A sűrített levegő előállítása az egyik energiaigényesebb és egyúttal a legkevésbé energiahatékony átalakulás az egyik energiaformából a másikba, a hatásfok gyakran csak 5% körül mozog. Az alacsony hatékonyság a termelési folyamat nagyon fizikai jellegéből adódik, amelyben a bejövő elektromos energiát hővé alakítják a levegő sűrítése során.

A levegő összenyomásakor termodinamikus fűtés következik be, amelyet fizikailag adnak meg - a kompresszor meghajtására szolgáló bemeneti elektromos energia többsége hulladékhővé alakul át, amelynek szokásos felosztását az ábra mutatja. 1. Az olajhűtés által elvezetett hőáram dominál, amely a kompresszorban több funkciót is ellát.

A kompresszor különböző részeiből származó hulladékhő felhasználható víz vagy más technológiai folyadékok fűtésére, valamint az épület fűtésére. A kompresszorállomás koncepciójának megtervezésekor figyelembe kell venni azokat a lehetőségeket, ahol a KS hűtése által generált hőáramok elterelődnek.

A kompresszor hűtésének alapvetően két alapfogalma van - az első a léghűtés, a második a vízhűtés. A legjobb hatékonyságot vízhűtéses kompresszorokkal érik el, ahol a keringő hűtővíz közvetlenül kapcsolódik egy olyan alkalmazáshoz, amely folyamatos hőt igényel, például a kazán visszatérő áramköréhez.

Az első megoldás, amelyet a kompresszorgyártók általában kínálnak, az a közvetlen hulladékhő alkalmazása a kompresszor alkatrészeinek hűtéséből származó fűtött levegő formájában a szomszédos épületek helyiségeinek fűtésére. A legegyszerűbb lehetőség a fűtött levegőt egy közeli épületbe irányítani.

Ennek a megoldásnak az előnye az egyszerűség, a könnyű kezelhetőség és a kis beruházás, de a nagy hátrányok az egyenetlen légmennyiség, zaj, csak rövid távolságokra való alkalmazhatóság és különösen a használhatóság szezonalitása.

Nyáron ez a hőáram kihasználatlan marad. A hulladékhő felhasználásának második, technikailag fejlettebb módja egy olyan kiegészítő eszköz révén valósul meg, amely a meleget a melegvíz-fűtőkörbe juttatja.

Már most nagyobb a kényelem, például közvetlenül a központi fűtéshez vagy a hőforráshoz visszatérő visszatérés előmelegítéséhez. Megint azonban a szezonális használhatóság és a megnövekedett beruházási költségek negatív hatást gyakorolnak. A jelenlegi technológia szempontjából optimális megoldásként a forró víz elkészítését kínálják.

Előnye az egész éves használat, ideális felhasználás a forró víz (TV) előállításához vagy előmelegítéséhez a technológia számára. Ez a megoldás azonban csak az ipari vállalatok kis százalékában alkalmazható, mivel sok vállalat nem rendelkezik elegendő melegvíz-fogyasztással.

A zuhanymunkások vízmelegítése a kis és közepes vállalkozásokban általában nem vonzó az alacsony vízfogyasztás, a technikai megoldás összetettsége és a beruházások hosszú megtérülése miatt. A cikkben ezért a mért adatokon megmutatjuk az energiafelhasználás lehetőségeit, és megfogalmazzuk egy ilyen megoldás lehetőségét.

A cikk szükségleteihez választottunk méréseket a gyártó üzem kompresszorállomásán. Megvitatjuk annak lehetőségét, hogy a sűrítési folyamatból származó hőt milyen sűrített levegő előállításakor alkalmazzuk közegként, amelyet általában az üzem gyártási folyamataiban használnak.

Kompresszorállomáson (KS) végzett valós méréseken alapulunk. Leírjuk azt az eljárást, hogyan lehet tovább haladni a hő hatékony felhasználásának tervezésében a TV előkészítésének folyamatában, ill. amikor támogatják az üzemi létesítmények fűtését. Összehasonlítjuk a kompresszióban keletkező hőt az épületben mért hőigénnyel.

