en
Эл. почта: mail@1-engineer.ru
Центральный офис: Московская область, г. Химки ул. Ленинградская, стр. 25
Главная > Статьи > Вторичные ресурсы: как снизить энергопотребление пищевых производств
16 октября 2019

Вторичные ресурсы: как снизить энергопотребление пищевых производств

По оценкам Международного энергетического агентства энергопотребление во многих отраслях пищевой промышленности избыточно: к примеру, молочная промышленность в целом потребляет на 50% больше энергии, чем реально нуждается. Основные потребители энергии как тепловой, так и электрической на пищевом производстве — процессы нагрева и охлаждения. Первые используют пар, горячую воду или дымовые газы, полученные при сжигании топлива. Вторые связаны со значительным потреблением электроэнергии для обеспечения работы парокомпрессионных холодильных машин.

О том, с чего начать тем предприятиям, которые хотят сократить энергопотребление и повысить конкурентоспособность в пищевой индустрии, — эта статья.

Вторичный пар образуется из горячего конденсата при уменьшении давления. Даже вода, находящаяся при температуре окружающей среды 20°С, вскипит, если давление понизить достаточно сильно. При температуре 170°С вода кипит при любом давлении ниже 6,9 бари. Пар, образующийся в процессе мгновенного вскипания воды при понижении давления, можно использовать не менее эффективно, чем пар, вырабатываемый котлом.

Конденсат отводится от паропотребляющего оборудования при помощи конденсатоотводчиков; при этом он переходит из области высокого давления в область более низкого давления, существующего в конденсатной магистрали. В результате падения давления часть  конденсата снова испаряется, превращаясь в пар вторичного вскипания (вторичный пар). Количество образующегося вторичного пара определяется излишком тепла между параметрами конденсата при высоком и низком давлении. Как правило, во вторичный пар превращается от 10% до 15% общей массы конденсата. Однако объём в процентном отношении может меняться гораздо сильнее. Конденсат при давлении 7 бари при переходе в область атмосферного давления теряет примерно 13% своей массы, но образующийся при этом пар занимает пространство примерно в 200 раз большее, чем занимал конденсат, из которого образовался этот пар.

Примеров производств, где пар вторичного вскипания образуется в объемах, позволяющих при его использовании сократить первичную выработку энергии на 15-25%, множество. Вот лишь некоторые из таких процессов:

  • ультрапастеризация, CIP-мойка* в молочной промышленности;
  • котлы-утилизаторы, калориферы термокамер в мясной промышленности;
  • влаготепловая обработка мятки в жаровнях, подогрев воздуха для тостера в паровоздушных калориферах в масложировой промышленности.

* англ. CIP, Cleaning in Place — метод очистки внутренних поверхностей труб, емкостей, технологического оборудования и связанной с ним арматуры без разборки.

Использование вторичного пара для сокращения первичной выработки тепла:

1. В технологическом процессе

Ситуация, в которой избыток энергии можно вернуть обратно в технологический процесс, является наилучшей для оптимизации энергопотребления.

На примере перечисленных выше процессов:

При ультрапастеризации возможно направлять конденсат для предподогрева продукта полученного из баков промежуточного хранения после приемки молока.

На котлах-утилизаторах пар вторичного вскипания возможно направлять на подогрев питательной воды подаваемой в паровые котлы.Чтобы оценить потенциал снижения энергопотребления, рассмотрим «в цифрах» использование пара вторичного вскипания в процессе влаготепловой обработки мятки на маслоэкстракционных заводах.

Основное теплопотребляющее оборудование в данном процессе — многочановые жаровни. Подвод тепла к ним осуществляется через стенки чана от конденсирующегося водяного пара давлением до 10 бари, что приводит к образованию большого количества пара вторичного вскипания — до 15%. Пар возможно направлять в первый чан для предподогрева продукта как показано на рис.1. Данная схема позволит увеличить производительность жаровни на 2-5% за счет предподогрева мятки в первом чане без дополнительных затрат энергии.

Схема рекуперации на 12-ти чановой жаровни

Рис.1. Схема рекуперации на 12-ти чановой жаровни.

2. Повышение параметров пара вторичного вскипания для использования в технологическом процессе.

Если предприятие использует пар различных номиналов давления, то с помощью термокромпрессора пар вторичного вскипания можно привести к требуемым параметрам и использовать в технологическом процессе. В этом случае высокопотенциальный конденсат от оборудования высокого давления снова разряжают в отделитель пара вторичного вскипания с установленным термокомпрессором.

