Poprawa wykorzystania energii w przemysłowym ogrzewaniu procesowym

Efektywne ogrzewanie procesowe oznacza dostarczenie właściwej ilości ciepła we właściwe miejsce i we właściwym czasie, z jak najmniejszymi stratami. W wielu zakładach to największa pozycja na rachunku za energię: piece, suszarnie, kotły parowe i nagrzewnice pracują na kilka zmian, często przez cały rok. Pokazujemy, gdzie zwykle uciekają pieniądze i jak poprawić wykorzystanie energii w przemysłowym ogrzewaniu procesowym krok po kroku.

Czym jest ogrzewanie procesowe

Ogrzewanie procesowe to ciepło używane bezpośrednio w produkcji: do suszenia, topienia, wypalania, utwardzania powłok, pasteryzacji, mycia czy prowadzenia reakcji chemicznych. Jego źródłem są piece, kotły, nagrzewnice, promienniki lub pompy ciepła.

Efektywność całego układu zależy od kilku czynników:

• stanu i sprawności urządzeń grzewczych,
• sposobu przekazywania ciepła do produktu: przewodzenia, konwekcji lub promieniowania,
• dokładności sterowania temperaturą i czasem procesu,
• izolacji urządzeń, rurociągów i pomieszczeń,
• tego, czy ciepło odpadowe jest odzyskiwane, czy trafia do atmosfery.

Ponieważ procesy trwają długo i powtarzają się codziennie, nawet mała poprawa sprawności przekłada się na dużą oszczędność w skali roku.

Audyt energetyczny: punkt wyjścia

Każdy program oszczędności zaczyna się od pomiaru. Audyt energetyczny pokazuje, ile energii zużywa każdy proces, gdzie powstają straty i które działania zwrócą się najszybciej.

Dla dużych firm audyt jest obowiązkiem. Przedsiębiorca inny niż mikro, mały lub średni przeprowadza audyt energetyczny przedsiębiorstwa co 4 lata (art. 36 ustawy o efektywności energetycznej). Audyt obejmuje szczegółowy przegląd zużycia energii w budynkach, instalacjach przemysłowych i transporcie, które odpowiadają łącznie za co najmniej 90% zużycia energii w firmie (art. 37 ust. 2). Z obowiązku zwolnione są firmy z systemem zarządzania energią zgodnym z Polską Normą lub z systemem EMAS, jeśli w ich ramach przeprowadzono audyt.

Dobry audyt procesów cieplnych obejmuje:

1. Pomiar zużycia paliw i energii elektrycznej dla poszczególnych urządzeń, a nie tylko dla całego zakładu.
2. Pomiary temperatur, przepływów i składu spalin.
3. Badanie termowizyjne izolacji, drzwi pieców i rurociągów.
4. Analizę parametrów procesu: czy temperatura i czas nie są wyższe, niż wymaga produkt.
5. Listę źródeł ciepła odpadowego z jego temperaturą i dostępnością w czasie.

Pomiary prowadzimy w ramach analizy energii, a wyniki stają się punktem odniesienia do oceny każdej późniejszej zmiany.

Izolacja i szczelność

Izolacja to zwykle sposób na ograniczenie strat ciepła o najniższym koszcie wdrożenia. Gorące ściany pieców, nieizolowane zawory, kołnierze i odcinki rurociągów parowych oddają ciepło do hali przez cały czas pracy.

Warto sprawdzić:

• izolację pieców, kotłów, zbiorników i rurociągów, w tym armatury, którą często pomija się przy remontach,
• szczelność drzwi i uszczelek pieców,
• otwarte bramy i nieszczelności, przez które ucieka ciepło z hal o wysokiej temperaturze,
• stan odwadniaczy w instalacjach parowych.

Kamera termowizyjna od razu pokazuje miejsca o najwyższych stratach i pozwala ustalić kolejność prac.

Sterowanie i automatyka

Precyzyjne sterowanie zapobiega przegrzewaniu produktu i pracy urządzeń na pusto. Sterowniki PLC i czujniki regulują dopływ paliwa i powietrza na podstawie bieżących pomiarów, a harmonogramy wyłączają lub obniżają temperaturę w przerwach produkcji.

