Producția de aer comprimat este una dintre cele mai consumatoare de energie și, în același timp, cele mai puțin eficiente transformări energetice ale unei forme de energie în alta, eficiența este adesea de numai 5%. Eficiența redusă rezultă din natura fizică a procesului de producție, în care energia electrică de intrare este transformată în căldură în procesul de comprimare a aerului.

Atunci când aerul este comprimat, are loc încălzirea termodinamică, care este dată fizic - majoritatea energiei electrice de intrare pentru acționarea compresorului este transformată în căldură reziduală, a cărei diviziune standard este prezentată în Fig. 1. Domina fluxul de căldură disipat de răcirea uleiului, care îndeplinește mai multe funcții în compresor.

Căldura reziduală din diferite părți a compresorului poate fi utilizată pentru încălzirea apei sau a altor fluide tehnologice, precum și pentru încălzirea clădirii. La proiectarea conceptului de stație de compresie, este necesar să se ia în considerare posibilitățile în care fluxurile de căldură generate de răcirea KS vor fi deviate.

Practic, există două concepte de bază ale răcirii compresoarelor - primul este răcirea cu aer, al doilea este răcirea cu apă. Cele mai bune eficiențe se obțin cu compresoarele răcite cu apă, unde apa de răcire în circulație este conectată direct la o aplicație care necesită căldură continuă, cum ar fi un circuit de retur al cazanului.

Prima soluție pe care producătorii de compresoare o oferă de obicei este utilizarea căldurii reziduale directe sub formă de aer încălzit de la răcirea pieselor compresorului pentru încălzirea clădirilor clădirilor adiacente. Cea mai simplă opțiune este de a direcționa aerul încălzit către o clădire din apropiere.

Această soluție are avantajul simplității și ușurinței de operare și a investițiilor mici, dar marile dezavantaje sunt volumul de aer neuniform, zgomotul, aplicabilitatea doar pe distanțe scurte și în special sezonalitatea utilizabilității.

Vara, acest flux de căldură rămâne nefolosit. Al doilea mod mai avansat tehnic de utilizare a căldurii reziduale se realizează prin intermediul unui dispozitiv suplimentar care furnizează căldură circuitului de încălzire a apei calde.

Există deja un confort de utilizare mai ridicat, de exemplu direct pentru încălzirea centrală sau ca preîncălzire a returului care revine la sursa de căldură. Din nou, însă, utilizabilitatea sezonieră și creșterea costurilor de investiții au un efect negativ. Din punctul de vedere al tehnologiei actuale, prepararea apei calde este oferită ca o soluție optimă.

Avantajul este utilizarea pe tot parcursul anului, utilizarea ideală este pentru prepararea sau preîncălzirea apei calde (TV) pentru tehnologie. Cu toate acestea, această soluție este aplicabilă doar într-un procent mic de companii industriale datorită faptului că multe companii nu au un consum suficient de apă caldă.

Încălzirea apei pentru lucrătorii la duș este de obicei neatractivă în întreprinderile mici și mijlocii datorită consumului redus de apă, complexității soluției tehnice și rentabilității lungi a investiției. Prin urmare, în articol, vom arăta posibilitățile de utilizare a energiei pe datele măsurate și vom prezenta potențialul unei astfel de soluții.

Pentru nevoile articolului, am selectat măsurători la stația de compresoare din fabrica de producție. Discutăm despre posibilitatea utilizării căldurii din procesul de compresie în producția de aer comprimat ca mediu utilizat în mod obișnuit în procesele de producție ale instalației.

Ne bazăm pe măsurători reale efectuate într-o stație de compresor (KS). Vom descrie procedura cum să procedăm în proiectarea utilizării eficiente a căldurii în procesul de pregătire a televizorului, resp. atunci când susțineți încălzirea instalațiilor centralei. Comparăm căldura generată prin compresie cu cererea de căldură măsurată în clădire.

  • utilizabilă

Condiții de intrare

Așa cum s-a menționat în introducere, consumul de energie electrică determină în mod direct cantitatea de căldură degajată în procesul de compresie, astfel încât, ca date de intrare de bază, vom folosi măsurarea consumului a trei compresoare în stația de compresoare.

Am folosit o măsurare a consumului real a trei compresoare cu motoare de 200 kW. Un compresor este cu FM, două sunt fără control al vitezei - numai cu control la starea luminii. Măsurarea din FIG. 3 prezintă consumul real al acestora pe parcursul unei zile de funcționare, reflectând necesitatea mediilor în producția industrială.

În FIG. 3 prezintă consumul de KS pe partea de electricitate la încărcare maximă (culoare verde) și în stare de lumină (culoare portocalie). Este adevărat că AlMiG este un compresor cu posibilitatea de reglare a vitezei pe partea laterală a motorului electric folosind FM cu posibilitatea de trecere la starea luminată și C1 și C2 sunt compresoare cu funcționare în stare completă sau luminată.

