全热交换式燃气热水器在乳品行业的应用——乳品行业CIP清洗即CLEAN IN PLACE(原位清洗)，俗称就地清洗系统。指不用拆开或移动装置，即采用高温、高浓度的洗净液，对设备装置加以强力作用，把与食品的接触面洗净的方法。不分解生产设备，用简单操作方法安全自动地清洗系统，几乎被引进到所有的食品，饮料及制药等工厂。CIP清洗不仅能清洗设备管道，而且还能控制微生物。

系统参数

乳品行业现有CIP和高温杀菌系统，大部分采用蒸汽进行加热，各罐体内的常温水首先经过板式蒸汽换热机组加热后不停的循环，直到每个不同罐体内的水达到所需要的温度，然后再进入CIP或杀菌工艺系统。

已知相关参数：

● CIP碱液温度：77 ℃;

● CIP酸液温度：75 ℃;

● 杀菌热水温度：95 ℃。

虽然CIP和杀菌系统都设有循环，即用过的水符合要求后再回流至各个罐体，但整个CIP过程每天消耗的水量：600 ~ 800 t/d，杀菌过程每天消耗的水量：200 t/d。

热水系统设计

全热交换式燃气热水器介绍

阿姆斯壮Flo-Direct®是一种高效、紧凑的全不锈钢全热交换式燃气热水器。它具有效率高、安全可靠、设计简单、操作方便的优点。适用于多种热水应用场合。

水从热水器的顶部通过一系列校准的喷嘴进入热水器，冷水沿着热水器内多棱不锈钢填料环的床层(鲍尔环)向下流动，并被不断地打碎为越来越细小的水滴。燃烧器安装在热水器顶部，燃烧器通过位于热水器中央的火焰管向下燃烧。火焰管遇到进入热水器的冷水从而得到冷却，全部燃气都在火焰管中完成燃烧，这种设计允许整个燃烧在干燥、低温的环境中进行并最大限度地减少氮氧化物(NO)和一氧化碳(CO)的产生。

火焰的热量从火焰管底部进入热水器下部的腔体，并沿填料环床层向上缓慢流动。下行的冷水与上升的热气以相反的方向穿过填料环床层，相互接触，进行高效热交换。

产生的热水像雨滴一样落到热水器底部的腔体，并被输送泵传送到储罐中。阿姆斯壮Flo-Direct®全热交换式燃气热水器在启动30 s内水温就可达到85℃。通过控制进口冷水的流量来控制水温，保证热水系统的水温恒定。

出口热水的温度可通过控制阀控制进口冷水的流量进行调节。进口冷水流量增大，出口热水的温度降低;反之，进口冷水流量减少，则出口热水的温度升高。燃烧产生的烟气从热水器顶部排出，排烟温度与进水温度相差不了几度。

Flo-Direct®全热交换式燃气热水器与蒸汽——水加热系统相比可节约30%~60%的燃料费用，比传统的燃气热水器系统节能15%~40%。标准热水器的加热量在1×106~16×106 BTU/h(292~4685 kW)。客户定制的系统每小时可以供热水热量最高可达25×106 BTU(7 335 kW)。

工程主要优势：

● 高热值热效率高达99.7%，是目前全球效率最高的燃气热水器;

● 不结垢，免除了在运行过程中的烦恼，无需水处理;

● 燃烧后水质符合CTE标准;达到NSF5饮用水标准，并满足多种全球水质标准;

● 无内部活动部件;排烟温度低(基本等同进水温度);

● 水温差可以从6℃~78℃;全不锈钢结构;占地面积小;

● 结构保修5年。

阿姆斯壮Flo-Direct®燃气热水器占地面积小，高热值热效率高达99.7%以上(低热值约为110%)，运行安全可靠，便于维护，可在较差水质下正常运行，是企业实现节能措施(ECM)和降低碳排放的理想选择。阿姆斯壮Flo-Direct®全热交换式燃气热水器特点：

(美国专利号：5924391)。

系统设计方案

阿姆斯壮Flo-Direct®全热交换式燃气热水器最高出水温度为85℃，设计常温补水通过Flo-Direct®燃气热水器加热至一定的温度(如加热至70℃)后，经输送泵进入各个需要热水的罐体内(碱罐、酸罐等，若清水罐需要热水，也可来自Flo-Direct®全热交换式燃气热水器)。然后CIP或杀菌热水再经过蒸汽加热至所需的温度，即整个CIP和杀菌系统和现有的保持一致，仅仅在前端增加了Flo-Direct®全热交换式燃气热水器作为初始预热及使用过程中的热水补充。

此外，也可于工厂内的洗澡用水系统相连。一部分热水(洗澡用水量：50 t/d)经过水水混合阀(温度控制在50 ℃~60 ℃)后流入生活热水储罐。

热水输送泵设在Flo-Direct®全热交换式燃气热水器的出水侧，热水由输送泵从热水器水箱中抽出，通过水泵加压后，经过管网送到各水罐。

通过现场查看，Flo-Direct®全热交换式燃气热水器直燃炉(含输送泵)可以安装在紧靠锅炉房的库房内。燃气管道可以直接从锅炉房内的天然气管道接过去，同时由于节省了蒸汽，即节省了蒸汽锅炉的出力(耗气量)，这部分燃气量可用于Flo-Direct®全热交换式燃气热水器直燃炉，因此也不需要天然气的扩容。还需要冷水管道引入Flo-Direct®全热交换式燃气热水器，热水通过输送泵和新增管道接入原有CIP系统。

投资效益分析

乳品行业现有CIP和杀菌系统全部使用蒸汽加热，而改进后系统使用燃气和蒸汽作为热源。由于Flo-Direct®全热交换式燃气热水器的加热效率远远高于蒸汽系统的加热效率，可以节约这一部分热效率差的能量。

● 目前蒸汽系统整体热效率：80%;

● 燃气热值：36 220 kJ/m3 ;

● 全年运行时间：300 d;

● 热水使用量：600 t/d(考虑CIP和杀菌);

● 使用燃气的加热温升：70-20 =50℃;

● 天然气价格：3.60元/m3。

按照蒸汽蒸发潜热2 200 kJ/kg，使用Flo-Direct®全热交换式燃气热水器后可节省蒸汽量每天57 t，再考虑20%安全系数，至少可节约蒸汽量45 t/d，这样原蒸汽锅炉应该可停用一台，而使用Flo-Direct®全热交换式燃气热水器替代。

按照以上参数计算：净节能效益约为65万元/年，设备及安装工程总投资估算约为125万元，项目投资回收期<2年。

本文作者供职于阿姆斯壮机械(中国)有限公司。