  • sűrített

Belépési feltételek

Amint a bevezetőben említettük, az áramfogyasztás közvetlenül meghatározza a tömörítési folyamat során felszabaduló hőmennyiséget, ezért alapvető bemeneti adatokként három kompresszor fogyasztásának mérését fogjuk használni egy kompresszorállomáson.

Három kompresszor valós fogyasztásmérését alkalmaztuk 200 kW motorral. Az egyik kompresszor FM-vel rendelkezik, kettő nincs sebességszabályozással - csak a fényállapot vezérlésével. Ábra szerinti mérés A 3. ábra mutatja az egy munkanapon belüli tényleges fogyasztásukat, tükrözve az ipari termelés médiaigényét.

A 2. ábrán A 3. ábra a KS-fogyasztást mutatja az elektromos oldalon teljes terheléssel (zöld szín) és világos állapotban (narancssárga szín). Igaz, hogy az AlMiG egy kompresszor, amelynek lehetősége van az FM-t használó villanymotor oldalán sebességszabályozásra, a megvilágított állapotba való átmenet lehetőségével, a C1 és C2 pedig teljesen vagy világított állapotban működő kompresszorok.

Ezt a szerelvényt csak mindegyikük autonóm MaR-jében lévő nyomásérzékelők alapján lehet vezérelni, kiemelkedő szabályozás nélkül. A mérést eredetileg az üzem sűrített levegő-termelésének hatékonyságának elemzéséhez és a KS menedzsment ellenőrzésének alapjául hozták létre. Ebben a cikkben azonban nem foglalkozunk ezzel a kérdéssel.

A 2. ábrán A 2. ábra a sűrített levegő paramétereinek mérésének összekapcsolását mutatja az egyik kompresszoron, a bal elsődleges tengely kék grafikonján a légáramlás (piros görbe), a bal oldali másodlagos tengelyen pedig a nyomás a kompresszor és az előállított közeg hőmérséklete.

Az x tengely mutatja a mérés idősorát, a grafikon felső részében az energiafogyasztást mérik az adott kompresszoron. A narancssárga szín azt az intervallumot mutatja, amelyben a kompresszor csökkentett állapotba kapcsol, miután a motor fordulatszámát minimálisra csökkentette.

Azonban még könnyű állapotban is fogyasztja a fogyasztásból származó energia körülbelül 40% -át maximális terhelés mellett. A megvilágított állapot arra szolgál, hogy megvédje a kompresszort a gyakori leállásoktól abban az esetben, ha a rendszer sűrített levegőigénye a minimális határ alá csökken, amelyet az FM vezérlés során képes ellátni.

Ezután a KS villamos energia fogyasztására összpontosítunk, és megmutatjuk, hogyan lehet ezt az energiaáramot átvinni a fűtési rendszerbe vagy a melegvíz előkészítésébe. A kompresszorok energiafogyasztásának általános képe (3. ábra) arról szól, hogy váltakoznak egy munkanap alatt.

Látható, hogy a három kompresszor közül csak kettő működik. Váltogatják egymást, így viszonylag állandó levegőtermelésről beszélhetünk, vagyis a kompresszorok hűtésének állandó igényéről. A pálya szélén csak megjegyezzük, hogy ennek a KS-nek a működése egyáltalán nem optimális.

A mérés három kompresszoron, egyenként 200 kW motorral, egy hétig tartott. A működésükből származó mérések összefoglalását az 1. ábra mutatja. 4. Az első grafikon a kompresszor FM-vel való működését mutatja, ezért annak adatait ebben a kontextusban kell érzékelni.

A másik két kompresszor vagy az energiafogyasztás 100% -án, vagy pedig 40% -on világít (a kék szín jelzi, hogy az egyes kompresszorok mennyi ideig voltak kikapcsolva). A grafikonok alapján meghatározható a KS működés energiafogyasztása. Ábra szerinti mérés alapján. 3 beszélhetünk állandó levegőtermelésről, vagyis a kompresszorok állandó hűtésének szükségességéről is.

