Odzysk ciepła od sprężarek powietrza to doskonały sposób ograniczenia emisji, który naprawdę się opłaca!

W ramach działań poprawiających efektywność energetyczną, w jednym z zakładów przemysłu produkującego ceramikę sanitarną na terenie województwa śląskiego, zrealizowano instalację odzysku ciepła od sprężarek powietrza.
Układ został wykonany w oparciu o nowoczesne moduły PowERpack oraz PowERcontrol firmy ASFI – polskiego producenta systemów odzysku ciepła.

Moduły PowERpack i PowERcontrol

ASFI to firma, która w oparciu o wieloletnie doświadczenie w branży ciepłowniczej oraz projekt zrealizowany wspólnie z Narodowym Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR), opracowała innowacyjne moduły odzysku ciepła: PowERpack i PowERcontrol.
Oba rozwiązania są chronione dokumentem patentowym nr 247799, co potwierdza ich unikalność i innowacyjny charakter.

PowERpack

Kompaktowy moduł przeznaczony do sprężarek powietrza niewyposażonych fabrycznie w wymiennik olej/woda, o mocy do 110 kW.
Wyposażenie obejmuje:

• wymiennik ciepła olej/woda,
• układ bypass po stronie olejowej,
• system czujników temperatur,
• pompę obiegową o zmiennej prędkości obrotowej po stronie wodnej,
• sterownik z panelem dotykowym i autorskim algorytmem sterowania ASFI.

PowERcontrol

Moduł dedykowany sprężarkom wyposażonym fabrycznie w wymiennik olej/woda.
Stanowi kompletną grupę pompową z czujnikami temperatury oraz sterownikiem z własnym oprogramowaniem sterującym. Przeznaczony dla sprężarek o mocy znamionowej do 500 kW.

Oba moduły działają w pełnej automatyce, co zapewnia wysoką efektywność energetyczną oraz stabilne warunki pracy sprężarek.
W porównaniu ze standardowymi rozwiązaniami opartymi o zawory termostatyczne, system ASFI umożliwia precyzyjne zarządzanie temperaturą oleju i obiegu wodnego, maksymalizując ilość odzyskanego ciepła. Moduły wyposażone są dodatkowo w ciepłomierz oraz możliwość komunikacji z programami nadzorującymi pracę zakładu produkcyjnego.

Więcej informacji: www.heatrecovery.pro

Zastosowanie i cel projektu

Ciepło odzyskane z pracy sprężarek powietrza stanowi znaczące źródło energii, które może być wykorzystane na potrzeby grzewcze w zakładach przemysłowych.
W opisywanym przypadku instalacja została zintegrowana z systemami:

• Ciepła technologicznego – dojrzewalni technologicznej.
• Wspomagania centralnego ogrzewania.

Opis instalacji

W zakładzie przemysłowym z produkującym ceramikę użytkową (m.in. umywalki) zrealizowano unikatowy na skalę Polski projekt, którego celem była redukcja zużycia energii cieplnej.

Proces kreowania projektu był pracochłonny, ponieważ jedną z najważniejszych rzeczy w tego typu projektach jest dobre zdefiniowanie potrzeb cieplnych, ale i dostępnych parametrów odpadowej energii cieplnej. Sprężarki powietrza z wtryskiem oleju operują na temperaturach rzędu 80-90 ℃. Oznacza to, że przy zastosowaniu odpowiedniej technologii możemy dysponować ciepłem odpadowym w postaci ciepłej wody w zakresie 65-75 ℃. To w wielu miejscach bardzo użyteczny parametr, który mógłby być wykorzystany do wspomagania c.o. w całym okresie grzewczym. W tym zakładzie ze względu na fakt użytkowania kotłowni gazowej również do celów technologicznych kotłownia pracowała całorocznie w parametrze 90/75 ℃, poza zakresem możliwości dyspozycyjnego źródła ciepła odpadowego. Kolejnym wyzwaniem, które stało przed projektem było wyspecyfikowanie możliwie stało rocznego odbiornika ciepła. Taki warunek zdeterminowany był faktem położenia pomieszczenia sprężarkowni. Rozłożysty zakład, ze sprężarkownią powietrza na szczytowej ścianie warunkował konieczność położenia długiej, a co za tym idzie, również kosztownej infrastruktury rurociągów wodnych. Stało roczny odbiornik energii cieplnej dawałby lepszy efekt korzyści finansowej pracy takiej instalacji.

Wytypowana do odzysku ciepła sprężarka z wtryskiem oleju firmy Atlas Copco GA200 VSD zmodernizowana została przy pomocy wymiennika powERpack. Grupa pompowa ze sterownikiem powERcontrol, tworzy ze sprężarki de facto kompaktowy węzeł ciepłowniczy. Należy nadmienić, że automatyka powERcontorol z wykorzystaniem opatentowanych rozwiązań zachowuje pełną transparentność wobec sprężarki, zachowując jej 100-procentowe bezpieczeństwo i niezakłóconą pracę. Jest to krytyczny warunek przy budowie tego typu instalacji, ponieważ sprężone powietrze jest medium produkcyjnym – takim jak prąd, gaz czy woda – i tak jak przy spadku napięcia na sieci energetycznej, w przypadku zakłócenia pracy sprężarki może dojść do spadku ciśnienia na sieci sprężonego powietrza. Takie zdarzenie może doprowadzić do zatrzymania pracy zakładu produkcyjnego i ogromnych strat operacyjnych przedsiębiorstwa.

