火电厂外供蒸汽直接用于食品加工企业的可行性分析

刘力民，王 浩，鞠付栋

(1.国能国华(北京)分布式能源科技有限责任公司；2.中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司，北京 100120)

某工业园区内企业主要为食品行业、装备制造业等，热负荷属于非季节性的生产工艺热负荷，拟利用附近现有燃煤电厂为园区集中供应蒸汽。笔者对于燃煤电厂外供蒸汽直接用于食品加工企业的可行性、安全性进行分析，并提出解决方案。

1 食品加工企业中蒸汽用途

在食品加工企业中，由于蒸汽具有方便、清洁、高效的特点，被视为理想的热源，广泛用于食品加工工艺过程中[1]。一般来说，食品行业蒸汽用途可分为以下几类：蒸煮、加热烘干、热力杀菌、去皮油脂脱臭等用途，其中很多场合下蒸汽要与食品(或原材料)直接接触。

下面以几种典型食品加工工艺流程来说明蒸汽在食品加工中的作用[2-6]。

1.1 罐藏食品热力杀菌

罐装食品之所以能够存放较长时间而不发生腐败，主要原因在于其在生产加工过程中将罐装食品在杀菌锅内加热至高温，以杀死其中的微生物。由于蒸汽具有易于生产和储存、易于控制、热容量高等特点，蒸汽非常适合用于杀菌锅中的传热介质。

1.2 大豆加工

大豆是我国的传统作物之一，大豆及大豆制品广泛存在于人们的日常生活中。但是大豆本身组织坚固，颗粒坚硬，含有特殊味道，而且还含有对人体有害的物质，所以，一般须经过加工处理，制成豆制品后才能食用。一般常见的大豆加工、深加工工艺有以下几种。

1.2.1 豆浆加工。豆浆的制作过程中必须经过“煮浆”这道工序，常用的方法主要有电加热、蒸汽加热等，其中蒸汽加热又可分为直接蒸汽加热和间接蒸汽加热。①直接蒸汽加热是将蒸汽直接通入盛有豆浆的容器中，蒸汽与豆浆直接接触，蒸汽的凝结水最终于豆浆混在一起。该方法设备简单，但是由于蒸汽凝结水会与豆浆混合，所以对蒸汽中杂质数量控制较为严格。②间接蒸汽加热是蒸汽通过表面式换热来加热豆浆，可通过夹层锅、盘管等设备。该方法中，蒸汽与豆浆并不直接接触，所以，对蒸汽中的杂质含量无特别要求。

1.2.2 豆乳加工。为了改善豆乳的口味，在大豆磨浆后还需要进行真空脱臭工艺。其基本原理是将加热后的豆乳送入真空罐中，豆乳中的部分水分瞬间蒸发，同时挥发出部分不良味道成分。真空脱臭具体工艺步骤为利用蒸汽将豆乳加热后送入真空罐中，然后对真空罐抽真空。由于压力骤降，豆乳发生闪蒸现象，水分迅速蒸发，豆乳中的部分杂质也随之排出，豆乳本身的温度也随之降低至沸点以下。

1.3 肉类加工

蒸汽在肉类食品加工中具有非常广泛的作用，具体有以下几种。

1.3.1 表面瞬时杀菌。通常在屠宰过程中，原料肉表面会沾染大量微生物。通常原材料肉类进厂后就必须对其进行表面微生物消杀处理，否则表面微生物会在后续加工中混杂在食物内部，增加处理难度。

蒸汽温度高，渗透能力强，热容量大，使用蒸汽可以迅速、高效地杀除肉类表面的微生物，并且对肉类原材料影响小。同时蒸汽的残留物为凝结水，不会影响口感。如某企业使用高温蒸汽对大块牛肉表面进行杀菌处理，整个过程只有数十秒，牛肉表面仅有0.1mm～0.2mm厚度的部分因蒸汽加热而变性。在保证杀菌效果的前提下，极大地保留了肉类品质。