ÁBRA. Példa a sűrített levegő paramétereinek mérésére az egyik kompresszoron

Az elvezetéshez szükséges hő

Az 1. ábra első része A 4. ábra a kompresszor FM-vel való működését mutatja, a másik két kompresszor pedig az energiafelvételük 100% -án, vagy világított állapotban 40% -on működik. Szükség esetén a grafikonok alapján meghatározható lenne a működéshez szükséges energiafogyasztás.

A kompresszorállomás hetente összesen 71 MWh-t fogyaszt, ami már érdekes 7810 euró/hét 110 €/MWh áron. Ha ezt az energiát 94% -os hatékonysággal hővé alakítjuk, akkor ez hetente 66,74 MWh hő.

A változó hőelem 50 €/MWh árával ez 3337 €/hét megtakarítást jelent, ami évi 180.200 €. Így fejeződik ki a kompresszorok KS-ben mért teljesítménye által adott bruttó megtakarítási potenciál abban az esetben, ha a teljes hőáramot el tudnánk fogyasztani a KS-ből. A második feltétel azonban felmerül, nevezetesen az üzem hőigénye.

A hőigény

Levegő vagy víz oldatát használják a kompresszorállomás hűtésére. Mindkét esetben a kompresszort le kell hűteni, és rendelkeznie kell valahová hőellátással, ill. van egy tárolótartályuk, amelybe alacsony potenciálú hő kerülhet.

Ez lehet szomszédos helyiség csarnok, raktár vagy egyszerűen a környék formájában. Ezt egy egyszerű konstrukció oldja meg a KS szellőzésén belül - nyáron a fűtött levegőt a környezetbe engedik, télen pedig a szomszédos helyeket állítják be.

Ebben az esetben a visszatérés lényegesen gyorsabb, mint a vizes hűtési módszer. Ha nem szükséges a helyiség fűtése, a meleg levegőt egy egyszerű csappantyú tereli ki. Vízzel történő hűtéskor figyelni kell a hőigény elemzésére, nemcsak napi mennyiségben, hanem célszerű megvizsgálni a hőigény menetét abban a rendszerben is, amelyhez hőszolgáltatást tervezünk.

Ha a naponta megtermelt hő közel van a TV-rendszer hőigényéhez, ez nem azt jelenti, hogy lehetséges lesz benne elhelyezni. A vállalat TV-igényének jellegét jelentősen meghatározzák a forgásuk idején bekövetkező változások és csúcsértékek.

Ugyanígy a hőigény az év folyamán ingadozik, ezért nyáron a legalacsonyabb szükségletre (nyaralási idő, kisebb forgalmi veszteségek) kell számolni. A melegvíz-előállításhoz való hőfelhasználásról történő döntéskor figyelembe kell venni a melegvíz-előállításhoz szükséges gázfogyasztást is.

Ugyancsak a rendszer valós vízfogyasztására kell összpontosítani, amelyet úgy tehetünk meg, hogy mérjük a hideg víz (SV) hozzáadását a TV-készülékhez. E két adat kombinálásával megtudhatjuk, hogy a keringésből származó veszteségek mennyi és mennyi az édesvíz melegítéséhez a rendszerből.

Ábra grafikonja. Az 5. ábra a CH és DH szükségleteihez szükséges gázfogyasztást mutatja az üzemben. Ezek az adatok az épület hőfogyasztását mutatják négy évhez képest. A minimum természetesen a nyári hónapokban van.

A nyári fogyasztás (csak a TV igényéhez kötve) tehát meghatározó lesz - ez az a hőmennyiség, amelyet nyáron tudunk elhelyezni anélkül, hogy a kompresszorokat más módon kellene további hűteni.
A fogyasztási adatokat azonban a nyári üzem során részletesebben meg kell vizsgálni.

Bemutatunk egy példát a TV-fogyasztás mérésére két hét alatt (a mérések negyedórás mintavételezéssel történtek). Ezek az adatok az SV TV-rendszerbe történő feltöltésével mértek. 6 szükséges a nyári tényleges hőigény pontos meghatározásához.

