Jeśli macie własne mieszkanie, wyobraźcie sobie beczkę na deszczówkę, która eliminuje wasze rachunki za wodę, dostarcza wystarczającej ilości wody do pryszniców i użytku kuchennego. Z drugiej strony rozważcie technologię hybrydowego silnika samochodowego, którego wydajność energetyczna bazuje na jej zapotrzebowaniu.
Podczas gdy beczki na deszczówkę oraz samochody hybrydowe wydają się mieć odległą analogię dla inżynierów i instalatorów, podobne koncepcje są obecnie stosowane w systemach sprężonego powietrza w celu zapewnienia większej wydajności w porównaniu do poprzedników z wcześniejszych lat. Te dwa systemy odzyskiwania i zwiększenia wydajności energii dostarczają zadowalające, dające się zmierzyć wpływy, obydwa wydajne, a przy regularnej konserwacji – bardzo niezawodne.
Technologia i nacisk na utrzymanie oraz prawidłową konserwację maszyn i urządzeń wpływa na wzrost wydajności. To samo dotyczy sprężonego powietrza, które często traktowane jest jako medium „czwartej użyteczności”, obok elektryczności, wody i gazu naturalnego. Chociaż sprężone powietrze jest zasadniczym składnikiem wielu procesów wytwarzania w różnorodnych fabrykach, uważa się go nadal za mało znaczący system.
W rzeczywistości koszty pokazują, że źle zaprojektowany system sprężonego powietrza np. w Stanach Zjednoczonych jest sprawcą strat energii w wysokości 3,2 mld USD rocznie. Pomimo tego technologia sprężonego powietrza posuwa się naprzód, aby sprostać potrzebom poprawy wydajności energii we wszelkiego rodzaju zakładach produkcyjnych.
Odzyskiwanie gorącej wody
Przedsiębiorstwa, które używają gorącej wody lub pary wodnej w procesach produkcyjnych, za cel stawiają sobie znaczące obniżenie rachunków za energię poprzez zastosowanie kompresorów z odzyskiem gorącej wody. W wielu przypadkach, aż 80% do 90%, energia zużyta na wytworzenie sprężonego powietrza może zostać przetworzona na gorącą wodę.
Proces przemiany energii w gorącą wodę jako produkt uboczny ciepła wytworzonego przez proces kompresji powietrza jest bardzo prosty. Kiedy kompresor spręża powietrze, zamienia włożoną energię elektryczną w ciepło. Większość tego ciepła jest generowana w elementach kompresora, następnie usuwana z olejem chłodniczym w chłodnicy międzystopniowej oraz chłodnicy końcowej.
System odnowy energii może być przeznaczony do konstrukcji, gdzie wszystkie elementy mają obieg chłodzony wodą, w rezultacie wymiany ciepła uzysk gorącej wody sięga 90°C. Gorąca woda jest następnie pompowana do zbiornika magazynującego, skąd może być pobierana do różnych procesów, jednakże wyrównanie strat energii wymaga działania tradycyjnych podgrzewaczy wody.
Gorąca woda lub para jest standardowo wytwarzana przez kotły przemysłowe zasilane energią elektryczną lub paliwem grzejnym, takim jak olej lub gaz naturalny. Kiedy używa się odzyskiwanej wody z kompresora powietrza, każdy bojler lub podgrzewacz bezpośrednio doprowadza wodę, zużycie paliwa można znacznie ograniczyć, a w niektórych przypadkach wręcz całkowicie wyeliminować.
Powszechne kompresory powietrza odzyskują standardowo 90% energii w postaci ciepła. Całość energii potrzebnej do działania kompresora powietrza może zostać odzyskana i użyta ponownie do wszelkiego rodzaju zastosowań przemysłowych.
W większości gałęzi przemysłu można użyć gorącej wody do ogrzewania pomieszczeń, pryszniców oraz innych powszechnych zastosowań. Przynosi to ogromne korzyści ze względu na ciągłe zapotrzebowanie na gorącą wodę i parę w procesach wytwarzania, m.in.:
- instalacje przetwórstwa jedzenia oraz mleka (pasteryzacja, czyszczenie, sterylizacja, topnienie),
- przemysł papierniczy i masy włóknistej (w warnikach do maszyn celulozowych, wyparkach, w bieleniu i roztwarzaniu),
- przemysł włókienniczy (barwienie, stabilizacja sztucznych włókien),
- przemysł farmaceutyczny (fermentacja i sterylizacja),
- instalacje rafineryjne, chemiczne i petrochemiczne (destylacja pary, odzyskiwanie, odpędzanie i ogrzewanie),
- instalacje mocy (generator mocy), czyszczenie pomieszczeń (nawilżanie).