1.3.2 食品加热。目前蒸汽用于食品加热并不仅限于蒸、煮等传统加工工艺，也同样适用于烤制等加工方法。

由于使用蒸汽加热食物为低氧环境，与传统的烤制、炸制工艺相比，使用蒸汽加热食品，可以有效抑制油脂在加热过程中的氧化作用；同时由于加热是在低氧环境下进行的，苯并芘等致癌物质生成量非常低，极大地提高了食品安全性。

1.3.3 脱油。油炸食品的表面往往残留有大量的食用油，如不做处理，食用时影响口感；同时人体摄入过多的油脂，也不利于健康。所以，一些油炸食品在油炸后要经过脱油处理，可以从油炸食品表面脱掉大约80%的油脂，而产品的形状、口感保持不变。

将加工好的油炸食品放置在高温蒸汽中，食品表面的油脂受热后黏度降低，进而融化并从食品表面流出。同时食品受热收缩，也会促使油脂从表面渗出。

近年来，国外发展了蒸汽与油脂雾化结合的新型炸制技术：先用蒸汽将食品加热至100℃以上，再用雾化后的少量油脂喷到食品表面，再经过短时间的加热即可达到油炸的效果。与传统油炸方式相比，该工艺在保证食物口感的前提下大大降低了食物中的脂肪含量，同时又降低了油脂的消耗量，降低了成本。

2 食品加工企业所需蒸汽品质要求

2.1 概述

如果蒸汽与食品直接接触，蒸汽的凝结水也成为食品成分的一部分进入人体。如果蒸汽品质过差，会有大量的固体颗粒及化学物质被人体摄入，影响健康；另外，如蒸汽中杂质含量过大，甚至还会影响到食品的口味，影响质量(如饮料中的氯、铁离子都会影响口感)。

目前，根据用途不同，食品行业通常会使用3种不同等级的蒸汽：工业蒸汽、过滤(烹饪)蒸汽和洁净蒸汽。

其中工业蒸汽为厂外蒸汽管网直接送来的蒸汽，其中可能含有固体杂质和化学物质。

过滤(烹饪)蒸汽为经过过滤后的蒸汽，通过设置精密的滤网，可过滤掉蒸汽中95%的粒径大于2μm的杂质。但是经过过滤后，蒸汽中仍可能存在少量固体颗粒，而且蒸汽中固有的化学杂质也不能消除。

洁净蒸汽是指从源头开始控制品质的蒸汽，从水处理工艺、给水及蒸汽管道管材等均有特殊要求。

2.2 国内标准

2.2.1 蒸汽品质标准。对于食品加工用蒸汽品质，目前国内尚无明确的专门标准。考虑到蒸汽最终会凝结为水进入食品中，在没有其他具体要求的情况下，暂用《生活饮用水卫生标准》GB 5749-2006作为蒸汽品质参考。

同时作为比较，表1中也列出《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》GB/T 12145-2016(以下简称“《电厂蒸汽标准》”)中所规定的主蒸汽质量标准。

表1 不同标准水(蒸汽)质量对比

电厂主要关注蒸汽中可能会导致在管道内壁、汽轮机叶片表面结垢的物质，而饮用水主要关注微生物指标、毒理指标、放射性指标、感官性状和一般化学指标，两者关注点不同，所以两个标准中重合的量化指标很少。从仅有的两项重合指标来看，饮用水标准和电厂蒸汽标准中，铁、铜这两种金属元素的含量要求均相差了至少两个数量级，电厂蒸汽标准远高于饮用水标准。

电厂外供的蒸汽一般是由高温、高压的蒸汽经膨胀做功减温减压后得到，除非二次污染，其凝结水中不可能存在微生物。

毒理指标中重金属离子可通过锅炉补给水处理工艺得到有效去除，毒理指标中消毒剂的衍生物可通过优选水处理消毒剂的类型来避免产生，因此，锅炉补给水及工业蒸汽中毒理指标可以满足饮用水标准。

