Studiu de caz 1 - IMPLEMENTAREA UNEI SOLUTII DE EFICIENTA ENERGETICA LA NIVELUL UNUI CONTUR INDUSTRIAL

1.Prezentarea situatiei energetice existente a conturului industrial

Conturul industrial analizat este o intreprindere industriala, apartinand sectorului alimentar si avand ca obiect de activitate produsele tip snack. Aceste produse sunt foarte cautate pe piata, dar durata lor de supravietuire nu depaseste de obicei doi - trei ani. Aceasta situatie impune ca durata pe care se elaboreaza strategia de productie a intreprinderii sa nu fie cu mult mai lunga, iar deciziile conducerii in ceea ce priveste cresterea eficientei activitatii desfasurate sa fie rapide.

Principalele procese tehnologice care determina marimea cererii de energie la nivelul intreprinderii industriale sunt:

coacerea;

uscarea;

impachetarea;

Acestor procese din lantul tehnologic li se adauga necesarul de caldura pentru incalzirea spatiilor, pentru mentinerea igienei spatiilor de productie si a personalului.

Principalele instalatii din cadrul conturului analizat sunt:

doua cuptoare de coacere;

un uscator;

trei cazane de abur, doua in functiune si unul in rezerva (care alimenteaza uscatorul si sistemul de incalzire a spatiilor).

Combustibilul utilizat este gazul natural atat pentru cauzane cat si pentru cuptoarele de coacere.

Intocmirea auditui energetic, ca prima etapa a unui program de actiune coerent, care are ca obiectiv imbunatatirea eficientei energetice, a pus in evidenta principalele puncte sau zone de ineficienta ale conturului industrial.

Rolul auditului este gasirea celor mai potrivite si mai convenabile solutii pentru cresterea eficientei energetice si economice a activitatii desfasurate in conturul analizat.

Cresterea eficientei impune reprogramarea unor activitati, modificari ale instalatiilor consumatoare finale sau ale conceptiei de alimentare cu energie a conturului analizat, care include si transformatorii interni de energie si retelele de distributie.

In cazul analizat, concluziile auditului au subliniat ca eficienta energetica este scazuta in special la nivelul cuptoarelor de coacere. De aceea ca principala recomandare a fost:

recuperarea caldurii gazelor de ardere la cuptoarele de coacere

Alte recomandari, rezultate in urma auditului, au fost:

modificarea sau inlocuirea instalatiei de uscare cu abur;

imbunatatirea sistemului de distributie si a modului de utilizare a aburului;

automatizarea functionarii cazanelor de abur;

Solutiile identificate in acest fel nu pot fi implementate imediat din cauza restrictiilor si limitarilor de natura tehnica si financiara. In cele mai multe cazuri ele sunt implementate pe parcursul mai multor ani, intr-o ordine prestabilita si in functie de prioritatile organizatiei.

De aceea s-a propus ca pentru cresterea eficientei energetice a conturului industrial analizat sa se aplice prioritar: solutia de recuperare a caldurii sensibile a gazelor de ardere la cuptoarele de coacere, in scopul preincalzirii aerului de ardere.

Caracterizarea energetica a cuptorului industrial anterior aplicarii solutiei de crestere a eficientei energetice, este sintetizata in tabelul 1.

Marimi energetice caracteristice cuptorului de coacere

Tabelul 1

2.Aplicarea solutiei de crestere a eficientei energetice a conturului industrial - recuperarea caldurii sensibile a gazelor de ardere la cuptoarele de coacere in scopul preincalzirii aerului de ardere (PA)

In cele ce urmeaza se vor prezenta modul de aplicare si rezultatele (efectele) acestei masuri de crestere a eficientei energetice, pentru un cuptor Schemele de principiu a recuperarii caldurii sensibile a gazelor de ardere evacuate din cuptorul de coacere sunt prezentate in figura 1.

a b

Figura 1. Schema de principiu a recuperarii caldurii sensibile a gazelor de ardere pentru preincalzirea aerului de ardere a cuptorului de coacere: a - fara preincalzirea aerului de ardere; b - cu preincalzirea aerului de ardere:

