Пути выхода из энергетического кризиса

Выход из энергетического кризиса должен сопровождаться последовательной реализацией всех потенциалов экономии. Это требует большой самоотдачи и сотрудничества с компаниями, предлагающими решения, которые позволяют смягчить экстремальный рост цен на газ и электроэнергию, даже в краткосрочной перспективе.

В поисках потенциальной экономии сжатый воздух, необходимый для промышленности, всегда стоит на первом месте, поскольку этот вид энергии производится самими компаниями, поэтому на его стоимость можно влиять напрямую.

И поскольку «дьявол кроется в деталях» в прямом смысле этого слова, необходимы специалисты на различных уровнях — от производства до подготовки и распределения до требуемого качества сжатого воздуха в точке потребления. Например, Donaldson, как одному из ведущих производителей фильтров, удалось сэкономить 460 000 кВт-ч электроэнергии в 2021 финансовом году за счет целенаправленных действий по поставке сжатого воздуха на своих американских заводах (источник: Отчет об устойчивом развитии Дональдсона, 2021 финансовый год). Усилия по экономии традиционно сосредоточены на компрессорах сжатого воздуха. Их потребление электроэнергии легко измерить, а технологическое развитие компрессоров и средств их управления, похоже, достигло своего предела в отношении соответствующих принципов проектирования с точки зрения снижения спроса на электроэнергию.

Итак, с чего же начать, если в хорошо спроектированной сети сжатого воздуха (рис. 1) практикуется современная генерация, данные записываются в цифровом виде, а также успешно ведется борьба с утечками?

Предотвращение потерь давления — это постоянная задача и один из самых эффективных регулировочных винтов на пути к повышению энергоэффективности. И технология фильтрации играет в этом решающую роль. Даже улучшенная фильтрация всасываемого воздуха (рис. 2) влияет на компоненты фильтра ниже по потоку (рис. 3) во время процесса сжатия и, следовательно, также на очистку сжатого воздуха. Пока энергоноситель «сжатый воздух» достигнет исполнительных механизмов, пневматических элементов управления и, во многих областях применения, своей задачи в качестве технологического воздуха, можно предположить наличие минимум от шести до нескольких сотен специфических фильтров. А каждая производительность фильтрации означает потерю давления, которая компенсируется более высокими требованиями к энергии компрессоров.

Поэтому нельзя недооценивать влияние технологии фильтрации на потребность в энергии. Исследования и разработки компании Donaldson уже на ранней стадии признали, что взаимодействие эффективности фильтрации и перепада давления может быть спроектировано через структуру фильтрующего материала таким образом, чтобы достичь значительного потенциала энергосбережения.

Факторы успеха технологии UltraPleat™...

Технология фильтрации UltraPleat (рис. 4) использует новую структуру высокотехнологичных волокон с покрытием, которые перерабатываются в гофрированную фильтрующую среду с высокой эффективностью разделения жидких частиц и большой абсорбционной способностью для твердых частиц. Многослойная структура нового фильтрующего материала была разработана для обеспечения оптимальных флюидных условий и, в то же время, площади поверхности фильтра, которая более чем на 400% больше, чем у намотанного фильтрующего материала.

Для отделения масляных аэрозолей достигается эффективность ≥ 99,9 % в соответствии с ISO 12500-1:2007. Данные о производительности фильтра в соответствии с ISO 12500-1 и ISO 12500-3:2009 также были подтверждены независимым институтом энергетических и экологических исследований. Тот факт, что удалось достичь такой высокой производительности фильтрации при одновременном снижении перепада давления еще на 50%, подчеркивает успешное развитие этой технологии фильтрации для повышения энергоэффективности и экономии ресурсов (рис. 5). Простой пример расчета показывает большое экономическое преимущество этой технологии: Дифференциальное давление, которое всего на 300 мбар ниже в течение 8000 часов работы, экономит около € 4700 на каждый фильтр UltraPleat в год (давление в сети 7 бар, установленная мощность компрессора 110 кВт, € 0,18/кВтч).

