联形成一圆形盘管，或者盘管换热装置中设置有多个同心布置的圆形管26，各圆形管26均与一母管连通，母管与燃机发电机组1的中温烟气出口25连通。圆形管26和竖直空心管27为铜管、不锈钢管等。

作为提取釜的第三种结构，如图9、10所示，提取釜2包括釜盖21、物料容积腔22和夹层换热水套23，釜盖21的底面上设有内缘凸台，内缘凸台用以封闭物料容积腔22并分隔物料容积腔22和夹层换热水套23，夹层换热水套23中设置盘管换热装置，盘管换热装置包括设置在夹层换热水套23上部并同心布置的第一外圆形管261和第一内圆形管262，还包括设置在夹层换热水套23下部并同心布置的第二外圆形管281和第二内圆形管282，第一外圆形管261和第二外圆形管281之间设置有多个与其连通的竖直空心管27，第一内圆形管262和第二内圆形管282之间也设置有多个与其连通的竖直空心管27，第一外圆形管261上设置有高温烟气进口24，高温烟气进口24通过管路与燃机发电机组1的中温烟气出口25连通，第二外圆形管281与第二内圆形管282之间相互连通，第一内圆形管262上设置有中温烟气出口25。

实施例2

如图1所示，作为另一个实施例，本发明冷热电三联供的代餐粉类食品用能系统，将进入提取釜2的高温烟气仍采用传统的蒸汽，所用蒸汽由发电机组后端的高温烟气经余热锅炉8制出。经余热锅炉8后的烟气温度约为160～170℃，可经过烟气/空气混合器3后，直接送入干物料燥塔4使用。其余环节，与实施例1类似。

本发明所涉及的内容，均针对某大型代餐粉食品加工厂的实际案例总结得出。该食品厂为年产5300～8100吨代餐粉生产线建设2mw燃气轮机发电机组，同时搭配2mw电储能单元削峰填谷用电。机组余热可同时依次满足物料提取、物料干燥、生物制肥加温等环节的使用。热电量匹配完美，余热排放量极低。系统通过智能微网统一调度，为工业节能减排树立典型案例。

经测算，以合同能源管理方式供能，能源单价以9.8折计算时：采用工艺方案二时，每年为业主节约综合能源费用约65.2万元；采用工艺方案一时，每年为业主节约综合能源费用约为94万元。同时，能源站投资方的投资回收期约为5年。该方式适合同类行业复制、推广，经济、社会效益显著。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。