Eseu: Economia – componenta de baza a sistemului stiintelor economice Proiect: Tematica-‘‘abordarea sistematica a intreprinderii’’

1 - camera de lucru a cuptorului de coacere; 2 – combustibil (gaz natural); 3,11 - aer de ardere rece, respectiv preincalzit; 4, 5 - produse tehnologice la intrarea si iesirea din camera de lucru; 6,10 - gaze de ardere fierbinti, respectiv reci; 7,8 - ventilator de aer, respectiv de gaze de ardere;

9 - preincalzitor de aer; B₁, B₂ - debitul de combustibil consumat inainte, respectiv dupa preincalzirea aerului de ardere; G - cantitatea de produse tehnologice realizate; V_a1, V_a2 - volumul de aer rece, respectiv preincalzit, V_g1, V_g2 - volumul de gaze de ardere inainte, respectiv dupa preincalzirea aerului de ardere; t_ae, t_ai - temperatura aerului rece, respectiv preincalzit; t_g1, t_g, t_gev - temperatura gazelor de ardere la iesirea din camera de lucru inainte de recuperare, dupa recuperare, respectiv la evacuarea in mediul ambiant; t_ft - temperatura materialelor tehnologice la intrarea in camera de lucru; t_p - temperatura produselor finite.

Solutia de recuperare aplicata este o recuperare interna a resurselor energetice secundare (r.e.s). de natuira termica (gaze de ardere). Recuperarea interna se caracterizeaza prin incadrarea in fluxul tehnologic a recuperatorului de caldura, cu implicatiile care decurg de aici:

regimul de producere al gazelor de ardere este acelasi cu cel de consum;

efectul principal de natura energetica, economia de combustibil, se cuantifica la agregatul (cuptorul) tehnologic;

solutia de recuperare implementata nu necesita cheltuieli suplimentare, avand in vedere inglobarea ei in fluxul tehnologic.

Tipul de recuperator de caldura pentru preincalzirea aerului de ardere (PA) utilizat este un recuperator cu tevi netede de otel., tip bloc compus din 400 de tevi netede de otel, cu dimensiunile f45*2,5mm.

Principalele caracteristici ale recuperatorului de caldura sunt sintetizate in tabelul 2.

Caracteristicile principale ale recuperatorului de caldura

Tabelul 2.

3. Rezultatele (efectele) recuperarii caldurii sensibile a gazelor de ardere rezultate din cuptorul de coacere, indicatori caracteristici

Valorificarea resurselor energetice secundare si in speta a gazelor de ardere reprezinta una dintre cele mai eficiente metode de crestere a gradului de utilizare a energiei consumate in procesele industriale. Efectele sunt cuntificate prin indicatori de eficienta.

Efectele recuperarii caldurii gazelor de ardere ca r.e.s. termice sunt de natura tehnica, energetica, economica si ecologica.

a. Efecte de natura tehnica - eficienta tehnologica

Conceperea si incadrarea unei instalatii recuperatoare, respectiv in cazul analizat a preincalzitorului de aer (PA), direct in fluxul tehnologic contribuie la modernizarea schemei generale a cuptorului tehnologic. Astfel amplasarea recuperatorului  pentru preincalzirea aerului in cadrul procesului tehnologic permite modernizarea tehnologiei, cresterea productivitatii de obtinere a produsului finit. Efectele de natura tehnica sunt corelate si se regasesc in cele de natura economica.

Caracteristic solutiilor de recuperare interna a caldurii gazelor de ardere,  precum preincalzirea aerului de ardere (PA) o constituie eficienta tehnologica. Ea se manifesta prin cresterea productivitatii agregatului (q), comparativ cu productivitatea initiala (q_o), datorata  maririi incarcarii specifice a volumului si a suprafetei camerei de lucru. Aceasta este determinata de cresterea temperaturii initiale a arderii si ca urmare a temperaturii medii a gazelor de ardere evacuate din camera de lucru.

b. Efecte de natura energetica - eficienta energetica

Efectele de natura energetica se cuantifica practic prin economia de combustibil relizata prin recuperare:

