Oddzielacz: Wskazówki dotyczące efektywności energetycznej

Dlaczego duży silnik stanowi jedynie niewielką część historii zużycia energii

Przechodząc obok pracującego ośrodka odśrodkowego, dominującą wrażenie wywołuje dźwięk głównego silnika. Naturalne jest założenie, że sprawność silnika to punkt wyjścia i zakończenia całej dyskusji na temat zużycia energii. W rzeczywistości liczba kilowatogodzin zużytych na tonę suchych substancji przetwarzanych kształtuje się w wyniku szeregu decyzji, które nie mają nic wspólnego z danymi technicznymi silnika podanymi na tabliczce znamionowej. Straty w sprzęgle cieczowym, konfiguracja napędu ślimaka, ustawienia głębokości warstwy cieczy oraz nawet jakość mieszania polimeru w procesie poprzedzającym mogą wpływać na specyficzne zużycie energii o kilka punktów procentowych. Gdy urządzenie pracuje 8000 godzin rocznie, te punkty procentowe kumulują się w istotne kwoty pieniężne i rzeczywiste emisje dwutlenku węgla.

Dwa identyczne odparaczniki ustawione obok siebie w tym samym budynku mogą wykazywać różnicę zużycia mocy wynoszącą nawet piętnaście procent na tonę. Różnica ta rzadko wynika z wady produkcyjnej. Jest to skumulowany efekt drobnych decyzji dotyczących konfiguracji oraz zwyczajów eksploatacyjnych, które cicho zużywają energię, nie wyzwalając nigdy żadnego alarmu.

Cichy odpływ w sprzęgłach cieczowych

Starsze instalacje oddzielaczy często zawierają sprzęgło cieczowe między silnikiem a głównym wałem napędowym. Sprzęgło to zapewnia funkcję łagodnego rozruchu oraz ochronę przed obciążeniami udarowymi – cechy, które sprawiły, że było ono popularne w czasach, gdy tanie przemienniki częstotliwości nie były jeszcze powszechnie dostępne. Wadą sprzęgła cieczowego jest stała utrata mocy spowodowana poślizgiem. Nawet w stanie ustalonym wał wyjściowy obraca się o 2–3% wolniej niż wał silnika, a różnica ta rozprasza się w postaci ciepła w oleju hydraulicznym. W przypadku silnika o mocy 90 kW poślizg wynoszący 3% oznacza ciągłą utratę ok. 2,7 kW mocy, która trafia do chłodnicy oleju. Przez 8000 godzin pracy oznacza to ponad 21 000 kWh energii elektrycznej, która nigdy nie dociera do bębna. Zastąpienie sprzęgła cieczowego bezpośrednim sprzęglem elastycznym oraz zastosowanie przemiennika częstotliwości (VFD) do łagodnego rozruchu eliminuje tę stałą utratę mocy. Przemiennik częstotliwości wprowadza własną niewielką utratę sprawności, zwykle na poziomie ok. 2%, ale całkowity zysk pozostaje znaczny.

Systemy napędu odwrotnego i energia hamowania, którą można odzyskać

Napęd śrubowy zużywa jedynie niewielką część mocy głównego silnika, ale działa on ciągle, a jego konfiguracja decyduje o tym, czy energia wykorzystywana do sterowania różnicą prędkości jest tracona, czy odzyskiwana. Tradycyjny hydrauliczny napęd śrubowy wykorzystuje pompę i silnik do hamowania śruby względem korpusu, przekształcając energię mechaniczną w ciepło, które następnie jest odprowadzane przez chłodnicę. System napędu odwrotnego (backdrive) stosuje zasadniczo odmienną metodę. Zamiast rozpraszać energię hamowania, łączy przekładnię śruby z generatorem lub regeneracyjnym przemiennikiem częstotliwości (VFD), który oddaje wytworzoną energię elektryczną do sieci zakładu lub kompensuje zużycie energii przez główny napęd. Instalacje odwadniające wyposażone w systemy napędu odwrotnego osiągnęły potwierdzone oszczędności energii w zakresie od 10 do 15% w porównaniu z identycznym dekantatorem wyposażonym w hydrauliczny napęd śrubowy. Okres zwrotu inwestycji zależy od lokalnych stawek za energię elektryczną, jednak w regionach o wysokich kosztach przemysłowego zasilania elektrycznego system napędu odwrotnego zwykle uzasadnia się już po upływie dwóch–trzech lat.

