เครื่องแยกแบบเดแคนเตอร์: คำแนะนำด้านประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

ทำไมมอเตอร์ขนาดใหญ่จึงเป็นเพียงส่วนเล็กน้อยในเรื่องการใช้พลังงาน

เมื่อคุณเดินผ่านเครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบบดีแคนเตอร์ที่กำลังทำงานอยู่ เสียงของมอเตอร์หลักมักจะโดดเด่นที่สุดและสร้างความประทับใจแรก จึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะคิดว่าประสิทธิภาพของมอเตอร์คือจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการสนทนาเรื่องการใช้พลังงาน แต่ในความเป็นจริง ปริมาณกิโลวัตต์-ชั่วโมงที่ใช้ต่อหนึ่งตันของแข็งแห้งที่ผ่านการประมวลผลนั้น ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการที่ไม่มีความเกี่ยวข้องกับค่าประสิทธิภาพที่ระบุไว้บนป้ายชื่อของมอเตอร์เลย ตัวอย่างเช่น ความสูญเสียจากตัวเชื่อมแบบของไหล (fluid coupling losses) การจัดวางระบบขับเคลื่อนสกรูล (scroll drive configuration) การตั้งค่าความลึกของชั้นของเหลว (pool depth settings) รวมถึงคุณภาพของการผสมโพลิเมอร์ก่อนเข้าสู่กระบวนการก็สามารถส่งผลต่อปริมาณพลังงานจำเพาะที่ใช้ได้แต่ละปัจจัยถึงหลายเปอร์เซ็นต์ เมื่อเครื่องทำงานเป็นเวลา 8,000 ชั่วโมงต่อปี ค่าเปอร์เซ็นต์เล็กๆ เหล่านี้จะสะสมจนกลายเป็นเงินจริงและคาร์บอนจริง

ขวดบรรจุสารเคมีสองใบซึ่งมีลักษณะเหมือนกันอย่างสมบูรณ์ วางเรียงเคียงข้างกันภายในอาคารหลังเดียวกัน อาจแสดงค่าการใช้พลังงานต่อตันที่แตกต่างกันถึงร้อยละสิบห้า ช่องว่างดังกล่าวมักไม่เกิดจากข้อบกพร่องในการผลิต แต่เป็นผลจากการสะสมของทางเลือกในการตั้งค่าระบบและการปฏิบัติในการบำรุงรักษาที่มีขนาดเล็ก ซึ่งค่อยๆ ทำให้พลังงานรั่วไหลไปโดยเงียบๆ โดยไม่เคยกระตุ้นสัญญาณเตือนใดๆ เลย

การรั่วไหลอย่างเงียบของตัวเชื่อมแบบของไหล

การติดตั้งเครื่องแยกตะกอนแบบเก่ามักมีการใช้ข้อต่อไฮดรอลิก (fluid coupling) ระหว่างมอเตอร์กับเพลาขับหลัก ข้อต่อนี้ช่วยให้เริ่มเดินเครื่องอย่างนุ่มนวล (soft-start) และป้องกันแรงกระแทกที่เกิดขึ้นอย่างฉับพลัน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ทำให้ข้อต่อนี้ได้รับความนิยมในอดีต ก่อนที่จะมีอุปกรณ์ควบคุมความถี่แปรผัน (variable frequency drives: VFD) ราคาไม่แพง อย่างไรก็ตาม ข้อเสียคือเกิดการสูญเสียกำลังเนื่องจากความแตกต่างของความเร็ว (slip loss) อย่างถาวร แม้ในภาวะคงที่ (steady state) เพลาขับออกก็หมุนช้ากว่าเพลามอเตอร์ประมาณสองถึงสามเปอร์เซ็นต์ และความต่างดังกล่าวจะเปลี่ยนเป็นความร้อนที่ถ่ายเทเข้าสู่น้ำมันไฮดรอลิก สำหรับมอเตอร์ขนาดเก้าสิบกิโลวัตต์ การสูญเสียความเร็วสามเปอร์เซ็นต์หมายถึงพลังงานประมาณ 2.7 กิโลวัตต์ ถูกสูญเสียไปอย่างต่อเนื่องผ่านระบบระบายความร้อนของน้ำมัน ในช่วงเวลาแปดพันชั่วโมง จะสูญเสียพลังงานรวมมากกว่ายี่สิบเอ็ดพันกิโลวัตต์-ชั่วโมง ซึ่งพลังงานเหล่านี้ไม่ถูกส่งไปยังถังหมุน (bowl) เลย การแทนที่ข้อต่อไฮดรอลิกด้วยข้อต่อยืดหยุ่นแบบต่อโดยตรง (direct flexible coupling) พร้อมติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมความถี่แปรผัน (VFD) เพื่อเริ่มเดินเครื่องอย่างนุ่มนวล จะช่วยกำจัดการสูญเสียพลังงานแบบถาวรนี้ได้ แม้ว่า VFD จะก่อให้เกิดการสูญเสียประสิทธิภาพเล็กน้อยโดยทั่วไปประมาณสองเปอร์เซ็นต์ แต่ผลรวมของการประหยัดพลังงานยังคงมีนัยสำคัญอย่างมาก

