61
18 июня 2025
Материал подготовлен Содиковым Исмоилом, инженером инновационно-технологического центра "Современные технологии переработки биоресурсов Севера".
Если у вас есть интересные материалы и наработки, которыми вы хотели бы поделиться с коллегами, мы с радостью их опубликуем. Также мы ищем редакторов направлений Целлюлоза, Лайнеры, Другие картоны (специальные виды картонов). Если бы вы хотели писать и редактировать статьи на технические темы, свяжитесь с Ириной Летягиной.
Поскольку цены на энергию и материалы продолжают расти, имеет смысл обратить внимание на недооцененные потоки энергии внутри здания. В бумажных фабриках отопление обычно не является проблемой, но экономия электроэнергии никогда не бывает лишней.
Один из эффективных способов сэкономить энергию — более активное использование уже существующих энергетических потоков внутри здания. Это включает в себя горячую и холодную воду, пар и отходящие газы, которые пока не задействованы в процессе и выбрасываются в виде отходов. В отношении высокотемпературных потоков эта практика уже широко внедрена, и количество потерь тепла сокращается. Однако остаются возможности для использования потоков с более низкими температурами, которым пока уделяется недостаточно внимания.
В последние годы рекуперация тепла и системы отопления приобрели большее значение, поскольку технологии совершенствуются, а внимание в данной сфере все больше сосредотачивается на повышении общей эффективности системы, а не только на оптимизации отдельных частей процесса.
Какие потоки остаются без внимания?
Незадействованные потоки на бумажных фабриках обычно находятся в нижнем диапазоне температур, то есть 100 °C и ниже. К ним могут относиться, например, теплая технологическая вода, сточные воды и холодная технологическая вода, если они не используются для конкретных задач.
Холодная технологическая вода — это свежая вода до ее нагрева для технологических нужд. С помощью специальных климатических шкафов эту воду можно использовать для охлаждения электрических помещений внутри фабрики, что позволяет экономить сразу в двух направлениях.
Во-первых, при использовании холодной воды для охлаждения отпадает необходимость в чиллере или охладителе. Во-вторых, нагретая вода возвращается в процесс, что снижает потребность в дополнительном подогреве и, соответственно, сокращает затраты на энергию для нагрева. Это обеспечивает 100% рекуперацию тепла и значительную экономию электроэнергии.
Теплая вода, требующая охлаждения, может использоваться в качестве источника тепла для высокотемпературного теплового насоса. Такой насос позволяет получать температуры до 90 °C, что делает его применение более универсальным. Если избыточная теплая технологическая вода не используется и нуждается в охлаждении, эффективным решением является абсорбционный охладитель. Он позволяет получить энергоэффективное охлаждение даже при температуре воды от 70 °C. Абсорбционный чиллер использует горячую воду вместо электрической энергии для работы компрессора в стандартном чиллере. Это означает, что, интегрировав поток теплой воды в абсорбционный чиллер, можно одновременно охлаждать теплую воду и получать охлажденную воду практически без затрат электроэнергии. Единственное потребление электроэнергии в этом процессе связано с работой автоматизированной системы и сухих охладителей, которые выполняют функцию конденсаторов для абсорбционного чиллера.
Почему стоит использовать энергетические потоки?
Использование ранее неучтенных энергетических потоков помогает сократить выбросы, снизить затраты и экологическое воздействие работы бумажной фабрики. Это достигается за счет более эффективного использования уже имеющихся источников энергии, сокращения потерь и уменьшения потребления внешних энергоресурсов.
Превращение неиспользуемых потоков в полезные увеличивает общую эффективность производства, поскольку уменьшается потребление энергии и сокращаются выбросы тепла. Чем меньше энергии поступает извне и чем больше используется внутренний потенциал, тем выше эффективность работы фабрики. Оптимизация заключается в том, чтобы выполнить необходимую работу с минимальными энергетическими затратами.
С повышением температуры сточных вод и ужесточением норм возникает необходимость в их охлаждении. Это можно реализовать, например, с помощью высокотемпературных тепловых насосов, которые нагревают воду до 90 °C, делая ее пригодной для систем отопления и других технологических процессов.
Холодная вода (от 10 до 25°C)
Холодная вода может напрямую использоваться для охлаждения определенных зон бумажных фабрик. Например, в Европе свежая вода достаточно прохладная, чтобы ее охлаждающий эффект можно было применять в различных технологических процессах.
Охлаждение электротехнических помещений (E-rooms) возможно с использованием специально разработанных климатических шкафов. Линейка Paper Line от BM Green Cooling предназначена для работы с более высокими температурами воды, сохраняя при этом требуемый уровень температуры воздуха согласно нормам ASHRAE (американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха).
Основные особенности климатических шкафов Paper Line:
- Возможность использования нержавеющих труб для работы с водой низкого качества.
- Оснащены системой управления Siemens S7, обеспечивающей удобную интеграцию с системой управления процессами (PCS) на фабрике.
- Доступны также версии без встроенного контроллера, которые могут управляться напрямую через PCS.
- Холодная вода может использоваться для летнего охлаждения горячих производственных цехов, таких как склады, роллерные залы и упаковочные цеха.
После использования в системах охлаждения вода возвращается в общий поток, из которого она была взята. Это означает, что общее потребление воды не увеличивается, а благодаря нагреву воды в процессе охлаждения уменьшается потребность в последующем нагреве, обеспечивая 100% рекуперацию тепла и дополнительные энергосбережения.
Теплая вода (от 25 до 55°C)
Теплая вода в бумажных фабриках включает, например, сточные воды, которые возвращаются в природные водоемы. Обычно перед сбросом в окружающую среду такая вода должна быть охлаждена, чтобы минимизировать экологическое воздействие. Однако её температура недостаточно высока для эффективного использования в системах отопления.