Ze sprężarki 200 kW, z wykorzystaniem modułów powERpack i powERcontrol, można odzyskać 70% licząc do mocy znamionowej = 140 kW mocy cieplnej w parametrach 65-75 ℃.

Pierwszy punkt odbioru – technologiczna centrala wentylacyjna z palnikiem gazowym

Podczas obchodu zakładu weryfikowano wiele miejsc z możliwością wykorzystania ciepła odpadowego o posiadanej mocy i charakterystyce temperaturowej. Wywiad z klientem i poznanie „tajników produkcyjnych” daje nieocenioną wartość w projekcie optymalizacyjnym – tak było i tym razem. Znaleziona przez zespół centrala wentylacyjna pracowała na rzecz grzania w recyrkulacji dojrzewalni produktu. Swojego rodzaju „hala w hali”, w której należy utrzymać 45 ℃ przez okrągły rok, spełniając de facto wszystkie postawione dla projektu kryteria:

• Oszczędność gazu.
• Możliwość wykorzystania ciepła w parametrze dyspozycyjnym.
• Całoroczny odbiornik ciepła.

Sprawa nie była jednak taka oczywista. Okazuje się, że centrala wentylacyjna nie posiada nagrzewnicy wodnej/glikolowej, a zastosowano w niej palnik gazowy z wymiennikiem spaliny powietrze. Z tego względu zdecydowano się na dołożenie do pustej sekcji centrali nagrzewnicę pre-heatingu. Recyrkulujące powietrze najpierw odbiera energię cieplną na pre-nagrzewnicy w dalszej kolejności, w przypadku niepogrzania powietrza do parametru zadanego – zadziała palnik gazowy.

Warto wspomnieć, że dystans pomiędzy sprężarkownią a omawianą centralą wentylacyjną to przeszło 200 m w jedną stronę, co pokazuje, że przy zachowaniu odpowiedniej proporcji wykorzystania dyspozycyjnego ciepła odpadowego projekt może utrzymać akceptowalne ROI nawet przy dużych nakładach inwestycyjnych w infrastrukturę tranzytu ciepła odpadowego.

Drugi punkt odbioru – wspomaganie c.o.

Druga część instalacji była de facto up-gradem opisanej powyżej instalacji. Klient w czasie 10 miesięcy zweryfikował efekty pracy instalacji i potwierdził jej efekt zgodnie z założeniami. Odnotowano, że nadal pozostała rezerwa energii cieplnej, którą można wykorzystać „gdzieś indziej”. W poszukiwaniu kolejnego miejsca z możliwością poprawy pracy funkcjonującej instalacji, wróciliśmy do jednej z kotłowni gazowych. Okazało się, że kotły pracują na tak wysokim parametrze 90/75 ℃, ponieważ jeden z obiegów na kolektorze był obiegiem technologicznym. Pozostałe obiegi grzewcze to c.o. i c.w.u. Zdecydowano się na modernizację instalacji w kotłowni, odseparowując instalację CT z kolektora, a pozostałe obiegi wyposażono w układ podmieszania redukując temperaturę zasilania. Uzyskano dzięki temu miejsce do wykorzystania ciepła odpadowego ze sprężarek, poprzez podgrzanie powrotu obiegów grzewczych ze zredukowanym parametrem grzewczym.

Efekty energetyczne

Zrealizowana instalacja odzysku ciepła od sprężarki powietrza przyniosła wymierne korzyści energetyczne i ekonomiczne.
Szacowana i zweryfikowana roczna oszczędność energii cieplnej wynosi ponad 600 MWh.

Osiągnięcie tak wysokiego poziomu efektywności nie byłoby możliwe w przypadku zastosowania klasycznych układów odzysku ciepła, opartych o proste rozwiązania z zaworami termostatycznymi po stronie olejowej, oferowanych przez producentów sprężarek powietrza.
W tego typu systemach proces odzysku ciepła ma charakter incydentalny – przypadkowy, zależny od wielu zmiennych i trudno jest utrzymać jego stabilność oraz powtarzalność w zmiennych warunkach pracy sprężarek.

Kluczowym czynnikiem sukcesu okazało się precyzyjne sterowanie procesem odzysku energii, realizowane przez autorskie algorytmy systemów PowERpack i PowERcontrol.
Dzięki pełnej automatyzacji, ciągłemu monitorowaniu temperatur oraz dynamicznej regulacji przepływów, możliwe jest utrzymanie optymalnych warunków wymiany ciepła niezależnie od obciążenia sprężarek.

Takie rozwiązanie, integrujące sprężarkę powietrza z modułami PowERpack lub PowERcontrol, tworzy w praktyce kompaktowy węzeł cieplny – stabilne źródło energii, które z powodzeniem może zastępować konwencjonalne źródła ciepła na zakładów przemysłowych.