... и оптимизированные по расходу корпуса фильтров с экономайзером

Высокая эффективность инновационных фильтрующих элементов полностью используется в оптимизированных по потоку корпусах фильтров. Однако предпосылкой для этого является постоянный контроль перепада давления в течение всего срока службы коалесцирующих или сажевых фильтрующих элементов. Их следует заменять, когда энергетические затраты на увеличение перепада давления за счет производительности фильтрации достигают инвестиционных затрат на новый фильтрующий элемент. Указание наиболее экономичного времени замены обеспечивается в стандартном исполнении экономайзером или экономайзером (рис. 6), который непрерывно измеряет перепад давления. Встроенный микропроцессор оценивает измеренные данные и сравнивает растущие затраты на электроэнергию из-за потери давления с затратами на новый фильтрующий элемент. Наиболее экономичное время замены, рассчитанное таким образом, указывается светодиодами и — если позволяют требования к цифровому управлению и техническому обслуживанию — передается в систему управления более высокого уровня станции сжатого воздуха.

Большие объемы потоков требуют индивидуальных решений

Для больших объемных потоков сжатого воздуха, требующих индивидуальных решений с адаптированными к применению корпусами (рис. 7), возникает вопрос, можно ли «масштабировать» результаты измерений стандартной серии DF-UltraPleat. Вольфганг Бонгартц, инженерный менеджер компании Donaldson в Хаане, объясняет: «Поскольку испытательные стенды для фильтров большой емкости были доступны в независимых институтах, у нас есть надежная база данных. Структура фильтров была оптимизирована для различных марок фильтров. Благодаря валидации новых элементов в соответствии с ISO 12500-1 и 12500-3 обеспечивается полная сопоставимость эксплуатационных данных. Для пользователя это означает длительный срок службы фильтрующего элемента со стабильно низким перепадом давления - решающий параметр для экономии энергии ».

Экстраполированный на многие миллионы фильтров сжатого воздуха, используемых во всем мире, это фактор снижения загрязнения CO2, который не следует недооценивать, и «зеленое электричество» также не предоставляется бесплатно (рис. 8).

Как сушилки достигают высокой производительности при экономии энергии

Только сложная технология фильтрации может обеспечить необходимое осушение сжатого воздуха вплоть до стерильной фильтрации в месте потребления. В концепциях обработки, адаптированных к применению, которые соответствуют требованиям ISO 8573-1:2010 с классами качества 1-2:1-2:1-2 и 0, используются сушильные системы, оснащенные энергосберегающими фильтрами UltraPleat (рис. 9).

Для экономичного использования адсорбционных осушителей выбор процесса регенерации с учетом условий эксплуатации имеет решающее значение. Если тепло компрессора доступно, его можно экономично использовать для регенерации в так называемом процессе теплоты сжатия (HOC). Время цикла здесь составляет 3,5–5,5 часа. При наличии технологического тепла возможно дальнейшее улучшение энергетического баланса.

Для обеспечения высокого качества сжатого воздуха в месте потребления

Если, например, особо высокое качество сжатого воздуха, соответствующее классам качества сжатого воздуха согласно ISO 8573-1:2010, требуется не для всех потребителей, это влияет на конструкцию централизованной подготовки и сети сжатого воздуха. Высококачественные уровни могут быть достигнуты более экономично в точке потребления с помощью системы очистки Ultrapac™ Smart (рис. 10). Имеется десять типоразмеров с номинальным расходом от 5 до 100 м³/ч. Встроенный предварительный фильтр UltraPleat™ задерживает твердые частицы и взвешенные вещества, а также жидкие аэрозоли (масло/вода). Адсорбционная ступень осушителя адсорбирует влагу до точки росы -70 °C при номинальной нагрузке 70 % (стандартная -40 °C). На заключительной стадии оставшиеся твердые частицы размером до 0,01 мкм удерживаются во встроенном дофильтре UltraPleat.

Заключение

На пути к климатически нейтральному производству фильтрация сжатого воздуха и газов является фактором, на который можно оказать положительное влияние. Благодаря инновационным фильтрующим материалам и оптимизированным для потока корпусам фильтров можно реализовать высокий потенциал энергосбережения. При использовании только одного энергосберегающего фильтра последнего поколения затраты на электроэнергию можно сократить примерно на 4700,00 евро в год при цене электроэнергии 0,18 евро/кВтч. В связи с высокой потребностью в сжатом воздухе это особенно актуально для обрабатывающей промышленности. Сотни тысяч фильтров используются по всему миру для создания высокого качества сжатого воздуха, требуемого ISO 8573-1:2010, с классами качества 1-2:1-2, а также 0. - Замечательный фактор снижения загрязнения CO2!