放射性指标可通过控制水源水质来确定，避免采用含有放射性污染的水源。

感官性状和一般化学指标，电厂锅炉补给水处理工艺制出的除盐水质品质远高于饮用水的一般化学指标，因此，锅炉补给水及工业蒸汽中一般化学指标可以满足饮用水标准。

根据《发电厂化学设计规范》DL 5068-2014中规定：当机组蒸汽用于食品加工或者采用混合方式加热生活用水时，对于给水和凝结水，不得采用加联氨或投加其他对人体有害物质的处理方式。因此，建议结合工业蒸汽的使用方式，合理确定热力系统化学加药的药剂种类及品质，若供至食品行业的工业蒸汽与食品直接接触，建议化学药剂选用I类水处理剂或食品级药剂，如间接接触，可视情况选用I类水处理剂、食品级或I类水处理剂(工业用)的药品等。

综上，电厂锅炉补给水处理工艺流程制取的除盐水理论上是能够满足饮用水标准。

2.2.2 设备及管道材料标准。目前国内对食品接触用材料有相关标准，如《食品安全国家标准 食品接触用金属材料及制品》GB 4806.9-2016。该标准中，对与食品直接接触的金属材料迁移物指标有具体要求。

另外，由于我国目前食品标准和饮用水标准中对水质的具体要求并不统一。如果按照饮用水标准，则需执行《生活饮用水输配水设备及防护材料安全性评价标准》GB/T 17219-1998。该标准中，并未提出金属迁移物等指标，仅要求金属材料做浸泡实验后，水中污染物含量达标。

而电力系统和城镇供热常用的金属材料标准中，对上述要求并无规定。

一般来说，关于材料的“食品级”要求，更多是考虑一些食物及原材料具有一定的酸性(如果汁等)，金属材料与其接触要考虑较强抗腐蚀能力，避免重金属被人体摄入。而对于常规的用途，如市政工程自来水管网等，并无相关要求。

所以，是否与蒸汽接触的管道材质均要执行“食品级”材料标准，如无权威机构做出解释，建议根据实际情况掌握。

2.3 国外标准

关于食品加工用蒸汽品质要求，相对而言，欧美标准比国内标准要严格、完整，包括食品用蒸汽所使用的化学水处理剂等均有明文规定。现将欧美主要相关标准列举如下。

2.3.1 美国3-A卫生标准(3-A Sanitary Standards)[7]。3-A 609-03《Method of Producing Steam of Culinary Quality，烹调用蒸汽产生的方法》中对直热蒸汽的定义是不夹带杂质，相对来说不含液态水且适合用于直接接触食品，其他可食用食物或产品的接触表面。其中对于烹饪蒸汽系统中关键过滤、分离设备及附件的主要相关要求如下：蒸汽应设两级过滤装置，第一级能够去除10μm及更大的颗粒，第二级能够95%去除2μm及更大的颗粒。

2.3.2 美国FDA标准。FDA(Food and Drug Administration，美国食品药品监督管理局)标准中，工业蒸汽和洁净蒸汽仅能用于用来对设备进行加热或者灭菌器的夹套和洁净蒸汽发生器进行加热，不得直接用于对食物进行加热。

在其《Code of Federal Regulation Title 21, Volume 3, Section 173.310：Boilerwater additives》中严格规定了炉水添加剂的种类和数量要求，如常用的六偏磷酸钠、氢氧化钠及焦亚硫酸钠等均不能用于蒸汽与食品有直接接触的场合，并且其使用的药剂应有相关证明文件。

2.3.3 欧盟EC No. 852标准。欧盟《一般食品法》EC No. 852-2004中第VII章《水的供应》章节规定：“用于直接接触食品的蒸汽，不能包含任何对健康有害的或可能污染食品的物质。”“对于采用热处理加工密封食品时，要确保在热处理后冷却容器的水不会成为食品的污染源。”

