Модернизация горелки на заводе Simplot повышает производительность и энергию

Чтобы снизить потребление энергии и затраты, компания J.R. Simplot несколько лет назад завершила проект, который повысил эффективность паровой системы на ее заводе по переработке картофеля в Колдуэлле, штат Айдахо. Проект был основан на оценке, выполненной с помощью Steam System Assessment Tool (SSAT) Биллом Мойром, квалифицированным специалистом Steam Engineering Inc. SSAT был разработан для программы BestPractices по промышленным технологиям Министерства энергетики США (DOE). Модернизация завода в Колдвелле позволяет ежегодно экономить 52 000 MMBtu и 526 000 киловатт-часов. Экономия затрат на электроэнергию и техническое обслуживание составляет 329 000 долларов в год. Поскольку общая стоимость проекта составила 373 000 долларов, простая окупаемость составляет менее 14 месяцев. Подобные меры эффективности были воспроизведены на других объектах Simplot после анализа, проведенного с использованием SSAT. Эти повышения энергоэффективности позволяют экономить на природном газе 176 000 млн БТЕ в год.

История компании / завода
The J.R. Simplot Company - крупная продовольственная и агропромышленная корпорация, базирующаяся в Бойсе, штат Айдахо, с годовым объемом продаж около 3 миллиардов долларов. В компании работает более 12 000 сотрудников в США, Канаде, Китае, Мексике и Австралии. Бизнес-деятельность Simplot включает производство продуктов питания, удобрений, газонов и садовых продуктов; кормление скота; и другие предприятия агробизнеса. В компании постоянно действует программа повышения энергоэффективности, направленная на обучение сотрудников. Дэвид Хок, директор по энергетике и природным ресурсам, и Алан Кристи, технический менеджер Food Group в Simplot, тесно сотрудничали с Министерством энергетики, Энергетической программой Университета штата Вашингтон и Департаментом энергетики штата Айдахо, чтобы повысить осведомленность о производительности. и финансовые выгоды от повышения энергоэффективности промышленных систем.

Завод в Колдуэлле - один из крупнейших в компании; он производит приблизительно 270 миллионов фунтов замороженного картофеля фри в год. На площадке установлено три водотрубных котла, работающих на природном газе. Два из них рассчитаны на 70 000 фунтов в час (фунт / час), а третий - на 60 000. Пар генерируется при 275 фунтах на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм) насыщения. Пар важен для производственных процессов на предприятии, потому что он напрямую поддерживает задачи очистки, бланширования и жарки картофеля.

Обзор проекта
В 2000 году Simplot поручила компании Steam Engineering Inc. провести анализ паровых систем на своих производственных объектах в рамках своей корпоративной программы повышения энергоэффективности. При первоначальной оценке на объекте в Колдуэлле аналитики обнаружили, что средняя паровая нагрузка на завод составляла 90 000 фунтов / час, а уровень избыточного воздуха для горения составлял в среднем 50 процентов. Кроме того, содержание кислорода в дымовых газах достигало 7,5%. Все три котла работали с неполной нагрузкой, чтобы удовлетворить пиковую потребность завода в паре в 140 000 фунтов / час. Пиковый и средний уровни спроса постоянно колебались, потому что емкость для очистки картофеля приходилось быстро наполнять, чтобы испарилась влага из картофеля. Повторное использование конденсата было минимальным; в котлы возвращался только конденсат высокого давления из масляных теплообменников.

Первоначальный вывод заключался в том, что эффективность паровой системы можно значительно повысить, установив новые горелки, оборудованные параллельным расположением элементов управления, и добавив систему балансировки кислорода дымовых газов, чтобы уменьшить количество избыточного воздуха, необходимого для качественного сгорания.

В 2002 году, когда было запущено программное обеспечение SSAT, Мойр использовал его для оценки паровой системы завода в Колдуэлле. Модель SSAT показала потенциальную экономию природного газа в размере более 25 000 MMBtu ежегодно, если котлы на предприятии Caldwell могут работать стабильно при уровне кислорода в дымовых газах 3 процента. Это может быть достигнуто путем модернизации устаревших горелок и средств управления, а также путем установки на котлы систем очистки дымовых газов от кислорода, как указано в предыдущем анализе. Кроме того, модель SSAT показала, что модернизация конденсатной системы позволит рекуперировать больше конденсата, что котлы могут работать с 10-процентным избытком воздуха для горения и что только два котла могут выдержать паровую нагрузку на установку.

Реализация проекта
Руководство Simplot решило внедрить рекомендации Steam Engineering, основанные на анализе SSAT, в первую очередь на предприятии в Колдуэлле. Если проект Caldwell окажется успешным, то аналогичные меры будут приняты на других объектах Simplot после оценок на основе SSAT.

Чтобы свести к минимуму простои производства, новые горелки и регуляторы были установлены на двух котлах во время плановых остановов завода. После того, как существующие горелки были демонтированы, перед установкой новых горелок на переднюю часть каждого котла были установлены новые лицевые панели. Затем на каждом котле были установлены новые вентиляторы воздуха для горения, каналы рециркуляции дымовых газов, анализаторы содержания кислорода в дымовых газах и системы управления котлом с системой балансировки кислорода. После того, как все улучшения были завершены, персонал завода смог обеспечить паровую нагрузку на установку, используя меньше пара и природного газа без снижения производства.

