工业效率

芝加哥高地钢铁公司每年节省21.5万美元的能源成本

芝加哥高地钢铁,芝加哥高地,生病,利用先进的数据监控系统,采用基于需求的压缩机空气管理方法,以节省250万千瓦时,每年215,037美元的能源成本。该项目从当地公用事业公司提供了188,714美元,该项目提供了2.4个月的回报。

该方法还对压缩空气系统进行了改进,包括用VSD单元替换性能不佳的固定驱动空气压缩机,以精确匹配压缩空气供应需求。总的来说,该项目减少了70%的压缩空气使用。

芝加哥高地植物

芝加哥高地钢铁公司的业务。

背景

许多工业公司希望解决压缩空气系统的高成本问题。芝加哥高地钢铁公司(Chicago Heights Steel)就是其中之一,该公司开始着手控制成本——只要它能实施一种成本效益极高的方法。芝加哥高地钢铁公司(www.chs.com)是美国唯一一家专门生产钢坯和钢轨钢的钢厂,并为客户提供一系列产品。

芝加哥高峰钢铁公司总裁Bradley Corral表示,他的目标是更好地了解压缩设备在工厂中的使用,特别是由于该公司多年来不断增加空压机,以满足整个工厂系统压力的下降。他还希望能够更密切地评估整个工厂的用电情况。

“多年来,我们已经看到了我们的能源用法和相应的成本增加。我想知道我们正在使用所有这项电力,“科尔拉尔说。“我也想了解我们正在使用所有这些压缩空气的地方,因为我们增加了马力以满足它的需求。”

两家独立公司进行了ComEd空气压缩机系统泄漏研究,但未完成。由于需要更多的答案和一个具有成本效益的方法来解决这个问题,芝加哥高地钢铁公司咨询了压缩空气挑战执行董事会成员Jan Hoetzelhttp://www.compressionairchallene.org/exext_committee也是美国密歇根州大急流城Airleader USA的校长。Airleader (www.airleader.us)是压缩机能源管理软件和工具的提供商,以降低压缩空气成本。

Chicago Hights Comed Check

芝加哥高地钢铁公司总裁布拉德利·科拉尔(左)展示来自ComEd的压缩空气系统升级奖励支票。另外还有芝加哥高地钢铁公司通用电气主管Jim Stolte(中)和Airleader USA校长Jan Hoetzel。

数据收集的重要性

Hoetzel立即意识到,数据收集是有效识别导致压缩空气成本高的问题以及解决这些问题的唯一方法。他也知道历史数据在几个月而不是几周内的价值。

Hoetzel说:“我不太喜欢仅凭两周的数据就着手重大项目,并建议进行大量投资。”“更好的方法是查看最新的数据,获取几个月的相同数据,并逐月进行比较。只有这样你才能做出明智的决定。”

最初,Hoetzel拾取了其他人离开并在芝加哥高地钢的互惠泄漏研究,操作了两个空压机。该研究表明了大量压缩空气泄漏,这导致了固定泄漏的修复,每月平均节省约40,000千瓦时。但是,没有捕获节省,因为空气压缩机已在调制中运行。

然而,如果它投资数据收集和对其压缩空气系统的许多尚未确定的更改,HOETZEL知道芝加哥高度可以节省更大的节能。Hoetzel的挑战是为了证明投资数据监测的价值,以控制畜栏。因此,Corral决定将Airleader压缩机主控台和在线监控系统安装在压缩空气系统上,以试验到一个压缩机室。系统的基线快照将允许HOETZEL和Corral基于数据而不是受过教育的猜测或假设进行决定。

原始压缩空气系统和初始数据

芝加哥高地钢铁公司(Chicago Heights Steel)最初在其两个压缩室中各运行3台空气压缩机。每个房间在两种不同的系统压力下工作。

压缩机室I.

  • 一个150 HP固定速度调制空压机
  • 一台200马力定速调节空压机
  • 一台75马力定速调节空压机
  • 压缩空气干燥机干燥剂一台

压缩机房二世

  • 一台200马力定速调节空压机
  • 一个150 HP固定速度调制空压机
  • 一台75马力定速调节空压机
  • 压缩空气干燥机干燥剂一台

表1

主控制器数据采集在原空压机上。

芝加哥高地钢铁公司(Chicago Heights Steel)手动控制了空气压缩机,在生产过程中,6台机组中的5台正常运转,几乎不间断地进行调制。一根两英寸长的管道将两个压缩室连接起来,尽管每个房间都是独立运行的,而且这条管道基本上无法用于压缩空气控制。

有效监控压缩空气系统需要在每个空压机上安装千瓦表。在每个压缩机房还安装了流量计和露点传感器。

热质量流量计 热质量流量计
每个空压室安装热质量流量计和露点传感器。照片由CS仪器提供。

主控制系统使Hoetzel和Corral能够随时从他们的办公室查看实时数据,以洞察空压机的性能,了解压缩空气系统的真实成本,直到秒。重要的是,该控制器为芝加哥高空钢铁公司提供了对压缩空气系统进行增量改变所需的数据,包括利用节能的能力和ComEd提供的资助改进的激励计划。

