Koncepty zpětného získávání tepla od společnosti AERZEN
Udržitelnost a účinnost jsou v průmyslu nezbytné. V současnosti se bezpochyby řadí mezi nejdůležitější výzvy, kterým čelí výrobci a provozovatelé systémů. Výroba procesního vzduchu však ve své podstatě vyžaduje relativně velké množství energie. V procesu se uvolňuje velké množství tepelné energie, známé jako procesní teplo. Vzniká nejen ve vyráběném proudu vzduchu, ale také pod protihlukovým krytem v důsledku tepelných ztrát z motoru, tlumiče a kompresoru. V minulosti se využívalo jen zřídkakdy.
Jako výrobce vysoce výkonných kompresorů společnost AERZEN dlouhodobě vyvíjí inovativní řešení, která umožňují tuto tepelnou energii prakticky využívat. Společnost proto nabízí provozovatelům zařízení špičkovou techniku stlačeného vzduchu a systémy správné velikosti pro zpětné získávání tepla z jediného zdroje
Možné úspory, které by mohly vzniknout instalací systému zpětného získávání tepla, jsou obrovské: až 85 procent tepelné energie lze snadno použít pro jiné činnosti, jako je ohřev vody, sušicí procesy nebo předehřívání vzduchu pro hořák. Tím se zabrání ztrátám energie, jako jsou ztráty způsobené vypouštěním ohřátého vzduchu ven. Zpětné získávání tepla proto znamená cílené zachování energie šetřící zdroje.
Investiční náklady na systém zpětného získávání tepla jsou relativně nízké a rychle se kompenzují úsporami energie. Také starší zařízení lze dovybavit a optimalizovat, aniž by se vynaložilo mnoho času a peněz. Společnost AERZEN vám ráda pomůže se zavedením individuálních řešení. Zpětné získávání tepla lze provádět pro širokou řadu procesů a použití:
- Zásobování systémů ústředního topení
- Ohřev teplým vzduchem
- Vysoušení kalu
- Teplý vzduch pro zpracovatelské činnosti (např. sušicí procesy ve výrobě)
- Výroba teplé vody pro sprchy a umývárny
- Ohřev užitkové vody pro kavárny
- Konstrukce tepelných brzd
- Ohřev bazénů.
Cílem každého návrháře zařízení je snížit náklady tím, že umožní co nejefektivnější využití energie v procesu. V oblasti výroby stlačeného vzduchu je zpětné získávání tepla jednoduchým způsobem, jak čelit této výzvě. Chceme-li pochopit, proč pracující kompresor vytváří tepelnou energii a jak tuto energii lze využít, musíme se podívat na provozní princip vzduchového kompresoru:
The investment costs for a heat recovery system are relatively low and are quickly compensated for by the energy savings. Older plants as well can be retrofitted and optimised without spending a lot of time and money. AERZEN is happy to help you implement individual solutions. Heat recovery can be implemented for a broad range of processes and uses:
- Supplying central heating systems
- Warm-air heating
- Sludge drying
- Warm air for processing tasks (e.g. drying processes in production)
- Producing hot water for showers and washrooms
- Heating service water for cafeterias
- Constructing thermal brakes
- Heating swimming pools.
The goal of every plant designer is to reduce costs by making the most efficient use possible of the energy introduced into a process. In the area of compressed air production, heat recovery is a simple way of meeting this challenge. To understand why a working compressor generates heat energy and how that energy can be used, it is useful to look at the operating principle of an air compressor:
Provozní princip kompresorů: Zdroje tepla a možnosti pro zpětné získávání tepla
Velké množství odpadního tepla vznikajícího při výrobě stlačeného vzduchu neříká nic o účinnosti stroje. Jedná se o vedlejší produkt, který nezbytně vzniká při výrobě procesního vzduchu. Provozovatelé zařízení dlouho nevěděli o obrovském energetickém potenciálu v něm obsaženém. Teplo zpravidla vzniká dvěma různými způsoby: jednak z komprese média sestavou a jednak odpadním teplem (chladicí vzduch) z elektromotoru, stupně a tlumiče a výstupního vzduchu z chladiče oleje.
Komprese
Stroje jako šroubové kompresory a dmychadla s rotačním pístem stlačují nasávaný okolní vzduch pomocí šroubů nebo rotačních pístů. Tato forma stlačování vzduchu je termodynamický proces, který zahřívá nasávané médium, například vzduch nebo plyn. Z fyzikálního hlediska proces přeměňuje elektrickou energii na tepelnou. Při použití kompresorů může procesní plyn dosáhnout teploty až 280 °C.