Természetesen figyelembe kell venni az épület körüli vízkeringés során fellépő hőveszteségeket, amelyek gyakran kétszeresei a frissen feltöltött SV fűtésének hőigényének. A csúcsfogyasztású mérési profilból egyértelmű, hogy figyelembe kell venni az épület TV-tartályait, mert a KS hűtésének szükségessége nem felel meg a TV előkészítésének szükségességének.

14 nap alatt feltöltve 165 m 3 hideg, 10 ° C hőmérsékletű vizet, ez 15 520 MJ/hét, azaz heti 4,3 MWh; ha a cirkulációs veszteségek hőigényének kétszeresét hozzáadjuk, hetente 12,9 MWh-t kapunk.

ÁBRA. 6 A TV-fogyasztás mérése két hét alatt

Hűlni kell vs. hőigény

Most nézzük meg mindkét adatot. A kompresszorok hűtéséből származó hőellátás áramlás formájában 66,74 MWh, a hőigény pedig 12,9 MWh/hét a melegvíz-előállítás nyáron történő fedezéséhez a cirkulációs veszteség ellenére is. Jelentős aránytalanságot látni a kínálat/hűtési szükséglet és a kereslet/hőigény között.

A kompresszorokból a rendszerbe potenciálisan betöltött hő túl nagy a nyáron, ezért gondoskodni kell annak elvezetéséről - akár száraz hűtőben, akár más módon. Ez azonban megnöveli a KS vízhűtési rendszer beruházási költségeit.

A három kompresszor közül csak az egyikre lehet vízhűtést telepíteni, miközben ezt a hőt a TV előkészítésére fordítják, a többit nyáron a környezetbe fújják, vagy télen a kompresszor hűtéséből közvetlenül felmelegedett levegőt a szomszédosba vezetik. fűtéssel ellátott területek.

Ha mindhárom kompresszort vízzel hűtjük, hűtőre van szükség a felesleges hő elvezetésére a környezetbe, de a fűtési időszakban a KS hőjét, amelyre nincs szükség a melegvíz előállításához, a központi fűtés előmelegítésére fordítják. térjen vissza a kazánházba.

Ebben a megoldásban szem előtt kell tartani a visszatérő hőmérséklet hatását és azt a tényt, hogy a KS-ből származó hőáram nem állandó. Ennek a koncepciónak a megalkotásakor fontos az M&R kiigazítása, hogy ezeket a tényeket figyelembe vegyék.

A 2. ábrán 7 lásd a méréseket a kazánház kimeneténél és a visszatérésnél az ilyen hőáram bevezetése előtt, valamint a hulladék hőkezelésének telepítése után 2017. július 28. körül. A visszatéréskor nyilvánvalóan megnő a hőmérséklet, ezért meg kell vizsgálni, hogyan ez hatással lesz a hőforrás működésére.

Ebben az esetben a kondenzációs kazán érintett, amelynek hatékonysága a visszatérő hőmérséklet növelésével csökkent. Nem állítjuk azonban, hogy egy ilyen megoldás nem illeszkedik a kondenzációs körbe, de az indítás után nyomon kell követni a változást, és szükség esetén intézkedni kell az áramkör szabályozásával.

Ábra grafikonján. 8, hogy megnézzük a beállított visszatérő hőmérsékletet (sötétkék) ugyanezen rendszer 2018. júliusi szabályozása után. Úgy gondoljuk, hogy érdemes áttekinteni a fontos áramkörök hőmérsékletét annak érdekében, hogy nyomon lehessen követni a beavatkozások okait és következményeit. bármilyen rendszer.

Nem megengedett, hogy egy jó szándékú beavatkozás hosszú távon rontsa a rendszer hatékonyságát. Még ebben az esetben sem lehet befolyásolni azt, amit nem mértek. Példák láthatók a 2017-es (július és augusztus fordulója, 7. ábra) és a 2018-as (július 26. és 28. között, hogy egy napig tartó rendszerhibát láthassunk, 8. ábra) grafikonjain.

