典型能源管理及节能技术的优化应用

1)节能技术管理

饮料食品行业生产集中度高,工序较为复杂。节能、节水管理是一个系统工程,企业应该建立一个完整的管理系统,建立从管理层到基层员工的支持与意识。在日常管理中,要划分主要用电、用气和用水单位,分单位计量能耗与用水,建立能耗、水耗管理指标、按期收集度数并记录,计算与跟踪能耗与用水情况,在工艺和产线升级优化的同时研究与开发实用的节能节水方案。

2)行业中较普遍使用的节能技术

节能技术主要应用于制冷与空调系统,锅炉与蒸汽系统,传输泵与电机、空压系统、加热系统五个方面。

(1)制冷与空调系统。

制冷系统由压缩机、冷凝器、蒸发器三部分组成,可以通过降低压缩机做功改善效率。较低的冷却温度可以使气体的冷凝压力降低,因此可以通过降低温度,消除冷凝器传热表面的结垢,减缓腐蚀和生物物质生长,控制冷凝介质温度与制冷剂饱和冷凝温度的差值,定期检查并泄放不可冷凝气体来提高冷凝器的效率。对于蒸发器,可以通过减少管道的压力降,清洁热传导表面的脏污和积垢来提高蒸发器的吸气压力。

制冷系统的维护需要融入日程的计划中,因此需要建立预防性维修步骤,并定期执行。维护冷凝器和蒸发器,保持热交换表面清洁;定期校正关键仪表与设备,跟踪系统运行表现,及时发现异常变化;培训操作人员,使其更加熟悉岗位技术。

(2)锅炉与蒸汽系统。

燃烧过程中的空气会带来氧气和氮气。为了让燃料完全氧化,必须存在足量的氧气,否则就会降低燃烧效率。空气/燃料燃烧过程中的氮气会产生废热,因为它会增加额外质量,从而从排气管带走热量。当将进气量微调到能保证完全燃烧的最小合理的过量空气时,燃烧器就能达到最大的燃烧效率。锅炉需要定期清洁以保持最大的传热效率。定期检查蒸汽系统,防止管道与阀门的泄漏,尤其是疏水阀的泄漏。定期检查与改善管道系统的隔热状况,最大化地回收冷凝水,利用锅炉排烟或糖浆的余热等。

(3)传输泵与电动机。

传输电机的控制是许多电动机驱动装置在全速下运行的。当电动机承担的负荷低于承载量时,为了能使电动机的输出功率与负荷达到最佳的匹配,在这些驱动装置如泵、风机、输送器、注模机器、空气压缩机及冷却机上运用了一些部分负荷控制方法。许多部分负荷的控制方法浪费能量,部分负荷最有效的控制方法是运用变频驱动器(variable-frequency drive,VFD),VFDs通过改变电动机的速度来实现部分负荷控制,通常情况下,这比其他部分负荷控制方法要节约多达50%或更多的能量,且能降低高压泵的出口压力,起到保护管路及反渗透系统的作用,延长使用系统寿命。

①待机时的节约。各种原因引起混比停机时,泵仍然在工作。例如,15kW的冻水输送泵,待机时通过变频6kW的功率就可以满足生产线的待机条件,通过变频控制可减少9kW·h的耗能。

若单班生产SLE=80%的考核指标,单班有近2h的待机时间,就有18kW·h的节约,生产线每个工作日就有36kW·h电能的节约点。生产线SLE达到80%,冻水输送泵在待机方面全年节约预估:

6(生产线数)×300(生产天数)×36kW·h(节约量/每天)=64800kW·h。(www.xing528.com)

②运转时的节约。在满足生产各环节的前提下,通过降频减功率来减少电量的消耗。降低电机的工作频率,改小电机的工作电流。例如,15kW的冻水输送泵,在同样能满足生产需求的情况下,工作电流从之前的30A到之后的20A,电机功耗下降5kW。

若单班生产SLE=80%的考核指标,生产线每个工作日连续运转20h,就有100kW· h的节约量。

(4)空压系统和用气装置。

空压系统主要包括空气压缩机、分配系统和用气装置,通过改善功率、压力、流量和泄漏这四个指标以衡量系统的运行效率。在日常生产维护中,严格漏气管理,保持初级过滤器、终端用气过滤器和润滑器的清洁,维持空气干燥机和冷凝物收集器的正常功能,保持空压间凉爽、通风的条件,监测并记录压缩机和干燥设备的温度,按使用说明来检查和更换润滑油,特别是使用寿命长的合成润滑油等措施都是行之有效的维护管理方法。

分析和改进压缩空气系统参考方案:建立压缩空气系统的基本结构图;测量基线(千瓦、压力曲线图、需求曲线图以及泄漏负荷)以及计算出能源使用和成本与压缩空气系统专家一起执行适当的压缩机控制策略;一旦控制器被调整好,重新进行测量以获取更精确的运行读数,并且确定泄漏负荷。重新计算能源使用和成本检查预防性维护项目和其他的机会以减少成本并改善性能:识别和确定泄漏并且纠正不适当的使用,执行持续性通的改进计划。

(5)加热系统。

饮料食品工业中,加热系统是十分重要的用能系统,加热系统包括烘干、发酵、热成型、解冻等流程设备和杀菌、注塑包装等辅助设备。不仅直接关系到最终产品的质量,还直接影响能源消耗以及制造成本的高低。经常使用的用热设备主要有两类:一类为间接加热设备,如板式换热器、管式换热器、刮面式换热器等,加热介质和物料分别走两个通道,互不接触,通过传热面进行热交换;另一类为直接加热设备,如蒸汽喷射式加热器,将热蒸汽直接喷射入物料,或注塑成型设备通过传导、对流、辐射进行加热。从能源来源角度,除使用热力能源外,大量加热设备均采用电阻丝加热圈进行传导加热,由于本质上仍然属于传导加热,所以其预热时间长,表面温度高;特别是电阻丝在向料筒加热的同时也在向空间辐射热量,辐射热损失或占加热总功率的40%以上,造成了电能大量浪费。由于电阻丝传导加热的特点,造成设备周围的环境温度升高,增加了生产者的劳动强度,还间接增加了用于环境降温的用电。

目前研究应用较多的电物理加热技术主要包括微波加热、电磁感应加热等。以电磁感应加热技术为例进行介绍。

如图10-3所示,电磁感应加热技术是利用涡流发热的原理使设备产生10～40kHz的交变电流,通过线圈产生交变的磁场,作用于铁磁性材料上产生涡电流发热。由于电磁线圈本身不发热,高频电磁场作用于塑机料桶的表面,因此可以很大程度降低由热传导导致的能量损失;同时,由于磁场对于非金属和非磁性材料具有穿透性,所以可以直接使用保温绝热材料对加热料桶进行保温隔热,进一步降低料桶向空间的热量散逸。

图10-3 电磁加热示意图

另一方面,电磁感应加热具有实时性,被加热料桶的热惯性越小,温度控制精度越高,进而可以降低冷却风机的启动频率,减少系统能量损失。

电磁加热系统能够较大程度为用户降低用于料桶部分的加热耗电。根据对加热节能技改审核结果的经验,与原电阻丝加热相比,节电率可以达到40%左右。