Głębokość zbiornika i kompromis energetyczny, o którym nikt nie mówi

Głębokość cieczowego zbiornika wewnątrz misy ma bezpośredni i często niedoszacowany wpływ na zużycie energii. Większa głębokość zbiornika zwiększa masę cieczy, którą silnik musi przyspieszyć do roboczej siły odśrodkowej (G-force). Dla misy wirującej z prędkością trzech tysięcy obr./min każdy dodatkowy litr objętości zbiornika wymaga mierzalnego przyrostu energii. Zmniejszenie głębokości zbiornika o dziesięć procent może obniżyć obciążenie głównego silnika w podobnym stopniu, lecz zwykle prowadzi to do otrzymania nieco bardziej wilgotnego ciasta. Odpowiednia decyzja zależy całkowicie od tego, co znajduje się w dalszej części linii technologicznej. Jeśli ciasto jest podawane do suszarki termicznej, wydatkowanie niewielkiej dodatkowej ilości kilowatogodzin w wirówce w celu usunięcia kolejnego punktu procentowego wilgoci może zaoszczędzić wielokrotnie więcej energii w postaci gazu ziemnego lub pary w suszarce. Zakład, który traktuje wirówkę i suszarkę jako jeden zintegrowany system energetyczny, podejmuje bardziej uzasadnione decyzje dotyczące głębokości zbiornika niż zakład, który optymalizuje każdą z tych jednostek oddzielnie.

Kondycjonowanie dopływającej zawiesiny jako czynnik wpływający na zużycie energii w dalszej części procesu

Sposób, w jaki stałe substancje wprowadzane są do dekantatora, ma większy wpływ na zużycie energii, niż wiele osób zakładających ten proces zdaje sobie sprawę. Dobrze flokulowane stałe tworzą silne, gęste agregaty, które szybko uwalniają wodę przy stosunkowo niskich siłach odśrodkowych (G). Źle flokulowane materiały wejściowe wymagają wyższych prędkości obrotowych wiadra oraz dłuższego czasu przebywania w urządzeniu, aby osiągnąć taką samą skuteczność separacji. Energia zużyta na prawidłowe mieszanie polimeru oraz zapewnienie wystarczającego czasu dojrzewania floczków jest znikoma w porównaniu z energią, jaką można zaoszczędzić w dekantatorze. W jednym z zakładów przetwarzających osady biologiczne po modernizacji systemu przygotowania polimeru – z prostego mieszacza statycznego na zautomatyzowany system przygotowania polimeru umożliwiający precyzyjną kontrolę stężenia i czasu dojrzewania – odnotowano dwunastoprocentowe zmniejszenie poboru mocy dekantatora. Sam system polimerowy pobierał dodatkowo trzy kilowaty mocy na potrzeby swojego mieszacza i pomp dozujących, podczas gdy zużycie mocy przez główny napęd dekantatora zmniejszyło się o jedenastokilowatowe. Otrzymana netto oszczędność wyniosła osiem kilowatów; przy ciągłej eksploatacji przekładająca się na znaczne roczne oszczędności.

Nawyki konserwacyjne powodujące utratę energii

Sprawność energetyczna ulega stopniowemu pogorszeniu, gdy konserwacja jest zaniedbywana. Zużyte śruby transportowe zwiększają moment obrotowy potrzebny do przesuwania ciał stałych. Łożyska, które zaczynają się zużywać, dodają oporu tarcia, który rośnie z miesiąca na miesiąc. Zestaw klinowych pasków napędowych, który rozciągnął się i stracił napięcie, może niezauważalnie poślizgiwać się, obniżając sprawność napędu o kilka procent jeszcze przed tym, jak ktoś to zauważy. Codzienne monitorowanie drgań oraz okresowa termografia obudów łożysk pozwalają wykryć te tendencje wczesnym etapie, umożliwiając proste wymiany komponentów zamiast awaryjnych napraw. Zakłady, które śledzą zużycie energii jako kluczowy wskaźnik efektywności swoich wirówek, często zauważają stopniowy wzrost tego parametru znacznie wcześniej niż stanie się on widocznym problemem procesowym.

Sprawność energetyczna jako praktyka systemowa, a nie zakup pojedynczego komponentu

Uzyskanie najlepszej wydajności energetycznej z odcinacza odśrodkowego zależy mniej od zakupu silnika o wysokiej sprawności i bardziej od konfiguracji oraz konserwacji całego układu napędowego, ustawień procesowych i systemów wstępnych. Łączki hydrauliczne, napędy ślimaka, głębokość zbiornika, przygotowanie polimeru oraz stan łożysk to wszystkie czynniki wpływające na zużycie kilowatogodzin na tonę. Dostawca, który rozumie te wzajemne zależności i udziela wsparcia wykraczającego poza same wymiary urządzenia, przekazuje wartość mierzalną w postaci miesięcznych rachunków za energię. Odcinacz odśrodkowy HuaDa współpracuje z operatorami w celu oceny konfiguracji napędu oraz ustawień procesowych dostosowanych do rzeczywistych warunków eksploatacji, wspierając działania mające na celu obniżenie specyficznego zużycia energii w całym okresie użytkowania maszyny. Dla zakładów, w których koszty energii stanowią rosnącą część budżetu operacyjnego, tego typu wsparcie na poziomie aplikacji może przynieść mierzalne korzyści.