工业实用效率

零食制造商节省50%

双赢 本月审计
地点: 加拿大马尼托巴省
工业: 快餐食品制造业
问题: 氮气系统和不适当的排气
审计类型: 氮气和压缩空气系统
系统评估双赢/双赢结果*
减少能源使用: 784922千瓦时
减少二氧化碳排放: 560吨
家庭二氧化碳当量: 74家
车辆二氧化碳当量: 103辆汽车
总储蓄美元: 32285美元
投资 84091美元
能源退税 N / A.
简单的投资回报率 2.5年

*年度能耗

双赢 评估前的压缩机系统 压缩机系统评估后
操作时间: 8760小时 8760小时
动力费用千瓦/小时 $ 0.02590. $ 0.02590.
Avg的气流。 319 CFM. 242 CFM.
植物气压 120 psi 120 psi
氮系统压力 139 psi. -
组合植物/氮气压力 - 130 psi
压缩空气比功率 44.38 kW / 100 cfm 20.8 kW / 100 cfm
氮特定权力 355千瓦/ 100 cfm 83.2 kW / 100 cfm
年度能量 1225804千瓦时 440,882 kwh.
年度能源成本 65949美元 $ 33,664

马尼托巴水电

现有的氮气和压缩空气系统

小吃食品设施采用两个通常分离的压缩空气生产系统运行:主要植物系统和氮系统。

主装置空气系统通过由各种大小管道组成的径向供气分配系统向一般空气用途提供压缩空气。该系统包括一个100马力,vsd控制,风冷,润滑,螺杆压缩机与两个存储接收器,系统过滤器,一个非循环制冷干燥器和一个流量控制器。有一台备用的60hp压缩机用于紧急情况,但由于压缩机状态不佳,无法正常运行。氮气系统有一个常闭的紧急连接,用于氮气压缩机故障的情况。空气系统的压力设置为120 psi,平均每年为7455小时。该系统在周末和节假日关闭,因为生产或清理作业停止后不需要空气。

氮气系统为包装区域提供氮气,并用于储存烹饪油的覆盖。该系统由负载/卸载控制,固定速度55千瓦(75 HP),风冷,润滑,螺杆压缩机,具有单个存储接收器,系统过滤器和非循环冷藏干燥机。压缩空气由两种压力摆动吸附(PSA)型氮气发生器使用,其在纯度水平为99.5%或更高的纯度水平上吸收氧气和输出氮气。
该系统在每年24×7的平均压力下为139psi的平均压力加压,为8,760小时提供连续的氮气储存。

根据现场测量,估计空气系统的总系统存储接收器电容为1260加仑或11.6立方英尺/ psi。氮气系统在空气侧的估计电容是240加仑或2.2立方英尺/ psi。氮气排放侧有2个240加仑的接收器用于缓冲,但系统的输出没有看到这一点,因为由于压力调节存在分离。氮气的储存能力基本上为零,仅仅是200英尺的2英寸管道相当于40加仑。

现行制度的一般评估

设施空气和氮气系统的总体评估是,由于运行两个单独的空气生产系统,其中一个运行在低效率的负荷/卸载模式下,存储容量有限,系统效率非常低。主空气系统有一个高效的VSD型压缩机,运行效率很好,但在系统过滤和空气干燥器上有过大的压降。

分配系统规模非常好,没有发现任何问题。系统管道似乎有足够大的容量来防止任何系统压力损失。通往主电站的空气压力通过一个流量控制器,该控制器应该调节压力,以限制人为需求造成的负荷增加。控制器故障,需要修复。工厂泄漏的空气消耗了所产生的空气的22%。核电站似乎没有常规的泄漏控制程序。

氮是代表植物中最大的单一使用压缩空气。由于其中一个单元中的调整或失败,该系统效率非常差。尽管只需26%的时间需要两个氮银行,但两个单元在40%到50%之间消耗吹扫空气。这是一个问题,因为每个单元需要大约70cfm的显着的固定吹扫流量,即使该单元可能不产生氮气。此外,由于内部问题和/或由于缺乏下游氮气储存,一个单元继续在非生产时间期间在77 CFM的平均输入流动期间继续吹扫,这导致相关的空气压缩机连续运行在其特征曲线的一个非常低效的部分。

由于压缩机控制的手动性质和缺乏足够的系统备份,系统可靠性目前存在问题。目前,两个系统都没有能力承受任何压缩机的损失而不经历系统停机。

有许多最终用途可以被归类为不适当的用途。不恰当的使用是压缩空气负载,可以使用更有效的替代电源。压缩空气吹在连续炊具线上是迄今为止最糟糕的最终用途,在测试期间消耗150 cfm。如果这个测试水平代表它的平均消耗,它将代表大约一半的平均生产流程。两台25 cfm的柜式冷却器,一个15 cfm的传送带擦片和12 cfm的盐是其他可以研究转换的终端用途。