Acest ansamblu este controlat numai pe baza senzorilor de presiune din MaR autonom al fiecăruia dintre ei fără o reglementare superioară. Măsurarea a fost inițial creată pentru nevoile de analiză a eficienței producției de aer comprimat în uzină și ca bază pentru auditul managementului KS. Cu toate acestea, nu abordăm această problemă în acest articol.

În FIG. 2 prezintă un exemplu de conexiune a măsurătorilor parametrilor de aer comprimat pe unul dintre compresoare, în graficul albastru de pe axa primară stângă este debitul de aer (curba roșie) și pe axa secundară stângă presiunea la punctul de măsurare din spatele compresor și temperatura mediului produs.

Axa x arată linia de timp a măsurătorii, în partea superioară a graficului consumul de energie este măsurat pe compresorul dat. Culoarea portocalie arată intervalele în care compresorul a trecut la starea redusă după reducerea turației motorului la minimum.

Cu toate acestea, chiar și în stare ușoară, consumă în continuare aproximativ 40% din energia din consumul la sarcină maximă. Starea luminată servește pentru a proteja compresorul de opriri frecvente în cazul în care cererea de aer comprimat din sistem scade sub limita minimă pe care este capabilă să o furnizeze în timpul controlului FM.

În continuare, ne vom concentra asupra consumului de energie electrică KS în general și vom arăta cum acest flux de energie poate fi transferat la sistemul de încălzire sau la prepararea apei calde menajere. O vedere generală a consumului de energie al compresoarelor (Fig. 3) vorbește despre alternanța lor pe parcursul unei zile lucrătoare.

Se poate vedea că doar două dintre cele trei compresoare sunt în funcțiune. Acestea alternează, deci putem vorbi despre o producție relativ constantă de aer, deci necesitatea constantă de a răci compresoarele. Pe margine, observăm doar că funcționarea acestui KS nu este deloc optimă.

Măsurarea pe trei compresoare, fiecare având un motor de 200 kW, a durat o săptămână. Un rezumat al măsurătorilor din funcționarea lor este prezentat în FIG. 4. Primul grafic arată funcționarea compresorului cu FM, prin urmare este necesar să se perceapă datele sale în acest context.

Celelalte două compresoare au funcționat fie la 100% din puterea de intrare, fie la 40% în stare de lumină (culoarea albastră indică cât timp a fost oprit fiecare dintre compresoare). Din grafice este posibil să se determine consumul de energie pentru funcționarea KS. Pe baza măsurătorii din FIG. 3 putem vorbi despre producția constantă de aer, adică și despre nevoia constantă de răcire a compresoarelor.

FIG. Exemplu de interconectare a măsurătorilor parametrilor de aer comprimat pe unul dintre compresoare

Căldură necesară pentru disipare

Prima parte a FIG. 4 arată funcționarea compresorului cu FM, celelalte două compresoare funcționând fie la 100% din puterea lor de intrare, fie la 40% în stare ușoară. Dacă este necesar, ar fi posibil să se determine consumul de energie pentru funcționare din grafice.

Stația de compresoare consumă în total 71 MWh/săptămână, ceea ce reprezintă deja un interesant 7.810 €/săptămână la un preț de 110 €/MWh. Dacă transformăm această energie în căldură cu o eficiență de 94%, este de 66,74 MWh de căldură pe săptămână.

Cu prețul componentei variabile de căldură 50 €/MWh, aceasta ar reprezenta o economie de 3.337 €/săptămână, care este de 180.200 € pe an. Acesta este modul în care potențialul brut de economii dat de performanța compresoarelor în KS este exprimat în cazul în care am fi putut consuma întregul flux de căldură din KS. Cu toate acestea, apare a doua condiție, și anume nevoia de căldură în plantă.

Nevoia de căldură

Pentru răcirea stației de compresor se folosește o soluție de aer sau apă. În ambele cazuri, compresorul trebuie răcit și trebuie să aibă un loc unde să furnizeze căldură, resp. să aibă un rezervor de stocare în care să poată fi transferată căldură cu potențial redus.

Poate fi un spațiu adiacent sub forma unei hale, depozit sau pur și simplu împrejurimile. Se rezolvă printr-o construcție simplă în cadrul ventilației KS - vara aerul încălzit este evacuat în împrejurimi, iarna reglează spațiile adiacente.

În acest caz, randamentele sunt semnificativ mai rapide decât metoda de răcire apoasă. Dacă nu este necesar să încălziți spațiul, aerul cald este deviat de un simplu amortizor. La răcirea cu apă, este necesar să acordăm atenție analizei cererii de căldură, nu numai în volum pe zi, ci este, de asemenea, oportun să ne uităm la evoluția cererii de căldură din sistemul căruia intenționăm să-l furnizăm căldură.