Najczęstsze źródła strat, które usuwa automatyka:

• utrzymywanie pełnej temperatury pieca w czasie przestojów,
• zbyt duży nadmiar powietrza w palnikach, który wynosi ciepło ze spalinami,
• procesy prowadzone w wyższej temperaturze lub dłużej, niż wymaga technologia,
• brak koordynacji między urządzeniami, które mogłyby dzielić ciepło.

Na poziomie całego zakładu dane z liczników i czujników zbiera system EMS dla firm. Pokazuje on zużycie każdego procesu w czasie i alarmuje, gdy rośnie bez powodu.

Odzysk ciepła odpadowego

Odzysk ciepła odpadowego zamienia stratę w użyteczne ciepło. W wielu zakładach ciepło o wysokiej temperaturze uchodzi kominem, a obok inne urządzenie zużywa gaz, żeby podgrzać wodę czy powietrze.

Najczęstsze źródła i zastosowania:

Sprężarki powietrza są dobrym przykładem: prawie cała energia elektryczna, którą zużywają, zamienia się w ciepło. Ustawa o efektywności energetycznej wymienia odzyskiwanie energii w procesach przemysłowych wśród przedsięwzięć poprawiających efektywność, za które można uzyskać świadectwo efektywności energetycznej (art. 19 ust. 1 i art. 20). Zasady opisujemy w artykule o białych certyfikatach.

Technologie dla ogrzewania procesowego

Wybór technologii zależy przede wszystkim od temperatury, jakiej potrzebuje proces. Inne rozwiązania sprawdzą się przy myciu i suszeniu w kilkudziesięciu stopniach, a inne przy topieniu metali.

Pompy ciepła

Pompy ciepła podnoszą temperaturę ciepła z otoczenia lub z ciepła odpadowego do poziomu przydatnego w procesie. Najlepiej pracują przy umiarkowanych temperaturach: podgrzewaniu wody technologicznej, myciu, pasteryzacji, suszeniu niskotemperaturowym czy ogrzewaniu hal. Gdy zasila je fotowoltaika zakładu, część ciepła procesowego pochodzi wprost z własnej energii.

Promienniki podczerwieni

Promienniki podczerwieni przekazują ciepło bezpośrednio na powierzchnię produktu, a nie przez nagrzewanie powietrza. Dzięki temu sprawdzają się przy suszeniu powłok, utwardzaniu lakierów i ogrzewaniu stref w wysokich halach, gdzie ogrzewanie całej kubatury byłoby marnotrawstwem.

Magazyny ciepła

Magazyny ciepła przechowują ciepło wtedy, gdy jest dostępne w nadmiarze lub po niższej cenie, i oddają je w szczycie zapotrzebowania. Mogą gromadzić ciepło odpadowe z jednej zmiany na kolejną albo energię z fotowoltaiki w południe. Porównanie technologii magazynowania znajdziesz w artykule technologie magazynowania energii.

Optymalizacja spalania

Analizatory spalin i oprogramowanie sterujące palnikami utrzymują właściwy stosunek paliwa do powietrza przy zmiennym obciążeniu. Mniejszy nadmiar powietrza oznacza mniej ciepła wyrzucanego kominem i niższą emisję.

Plan działania krok po kroku

Najlepsze efekty daje kolejność od pomiarów, przez proste poprawki, do inwestycji. Plan, który stosujemy w zakładach:

1. Pomiar i audyt: ustalenie zużycia i strat dla każdego procesu.
2. Proste działania: uszczelnienia, izolacja armatury, korekta nastaw, harmonogramy pracy.
3. Odzysk ciepła: projekty wymienników i rekuperatorów dla największych źródeł ciepła odpadowego.
4. Modernizacja źródeł ciepła: palniki, pompy ciepła, promienniki dobrane do temperatury procesu.
5. Szkolenie operatorów, bo nawyki obsługi wpływają na zużycie tak samo jak sprzęt.
6. Stały monitoring i coroczny przegląd wyników.

Sun Valley Energy pomaga zakładom w pomiarach, analizie i wdrożeniu rozwiązań: od monitoringu zużycia, przez pompy ciepła i magazyny ciepła, po fotowoltaikę zasilającą procesy. Jeśli chcesz sprawdzić, ile energii traci Twoje ogrzewanie procesowe, porozmawiajmy o Twoim projekcie.