A visszatérő hőmérséklet szintje egy másik meghatározó tényező a KS hűtésből származó hő helyének mérlegelésekor. Javasoljuk, hogy ellenőrizze a kompresszorok hűtéséhez szükséges hőmérsékletet és annak a közegnek a hőmérsékletét, amelyre a hőt el akarjuk vezetni. Nagyon gyakran ezt nem veszik figyelembe.

A fentiekre való tekintettel erősen figyelembe kell venni egy ilyen megoldás elvárásait. Igaz, hogy minél részletesebb és pontosabb a valós rendszeren mért adatok, annál felelősségteljesebb a döntés és a javaslat.

A tervező a kapott megbízáson, gyakran durva becsléseken és feltételezéseken alapul. Nem szokás, hogy az ilyen dolgokat normál ipari üzemben mérik, ennek nincs oka és új gyár építésekor nem gondolkodnak rajta, ill. Ezután figyelembe veszik a hőmérsékleteket, amelyek akkor nem felelnek meg a valóságnak.

Ilyen esetben lehetőség van ideiglenes mérés telepítésére, amely nem beruházásigényes, de pontosabb adatokat szolgáltat. Pénzkeresés egy ilyen méréshez kifizetődő - visszafelé annak megválaszolásában, hogy van-e lehetőség a kompresszorokból származó hő felhasználására, és mekkora lesz a befektetés valódi megtérülése.

ÁBRA. 7 Mérések a kazánház kimeneténél és a visszatérésnél a hőáram bevezetése előtt és a hulladék hőkezelésének telepítése után 2017. július 28. körül |

Következtetésképpen

Az energiamegtakarítást akkor lehet reálisabban meghatározni, ha a mérést egy adott műveletben hajtják végre, és az energiaáramlás kiegyensúlyozott. A sűrített levegős rendszerek sok auditjának elvégzése után ebben az esetben az ügyfél úgy döntött, hogy állandó mérést telepít, ami jó alapot jelent a pontosan megcélzott intézkedésekhez.

A cikkünk alapjául szolgáló dokumentumok a gyártó üzem ellenőrzése során végzett mérések eredményei. Az ilyen alapú inputok esetén a kiszámított megtakarítás reális. Ez segít kezelni az ügyfelek elvárásait és felismerni a megtakarítás lehetőségét.

A 21. században, az IoT és a digitális technológiák korában arra számítunk, hogy az adatok mérése és értékelése a folyamat szerves részévé válik. A készülő Ipar 4.0 is ezeket az intézkedéseket szorgalmazza. A folyamatmenedzsmentbe és a gépi tanulásba történő beavatkozások automatizálása a probléma megoldásának új szemléletének része, amelyet a múltban gyakran intuitív módon és becsléssel oldottak meg.

Energiaellenőrzés során a sűrített levegő kérdését gyakran csak másodlagos témának tekintik. Leggyakrabban a kompresszor hűtésétől a központi fűtésig történő hővisszanyerésre vagy a melegvíz előkészítésre vonatkozó javaslattal találkozunk.

Az auditorok által megígért megtakarítások azonban gyakran irreálisak, ami ennek a cikknek az egyik fő oka volt. Javasoljuk, hogy a sűrített levegő rendszerét képzett és képzett kompresszor rendszer szakember ellenőrizze.

Ez segít kiválasztani az adott létesítményen belül elérhető legjobb lehetőségeket és lehetőségeket. Az energiatakarékosság mellett fontos érvet lehet felhozni arról, hogy a hővisszanyerés előnyös a környezet számára.

A jelentős energia-megtakarítás végső soron a készülék szén-dioxid-kibocsátásának csökkenését jelenti. Az éghajlatváltozás alakulása kapcsán ezek a szempontok is fontosabbá válnak a megfelelő intézkedések bevezetésének érvelésében.

A cikk a TZB Haustechnik 4/2019. Folyóiratban jelent meg.