Dacă căldura produsă pe zi este aproape de cererea de căldură a sistemului TV, acest lucru nu înseamnă că va fi posibilă plasarea acestuia în el. Natura nevoii de televiziune în companie este determinată în mod semnificativ de modificări și vârfuri în momentul rotației lor.

La fel, nevoia de căldură fluctuează pe parcursul anului, deci vara este necesar să ne bazăm pe cea mai mică nevoie (timp de vacanță, pierderi mai mici în circulație). Atunci când se decide asupra utilizării căldurii pentru prepararea apei calde menajere, ar trebui să se ia în considerare și consumul de gaz pentru prepararea apei calde menajere.

De asemenea, este necesar să vă concentrați asupra consumului real de apă din sistem, care poate fi realizat prin măsurarea adăugării de apă rece (SV) la televizor. Combinând aceste două date, aflăm câte pierderi în circulație și cât de mult se încălzește apă proaspătă din sistem.

Graficul din FIG. 5 arată consumul de gaz pentru necesitățile de CH și DH din instalație. Aceste date arată consumul de căldură în clădire pe an, comparativ cu patru ani. Minimul este, desigur, în lunile de vară.

Consumul pe timp de vară (legat doar de nevoia de televizor) va fi deci decisiv - este cantitatea de căldură pe care o putem plasa vara fără a fi nevoie să răcim suplimentar compresoarele într-un alt mod.
Cu toate acestea, datele privind consumul trebuie examinate mai detaliat în timpul funcționării de vară.

Vă prezentăm un exemplu de măsurare a consumului TV pe parcursul a două săptămâni (măsurătorile au avut loc într-un eșantionare de un sfert de oră). Aceste date măsurate cu privire la reaprovizionarea SV în sistemul TV din fig. 6 este necesar pentru a determina cu precizie cererea efectivă de căldură vara.

Desigur, este necesar să se țină seama de pierderile de căldură din circulația apei în jurul clădirii, care sunt adesea de două ori mai mari decât cererea de căldură pentru încălzirea SV proaspăt alimentată. Din profilul de măsurare cu consum de vârf, este clar că va fi necesar să se ia în considerare rezervoarele de stocare a televizorului din clădire, deoarece nevoia de răcire a KS nu corespunde cu nevoia de pregătire a televizorului.

Cu 165 m 3 de apă rece cu o temperatură de 10 ° C completată în 14 zile, aceasta înseamnă 15.520 MJ/săptămână, adică 4,3 MWh pe săptămână; dacă adăugăm de două ori cererea de căldură pentru pierderile din circulație, obținem 12,9 MWh pe săptămână.

FIG. 6 Măsurarea consumului TV pe parcursul a două săptămâni

Trebuie să se răcească vs. cererea de căldură

Să vedem acum ambele date. Alimentarea cu căldură sub formă de debit de la răcirea compresoarelor este de 66,74 MWh și necesitatea de căldură pentru a acoperi prepararea apei calde menajere vara și cu pierderi de circulație este de 12,9 MWh/săptămână. Vedeți o disproporție semnificativă între aprovizionare/necesitatea de răcire și cerere/necesitate de încălzire.

Căldura potențial furnizată sistemului de la compresoare este prea mare vara, deci este necesar să se asigure disiparea acesteia - fie într-un răcitor uscat sau într-un alt mod. Cu toate acestea, acest lucru va crește costurile de investiții pentru sistemul de răcire a apei KS.

Este posibil să instalați răcirea cu apă doar pe unul dintre cele trei compresoare, în timp ce această căldură este utilizată pentru a pregăti televizorul, restul este suflat în mediu vara sau iarna aerul încălzit direct de la răcirea compresorului este condus către adiacent. zone cu încălzire.

Dacă vom răci toți cei trei compresori cu apă, este necesar un răcitor pentru a îndepărta excesul de căldură din împrejurimi, dar în timpul perioadei de încălzire, căldura de la KS, care nu este necesară pentru prepararea apei calde menajere, va fi utilizată pentru preîncălzirea încălzirii centrale întoarce-te în camera cazanului.

În această soluție, este necesar să se țină cont de influența temperaturii de retur și de faptul că fluxul de căldură din KS nu este constant. Atunci când creați acest concept, este important să ajustați M&R pentru a lua în considerare aceste fapte.

În FIG. 7 vezi măsurătorile la ieșirea camerei de cazan și la întoarcere înainte de introducerea unui astfel de flux de căldură și după instalarea tratamentului termic uzat în jurul datei de 28 iulie 2017. La întoarcere există o creștere evidentă a temperaturii, deci trebuie luat în considerare acest lucru va afecta funcționarea sursei de căldură.