Результаты проекта
Проект завода в Колдуэлл значительно повысил эффективность паровой системы завода. Поскольку новые горелки более эффективны и лучше рециркулируют дымовые газы, котлы теперь работают при среднем уровне кислорода в дымовых газах 3 процента или меньше. Пиковая паровая нагрузка электростанции сейчас составляет 110 000 фунтов / час, и два котла могут выдерживать эту нагрузку при избыточном уровне воздуха для горения всего 10 процентов. Проект упростил процесс возврата конденсата, подведя конденсат непосредственно в деаэратор и позволив давлению в деаэраторе оставаться на плаву. Это позволило фабрике достичь 50-процентной степени извлечения конденсата и отключить пять конденсатных насосов.

Проект завода в Колдуэлл сократил годовое потребление природного газа на 52 000 MMBtu (7,5 процента от предыдущего годового потребления), что привело к экономии 279 000 долларов в год. Ежегодная экономия электроэнергии составляет 526 000 кВтч, что означает экономию еще 20 000 долларов США в год, поскольку конденсатные насосы и вытяжной вентилятор третьего котла отключены. Эти изменения также позволяют сэкономить 30 000 долларов США на ежегодных затратах на техническое обслуживание. Общая годовая экономия по проекту составляет 329 000 долларов. Поскольку общая стоимость проекта составила 373 000 долларов, простая окупаемость составляет менее 14 месяцев. Кроме того, производство стало более надежным; с момента завершения проекта об отключениях котлов не поступало.

После завершения проекта руководство Simplot обязало использовать SSAT для оценки паровых систем на всех своих производственных объектах. На сегодняшний день меры по повышению эффективности, основанные на моделировании SSAT, были воспроизведены на восьми других объектах Simplot, в результате чего годовая экономия природного газа составила 176 000 MMBtu. Кроме того, участие Simplot в Инициативе по эффективности пищевой промышленности в западных США (часть Совместной инициативы по развитию государственных технологий) позволило использовать опыт, накопленный в этих усилиях, с другими успешными усилиями по энергоэффективности на благо других компаний пищевой промышленности в западных странах. США.

Рис. 1. Узел всасываемого воздуха

Извлеченные уроки
Использование единой методологии и инструмента для оценки и оптимизации промышленных паровых систем может создать ценные стратегии для повышения производительности этих систем и экономии энергии. На заводе J.R. Simplot в Колдуэлле анализ на основе SSAT подтвердил потенциальную экономию энергии в результате традиционной стратегии оптимизации эффективности паровой системы. Анализ SSAT также выявил дополнительные преимущества этой стратегии.

После успеха проекта компания Simplot увидела в SSAT эффективный инструмент «общего знаменателя» для оценки возможностей улучшения всех паровых систем компании. Поэтому руководство разработало корпоративную политику по институционализации использования SSAT на всех объектах Simplot, использующих пар. На сегодняшний день SSAT использовался на восьми других объектах Simplot, и результаты анализа ежегодно обновляются. Единые инструменты и методики, подобные этой, можно легко применить на любом промышленном предприятии, использующем пар.

Рис. 2. Горелка и корпус горелки

Определение эффективности сгорания
Эффективность сгорания - это мера того, насколько эффективно теплосодержание топлива превращается в полезное тепло. Температура дымовой трубы и содержание кислорода в дымовых газах являются основными показателями эффективности сгорания. Работа котла с оптимальным количеством избыточного воздуха сводит к минимуму потери тепла в дымовой трубе и повышает эффективность сгорания. На практике условия горения редко бывают идеальными; для полного сгорания топлива необходимо подавать дополнительный или «лишний» воздух.

Правильное количество избыточного воздуха определяется путем анализа содержания кислорода в дымовых газах. Недостаточный избыток воздуха приводит к несгореванию топлива, а слишком большой избыток воздуха приводит к потерям тепла, что указывает на более низкую эффективность преобразования топлива котла в пар. Котлы, работающие на природном газе, которые работают эффективно, должны иметь избыток воздуха в 10 процентов. Когда состав топлива или потоки пара сильно изменяются, следует рассмотреть возможность использования системы регулировки кислорода в оперативном режиме. Система регулировки кислорода обеспечивает обратную связь с автоматами горения, чтобы автоматически минимизировать избыточное сгорание

Инструмент оценки системы Steam DOE ITP BestPractices
BestPractices предлагает набор инструментов для оценки и определения возможностей экономии энергии в паровых системах. Основным инструментом, связанным с паром, является Steam System Assessment Tool (SSAT). SSAT - это программный пакет, который позволяет пользователям моделировать различные сценарии улучшения и точно оценивать потенциальную экономию энергии и затрат за счет индивидуальных улучшений паровой системы. Этот и другие программные инструменты, связанные со Steam, можно получить на веб-сайте EERE (www.oit.doe.gov/bestpractices/software_tools.shtml), или их можно заказать в информационном центре EERE по телефону 877-337-3463.

Дополнительную информацию о Программе промышленных технологий Министерства энергетики США можно найти на сайте http://www1.eere.energy.gov.