ระบบที่สามารถหมุนย้อนกลับ (Backdrive Systems) และพลังงานจากการเบรกที่สามารถกู้คืนได้

การขับเคลื่อนแบบสกรู (scroll drive) ใช้พลังงานเพียงส่วนน้อยของมอเตอร์หลัก แต่ทำงานอย่างต่อเนื่อง และรูปแบบการตั้งค่าจะเป็นตัวกำหนดว่า พลังงานที่ใช้ในการควบคุมความเร็วเชิงอนุพันธ์ (differential speed) จะถูกสูญเสียไปหรือสามารถกู้คืนได้ ระบบขับเคลื่อนแบบสกรูไฮดรอลิกแบบดั้งเดิมใช้ปั๊มและมอเตอร์ในการเบรกส่วนสกรูเทียบกับส่วนถัง (bowl) ซึ่งแปลงพลังงานกลให้กลายเป็นความร้อน จากนั้นระบบระบายความร้อนจะปล่อยความร้อนนั้นออกนอกเครื่อง ในทางตรงข้าม ระบบขับย้อนกลับ (backdrive system) ใช้วิธีการที่แตกต่างโดยสิ้นเชิง โดยแทนที่จะปล่อยพลังงานจากการเบรกให้สูญเปล่า ระบบจะเชื่อมต่อกล่องเกียร์ของส่วนสกรูกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรืออินเวอร์เตอร์แบบคืนพลังงาน (regenerative VFD) ซึ่งส่งกระแสไฟฟ้ากลับเข้าสู่ระบบจ่ายไฟของโรงงาน หรือชดเชยการใช้พลังงานของมอเตอร์ขับเคลื่อนหลัก สำหรับการติดตั้งระบบแยกน้ำ (dewatering installations) ที่ใช้ระบบขับย้อนกลับ มีรายงานการประหยัดพลังงานอยู่ในช่วงร้อยละ 10 ถึง 15 เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องแยกแบบเดียวกันที่ใช้ระบบขับเคลื่อนสกรูแบบไฮดรอลิก ระยะเวลาคืนทุนขึ้นอยู่กับอัตราค่าไฟฟ้าในพื้นที่นั้น ๆ แต่ในภูมิภาคที่มีค่าไฟฟ้าสำหรับภาคอุตสาหกรรมสูง ระบบขับย้อนกลับมักคืนทุนได้ภายในสองถึงสามปี