空气系统的具体功率为25.96千瓦/ 100碳酸酯。对于氮系统,空气侧系统的特定功率为44.38kW / 100 CFM,氮系统355 kW / 100 cfm。正常水平在22kW / 100 CFM范围内,空气和110kW / 100 CFM用于氮气。这些数字表示可以为空气系统制造一些小增益,并且可以在氮侧实现一些主要的收益。

由于文章长度限制,我们将专注于优化氮生成系统和吹送应用的努力。

氮基本情况

未来计划要求增加氮气能力以使所有装袋机使用氮气操作。这将使氮气系统成本增加到较高的水平,而不是由于两个额外的氮气发生器引起的空气需求而存在。此外,将加入干燥剂干燥器将发电机堤的入口添加以更好地调节空气以防止发电机中干燥剂的污垢。这些添加将进一步提高氮系统的运营成本。本节估计,为效用激励目的创建新的基本案例,估计这种增加的成本。

下面的配置文件显示了当前氮需求的需求使用型材。此配置文件表示需求平均为15个CFM,并且产生的生产需求发生约45%的时间。两个氮气发生器(每个额定为30碳CFM)需要26%的时间。需要一个氮气发生器的剩余时间,但是,可以看出,对于55%的时间,氮流量非常低,可能喂养泄漏。

这些数据是在圣诞节前产品需求较高的时期记录的。假期结束后的数据显示,平均需求下降到平均约10 cfm,但出于计算目的,我们将使用15 cfm流量作为保守估计。

由于一个发电机之一的故障和控制单元的压力开关的目前协调,输入空气装载轮廓形状与氮气显着不同于控制单元的压力开关(其意味着它不会线性跟踪)。从图中可以看出,两个发生器在线消耗约40%的时间在线消耗输入空气,并且即使氮气输出非常低,也可以连续地保持在约80cfm的情况下。

氮输出配置文件

现有氮气发生器压缩空气输入剖面

提出了系统

一般来说,这些策略包括将两个系统合并为一个良好控制的系统,更换效率低下的冷冻干燥器,将压缩空气过滤器升级到低差,减少由于排水和泄漏造成的空气浪费,减少在高于要求的压力下运行造成的人工需求,优化或消除不适当的使用。

通过修复故障氮气发生器,增加更高效的氮气发生器机组,增加氮气存储,可以进一步提高效率。氮气的有效利用可以通过在非生产时间关闭给包装机的饲料和调节给机器的压力来保持恒定的流量,即使改变氮气发生器的输出压力。

压缩空气需求的组成部分

所提出的系统将以20.8kW / CFM的特定功率产生空气。氮气将以每100 CFM的83.2kW生产。从目前的操作模式,这将是效率的大幅增加。

第1条表2

减少吹气用的压缩空气

使用压缩空气吹扫清洗,干燥或移动产品是昂贵的,因为生产压缩空气涉及重大的能源强度。在工厂中发现了一些可以升级的吹制应用。对系统影响最大的一个应用是对连续锅输入的传送带吹气。这个应用程序以前有一个鼓风机安装,但单位已经失败在某个时间点。在整个测量过程中,使用了一种替代的压缩空气供应,这大大增加了压缩空气系统的负担,并在峰值流量时推动压缩机达到最大容量。对该应用程序进行了测试,发现消耗约150 cfm。对压缩空气供应的球阀的调整是极其敏感的,稍有调整,流量就会有很大的变化。实际的平均流量有些令人怀疑。因此,为了计算目的,使用了较低的流量。据估计,每年饲料这个鼓风机是$4,970每年。 Blower costs would be about $500.

使用压缩空气的各种其他吹制应用被发现:

  • 盐兵附近的传送带 - 估计为15碳水米,生产时间仅花费约500美元
  • 在芯片存储的传送带上吹气——估计为15 cfm / 200小时,每年成本为25美元
  • 吹气将输入芯片分配到水壶——峰值估计为95 cfm,但平均约14 cfm,每年成本460美元。
  • 吹撒盐片-估计12 cfm每年花费400美元。

吹零食食品制造商

安装一个循环冷冻空气干燥机

在大多数地方需要某种类型的空气干燥,因为空气被压缩机产生并通过后冷却器通常是饱和的水蒸气。如果允许这种空气在工厂的管道中冷却,水蒸气将凝结,并导致连接的机械和过程出现问题。

空气和氮气系统都安装了制冷干燥器。这些干燥器使用热气体旁路控制,保持制冷压缩机不断负荷,即使平均水分负荷或空气处理的干燥器可能是低。这导致干燥机通过全范围的操作消耗恒定的功率,这是低效的。

循环,VSD或热质量干燥器将改变制冷压缩机负荷成正比的湿度负荷。建议将现有的干燥机拆除,并安装一个新的大型热质量干燥机作为替换。如果一个能够处理两个现有压缩机的联合能力的干燥器被选择,由于一个更大的干燥器被应用在负载上,平均来说,远低于干燥器的能力,因此将有一个较低的压差的额外好处。

