Dzięki temu można ograniczyć pobór energii z zewnętrznych źródeł oraz emisję ciepła odpadowego do atmosfery. Projekty Frizo uwzgledniające te innowacyjne metody stają się przyszłością dla producentów wyrobów mlecznych.

Odzysk ciepła w instalacjach chłodniczych Frizo

Ostatnimi czasy obserwujemy duże zapotrzebowanie na energooszczędne rozwiązania w przemyśle i budownictwie oraz konieczność zmniejszenia zużycia energii związanej z eksploatacją złóż paliw kopalnych i ich malejących zasobów. Zakłady przemysłowe stają przed koniecznością rozwiązania problemów związanych z racjonalną gospodarką energetyczną nie tylko w kontekście ochrony środowiska i redukcji emisji dwutlenku węgla do atmosfery, ale również w kontekście niwelowania ponoszonych kosztów eksploatacyjnych.

Jedną z możliwości, jaką oferuje Frizo wychodząc naprzeciw oczekiwaniom zakładów przemysłowych, jest odzysk ciepła odpadowego z urządzeń chłodniczych.

Z prostego rachunku ekonomicznego wynika, że im niższe koszty produkcji, w tym koszty związane z wytwarzaniem bądź zaopatrzeniem zakładów produkcyjnych w energię cieplną, tym większy zysk z wyprodukowanej jednostki produktu końcowego, jakim w przemyśle mleczarskim jest najczęściej cała gama produktów bazujących na mleku.

Obecnie funkcjonujące w Polsce zakłady, wykazują rozwojową tendencję do eksportu coraz większych ilości polskich produktów nabiałowych. Ich powodzenie na rynku europejskim związane jest z wyższą niż w przypadku wytwórców z tzw. zachodniej Europy jakością w/w produktów. Problem stanowi nie tyle, co konieczność rozbudowy źródeł ciepła w zakładach, lecz poprawne i rzetelne zbilansowanie odbiorów energii. Należy przy tym rozważyć możliwość zastąpienia części bilansu energetycznego z użycia energii pierwotnej (pozyskiwanej z paliw kopalnych), energią wtórną możliwą do pozyskania w wielu punktach ciągu procesu produkcyjnego.

Odzysk ciepła z urządzenia chłodniczego ma sens tylko wtedy, gdy jego parametry pozwolą racjonalne je wykorzystać. Podstawą jest prawidłowe zaprojektowanie i wykonanie właściwych węzłów cieplnych oraz określenie celów, do których zostaną wykorzystane.

Frizo w swoich projektach dokonuje bilansu zużycia energii cieplnej oraz analizy funkcjonujących instalacji.

W dynamicznie rozwijających się zakładach o zmiennym profilu produkcji bardzo często trudno jest określić, ile dokładnie energii cieplnej pozyskiwanej np. z prądu elektrycznego, pary technicznej, wody grzewczej, potrzebnej jest do wyprodukowania konkretnej ilości towaru. Istota dynamicznego rozwoju zakładu polega na jego elastyczności i możliwościach dostosowania do wymagań rynku połączonej często ze strategią handlową.

Wyspecjalizowani pracownicy techniczni Frizo określają wytyczne, co do przebudowy lub modernizacji instalacji mediów energetycznych. Cenną umiejętnością jest w tym przypadku odpowiedni kontakt z pracownikami strefy produkcyjnej, który skutkuje możliwością wykonania tzw. wykresu nierównomierności rozbioru mediów. Bardzo często, z uwagi na ograniczony dostęp do dokumentacji technicznej w zakładzie, wykonanie obliczeń do bilansu sprowadzane jest do podstaw fizyki. Teoretyczne zapotrzebowanie na ciepło do przeprowadzenia konkretnego procesu ustala się na bazie znanych wielkości, takich jak: skład chemiczny półproduktów czy produktu, ich ciepło właściwe, grubość blach zbiorników oraz innych.

