工业效率

某纸浆造纸厂的三种节能措施

介绍

最近,这个主要的纸浆和造纸厂制造了压缩空气优化的研磨优先级。根据本公用事业公司向轧机提供能源,压缩能源服务进行了全面的能源分析,概述了磨机的以下四个能效措施(EEM)考虑。

EEM#1:全面的压缩空气管理系统,在最佳模式下运行最佳压缩机。

EEM#2:升级压缩机以更有效地运行,特别是在较低的压力下。

EEM#3:更换干燥机以消除吹扫并允许减压。

EEM#4:用交替技术取代压缩空气的许多大型死载使用。

本报告建议有四种“能效措施”(EEM)。然而,由于成本风险和实施难度对于措施3,因此具有最少的节能和最高的EEM回报,我们提供了两个项目包。较低的成本,较低的风险封装是EEM 1,2和4,并且可以节省450万千瓦时/年的节能,每年206,808美元,一年的乐队。由于文章长度限制,本文件仅共享EEM 1,2和4个项目包的结果。

基线压缩空气设备

压缩空气设备位于电源和恢复压缩机室和造纸机压缩机室内。设备详细信息如下所示。在文章的末尾,我们提供了系统中设备的盒子图。

电力和恢复压缩机室:

(2)700 HP Centac离心机(约2,636 ACFM全负荷容量)

(1)300 HP螺杆压缩机(约1488 ACFM全负荷容量)

(2)1300 SCFM无磁体干燥机

(1)1000 SCFM鼓风机清洗干燥器约。6000 Gal储存,(3)2000 Gal。

造纸机压缩机室:

(1)700 HP Centac离心机(约2,748 ACFM全负荷容量)

(1)1000 SCFM无磁性干燥机

(1)600 SCFM无磁性干燥机

(2)1300 SCFM无磁体干燥机(约2000年GAL存储)

控制基线

基线期间的典型操作包括各种部分手动和自动控制模式,这导致四个压缩机运行而不是三个(这是最佳控制的粗略测量)的时间约为52%。这是由客户的长期主电机电流趋势数据决定。

由于缺乏综合管理系统,发生了四种压缩机的次最优条件。如果平均压力低于80 psig超过5分钟或瞬间,如果平均压力低于80 psig,则有足够的自动化将备用压缩机自动启动到临界点。但是,备用压缩机不会自动停止,导致它启动的事件已通过。没有控制系统可以确定何时应该卸载压缩机并安全关闭,以便立即重新启动它。平均压缩机排出压力约为97psig。

系统集成基线

基线管道系统在两个压缩机房间之间交叉连接,在两个压缩机室之间,一个在磨机的电源和恢复(P&R)侧,另一个压缩机(P&R)侧,另一个在造纸机上(PM)。这两个压缩机室生产仪器空气(IA)和纸浆和纸体铣削空气(MA)系统所需的所有干燥空气,其包括用于研磨机的整个压缩空气系统。目前,这两个子系统是偏离的,即使它们基本上是围绕相同的压力(85psig)和露点(-40°F)。整体的IA系统通过通过磨机的3“标题连接。然而,线条尺寸不足以允许IA系统从P&R或PM压缩机室供给。似乎MA可能具有从两侧馈送足够的头部尺寸。因此,PM压缩机,Centac 3,不能在没有租赁压缩机的情况下关闭,这是非常昂贵的。

压缩空气使用基线

与生产差异无关的压缩空气的基准持续使用在本报告中称为“静载”。恒载包括许多连续吹压缩空气的使用,最大的冷却和分流。这两种应用都可以用小型鼓风机更有效地处理。也有空气棒,它可以替换为鼓风机和/或高效率空气喷嘴。

能效测量#1(EEM1):压缩机管理系统

为了始终在最佳模式下运行最佳压缩机,具有所有潜在的流量范围,需要一种压缩机管理系统。它将有效地消除离心式压缩机吹灰和旋转螺杆压缩机调制控制,两者都是低效的部分负载控制模式。它执行两个基本功能,所有四个压缩机的最佳部分负载控制,以及要运行的压缩机的最佳分期。

EEM1节能来源

消除离心式压缩机爆炸是节省的源泉。管理系统只允许压缩机以其最有效的部件负载模式运行,完全加载或关闭。对于离心式压缩机,最佳部分负载控制模式是入口调制。对于螺杆压缩机,这是负载卸载。

