Dołącz do czytelników
Brak wyników

Koncepcje

6 października 2021

NR 5 (Wrzesień 2021)

Sprężarki jako źródła ciepła i oszczędności energii

0 45

Zakłady produkcyjne są obiektami, które produkując bardzo różne dobra, wykorzystują do tego celu zawsze te same media, natomiast instalacje tych mediów podlegają zawsze takim samym zasadom. Jedną z tych instalacji, obok instalacji elektrycznych, parowych, gazowych, wody gorącej i zimnej oraz instalacji wentylacyjnych i chłodniczych, są instalacje sprężonego powietrza. Artykuł ten skupi się jedynie na aspekcie pracy sprężarek i wykorzystania ich ciepła odpadowego, nie podejmuje natomiast tematyki całej palety innych działań związanych z efektywną energetycznie i poprawną eksploatacją instalacji sprężonego powietrza.

Każda instalacja posiada wynikającą z obowiązujących przepisów swoją specyfikę, która w dużej części wpływa pośrednio lub bezpośrednio na możliwości oszczędności energii lub możliwości modernizacji. W odróżnieniu od np. instalacji elektrycznych, które swoim zasięgiem pokrywają w zasadzie cały obszar zakładu, to optymalnie zaprojektowane instalacje sprężonego powietrza powinny docierać tylko tam, gdzie są zlokalizowane odbiorniki powietrza. Źródłami z kolei sprężonego powietrza są sprężarki, najczęściej śrubowe, które w zdecydowanie przeważającej liczbie przypadków zlokalizowane są w jednym miejscu, co wynika najczęściej z minimalizowania kosztów eksploatacji i łatwości sterowania wytwarzaniem powietrza. W ogólnym bilansie energetycznym przedsiębiorstw różnych branż wytwarzanie sprężonego powietrza może stanowić od ułamków procenta do nawet blisko 10% ogólnego zużycia energii, zatem każda modernizacja dążąca do ograniczenia strat może przynieść wyraźny efekt energetyczny i finansowy. 
Wytwarzanie sprężonego powietrza w sprężarkach jest oparte na znanym od bardzo dawna takim samym sposobie, tj. zadziałaniu siłą zewnętrzną na skończoną objętość tego powietrza i tym samym zmniejszenie jego objętości w krótkim czasie. Skutkiem ubocznym takiego sprężenia jest wytworzenie ciepła, które częściowo podnosi temperaturę samego powietrza, a częściowo wydzielone jest na zewnątrz do otoczenia. Im szybsze będzie sprężanie, tym przemiana będzie bliższa przemianie adiabatycznej i więcej ciepła zostanie zmagazynowane w samym powietrzu, natomiast im jest wolniejsza, tym bliższa będzie sprężaniu izotermicznemu, a więc tym więcej ciepła zostanie wydzielone na zewnątrz. Z uwagi na budowę sprężarek podyktowaną koniecznością szybkiego dostarczenia sprężonego medium do wykorzystujących je maszyn i urządzeń rzeczywiste tempo sprężania jest bliższe przemianie adiabatycznej, natomiast wytworzone przy tym ciepło jest przekazywane w różnym stopniu urządzeniom towarzyszącym i innym mediom wykorzystywanym w sprężarce.
 

Rys. 1. Typowy podział strumieni ciepła w sprężarce śrubowej


Bilans ciepła sprężarki

Przybliżony podział ciepła przekazywanego z energii elektrycznej dostarczonej do sprężarki do innych elementów sprężarki pokazano na rysunku 1. Sprężarki są urządzeniami z elementami ruchomymi i wyposażone są w układy chłodzenia i smarowania wykorzystujące olej o dobrym współczynniku przejmowania ciepła i cieple właściwym umożliwiającym wykorzystanie go jako medium transportujące ciepło. Z konstrukcji sprężarek i tempa sprężania wynika, że około 70–75% energii dostarczonej z zewnątrz do sprężarki zamieniane jest w ciepło przekazywane układowi olejowemu, w którym krążący olej oddaje ciepło do otoczenia w wymienniku ciepła (chłodnicy oleju). Z kolei drugim co do wielkości strumieniem ciepła, które może być odebrane, stanowiący ok. 12–15% energii zasilającej sprężarkę, jest ciepło z chłodzenia sprężonego powietrza (aftercooler). Trzecim, jeszcze mniejszym niż poprzednie, źródłem ciepła z odzysku jest silnik elektryczny, a finalna energia przenoszona w sprężonym powietrzu stanowi typowo 4–8% energii doprowadzonej do sprężarki. Jednocześnie w całym cyklu życia sprężarki, który przy prawidłowym serwisowaniu może trwać nawet ponad 20 lat, jak pokazano na rysunku 2, koszty en...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy