Энергосбережение на холодильных установках в промышленности

Сбережение энергии посредством эффективного охлаждения

Вступление

Во многих отраслях промышленности на холодильные установки расходуется большое количество энергии и средств но, тем не менее, нет глубокого понимания особенностей работы таких энергоустановок, особенно среди тех, кто отвечает за их использование. Холодильные установки на сегодняшний день являются исключительной возможностью для энергосбережения в промышленности, поскольку в прошлом промышленность пренебрегала ими.

Принцип работы холодильных установок

    Рассмотрим бытовой холодильник. Тепло отводится от охлаждаемого пространства при помощи холодного хладагента в испарителе и выбрасывается в атмосферу через расположенный снаружи конденсатор.

 Чем ниже требуется получить температуру внутри холодильника, тем больше расходуется энергии. Кроме того, чем выше температура охлаждения используется в конденсаторе для вытеснения тепла, тем больше потребляется энергии. В среднем при повышении температуры в испарителе на 1 ^оС сберегается 3% энергии. Это означает, что испарение при –30 ^оС вместо испарения при –39 ^оС позволяет сберечь 27% затрат. Конденсация при температуре на 1 ^оС ниже сберегает 3% затрат. Следовательно, конденсация при 20 ^оС вместо 29 ^оС даст сбережение 29% энергии. Дальше это будет описано подробней.

За счет установления максимально возможной температуры испарения и минимально возможной температуры конденсации можно достичь значительного сбережения энергии.

Основные возможности для достижения энергосбережения

Возможности улучшения на уровне схемы процесса

    Проанализируйте расход холода/нагрузку охлаждения. Определите величину охлаждения, получаемую на различных уровнях температуры. Сравните величину мгновенных значений охлаждения в кВт при разных уровнях температуры с годовыми значениями охлаждения при этих уровнях температуры. Это поможет определить оптимальный дизайн холодильной установки и оптимизировать эксплуатацию существующих установок.

Убедитесь, что приток теплоты в холодильную камеру незначителен. Помните, что солнечные лучи приносят большое количество энергии, и потому подвергающиеся его воздействию поверхности должны быть окрашены отражательной краской или укрыты соответствующими материалами.

Необходимо понижать интенсивность инфильтрации посредством установки быстрозакрывающихся дверей и свободно свешивающихся резиновых полосок на тех дверях, которые приходится открывать часто. Такие меры позволяют в два раза сократить расход холода в морозилках, а срок окупаемости для этих мероприятий не превышает пол года. При этом имеет место дополнительное преимущество, – понижается проникновение влаги, и соответственно частота циклов размораживания.

Проверьте, вероятно существуют возможности использования имеющегося бесплатного источника холода. Часто бывает, что в наличии круглый год имеется вода из подземного источника при температуре ниже 10 ^оС.

Выполняйте охлаждение в две стадии. При производстве пиццы горячая продукция охлаждается сначала на открытом воздухе, а затем поступает в спиралеобразный морозильник. Используйте промышленные градирни и испарительные холодильные системы для кондиционирования воздуха, при этом расходуется меньше энергии, чем при использовании обычных холодильных установок.

Не переохлаждайте продукцию и не оставляйте её подолгу в простоях вне холодильных камер, вследствие чего повышается её температура.

К источникам бесплатного холода относится: охлаждение на открытом воздухе, охлаждение при испарении, сухое охлаждение и источники воды.

Уменьшите паразитные нагрузки насосов и вентиляторов. Вентиляторы испарителя могут быть отключены при открытии дверей морозильных установок, а для циркуляции воздуха могут использоваться меньшие вентиляторы. Для вентиляторов испарителя можно успешно применять приводы с регулируемой скоростью, но в таких случаях необходимо тщательно проверять их соответствие двигателям и суммарное значение уровня гармоник установки. За паразитные нагрузки Вам приходится платить дважды. Сначала при оплате счетов за электроэнергию, использованную насосами и вентиляторами и затем за электроэнергию для удаления выработанного ими тепла.

Для освещения следует использовать высокоэффективные осветительные приборы типа SON с эффективной системой управления. Однако автоматические регуляторы освещения могут отказывать из-за воздействия на них низких температур.   

Не забывайте контролировать и  другие виды нагрузки, какие как нагрев пола, антиобледенитель и т.п.

Обеспечивайте достаточную циркуляцию воздуха вокруг продукции в холодильных/морозильных установках. Используйте специально предназначенные для этого поддоны.

Предусматривайте сушку/обезвоживание перед процессами пастеризации/охлаждения (например, при получении сыворотки, снятого молока).

Не следует хранить продукты с разными требованиями по температуре хранения в одном хранилище.

Повышайте уровни температуры внутри холодильной установки, с тем, чтобы температура испарителя также могла быть повышена. Помните, повышение на каждый градус приводит к сбережению около 3% энергии, и, соответственно, средств.

 При возможности используйте теплоаккумулирующие системы, такие как ледяные аккумуляторы холода, для систем охлажденной воды и системы, использующие эвтектические соли для низкотемпературного применения.

Если имеется в наличии бросовое тепло, рассмотрите возможность использования абсорбционных систем или их комбинации с когенерационными системами.

 В тех процессах, где теплота получается в результате определенной реакции, для отображения уровней реакции тепловыделения используйте компьютерное моделирование. Это даст возможность оптимизировать использование охлаждения.

Оптимизируйте работу аппарата для пастеризации. Убедитесь, что в отсеке регенерации регенеративного теплообменника происходит максимально возможное охлаждение (для охлаждения молока, сусла и т.п.).

Разделите потоки технологического процесса таким образом, чтобы охлаждение рассматривалось как происходящее в две стадии, с тем, чтобы можно было получить пользу/выгоды от более высокой температуры испарения в промежуточных потоках. Не рассматривайте разделение потоков на одной и той же установке.

Возможности для энергосбережения на уровне дизайна системы

    Затраты на производство – для определенных уровней температуры некоторые хладагенты обеспечивают работу эффективнее других хладагентов.

Емкость - некоторые хладагенты удерживают больше тепла на единицу массы, что позволяет делать компрессоры и системы меньшими по размеру и более эффективными.

Давление – следует оптимизировать хладагенты по уровням температуры/давления, при которых они используются.

Перегревы – перегрев зачастую является причиной потери эффективности, а иногда представляет угрозу для компрессора.

Температуры нагнетания – высокие температуры нагнетания приводят к понижению эффективности компрессора.

Теплообмен – чем лучше гидрофильность (смачивающая способность) хладагента, тем лучше будет коэффициент теплопередачи, и суммарная эффективность системы.

Сравнение систем с одноступенчатым и двухступенчатым циклом

 Системы с двухступенчатым циклом более эффективны.

 В двухступенчатом цикле используется промежуточный охладитель для охлаждения паров хладагента до температуры конденсации перед стадией сжатия. Это приводит к повышению эффективности на низкотемпературном цикле от 20% до 30%. В общем, двухступенчатые системы не используются при температуре выше 30^оС.

Сравнение систем с погружением (непосредственного охлаждения) и систем с непосредственным расширением

Системы с погружением, в которых испарители погружены, характеризуются большей эффективностью, поскольку используется вся поверхность. Для систем с непосредственным расширением требуются устройства контроля от перегрева, а также могут требоваться терморегулирующие вентили, которые приводят к постоянному/фиксированному давлению конденсации.

Сравнение интегрированных и модульных систем

Системы с интегрированным хладагентом позволяют улучшить использование поверхностей теплообмена, таких как испарители и конденсаторы. Однако они могут потреблять дополнительную энергию на работу насосов и вентиляторов, и потому необходимо проводить анализ соотношения затрат и получаемой пользы.

Возможности сбережения за счет дизайна компонентов

Компрессоры

• Следует обеспечивать загрузку наиболее эффективных компрессоров
• Рассмотрите эффективность компрессоров при частичной нагрузке
• Следует обеспечивать управление компрессорами, предусматривающее оптимальную последовательность их подключения. Параметры эффективности узла складываются из эффективности цикла, эффективности системы, изоэнтропического кпд, объемного КПД, механического КПД.

Рассмотрение особенностей испарителя

    Испаритель может быть погруженного типа или непосредственного расширения, нагнетательной циркуляции, с оребренными трубами и компактного исполнения. Крупные испарители понижают эксплуатационные расходы, но их стоимость высока.

Размер оребрения должен учитывать небольшой перепад давления при нарастании инея/льда.

Конструкция испарителя должна учитывать потребность удаления масел, очистки, удаления намерзаний льда.

Рассмотрение особенностей конденсатора

Размер общей площади поверхности определяет эффективность

В конденсаторе должна быть предусмотрена возможность удаления воздуха, чтобы поддерживать давление низким.

Большое значение имеет очистка конденсатора.

Размер трубопровода ресивера/приемника должен учитывать возможность небольших падений давления.

Эффективность системы повышается благодаря системам химической очистки.

Управление дефростером (антиобледенителем)

    Системы с таймерами расточительно тратят энергию. Используйте дефростеры только по требованию для специфичных систем, типа Danfoss.

Дефростер должен быть спроектирован с оптимальными ограничителями, такими как в системах Danfoss.

Следите за корректной работой системы дренажа.

Нет необходимости в сложных системах контроля для размораживания горячими газами. Предусматривайте установку поплавкового клапана вместо терморегулирующего вентиля.

В системах с электрическими дефростерами можно достичь сокращения расходов на электричество за счет дифференциального расположения (в шахматном порядке) элементов дефростера.

Эксплуатационные приемы

    Предусматривайте рекуперацию теплоты перегрева горячих газов. В этих газах может содержаться до 40% энергии, подводимой на компрессор. Типичными примерами использования такой рекуперации является подогрев горячей воды, выполняемый вместо электроподогрева, отопление и сушка.

Для охлаждения компрессорного масла используйте не жидкий хладагент, а воду системы охлаждения или термосифонной системы.

Управление и оптимизация системы

    Основные вопросы стратегии управления процессом охлаждения включают:

Работа компрессора при частичной нагрузке. Рабочие характеристики при частичной нагрузке у поршневого компрессора лучше, чем у винтового компрессора.

При загрузке 70% рабочие характеристики винтового компрессора ухудшаются значительно. В таких случаях следует использовать поршневые компрессоры.

Управляйте напором при помощи поплавкового клапана.

Следует управлять давлением всасывания, с тем, чтобы обеспечить достижение максимально допустимого значения температуры всасывания.

В методике управления должно быть учтено влияние вспомогательных установок. Использование трех винтовых компрессоров загруженных на 33%, работающих с распределительными насосами там, где можно использовать один компрессор при загрузке 100% с одним насосом - является расточительной тратой энергии.

Возможности использования тарифов

    В больших холодильных установках понижайте температуру в ночное время, с тем, чтобы можно было в дневное время отключить компрессоры.

Используйте возможность присоединения к схеме льготных тарифов для специальной категории энергопредприятий.

Возможности, основанные на техническом обслуживании

    Проводите проверки технических характеристик таких машин, как компрессоры, конденсаторы, испарители и т.п.

Проверяйте наличие масла в испарителях, а также случаи недостаточной загрузки, закупоривания, намерзания, засорения и слабого перегрева. В конденсаторах проверяйте наличие неконденсирующихся газов.

Выявляйте случаи плохого распределения холода, характерные для воздушных контуров с терморегулирующими вентилями.

Проверяйте наличие масла в промежуточном охладителе двухступенчатой системы.

Возможности мониторинга и планирования целевых показателей

    Проводите мониторинг расхода электроэнергии на холодильных установках. Устанавливайте промежуточные счетчики для таких объектов, как компрессоры, насосы. Разделяйте объекты на однозначно определенные центры энергетической отчетности (ЦЭО).

Проконтролируйте значение градусо-дней и составьте план температурного режима холодильника с учетом градусо-дней. Установите целевые значения потребления в зависимости от таких переменных, как градусо-дни, объем выпуска продукции, или время работы производства.

Отмечайте расхождение целевых и фактических значений, готовьте еженедельные отчеты для каждого ЦЕО. Вовлекайте основной персонал и исследуйте главные расхождения.