Logickým přístupem k rekuperaci tepla z procesního vzduchu je použití výměníků tepla. Když jsou výměníky tepla integrovány do proudu vzduchu, může jimi protékat médium, jako je voda, a může být zahříváno na přednastavenou teplotu, přičemž se z proudu vzduchu zároveň odstraňuje teplo. Ohřátá voda může být znovu použita jako procesní nebo servisní voda nebo ji lze vést do systému ústředního topení. Společnost AERZEN nabízí přesně dimenzované výměníky tepla pro tento účel, které převádějí maximální množství přenositelného tepla s minimální ztrátou tlaku.
Chladicí vzduch (vyzařování tepla)
Další tepelná energie vzniká pod protihlukovým krytem sestavy vyzařováním z motoru, chladiče oleje, kompresorového stupně, rotačního pístového stupně, potrubí a tlumiče. I tento silně ohřátý chladicí vzduch lze využít prakticky. Teplo může být konsolidováno v odpadních vzduchových kanálech integrovaných do sestavy a přepravováno jako topný vzduch do sousedních místností nebo dílen. Proudění vzduchu může regulovat výstup řízený teplotou, čímž se dosáhne rovnoměrné okolní teploty. Pokud není vyžadován ohřev, například v létě, může být nadměrné teplo odváděno ven.
Heat recovery in wastewater treatment
Wastewater treatment is a core sector of Aerzener Maschinenfabrik. The family-owned company is a global player in this area and is continuously developing resource-saving and environmentally friendly all-in-one solutions for customers all around the world. This includes not only the selection of ‘custom-fit’, optimal machine technology, but also concepts for recovering heat. In wastewater treatment plants, the assemblies are normally used to aerate the aeration tanks. In the process, an airflow with a pressure of approx. 1 bar is generated by AERZEN positive displacement blowers, turbo blowers and compressors working jointly or as individual assemblies. The airflow is pumped into the aeration tanks (the ‘biology’ of the plant). The oxygen contained in the air plays a decisive role in an important step in the process: biological sewage treatment.
Measured in terms of the total energy costs for a wastewater treatment plant, airflow generation naturally accounts for the largest percentage. The potential for savings in this area is therefore especially high. The possibilities are vast: just one compressor with a rating of 22 kW can meet the heating needs of a single-family home.
Aerzener Maschinenfabrik’s many success stories show how the energy balance of a wastewater treatment plant can be markedly improved by implementing heat recovery solutions and choosing the optimal machine technology for each application. You can find several examples here:
Accordion
Další příklad vysoce účinného využití tepla realizovaného ve spolupráci se společností AERZEN lze nalézt v čistírně odpadních vod Essen-Kupferdreh. Čistírna používá čtyři dmychadla s rotačním pístem k přivádění vzduchu do provzdušňovacích nádrží. Díky instalaci tepelného výměníku se svazkem trubek nyní čistírna prakticky a efektivně využívá odpadní teplo z dmychadel. Energie převedená ze součástí nyní dodává tepelnou energii do topného systému a vyrovnávací nádrže na teplou vodu. Výsledné úspory jsou ohromné: samotné zpětné získávání tepla umožňuje čistírně Essen-Kupferdreh ušetřit více než 30'000 eur ročně.
V čistírně odpadních vod Wertach v Bavorsku bylo díky použití výměníku tepla možné upustit od instalace nového hořáku na ohřev vody v kotli. Pro základní zatížení jsou ve Wertachu použita dvě dmychadla Delta Blower s fixními otáčkami. Když jsou požadavky vyšší, například v sezóně, kdy dochází k návštěvě velkého množství turistů a lyžařů, aktivuje se třetí dmychadlo s proměnnými otáčkami.
Vzduch teplý 68 °C generovaný procesem komprese se zchlazuje na teplotu nižší než 30 °C deskovým výměníkem tepla vzduch-voda. Výsledný teplotní rozdíl téměř 40 °C lze proto využít k ohřevu vody v kotli topného systému. Výměník tepla integrovaný do systému je vybaven profily optimalizovanými pro průtok a nezpůsobuje téměř žádné tlakové ztráty v průtoku procesního vzduchu.
Pokud není zapotřebí ohřev (např. v létě), snadno se vypne. Mechanický ventil v potrubí umožňuje, aby byla část nebo veškerý vzduch směrován přímo do provzdušňovacích nádrží místo přes výměník tepla, čímž je vždy umožněno řízení založené na odběru a zpětné získávání tepla. Ve Wertachu zpětné získávání tepla pomohlo ušetřit zhruba 1 850 litrů topné nafty za rok. Více informací o tomto tématu naleznete v článku s názvem „Efektivní vytápění ztrátovým teplem“ v našem zákaznickém časopisu.