Для процесса сжатия используется пар самого высокого доступного давления. Сжатый пар среднего давления подается на технологическое оборудование. Это решение хорошо работает там, где оборудование высокого и среднего давления работает одновременно и соотношение давлений позволяет произвести сжатие.

Применение термокомпрессора для повышения параметров пара

Рис.2. Применение термокомпрессора для повышения параметров пара

Также термокомпресор может быть использован для сжатия испарений продукта, и они могут быть направлены на следующую ступень в качестве теплоносителя, как показано на схеме двухступенчатого испарителя молока с термокомпрессором (Рис 2). Испарения от второй ступени поступают в отделитель пара, из которого под высоким давлением (600–1000 кПа) подаются в термокомпрессор. С помощью пара с высоким давлением компрессор повышает давление вторичного пара. Использование термокомпрессора оптимизирует
энергетический баланс установки.

3. Нагрев воды

Утилизация пара вторичного вскипания с конденсатных баков

Рис.3. Утилизация пара вторичного вскипания с конденсатных баков.


Еще один вариант использовать энергию выпара для нагрева и рециркуляции воды для горячего водоснабжения или предподогрева питательной воды перед котлом. Данная схема позволяет экономить энергию за счет снижения потребления «свежего» пара. Как видно из схемы теплового пункта горячего водоснабжения утилизатор выпара устанавливается перед основным теплообменником.

Если температуры воды достаточно, то трехходовой клапан не направляет поток в основной ТО и соответственно клапан подачи «свежего» пара остается закрытым. При тепловой мощности теплового пункта 190 кВт экономия тепловой энергии в год составляет 1 630 Гкал/год.

Рекуперации вторичных энергоресурсов — для сокращения затрат на электроэнергию

Как уже было сказано выше, процессы охлаждения — один из основных потребителей электроэнергии на пищевом производстве. Традиционное решение для задач холодоснабжения, применяемое на большинстве пищевых предприятий, — парокомпрессионные холодильные машины.

Будучи самой распространенной технологией получения холода на базе ПКХМ явно уступают современной альтернативе — АБХМ. Судите сами:

  • При мощности по холоду 1000 кВт потребление ПКХМ составляет порядка 330 кВт электрической энергии, а системы на базе АБХМ — не выше 50 кВт (включая вспомогательное оборудование).
  • Срок службы ПКХМ составляет 10-15 лет, а для новейших образцов АБХМ достигает 60 лет.

Принцип работы АБХМ основан на физико-химических свойствах водного раствора LiBr — способности воды, испаряясь, поглощать тепло и способности бромида лития абсорбировать воду. В условиях глубокого вакуума эти процессы происходят при достаточно низких температурах.

На пищевых производствах часто возникает ситуация, когда необходимо увеличить холодопроизводительность, а свободных мощностей и лимитов по электроэнергии недостаточно.

В этом случае, АБХМ может выполнять роль теплотрансформатора, преобразовывая «бросовое» тепло в холод, на получение которого не нужно затрачивать большое количество электроэнергии.

В качестве источника тепла для АБХМ могут выступать горячая вода, водяной пар, уходящие газы от генераторных установок, котлов и печей, а также топливо (природный газ, дизельное топливо и пр.), сжигаемое непосредственно в объеме АБХМ.

Также в качестве источника возможно использовать низкопотенциальный пар вторичного вскипания при недостатке давления, который можно направить в термокомпрессор, тем самым повысив параметры до необходимых.

Уникальность технологии получения холода на базе АБХМ заключается в ее гибкости. Диапазон регулирования холодопроизводительности современных абсорбционных чиллеров — от 5 до 115%. При снижении холодильной нагрузки зимой возможно переключение АБХМ в режим теплового насоса с выработкой горячей воды для нужд теплоснабжения.

Как видим, даже очевидных возможностей для сокращения энергопотребления в пищевой промышленности довольно много. Практика же показывает, что на каждом предприятии с учетом особенностей технологии и индивидуальных особенностей систем теплоснабжения, легко выявить дополнительный потенциал для оптимизации энергопотребления, причем большая часть энергосберегающих мероприятий на пищевых производствах имеет сравнительно небольшой срок окупаемости и не требует значительных инвестиций в масштабах производства.

Сергей Глинкин
Менеджер по работе с корпоративными заказчиками компании «Первый инженер»

Вернуться

Московская область, г. Химки ул. Ленинградская, стр. 25
Эл. почта: mail@1-engineer.ru