Principalii indicatori energetici pe baza carora se va aprecia eficienta energetica a solutiei posibile de recuperare sunt :

echivalentul in combustibil al energiei economisite (economia de combustibil, valoare absoluta sau relativa) – se defineste ca diferenta intre consumul de combustibil al cuptorului inainte si dupa recuperare;

gradul total de recuperare – se defineste ca raportul intre caldura efectiv recuperata din gazele de ardere, datorita restrictiilor termodinamice si tehnico-economice existente, si caldura continuta efectiv de gazele de ardere.

c. Efecte ecologice - eficienta ecologica

O importanta deosebita a recuperarii caldurii gazelor de ardere ca resurse energetice secundare, reprezinta efectele reflectate asupra mediului ambiant, acestea fiind atat directe cat si indirecte, ambele la fel de importante.

Efectul direct – compozitia chimica si potentialul termic ridicat al gazelor de ardere evacuate in atmosfera conduc la evacuarea in mediul ambiant a unei cantitati de caldura suplimentare care modifica echilibrul biologic al acestuia, alaturi de poluarea chimica produsa de emisiile evacuate.

Eefctul indirect - extractia combustibililor clasici (in cazul analizat a gazului natural), are efecte negative asupra echilibrului ecologic. Din aceasta cauza orice economie de combustibil realizata prin recuperare reprezinta o reducere substantiala a apelului la resursele de energie primara, reducandu-se astfel efectele nocive asupra mediului ambiant.

Din punct de vedere ecologic, efectul implementarii solutiei de recuperare propusa, poate fi cuantificat prin reducerea indicatorilorde impact, comparativ cu solutia de referinta, indicatorii de impact.

Reducerea indicatorilor de impact se va determina in functie de reducerea emisiilor atmosferice aferente economiei de combustibil realizata prin aplicarea recuperarii.

d. Efecte de natura economica - eficienta economica

Sub aspect economic, efectele imediate sunt determinate in primul rand de economia de energie (combustibil) realizata, la nivelul instalatiei tehnologice (cuptorul de coacere) si implicit a conturului industrial din care face parte Astfel se reduc consumurile energetice pe uniattea de produs la nivelul conturului analizat, reducandu-se implicit si aportul de combustibil clasic.

Reflectarea economica a reducerii consumurilor energetice, la nivelul conturului industrial are loc prin reducerea cheltuielilor de productie aferente acestora, ceea ce in final determina reducerea pretului de cost al produselor.

Cuantificarea economica se poate face aplicand indicatori economici cum sunt: durata de recuperare bruta (DRB), venitul net actualizat (VNA), rata interna de rentabiliatte (RIR), etc.

Implementarea solutiei de recuperare la un cuptor de coacere – preincalzitorul de are (PA), implica urmatoarele costuri suplimentare comparativ cu solutia de referinta:

Investitia in PA – 10120 $

Cheltuielile anuale cu energia electrica consumata suplimentar (aferenta diferentei de putere electrica necesara antrenarii ventilatorului de aer si gaze de ardere, in cazul implementarii preincalzitorului de aer) - 680$/an

4. Cuantificarea efectelor aplicarii solutiei de recuperare a cadurii sensibile a gazelor de ardere pentru preincalzirea aerului de ardere in cadrul cuptorului de coacere

In tabelul 3 sunt sintetizati principalii indicatori energetici, economici si ecologici aferenti solutiei de crestere a eficientei energetice aplicata, recuperarea caldurii sensibile a gazelor de ardere pentru preincalzirea aerului de ardere la cuptorul de coacere.

Indicatori de eficienta aferenti recuperarea caldurii sensibile a gazelor de ardere pentru preincalzirea aerului de ardere la cuptorul de coacere

Tabelul 3

In tabelul 3 notatiile folosite au urmatoarele semnificatii: Q_ga- caldura continuta de gazele de ardere la evacuarea din cuptor, Q_PA – caldura efectiv recuperata prin preincalzirea aerului de ardere, DI_PA – investitiile suplimentare aferente solutiei de recuperare implementata (PA), DC – economia de cheltuieli aferente economiei de combustibil realizata prin recuperare din care se scad cheltuielile anuale cu energia electrica consumata suplimentar (aferenta diferentei de putere electrica necesara antrenarii ventilatorului de aer si gaze de ardere, in cazul implementarii preincalzitorului de aer).