ความลึกของบ่อและการแลกเปลี่ยนพลังงานที่ไม่มีใครพูดถึง

ความลึกของแอ่งของเหลวภายในถังมีผลโดยตรงและมักถูกประเมินต่ำเกินไปต่อการใช้พลังงาน แอ่งที่ลึกขึ้นจะเพิ่มมวลของของเหลวที่มอเตอร์ต้องเร่งให้หมุนด้วยแรงโน้มถ่วงเชิงหน่วย (G-force) ในการทำงาน สำหรับถังที่หมุนด้วยความเร็วสามพันรอบต่อนาที (RPM) ปริมาตรของแอ่งที่เพิ่มขึ้นทุกลิตรจะต้องใช้พลังงานเพิ่มขึ้นอย่างวัดค่าได้ การลดความลึกของแอ่งลงร้อยละสิบสามารถลดภาระการทำงานของมอเตอร์หลักได้ในสัดส่วนที่ใกล้เคียงกัน แต่การดำเนินการดังกล่าวมักทำให้เค้กที่ได้มีความชื้นสูงขึ้นเล็กน้อย การตัดสินใจที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับกระบวนการที่อยู่ต่อเนื่องจากขั้นตอนนี้เป็นหลัก หากเค้กที่ได้ถูกส่งไปยังเครื่องอบความร้อน การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นเล็กน้อยในหน่วยเซนทริฟิวจัลเพื่อลดความชื้นออกไปอีกร้อยละหนึ่งอาจช่วยประหยัดพลังงานได้หลายเท่าในส่วนการใช้ก๊าซธรรมชาติหรือไอน้ำของเครื่องอบ โรงงานที่มองหน่วยเซนทริฟิวจัลและเครื่องอบเป็นระบบที่ผสานรวมกันด้านพลังงานจะสามารถตัดสินใจเรื่องความลึกของแอ่งได้อย่างชาญฉลาดกว่าโรงงานที่ปรับแต่งประสิทธิภาพของแต่ละหน่วยแยกจากกัน

การปรับสภาพของสารป้อนที่เข้ามาด้านต้นทางในฐานะกลไกควบคุมพลังงานด้านปลายน้ำ

วิธีที่ของแข็งเข้าสู่เครื่องแยกแบบเหวี่ยง (decanter) มีผลต่อการใช้พลังงานมากกว่าที่ผู้ปฏิบัติงานหลายคนคิด ของแข็งที่ผ่านกระบวนการฟลอกคูเลชัน (flocculation) อย่างเหมาะสมจะก่อตัวเป็นก้อนรวมที่มีความหนาแน่นสูงและแข็งแรง ซึ่งสามารถปลดปล่อยน้ำออกได้อย่างรวดเร็วแม้ภายใต้แรงเหวี่ยง (G-force) ระดับต่ำ ในทางกลับกัน วัตถุดิบที่ผ่านกระบวนการฟลอกคูเลชันไม่ดีจะต้องใช้ความเร็วของถังหมุนสูงขึ้นและเวลาที่ของแข็งค้างอยู่ในเครื่องนานขึ้น เพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพการแยกที่เทียบเท่ากัน ทั้งนี้ พลังงานที่ใช้ไปกับการผสมโพลิเมอร์ให้เหมาะสมและการให้เวลาเพียงพอสำหรับการพัฒนาของฟลอก (floc maturation) นั้นมีค่าต่ำมากเมื่อเปรียบเทียบกับพลังงานที่สามารถประหยัดได้จากการใช้เครื่องแยกแบบเหวี่ยง โรงงานแปรรูปสารชีวภาพจากตะกอน (biosolids processing facility) แห่งหนึ่งรายงานว่า หลังจากอัปเกรดระบบผสมโพลิเมอร์จากเครื่องผสมแบบคงที่ (static mixer) ธรรมดา เป็นระบบเตรียมโพลิเมอร์แบบอัตโนมัติที่ควบคุมความเข้มข้นและระยะเวลาการพัก (aging) ได้อย่างแม่นยำ พบว่ากำลังไฟฟ้าที่ใช้โดยเครื่องแยกแบบเหวี่ยงลดลงร้อยละสิบสอง ทั้งนี้ ระบบโพลิเมอร์ใช้พลังงานเพิ่มขึ้นสามกิโลวัตต์สำหรับเครื่องผสมและปั๊มจ่ายสาร ส่วนกำลังไฟฟ้าที่ใช้โดยมอเตอร์ขับเคลื่อนหลักของเครื่องแยกแบบเหวี่ยงลดลงสิบเอ็ดกิโลวัตต์ ทำให้เกิดการประหยัดพลังงานสุทธิแปดกิโลวัตต์ ซึ่งเมื่อคำนวณเป็นรายปีภายใต้การดำเนินงานแบบต่อเนื่อง จะส่งผลให้เกิดการลดการใช้พลังงานโดยรวมอย่างมีนัยสำคัญ