增量系统改进和储蓄

有了主控制系统,Hoetzel和Corral都能够建立性能基准,并评估大量数据,包括负载和空闲运行、消耗千瓦时、产生的空气和基于当地公用费率的能源成本,以及每个空压机的性能参数。该系统还提供总体压缩气流和露点的实时信息。

在12月至3月的初始四个月期间,数据证明,通过固定压缩空气泄漏,没有完全储蓄。它还表明干燥剂压缩空气干燥器如何导致鉴于需要吹扫干燥剂的巨大能源流失。基于数据和由喜动式提供的激励计划,Corral选择用循环冷藏压缩空气干燥器更换干燥剂染色剂,允许芝加哥高度钢减少压缩空气使用多达三分之一。

通过对压缩空气系统数据的测量和监测,验证了Corral的价值。这导致了主控制系统在两个空气压缩机房间的扩展使用。

此外,结合ComEd激励措施,从经济上讲,将连接两个空气压缩机房间的2英寸管道替换为4英寸管道是可行的。新的管道对于自由气流和使用主控制系统从任何压缩室的适当空气压缩机向工厂供应压缩空气的能力是必不可少的。

实施基于需求的压缩空气方法

作为项目的下一步,芝加哥高地钢铁公司和Airleader公司着手优化压缩空气系统,以尽可能低的成本满足对空气的需求。

优化从数据开始。主控制系统的数据证实,芝加哥高地钢铁公司(Chicago Heights Steel)提供压缩空气的最有效方法是结束其5个压缩空气单元连续调制的做法。这导致了需求侧方法的实施来管理其压缩空气。

这种方法的关键在于使用根据空气需求运行的变速驱动空气压缩机,以及使用主控制系统来自动控制有关压缩机的运行。到目前为止所实现的节余也在决定进行新的压缩空气配置和增加压缩空气存储能力方面发挥了关键作用。收集到的数据和节省下来的资金为空压机设备的升级扫清了道路,ComEd奖励的177,714美元将抵消该成本。早些时候,ComEd提供了1.1万美元的奖励,用于修复压缩空气系统的泄漏。

该团队分析了来自主控制器的数据,并决定采用新单位替换三个固定驱动的空气压缩机,基于性能输出和现有单元的剩余生产寿命。数据还展示了进一步的节省潜力,这进一步推动了继续升级的决定。新的压缩空气系统如下:

压缩机室I.

  • 一台150马力定速空压机(原装)
  • 一台200马力VSD空压机(新机组)
  • 一台75马力VSD空压机(新机组)
  • 1台循环冷冻压缩空气干燥机(替代干燥剂干燥机)

压缩机房二世

  • 一台150马力定速空压机(新机组)
  • 一台150马力定速空压机(原装)
  • 一台75 HP固定速度空气压缩机(原始单元)
  • 1台循环冷冻压缩空气干燥机(替代干燥剂干燥机)

如今,系统通常通过新的200 HP VSD空气压缩机与75 HP VSD单元组合提供整个工厂的压缩空气。剩余的设备可根据需要提供,用作冗余系统。

布拉德利畜栏

芝加哥高地钢铁公司总裁布拉德利·科拉尔带着一台新型旋转螺杆空气压缩机。

然而,空压机不像在调制中运行的顺序系统那样进行加载和卸载。相反,主控制系统会自动平衡VSD单元的运行,以满足空气需求。通常情况下,较大的VSD空压机持续运行,直到开始接近峰值容量。此时,该系统与小负荷空载压缩机混合,进而减少了对大机组的需求,以达到最高的运行效率。较小的单元只在周末或深夜需求下降时使用。

表2

升级后的压缩空气系统KPI数据。图表由美国空军司令提供。

结果

该项目总体上减少了2,582,979千瓦时,每年节省215,037美元。主控制器的成本和正在进行的监控,以及升级到系统管道,存储和三个空气压缩机总计240,139美元。该项目在包括188,714美元的喜动激励率,达到了2.4个月的简单投资回报。

图3

空气压缩机系统的升级导致整个工厂压缩空气压力大幅降低。图表由美国空军司令提供。

Hoetzel说,考虑到这些结果,这个项目是成功的。此外,它清楚地表明,持续监测压缩空气系统的价值是作为一个行业的最佳做法,以任何措施。

“在没有永久监测的情况下,不发现改进的机会,”Hoetzel说。“数据绝对必不可少,以便对压缩空气系统进行真正评估和实现系统效率所需的步骤。”

科尔拉尔表示,他欣赏能够在压缩空气系统中看到最新数据,因为它提供了以前没有拥有的关键洞察。

“监控和控制系统非常成功,”他说。“我喜欢它给我的能见度。任何时候我都会看到压缩空气或电气用途的跳跃,我可以去维修部门或工厂的其他地区,并找出为什么。然后,我们可以改变行为,例如浪费压缩空气,或修复需要固定的东西。“

展望未来,Corral计划检查电厂的其他主要电力使用领域,并可能有一天将其他系统连接到监控系统。

科拉尔说:“有了这些信息,我们就能了解用电情况,最终降低成本。”

有关Airleader压缩机主控制和监控系统的更多信息,请联系Jan Hoetzeljan@airleader.us,或616-828-0716。

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