Aby se v čistírně odpadních vod Filderstadt-Bonlanden, která byla postavena v 60. letech v německé spolkové zemi Bádensko-Württembersko, vyhovělo přísným požadavkům na životní prostředí, byly čtyři kompresory s rotačním pístem Delta Hybrid v rámci projektu modernizace a renovace ve spolupráci se společností AERZEN vybaveny systémem rekuperace tepla.
Kombinace sestav zajišťuje 100% čistý stlačený vzduch bez oleje a absorpčních látek pro provzdušňování provzdušňovacích nádrží vysoce energeticky efektivním způsobem. Provoz bez oleje a absorpčních látek znamená nejen úspory na servis a údržbu, ale rovněž zvyšuje procesní spolehlivost čistírny. Jakmile byla modernizační opatření dokončena, systém začal cirkulovat strojem zahřátý okolní vzduch přes odsávací systém a používat jej k vytápění dalších technických místností.
Ale největších úspor bylo dosaženo osazením výměníku tepla se svazkem trubek do hlavního potrubí systému. Ve výsledku je možné zcela eliminovat náklady na ohřev vody. Více informací o rekuperaci tepla v čistírně Filderstadt-Bonlanden se můžete dočíst v našem zákaznickém časopisu v článku nazvaném „Každý kilowatt je optimálně využíván“.
Heat recovery in pneumatic conveying
Pneumatic conveying involves the transport of bulk goods such as flour, powder, sand or cement with the help of air. It is used in many industries, such as food processing, bulk goods, chemicals and materials. To create the required airflow, AERZEN compressors, blowers and rotary lobe compressors are often used. Very high outlet air temperatures can be achieved in the process.
The ambient air, which usually has a temperature of approx. 20°C, is sucked in and can reach temperatures of up to 280°C due to the compression process, for example, in an application involving screw compressors. To prevent the transported bulk goods from being damaged by the high temperatures, the process air often has to be cooled back down. The heat can be removed from the compressed air with the help of a heat exchanger and used for heating, water heating or process heat. Depending on the design, the pressure loss caused by the installation of a heat exchanger is 1-3% in relation to the absolute intake pressure in the aftercooler. The resulting increase in the drive output of the motor is nominal compared to the amount of energy saved by the heat exchanger.
Kdy se vyplatí získávat teplo zpět?
Před rozhodnutím o pořízení řešení pro zpětné získávání tepla je třeba zvážit několik faktorů.
Začít je třeba s kontrolou strukturálních podmínek. Pokud jsou příliš daleko od sebe, měly by plány zohlednit energetické ztráty způsobené dopravou a vyšší náklady na potrubí. Pokud přeprava nebo skladování tepla vyžaduje velké úsilí, je třeba počítat s vyššími investičními náklady. Kromě toho musí být mezi zdrojem odpadního tepla a chladičem rozdíl Δ T alespoň 5–10 k, aby se zařízení na zpětné získávání tepla vyplatilo.
Obecně lze říci, že zpětné získávání tepla je zvláště výhodné, když se používá s velkými sestavami a neustále probíhajícími výrobní procesy. Systém zpětného získávání tepla se ale může vyplatit také v případech, kdy je odpadní teplo nižší, ale pracovní zátěž vyšší. V zásadě je zpětné získávání tepla tím výhodnější, čím déle zůstávají soustavy v nepřetržitém provozu.
Shrnutí
Velké množství energie potřebné k výrobě stlačeného vzduchu lze získat zpět a využít různými způsoby. Díky technologiím a odborným znalostem společnosti AERZEN lze navrhnout nové projekty v oblastech čištění odpadních vod a pneumatického dopravování k využití tepelné energie pro vytápění místností, hal nebo ohřev vody (procesní nebo užitková voda) nebo pro kroky ve výrobním procesu. Je možná celá řada aplikací.
Stávající zařízení lze rovněž modernizovat pomocí jednoduchých prostředků, které zvýší jejich účinnost. V této oblasti nabízí společnost AERZEN svým zákazníkům široké portfolio služeb, například 24hodinovou telefonní informační službu, diagnostiku strojů a AERaudit, ve kterém zaměstnanci servisu vyvinou plán na modernizaci zařízení.
A s pomocí kalkulátoru větrání místnosti společnosti AERZENsi mohou inženýři a majitelé čistíren odpadních vod sami najít pro svůj závod vhodně navržený výměník tepla.