EEM1具体设备建议

有几种方法可以实现管理系统控件。此时,我们已经确定了两个客户可以实现的两个,这需要比另一个需要更少的内部编程。首先是升级压缩机面板(“CMC”面板),并以对等方式使其负载共享。这利用了三年前为CMC升级提供的投资,并简化了执行,但不需要添加独立的专有供应商控制器。然而,需要监督PLC。第二种方法是在内部进行所有控制。我们理解,空气浮雕也可以进行负载共享,但它可能需要新的压缩机面板,这将是非常昂贵的。但是,他们可能最近可能升级了他们的技术,因此它们是开发开放的PLC驱动解决方案的可选供应商。

推荐方法:与监控PLC的对等负载共享

  1. 使用最新的32位控制板升级所有三个Centac CMC控制面板,允许对等负载共享和环境控制软件运行。
  2. 在所有三个Centac CMC控制面板上安装环境控制软件,使它们尽可能降低,刚好高于喘振点。如果带进口导叶的喘振点为满载流量的72%(典型),则环境软件应允许压缩机在此点的5%(约78%)范围内运行。这将允许足够的“摆动”使管理系统能够正常工作。
  3. 在所有三个Centac CMC控制面板上安装对等负载共享。这将仅在入口调制模式下运行,向下将其降至其最大折断点,然后卸下并关闭一个压缩机。如果需要,它还将重新启动压缩机。包括排序。负载共享软件基本上改变每个压缩机的目标调制压力设置,直到它们全部平衡,共享负载,而不会在吹灰中使用任何一个。
  4. 在主CMC面板上安装接口以与独立PLC面板进行通信。这称为UCM(通用通信模块)。
  5. 负载共享系统需要将实时目标压力输出到客户PLC系统的实时目标压力并重新加载压力(请参阅第4项)。只需要一个。
  6. 安装新的压力控制系统,将昆西300 HP压缩机(C4)和两个外部空气接收器从系统的其余部分隔离。一些重新驱动将是必要的。有关系统图,请参阅附录7.3。压力流量控制器将保持恒定的出口压力。压力流量控制器设定点和C4负载/卸载和启动/停止全部由新PLC控制(参见第7项)。
  7. 安装新的PLC系统,可控制C4和压力流控制器,通过UCM,从Centac负载共享系统的实时输入。有关设定点的2.2.3。螺杆压缩机已经设置为远程负载并启动。
  8. 为螺杆式压缩机安装新的350马力马达,使其充分运行高达120 psig。目前,压缩机额定满载时最大可达100psig,不足以满足本规范中的加卸载操作。

替代方法:内部负载共享控制

  1. 将Centac CMC的三个控制面板全部升级为最新的32位控制板,允许环境控制软件运行。
  2. 在所有三个Centac CMC控制面板上安装环境控制软件,可最大折断。
  3. 在所有三个CMC面板上安装接口,以与独立PLC面板进行通信。这些称为UCMS(通用通信模块)。
  4. 安装新的PLC系统,该系统为Centacs执行负载共享,以及压力流控制器和C4控制。负载共享逻辑需要从IR中收集,这可能很困难。压力流控制器和C4逻辑与上述相同。这将仅在入口调制模式下运行Centacs,以至于其最大折断点,然后卸下并关闭一个压缩机。如果需要,它还将重新启动压缩机。包括排序。负载共享软件基本上改变每个压缩机的目标调制压力设置,直到它们全部平衡,共享负载,而不会在吹灰中使用任何一个。实时负载共享值将用于压力流控制器和C4控制(参见初始设定点的2.2.3节)。
  5. 安装新的压力控制系统,将昆西300 HP压缩机(C4)和两个外部空气接收器从系统的其余部分隔离。一些重新驱动将是必要的。有关系统图,请参阅附录7.3。压力流量控制器将保持恒定的出口压力。压力流量控制器设定点和C4负载/卸载和启动/停止全部由新PLC控制(参见第7项)。
  6. 为螺杆式压缩机安装新的350马力马达,使其充分运行高达120 psig。目前,压缩机额定满载时最大可达100psig,不足以满足本规范中的加卸载操作。