În acest caz, cazanul cu condensare a fost afectat, a cărui eficiență a scăzut prin creșterea temperaturii de retur. Cu toate acestea, nu susținem că o astfel de soluție nu se încadrează în circuitul de condensare, dar este necesar să urmărim modificarea după pornire și, dacă este necesar, să luăm măsuri prin reglarea circuitului.

În graficul din FIG. 8 pentru a vedea temperatura de retur ajustată (albastru închis) după reglementarea aceluiași sistem în iulie 2018. Credem că este bine să avem o imagine de ansamblu permanentă a temperaturilor pe circuite importante pentru a monitoriza cauzele și consecințele intervențiilor efectuate orice sistem.

Nu este permis ca o intervenție bine intenționată să afecteze eficiența sistemului pe termen lung. Chiar și în acest caz, ceea ce nu este măsurat nu poate fi influențat. Exemple pot fi văzute în graficele din 2017 (la începutul lunilor iulie și august, Fig. 7) și 2018 (între 26 și 28 iulie pentru a vedea o defecțiune a sistemului care durează o zi, Fig. 8).

Nivelul temperaturii de retur este un alt factor determinant atunci când se ia în considerare localizarea căldurii de la răcirea KS. Vă recomandăm să verificați temperatura necesară pentru răcirea compresoarelor și temperatura mediului în care vom disipa căldura. De foarte multe ori acest lucru nu este luat în considerare.

Având în vedere cele de mai sus, așteptările unei astfel de soluții trebuie luate în considerare. Este adevărat că, cu cât datele măsurate pe sistemul real sunt mai detaliate și corecte, cu atât decizia și propunerea sunt mai responsabile.

Proiectantul se bazează pe misiunea pe care o primește, adesea estimări și ipoteze aproximative. Nu este obișnuit ca astfel de lucruri să fie măsurate într-o operațiune industrială normală, nu există niciun motiv și atunci când construiți o nouă fabrică, nu este gândit, resp. se iau apoi în calcul temperaturile, care apoi nu corespund realității.

Într-un astfel de caz, este posibilă instalarea unei măsurători temporare, care nu necesită investiții mari, dar va oferi date mai precise. Găsirea de bani pentru o astfel de măsurare se plătește - înapoi pentru a răspunde dacă există vreun potențial pentru utilizarea căldurii de la compresoare și care va fi rentabilitatea reală a investiției.

FIG. 7 Măsurători la ieșirea camerei centrale și la întoarcere înainte de introducerea fluxului de căldură și după instalarea tratamentului termic uzat în jurul datei de 28 iulie 2017 |

În concluzie

Economiile de energie vor fi determinate mai realist dacă măsurarea se efectuează într-o anumită operație și fluxurile sale de energie sunt echilibrate. După efectuarea multor audituri ale sistemelor de aer comprimat, în acest caz, clientul a decis să instaleze o măsurare permanentă, care este o bază bună pentru măsuri specifice.

Documentele care au servit ca bază pentru articolul nostru sunt rezultatul măsurătorilor efectuate în timpul auditului uzinei de producție. Cu intrări bazate în acest mod, economiile calculate sunt realiste. Acest lucru va ajuta la gestionarea așteptărilor clienților și la realizarea potențialului de economii.

În secolul 21, în era IoT și a tehnologiilor digitale, ne așteptăm ca măsurarea și evaluarea datelor să devină o parte integrantă a procesului. Viitoarea industrie 4.0 solicită, de asemenea, aceste măsuri. Automatizarea intervențiilor în managementul proceselor și învățarea automată fac parte dintr-o nouă viziune a rezolvării problemelor, care în trecut a fost adesea rezolvată intuitiv și prin estimare.

Atunci când se efectuează un audit energetic, problema aerului comprimat este adesea considerată doar ca un subiect secundar. Cel mai adesea întâlnim o propunere pentru recuperarea căldurii de la răcirea compresorului la încălzirea centrală sau pentru prepararea apei calde menajere.

Cu toate acestea, economiile promise de auditori sunt adesea nerealiste, ceea ce a fost unul dintre principalele motive pentru acest articol. Vă recomandăm ca sistemul de aer comprimat să fie auditat de un specialist calificat și calificat în sistemul de compresoare.

Acest lucru vă va ajuta să alegeți cele mai bune opțiuni și oportunități disponibile într-o anumită facilitate. Pe lângă economiile de energie, se poate aduce un argument important că recuperarea căldurii este benefică pentru mediu.

Economii semnificative de energie înseamnă în cele din urmă o reducere a amprentei de carbon a dispozitivului. În contextul schimbărilor climatice, aceste aspecte vor deveni și mai importante în argumentul introducerii măsurilor adecvate.

Articolul a fost publicat în revista TZB Haustechnik 4/2019.