2.3.4 欧盟EN285标准。欧盟EN285《Sterilization-Steam sterilizers-Large sterilizers，灭菌-蒸汽消毒器-大型杀菌器》中4.2章节《材料》规定：“与蒸汽接触的材料应——能抵抗蒸汽机器冷凝物的侵蚀——不会导致蒸汽质量的恶化”。

2.4 认证类标准

除上述具体的规程规范外，目前还有大量的涉及食品行业的认证类标准，此处仅列出几种国际常见认证标准中的相关内容。

2.4.1 NSF认证。NSF(National Sanitation Foundation，美国国家卫生基金会)认证中，应提供炉水添加剂食品可接触证明文件，具体厂家名单可在NSF官方网站查询。

2.4.2 IFS认证。IFS(International Food Standard，国际食品认证)V6.1的4.9.9.1章节中，规定如下：“作为产品成分的水或清洁用水应达到饮用水标准，并且水量充足；这同样适用于在生产区域使用的蒸汽和冰，任何时候都应有饮用水的供应。”

2.4.3 BRC认证。BRC(British Retail Consortium，英国零售商协会)V8的4.5.1章节规定：“在食品加工的生产、产品制作过程中所用的作为原材料的水(包括冰和蒸汽)，洗手用水，或者设备和工厂的保洁用水，均应满足供应，在使用点应达到饮用水标准，或者根据现行的适用法律不得造成污染风险。”

2.4.4 AIB认证。AIB(American Institute of Baking，美国烘烤技术研究所)标准5.27.1.6章节规定：“在蒸汽或水使用的、与食品进行直接或间接接触的水处理化学品应具有与食品接触的许可证文件。”

3 工业蒸汽净化工艺

如前文所述，在电厂外供工业蒸汽质量不能满足食品企业要求时，可通过增设过滤装置或设置蒸汽发生器的方法来获得高质量蒸汽。

3.1 蒸汽过滤装置

蒸汽过滤装置直接安装在蒸汽管道上，几乎不增加额外的运行成本。设备过滤精度为0.5μm～2μm，过滤效率符合3-A标准(95%过滤2μm颗粒)。

设备所有材质均应符合FDA或欧盟EC 1935相关标准，设备内壁对于表面光洁度有严格要求，而且必须经过酸洗、钝化等特殊处理后才能使用。

3.2 蒸汽发生器

过滤装置过滤后的蒸汽中仍会有少量颗粒及蒸汽中的化学物质，如果仍不能满足企业需要，则应设置蒸汽发生器。

蒸汽发生器基于表面式间接换热原理工作，本质为一管壳式换热器。电厂来的工业蒸汽与食品企业自供的洁净水在设备内通过管道表面换热。洁净水受热后蒸发，形成的汽水混合物经过汽水分离装置后，生产出合格的洁净蒸汽；工业蒸汽则冷凝成水，可作为一般其他用途。

蒸汽发生器设备材质等要求同蒸汽过滤装置。

4 结论与建议

4.1 结论

根据蒸汽在食品行业中的不同用途，对其品质要求也不同。如蒸汽与食品直接接触，则对蒸汽品质有具体要求，主要是控制蒸汽及凝结水中的固体颗粒、化学物等杂质。

经比较现有发电厂汽水质量标准和国家饮用水质量标准，对于两者中重合部分的内容，电厂汽水标准远高于饮用水标准。

经过对比国内现行相关标准，可以看到其要求的标准并不相同。对于国外标准，具体要求也不完全相同。

4.2 建议

由于现行的蒸汽品质要求相关规程规范并不统一，食品企业可在满足相关法律法规要求的前提下，根据客户具体要求及可能的风险，自行灵活掌握。

现有发电厂的本职工作仍在于安全高效发电、供热，不可能为了少数几个食品加工企业的需要，从根源上去调整现有的化学处理工艺、药剂种类和更改所有相关的管道材质。如果食品加工企业必须要执行较高蒸汽标准，可考虑适当利用自身设备对外来蒸汽进行适当净化，如设置过滤装置等。如确实需要完全消除固体颗粒及电厂蒸汽中添加剂的影响，则需设置蒸汽发生器。