点对点系统实现起来很可能比内部方案更便宜。由于Customer可以以多种方式实现内部方法,我们还没有估计成本。成本估算目前基于对等方法,对于本报告的其余部分,我们假设这是客户的方法。

这将导致以下分期顺序和控制模式(流量为近似,并非所有Centac都可以播放所有角色):

策略

能效测量#2(EEM2):改变压缩机以减压

如果先前已经实施了EEM1,则才能节省EEM2的节能。该措施将改变压缩机,以便在系统已经存在的压力范围内的最佳性能,并且用于将来的压力降低。然后,管理系统将自动降低压缩机功率。这种能量的增量减少归因于EEM2。该EEM仅影响压缩机效率,而不是控制逻辑,流量或压力。现有的离心式压缩机设计比在运行的远远高的压力设计。此外,它们是两个舞台压缩机,而那种大小的新单位是三级,更高效。由于压缩机更换非常昂贵,我们调查了两级压缩机元件升级以尽可能地优化性能。

EEM2节能来源

本压缩机优化为125 psig操作,低于100 psig的低效。由于它们处于低于设计包络的压力下的“Choked Flow”点,因此在不修改压缩机的情况下降低压力不会导致节能。改变压缩机元件的节能来自所有负载和所有压力的增加的压缩效率(SCFM / kW),只要管理系统阻止压缩机吹扫。

EEM2特定设备建议

  1. 更换所有三个CentC压缩机的压缩元件,带有用于80 psig的最佳性能的单元,能够操作高达95 psig。这可以通过更换叶轮和漫射器或更换整个气动组件来完成。有两家可以做到这一点,空气救济(加德纳丹佛)提出前者和Ingersoll-rand提出后一种选择。但是,叶轮替换选项不可用性能。
  2. 安装两个新的流量计,一个在Centac#1的放电,一个用于#2。为CentAc#3安装差压变压器。修补所有三个进入SCADA系统。

这将导致以下分期顺序和控制模式(流量为近似,并非所有Centac都可以播放所有角色):

策略

能效测量#4(EEM4):减少恒定的吹风压缩空气

如果先前实施了EEM1-2,则只能为EEM4节省节省。EEM3不必实施以节省EEM4。该措施仅减少压缩空气流量。然后,管理系统将自动降低压缩机功率。这种增量减少能量归因于EEM4。

EEM4节能来源

为了低速目的,如冷却、分流和鼓泡,消除了恒定的压缩空气流量是节省开支的来源。运行小型鼓风机做同样的工作所需的额外功率消耗远远低于由于消除压缩空气需求而节省的功率。由于流量减少和之前实施的管理系统的共同作用,压缩机功率将会降低。如果流量减少,该系统将能够在大部分时间内使用一台Centac和350 HP螺杆压缩机。

EEM4具体设备建议

表2.1。

表2.1压缩空气需求减少机会

前后功率

基线系统图

基线系统

EEM1和2和4推荐的系统图

推荐系统

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结论

表1.1下面概述了所有四个EEM的能源节省机会,成本和投资回报率。EEM的1,2和4岁的能源储蓄机会为450万千瓦时/年,每年节能价值206,808美元。

表1.2中的激励措施是基于本报告中记录的能源节约估计和EEM的成本。这些激励措施的ROI影响将会将估计的项目ROI从1.9年降低到1年。实际奖励将基于安装后检查报告(由Utility XYZ完成)中记录的最终节能和EEM成本。在这两种情况下,激励是如何计算的:

  1. EEMS的激励首先是根据需求和节能和90%的EEM成本的激励较小。如果照明EEM的节省超过项目储蓄的50%(EEM总数),调整照明EEM的激励措施。
  2. 接下来,审查项目激励后的简单回报(eEMs的总数),审查了一年最低限度。激励后的简单回报是激励后的EEM成本除以年度电力成本节约。

有资格获得激励措施,在签署采购订单/安装合同之前签署公用事业XYZ激励协议。

节能风险越高,eEM4,因为EEM4分析基于较少的数量,并且实施可能不完整。然而,其成本相对较低,因此我们强烈建议尽可能多地实施尽可能大的EEM,因为这种措施显着影响整个项目经济学。

表1.1。

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获取更多资讯,请联系蒂姆•杜根体育,压缩工程公司,电话:503-520-0700,www.armpression-engineering.com。