烘干机的估计为烘干机的节省为每年2,430美元,烘干机运营和每年约500美元才能考虑压力差异。

减少氮气发生器吹扫空气的方法

氮气系统供应商建议在氮气库的空气输入端安装一个干燥剂空气干燥器。如果没有露点控制,建议的无热干燥剂干燥器将始终保持恒定的90 cfm吹扫流量。在这台烘干机上推荐使用露点相关切换系统(DDS)。由于氮气系统的平均流量低于额定值,这将导致显著的节约。

现有的氮气发生器是变压吸附式装置,额定供应99.5%或更高纯度的气体,每装置输出约30 cfm。从能源的角度看,这些单位消耗了大量的空气时,没有待机,因为有一个持续供应的空气需要清除床分子筛(在本报告中称为干燥剂)到干燥机内部。当这些发电机不待机时,大约消耗70至80 cfm的空气,即使发电机可能只产生少量的氮气。因此,应采取措施控制这些机组,以确保在同一时间联机的发电机组很少,机组只按要求运行。一旦在线,系统应该确保单位保持充分流动,这是他们的能源效率最高的点尽可能长。当系统压力满足时,确保机组进入待机状态也很重要。

系统供应商已经表明,这种类型的操作是可能的,如果设置使用大的存储接收器容量。应安装一个1060加仑的大容量储氮容器,以实现有效控制,并在空闲时间作为缓冲储氮。这种尺寸的存储容器,在30 psi的压力带储备下运行,在30 cfm(一个氮气储罐的容量)的需求下,可以容纳大约9.5分钟的容量。这将是足够的存储,以度过最坏的情况,3分钟延迟发生时,氮库备用。

控制新的氮气发生器将是保持系统效率的重要性。需要设立协调系统,以确保只有必要的银行数量在任何时候都在线。这将减少70到80 CFM的空气,目前正在浪费在吹扫生产附近流量的银行。在氮气发生器的下游添加大型系统存储将使发电机能够根据需要打开和关闭,并且仍然有足够的氮气在储备中保持足够的氮气,以在发电机启动时保持恒定的输出压力。

为了加强这种控制,可以在中心位置或在每台机器上安装电动阀门,以便在非生产时间内尽可能减少氮气需求,从而限制系统必须开始增加压力的次数。空气系统也可以这样做,安装一个阀门,让工厂在不需要的时候在晚上或周末关闭压缩空气,从而消除了向泄漏处供气的需要。

进一步加强氮气系统,将氮气压力调节到尽可能低的水平,以减少通过不同条件调节本地机器流量的影响。以不同方式安装本地流量计也可以保持流量的准确性,并允许本地操作将氮需求降至最低。

生产机械氮气计量系统,采用流量计和手动计量调节阀,对压力变化非常敏感。通过调节氮气压力到一个恒定的较低水平,可以获得更准确的流量。在这种高压下测量流量也会更准确,因为所使用的流量计量对压力变化很敏感。

新型空气压缩机,用于更高峰值流动和备份

目前,包括氮气系统在内,瞬态事件期间设施气流的总峰值估计达到640 cfm。这接近已安装压缩机的总容量,当两个系统没有连接在一起时,允许电站压力在瞬态峰值时下降到较低的水平。一个可靠的系统应该有足够的容量,在自动启动备份服务中,提供这样的流量,再加上能够承受最大的压缩机的损失,在一年中最热的日子(压缩机产量最小的时候)不出现容量不足。

在建议的流量下,添加一个新的氮气系统和空气干燥器,导致峰值为776 cfm,无论如何,需要一个新的压缩机,使系统在流量峰值时没有压力损失。如果要购买一个新的机组,最好安装一个比现有100马力更大的压缩机,以使系统在只有两台压缩机运行的情况下能够提供峰值流量。如果安装了一个90kw的机组,可以使用现有的任何一台压缩机提供峰值流量,在平均流量期间,只需要90kw的机组。

表2小吃食品制造商

金融类股和结论

影响压缩空气和氮生成系统的建议变更所需的资本为84,091美元。拟议的变更导致的年度节能是33,664美元,其能源成本降低了几乎50%。什么是非常有趣的是这些节省的是在增加增加的氮气要求所需的峰值空气流量和氮气产生能力的同时完成的。该项目的简单投资回报率为2.5年。

该项目再次说明了系统评估的值。在这种情况下,零食食品制造商制造的决定使所有装袋机能够使用氮气 - 有管理层预计相关的能源成本更高。相反,该公司通过实施评估中详述的行动,能够显着降低能源成本。

®Manitoba Hydro是该商标和官方标志的许可方

欲了解更多信息,请联系Ron Marshall, Marshall压缩空气咨询公司,电话:204-806-2085,电子邮件:ronm@mts.net