นิสัยการบำรุงรักษาที่ทำให้พลังงานรั่วไหลออกไป

ประสิทธิภาพด้านพลังงานจะลดลงอย่างเงียบๆ เมื่อการบำรุงรักษาย่ำแย่ลง ใบพัดแบบสกรูที่สึกหรอจะเพิ่มแรงบิดที่จำเป็นในการลำเลียงของแข็ง ตลับลูกปืนที่เริ่มเสื่อมสภาพจะเพิ่มแรงต้านจากความฝืดซึ่งค่อยๆ เพิ่มขึ้นทุกเดือน ชุดสายพานแบบ V ที่ยืดออกและสูญเสียแรงตึงอาจเกิดการลื่นไถลโดยไม่สามารถสังเกตเห็นได้ ทำให้ประสิทธิภาพของการขับเคลื่อนลดลงหลายเปอร์เซ็นต์ก่อนที่ผู้ใดจะสังเกตเห็น การตรวจสอบการสั่นสะเทือนตามปกติและการวัดอุณหภูมิด้วยกล้องเทอร์โมกราฟีเป็นระยะๆ บริเวณที่รองรับตลับลูกปืน สามารถตรวจจับแนวโน้มเหล่านี้ได้ตั้งแต่เนิ่นๆ โดยการแก้ไขยังคงเป็นเพียงการเปลี่ยนชิ้นส่วนเท่านั้น ไม่ใช่การซ่อมแซมฉุกเฉิน โรงงานที่ติดตามการใช้พลังงานเฉพาะ (Specific Energy Consumption) เป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลักสำหรับเครื่องเหวี่ยงเหวี่ยง (centrifuges) มักจะสังเกตเห็นแนวโน้มการเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ได้นานก่อนที่ปัญหาจะปรากฏชัดในกระบวนการผลิต

ประสิทธิภาพในฐานะแนวทางปฏิบัติเชิงระบบ ไม่ใช่การซื้อชิ้นส่วนเพียงอย่างเดียว

การได้ประสิทธิภาพด้านพลังงานสูงสุดจากเครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบบเดแคนเตอร์นั้นขึ้นอยู่กับการปรับแต่งและบำรุงรักษาชุดระบบขับเคลื่อนทั้งหมด การตั้งค่ากระบวนการ และระบบที่อยู่ก่อนหน้ามากกว่าการเลือกซื้อมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นพิเศษ ปัจจัยต่าง ๆ เช่น ตัวเชื่อมต่อแบบของไหล (fluid couplings) ระบบขับเคลื่อนสกรู (scroll drives) ความลึกของบ่อเก็บของเหลว (pool depth) การเตรียมโพลิเมอร์ (polymer preparation) และสภาพของตลับลูกปืน (bearing condition) ล้วนเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อค่าการใช้พลังงานเป็นกิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อตัน ผู้จัดจำหน่ายที่เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างปัจจัยเหล่านี้อย่างลึกซึ้ง และสามารถให้คำแนะนำที่ก้าวไกลออกไปจากเพียงแค่ข้อกำหนดด้านขนาดของอุปกรณ์ จะสร้างมูลค่าเพิ่มที่สะท้อนออกมาอย่างชัดเจนในค่าสาธารณูปโภคประจำเดือน เครื่องเหวี่ยงเหวี่ยงแบรนด์ HuaDa ทำงานร่วมกับผู้ปฏิบัติงานเพื่อประเมินการจัดวางระบบขับเคลื่อนและการตั้งค่ากระบวนการที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับสภาวะการปฏิบัติงานจริง สนับสนุนความพยายามในการลดการใช้พลังงานจำเพาะตลอดอายุการใช้งานของเครื่อง สำหรับโรงงานที่ต้นทุนด้านพลังงานมีสัดส่วนเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในงบประมาณการดำเนินงาน การให้การสนับสนุนในระดับการประยุกต์ใช้งานเช่นนี้สามารถสร้างความแตกต่างที่วัดผลได้จริง