Bilans energetyczny w wielu przypadkach jest w stanie dać informację na temat symptomów pracy instalacji, w których niekorzystna sytuacja polegająca na przekroczeniu możliwości źródła ciepła może być spowodowana albo brakiem ustalonego harmonogramu prac strefy produkcyjnej lub wadliwie działających instalacji.

Analiza kolejnych istotnych warunków pracy instalacji

 Mając do dyspozycji szczegółowy bilans energii potrzebnej do wyprodukowania jednostki towaru, po poddaniu danych wyjściowych szczegółowej  analizie, należy przystąpić do oceny pracy instalacji zapewniających dostarczanie mediów energetycznych do odbiorników. Mogą być to:

- instalacja elektryczna

- instalacja pary technicznej

- instalacja chłodnicza

oraz inne, które są specyficzne dla konkretnego rodzaju produkcji.

Analiza pracy instalacji, przeprowadzana w sposób okresowy przez wyspecjalizowany personel oraz prowadzenie zorganizowanej dokumentacji powinny być normalną praktyką w zakładach produkcyjnych.

Kolejnym aspektem inżynierii procesowej jest harmonogram pracy zakładu. Harmonogram taki umożliwia prowadzenie procesu w sposób, który umożliwia uniknięcie pracy największych odbiorników jednocześnie a co za tym idzie, redukcję szczytowego zapotrzebowania na energię.

W przypadku braku możliwości takiej niwelacji szczytów poboru, należy rozważyć kolejny aspekt inżynierski, mianowicie wykorzystanie energii odpadowej wydzielanej podczas procesów towarzyszących głównemu procesowi produkcyjnemu.

Źródła energii odpadowej

W zależności od charakteru zakładu oraz od stosowanych w nim mediów energetycznych można wskazać następujące źródła energii odpadowej, które można wykorzystać we wstępnej obróbce mediów używanych do produkcji:

- Para wtórna z odmulin i odsolin w kotłowni parowej.

- Ciepło odpadowe powstałe w wyniku skraplania czynnika chłodniczego (amoniaku lub freonu) w układach sprężarkowych wykorzystywanych w procesach chłodniczych.

- Energia zawarta w wywiewanym z pomieszczeń produkcyjnych i socjalnych powietrzu wentylacyjnym.

- Energia chemiczna zawarta w ściekach kierowanych do zakładowych oczyszczalni.

W przemyśle mleczarskim ciepło odpadowe może być również wykorzystane we wstępnym podgrzewie mleka w procesie jego pasteryzacji na produkty wymagające podgrzania po wyjściu z ostatniej sekcji wymiany, np. sery, twarogi, produkty fermentowane, śmietanka na śmietanę itp.

Racjonalna gospodarka energią cieplną, w kontekście oszczędności nie tylko energii pierwotnej w postaci paliw kopalnych, ale idące z tym oszczędności eksploatacyjne, jest wymierna w zakresie stopy zwrotu kosztów inwestycyjnych, które należy ponieść na wdrożenie systemu oszczędzania energii.

Pierwszą fazą zatem, którą należy przejść, jest rzetelne podejście do bilansu energetycznego zakładu. Należy zwrócić uwagę, jak i w jakich okresach pracuje zakład oraz na wszystkie możliwe do wykorzystania źródła ciepła, na przykład chłodzenie wentylatorowe sprężarek powietrza, czy też powierzchnię dachu, którą można wykorzystać do montażu paneli fotowoltaicznych. Możliwości jest na ogół bardzo dużo, wiele z nich jest nawet subsydiowana z funduszy strukturalnych UE.

Następną fazą jest określenie tych elementów systemu, w których wykorzystanie energii odpadowej jest opłacalne, czyli nie tylko zwróci się w krótkim okresie czasu, ale również przyniesie wymierne korzyści w postaci niższych rachunków za energię pierwotną.

Po tym etapie następuje wdrożenie proponowanych przez inżyniera rozwiązań.

Amoniakalna pompa ciepła jako źródło ciepłej wody grzewczej, użytkoweji technologicznej dla zakładów mleczarskich.

