Istnieje wiele sposobów na osiągnięcie znacznych oszczędności związanych ze zużyciem energii przez piece przemysłowe.
Zmiany, jakie obecnie nastąpiły przy projektowaniu pieców przemysłowych, z pewnością wpłyną na generowanie znacznych oszczędności. Wprowadzenie nawet niewielkich modyfikacji może doprowadzić do zauważalnego obniżenia kosztów zużycia energii. Często zależy to głównie od odpowiedniego wyregulowania pieca do ustawień optymalnych dla danego urządzenia. Nowe piece zaprojektowane z myślą o pełnej wydajności energetycznej mogą zapewnić jeszcze większe oszczędności.
W tym artykule skupimy się na temacie dotyczącym pieców termicznych opalanych gazem, które są stosowane w aplikacjach przemysłowych. Temperatura pracy może wahać się od 100°C do nawet 650°C.
Jednostki, które pracują przy wyższych temperaturach i które mają sztywne stalowe ściany, są klasyfikowane jako piece. Piekarniki zwykle mają izolowane ściany wykonane z blach metalowych. Piece dzielą się na dwa rodzaje: do pracy wsadowej (nieprzelotowe) i przenośnikowe (przelotowe). Piece mogą być stosowane zarówno do pieczenia ciast, jak i do obróbki cieplnej stali. Cechą wspólną dla wszystkich tego typu urządzeń jest zamknięta przestrzeń, w której panuje kontrolowana wysoka temperatura.
Piece do wszystkiego
Producenci oferują piece do wielu specjalistycznych zastosowań, które różnią się głównie systemem ładowania, zakresem temperatur i wymaganym poziomem precyzji. Może to być mały piekarnik ławowy w warsztacie metalurgicznym lub długi na 30 m piec przenośnikowy w komercyjnej piekarni lub zakładzie produkującym produkty spożywcze. Główną cechą charakterystyczną dla wszystkich pieców jest stosowanie kontrolowanego palnika na gaz ziemny w celu zapewnienia odpowiedniej temperatury.
Zgodnie ze słowami Mike’a Grande – wiceszefa działu technicznego Wisconsin Oven Corporation – producenta pieców, obecnie na rynku obserwuje się zwiększone zainteresowanie klientów wzrostem maksymalnej wydajności. – Są kroki, które właściciel może przeprowadzić w celu zwiększenia poziomu oszczędności energetycznej starszych pieców, a także ogromny potencjał możliwości redukcji zużycia energii dla nowych pieców.
Kroki prowadzące do zwiększenia wydajności
We współczesnych piecach praktycznym działaniem jest wykorzystanie trybu gotowości w przypadku, gdy piec nie jest użytkowany przez kilka godzin. Czasami ta funkcja jest już zainstalowana w piecu, ale nikt jej nie wykorzystuje. Grande stwierdza, że potrzeba znacznej ilości energii, aby rozgrzać zimny piec. Lokalny monitoring zużycia energii może pomóc w weryfikacji relatywnej wydajności dłuższych interwałów czasowych trybu gotowości w porównaniu do wyłączenia pieca, ponownego rozruchu i jego ogrzania. Grande zasugerował również, aby właściciele skontrolowali, czy klapy powietrzne na wlocie i wylocie do pieca są odpowiednio zamontowane. Stwierdza również, że nadmierny ciąg kominowy powietrza jest jednym z najczęstszych problemów, które przyczyniają się do utraty tysięcy dolarów rocznie. Kolejnym ważnym krokiem jest oczyszczenie palnika i otworów wlotu powietrza, aby zapewnić możliwość otrzymania odpowiedniej mieszanki. Grande rekomenduje zamontowanie filtra przed wlotem dmuchawy doprowadzającej powietrze do spalania. Filtr zapobiega zanieczyszczaniu wylotów kanału powietrznego palnika. Grande podkreśla, że otwory powietrzne palnika ulegają zanieczyszczeniu po kilku miesiącach użytkowania, co powoduje spadek efektywności pracy od 10 do 20%.
Wyłącznik krańcowy w drzwiach pieca
Kolejnym cennym zaleceniem jest montowanie wyłącznika krańcowego do drzwi, który wyłącza podgrzewanie w momencie, gdy drzwi pieca są otwarte. Jest to inwestycja, która jako jedna z nielicznych najszybciej przynosi zysk, można dzięki niej zaoszczędzić tysiące dolarów rocznie na energii elektrycznej. Koszt podstawowego wyłącznika to jedynie kilkaset USD.
Grande zaznacza również, że wymiana pieca na nowy przynosi znacznie większe oszczędności. Nowoczesne piece zwykle projektowane są z większą ilością izolacji na ścianach. – Dzięki temu można znacznie zredukować ilość utraconego ciepła, które wydostaje się przez ściany pieca. Można w ten sposób zaoszczędzić nawet do 15% kosztów operacyjnych utrzymania pieca. Nowoczesne piece zazwyczaj mają zamontowane wyłączniki krańcowe i filtry powietrza do spalania. Grande podkreśla, że liczba klientów wymagających, aby te dodatki były zainstalowane w piecach, znacznie wzrosła.