Energia i łączne koszty będące wynikiem generowania gorącej wody są częściowo pochłaniane jako produkt uboczny z kompresorów powietrza.
Powietrze na żądanie
Napędy bezstopniowe są znanym pojęciem w samochodach hybrydowych i pomagają osiągnąć wzrost efektywności energetycznej. Dla przykładu, monitoring kompresora VSD sprężającego powietrze na żądanie (co ma bezpośredni związek z energią), umożliwia korygowanie jego ilości na wyjściu, dostosowując natychmiast według potrzeb i optymalizuje zużycie energii. Podczas działania kompresorów 100% przystosowanej energii przedstawia tylko 50% maksymalnej energii wyjściowej, a część mocy kompresora jest tracona.
Do zmiany szybkości na wyjściu przez kompresor VSD energia wyjściowa dostosowuje się bezpośrednio do zapotrzebowania. Porównując to do kompresorów z napędem stałym, kompresor VSD zużywa 35% mniej mocy.
Jeśli masz kompresor z napędem stałym w urządzeniu, to jest możliwość zmiany na VSD, ponieważ większość z 90% wszystkich zastosowanych kompresorów można zmienić na kompresory z napędem bezstopniowym, gdzie koszty inwestycji zwracają się w ciągu 2 lat.
Zalety
Kompresory bezstopniowe, gdy są odpowiednio dobrane, mają wiele zalet:
- Lepsza technologia – współczesny napęd bezstopniowy ma lepszą sprawność energetyczną, co wpływa na pozostałe procesy sterowania i kontroli we wszystkich zastosowaniach kompresorów.
- Oszczędność kosztów – napędy bezstopniowe w kompresorach zużywają 35% mniej energii niż tradycyjne stałe napędy.
- Osiągi – wartości prędkości w napędach bezstopniowych w kompresorach zmieniają się na wyjściu od ciągłego i automatycznego do precyzyjnego, dopasowując zapotrzebowanie sprężonego powietrza.
- Zarządzanie środowiskowe – redukcja zapotrzebowania mocy wykazuje mniejszą emisję gazów przyczyniających się do globalnego ocieplenia.
- Inteligentny kapitał – inwestując w napędy bezstopniowe, płacisz za niższą energię sprężania powietrza.
Identyfikacja i naprawa wycieków
Podczas gdy postęp techniczny czyni systemy sprężania wydajniejszymi, istnieje kilka obszarów, gdzie prowadzący instalację mogą ulepszać istniejące już systemy, oszczędzać koszty, podnosić wydajność pracy. W rezultacie sprężarki powietrza są tak wydajne, jak cały system je podtrzymujący. Przykładowo wyciek 100 psi powietrza, przy kosztach prądu 0,05 USD do 0,10 USD kW/h to koszt 8000 USD do 16 000 USD na rok. To dużo energii oraz mnóstwo pieniędzy.
Uwzględniając systemy starsze niż 5 lat, typowe wycieki rzędu 25% całości powietrza pompowanego dają straty mnożące się wykładniczo. Analizując systemy w kwestii istniejących przecieków, naprawy zmniejszają koszty energii z równoczesnym wzrostem wydajności systemu. Aby zapobiegać wyciekom powietrza, system powinien być regularnie monitorowany, co utrzymuje całość systemu w optymalnej wydajności.
Dodatkowo, czysta sucha sieć orurowania sprężonego powietrza decyduje o jakości powietrza, pomaga wyeliminować korozję, redukuje częstość wymaganych napraw systemu i używanych narzędzi, a co ważniejsze, może zapobiegać jego zanieczyszczeniu.
Odpowiednio działające suszarnie powietrza, filtry i bezstratne zawory mogą utrzymać wodę i szlam – dwa czynniki mogące powodować przyspieszenie korozji i zwiększać zagrożenie wycieku – poza systemem sprężania powietrza.
Sprężone powietrze jest istotnym elementem produkcji. Analizując istniejące systemy i otoczenie, gdzie postęp techniczny może podwyższyć wydajność i sprawność, kierownicy produkcji silnie dążą do wzrostu wydajności ich urządzeń i redukcji kosztów energii.
Artykuł pod redakcją Kamila Żarów
Autor: Robert A. Baker