Amoniakalne instalacje chłodnicze wykorzystywane powszechnie w zakładach mleczarskich dają szerokie możliwości do stosowania odzysku ciepła. Jego głównymi źródłami mogą być:

– odzysk ciepła skraplania par amoniaku (możliwa temp. odzysku: 30 °C)

– odzysk ciepła z chłodzenia oleju sprężarek (możliwa temp. odzysku: 45 °C)

– odzysk ciepła przegrzania par amoniaku (możliwa temp. odzysku: 55 °C)

O ile powyższe metody odzysku ciepła są coraz powszechniej stosowane, to pozwalają one na uzyskanie ciepła odpadowego o stosunkowo niskim parametrze. Najwyższą temperaturę wody uzyskać można stosując odzysk ciepła z przegrzania par amoniaku, ale jego ilość, która wynika z ilości par przetłaczanych przez sprężarki, jest stosunkowo niewielka.

Niska temperatura odzyskiwanego ciepła powoduje najczęściej potrzebę podniesienia tego parametru do poziomu wymaganego w odbiorniku ciepła. Zazwyczaj dokonywane jest to za pomocą tradycyjnych źródeł ciepła czyli pary wodnej lub wody wysoko parametrowej przy eksploatacji kotłów wodnych. W takich przypadkach, w zależności od zastosowanego wymiennika ciepła, do wyprodukowania 1 kW mocy cieplnej na potrzeby odbiornika ciepła zużywa się od 1,1 do 1,3 kW innego rodzaju mocy cieplnej uzyskanej z paliw konwencjonalnych (uwzględniając stratę na wymienniku).

Zastosowanie amoniakalnej pompy ciepła pozwala na wykonanie tej operacji technicznej w sposób znacznie bardziej wydajny. Za jej pośrednictwem pobierając 1 kW mocy elektrycznej wytwarza się od 4,5 do 5,5 kW mocy cieplnej.

Zagospodarowanie odzyskanego ciepła

Dzięki wykorzystaniu sprężarkowej pompy ciepła wytwarzać można znaczne ilości ciepłej wody o temperaturze nawet do 75 °C. Ten parametr odzyskiwanego ciepła pozwala na wykorzystanie go wprost lub pośrednio w większości odbiorników ciepła, takich jak: CWU, CO, woda technologiczna dla procesów mycia, czy też wstępny podgrzew mleka przed obróbka termiczną w liniach pasteryzacyjno wirujących.

Korzyści wynikające z zastosowania amoniakalnej pompy ciepła

Amoniakalna pompa ciepła wbudowywana jest w instalację chłodniczą jako dodatkowy blok, który stanowi kolejny stopnień sprężania. Oba układy są od siebie odseparowane i stanowią osobne obiegi amoniakalne. Włączenie do instalacji chłodniczej układu odzysku ciepła skraplania, w postaci sprężarkowej pompy ciepła, niesie ze sobą szereg korzyści. Do podstawowych z nich należą:

1. Polepszenie bilansu energetycznego instalacji chłodniczej

Odzyskując część ciepła skraplania jako dolne źródło ciepła dla pompy ciepła, zmniejszamy obciążenie skraplaczy, a co za tym idzie ilość energii elektrycznej oraz wody potrzebnej do ich pracy.

2. Ochrona środowiska

Zmniejszenie zużycia energii ogranicza ilość emitowanych do atmosfery zanieczyszczeń.

3. Korzyści ekonomiczne

Amoniakalna pompa ciepła jest najtańszym źródłem ciepłej wody grzewczej, użytkowej lub technologicznej.

Biorąc pod uwagę efektywność pracy, szybkość zwrotu nakładów inwestycyjnych oraz długą żywotność tego typu układów, sięgającą 20 lat eksploatacji, powszechne stosowanie amoniakalnych pompy ciepła w zakładach mleczarskich wydaje się być tylko kwestią czasu. 

Rafał Hryniewicki, Adam Pfeiffer

www.frizo.pl, tel. 502 352 050