Potencjał w odzyskiwaniu ciepła
Potencjalnym rozwiązaniem zwiększającym wydajność energetyczną wielu pieców jest odzyskiwanie ciepła. Systemy odzyskiwania energii pobierają zużyte ciepło z otworu wylotowego powietrza i przekierowują je do ogrzewania samego pieca. Takie działanie jest dostępne od jakiegoś czasu, jednak dopiero ostatnio jest ono oferowane dla pieców obsługujących średni zakres temperatur poniżej 500°C.
Paul Branson zajmuje stanowisko senior inżyniera Aeroglide Corporation, producenta pieców dla przemysłu spożywczego, a także wielu innych aplikacji przemysłowych. Branson stwierdza, że weryfikacja parametrów operacyjnych dla posiadanych urządzeń jest bardzo istotna. – Należy sprawdzić ustawienia temperatury dla wylotu powietrza, a także temperaturę pracy dla pieca, zwłaszcza gdy jest on typu przenośnikowego.
Branson podkreśla różnice między piecami a osuszaczami. – Są pewne podobieństwa pomiędzy nimi, jednak osuszacze generalnie pracują przy niższych temperaturach i przy większym przepływie powietrza. Zarówno dla osuszaczy, jak i pieców kontrola temperatury dla określonego produktu jest kluczowa – często ze zróżnicowanymi strefami wewnątrz obszaru suszenia.
Profilowanie temperatury w piecach przenośnikowych
Profilowanie temperatury może być kluczem do osiągnięcia wydajności energetycznej. Branson stwierdza, że w aplikacjach spożywczych operatorzy pieców przenośnikowych chcą „uderzyć” produkty wysoką temperaturą już na samym początku procesu.
– Sugerujemy, aby sprawdzić temperaturę w piecu na końcu cyklu. Często temperatura może być tam obniżona bez żadnego wpływu na prędkość procesu.
Branson uważa, że zwiększanie poziomu izolacji w piecach nie jest dobrym rozwiązaniem wykorzystywanym obecnie w przemyśle spożywczym. Stwierdza on również, że oszczędności energii wynikające z modyfikacji i usprawniania procesów często są bardziej istotne od redukcji strat cieplnych pieca.
– Profilowanie temperatury i usprawnienia procesów są wielką szansą zwiększającą wydajność pieców dla przemysłu spożywczego.
Szybki zwrot z inwestycji przy wymianie pieców
Branson zaobserwował również, że okres użytkowania pieców dla przemysłu spożywczego może sięgać 20–30 lat, jednak właściciele powinni rozważyć wcześniejszą wymianę. – Zwykle zwrot z inwestycji w nowe piece, wynikający jedynie z oszczędności energetycznych, trwa od roku do czterech lat. Jednak biorąc pod uwagę wyższą produktywność nowych pieców i zredukowany czas przestojów, okres zwrotu z inwestycji może być znacznie krótszy.
Branson wyjaśnia, że Aeroglide obecnie ma w swojej ofercie piece z konwekcją wymuszoną przez dysze strumieniowe, które skracają cykl pieczenia, zwiększając w ten sposób przepustowość i redukując zużycie energii. Nowsze piece spełniają wszystkie wymagania stawiane starszym piecom, a także zwiększają produktywność przy niższym zapotrzebowaniu na energię.
Ponowne wykorzystanie ciepła wylotowego z pieca
Branson dodatkowo zaznacza, że ponowne wykorzystanie energii ma coraz większe znaczenie w przemyśle spożywczym. Ciepło wylotowe z pieca często jest bardzo dobrym źródłem energii termicznej, która może być wykorzystana do zastosowań wewnętrznych związanych z ogrzewaniem pieca, w osuszaczach lub innych urządzeniach przetwarzających produkty spożywcze.
W obecnych czasach piece zasilane gazem ziemnym zwykle mają wiele elementów elektronicznej kontroli. Są to bardzo istotne ulepszenia z punktu widzenia wydajności, ponieważ zapobiegają przekroczeniu temperatury, a także oferują znacznie bardziej precyzyjne sterowanie. Piece mogą zostać zaprogramowane do przełączania się ze stanu pracy do stanu gotowości w sposób automatyczny. Urządzenia kontrolne umożliwiają napędom z przetwornicami częstotliwości spowolnienie dmuchaw wylotowych w różnych etapach procesu ogrzewania tak, aby te działania nie wpłynęły negatywnie na cały proces. Dzięki temu można zredukować zużycie energii.
Przeprowadź pełną ocenę pieca
W procesie oceny schematu zużycia energii dla pieców przemysłowych ważną zasadą jest szczegółowa analiza procesów obecnych, a także wymagań przyszłościowych.
Należy wykorzystać występujące dodatkowe właściwości pieca jak utrzymywanie temperatury w stanie gotowości, a także wyłączniki krańcowe w drzwiach. Jeśli piec nie jest wyposażony w dodatkowe funkcje, należy zastanowić się nad możliwością ich zainstalowania. Należy rozważyć również wymianę pieców na nowe modele, które mają lepszą izolację, bardziej elastyczne urządzenia kontrolne i możliwość odzysku ciepła. Koszty energii wzrastają, dotyczy to na szczęście również możliwości zwiększenia oszczędności i wydajności pieców.