В последние годы спрос на охлаждение сточных вод значительно вырос. Это связано с ужесточением нормативных требований и возрастанием значимости экологических аспектов.
Сточные воды можно охлаждать с использованием различных технологий, включая сухие охладители, адиабатические сухие охладители и закрытые градирни. Общей особенностью всех этих решений является то, что они представляют собой закрытые системы, предотвращающие испарение сточных вод и снижая потери воды. Такой подход позволяет предотвращается риск заражения легионеллой (Legionella), а также избежать проблем с парообразованием. Хотя охлаждение сточных вод возможно, оно не является наиболее эффективным решением, так как тепло просто рассеивается в окружающий воздух и теряется. Поэтому оптимальным вариантом для повышения общей энергоэффективности фабрики является рекуперация тепла.
Температура сточных вод обычно недостаточно высокая для прямого использования в системах отопления, однако их можно применять как источник тепла для теплового насоса. С высокотемпературным тепловым насосом температура воды может быть повышена до 90°C, что делает её пригодной для различных нужд.
Зимой нагретая вода может использоваться для обогрева офисов и других помещений фабрики или даже продаваться в систему централизованного теплоснабжения.
Горячая вода и пар – от 70 до >150°C
Если горячая вода не может быть использована в процессе и требуется её охлаждение, существуют различные способы её утилизации. Зимой такая вода может применяться для отопления, но на целлюлозно-бумажных фабриках, как правило, избыток тепла. Это означает, что летом её сложно использовать для обогрева.
Одним из решений является абсорбционный чиллер. Он использует горячую воду для получения охлаждённой воды для систем охлаждения. В абсорбционном процессе тепловая энергия из горячей воды заменяет электрическую энергию, необходимую для работы компрессора в традиционном чиллере. Это позволяет избавиться от избыточного тепла на фабрике и, например, охлаждать электрощитовые (E-rooms) в производственном процессе.
Ранее для работы абсорбционного охладителя требовалась вода с температурой 100–90°C, но современные технологии позволяют использовать воду с температурой от 70°C. Возможность работать с более низкими температурами делает эту технологию более доступной и широко применимой на бумажных фабриках. Современные абсорбционные чиллеры могут использовать не только горячую воду, но также газ и пар в качестве источника тепла, что значительно расширяет возможности их применения. Наибольшая эффективность абсорбционной системы наблюдается летом, когда на фабрике избыток тепла и снижается потребность в отоплении.
Абсорбционные и адсорбционные технологии значительно уменьшают потребление электроэнергии. Для охлаждения 1 000 кВт абсорбционный чиллер требует всего 9 кВт электроэнергии, плюс дополнительная электроэнергия для вентиляторов конденсирующего блока, которая зависит от температуры окружающей среды. На основе реализованных проектов максимальное энергопотребление для охлаждающей мощности 1 000 кВт составляет около 60 кВт. Таким образом, расчётный EER (коэффициент энергоэффективности) этой системы достигает 14,5 (1 000 кВт / 69 кВт) даже в худшем летнем сценарии. Для сравнения, обычные чиллеры имеют EER на уровне 3–4, что делает абсорбционные решения в разы эффективнее. Если в процессе удаётся использовать избыточное тепло, которое в противном случае было бы потеряно, общая энергоэффективность системы возрастает ещё больше.
Менее распространённым, но интересным вариантом является использование небольшого генератора, который преобразует горячую воду в электричество. Хотя этот метод не подходит для большинства фабрик, он может стать оптимальным решением в некоторых случаях.
Преимущества использования горячей воды для генерации электроэнергии:
- Охлаждение воды в процессе её использования
- Замещение покупной электроэнергии, что снижает затраты и общее энергопотребление
- Снижение энергопотребления на охлаждение в зонах с высокой тепловой нагрузкой, таких как целлюлозно-бумажные комбинаты, играет ключевую роль в общей энергоэффективности. Например, E-rooms (электротехнические помещения) требуют постоянного охлаждения, пока идёт производство бумаги. Это приводит к высоким затратам электроэнергии в течение года, поскольку тепловые нагрузки остаются стабильными.
Основные способы снижения энергозатрат
- Исключение самого энергоёмкого элемента из системы охлаждения – чаще всего это компрессор чиллера
- Оптимизация систем охлаждения DX (Direct Expansion – прямое расширение)
- Использование водоохлаждаемых и воздухоохлаждаемых чиллеров с повышенной энергоэффективностью
Свободное охлаждение
Снижение энергопотребления при охлаждении может быть достигнуто за счёт использования свободного охлаждения, где охлаждающей средой является наружный воздух. С помощью специально разработанных климатических шкафов, например, E-rooms на целлюлозно-бумажных фабриках могут охлаждаться с использованием непрямого свободного охлаждения при температурах наружного воздуха до 14°C. Это означает, что при температуре наружного воздуха ниже 14°C механическое охлаждение не требуется.
Например, в Дюссельдорфе, Германия, температура остаётся ниже 14°C в течение 64% года.
Когда механическое охлаждение заменяется свободным охлаждением или естественным охлаждением (например, свежей водой внутри фабрики), экономия электроэнергии может достигать 95%. В годовом выражении в Дюссельдорфе это означает приблизительно 60% экономии электроэнергии в системе охлаждения по сравнению с традиционным механическим охлаждением.
Естественное охлаждение
Если охлаждение электротехнических помещений (E-rooms) может осуществляться с использованием холодной воды, то энергоэффективность становится еще выше, так как вентиляторы сухих охладителей исключаются из процесса. Единственными элементами, потребляющими энергию, остаются насосы, но их энергопотребление сопоставимо с другими жидкостными системами охлаждения, будь то свободное охлаждение или охлаждение с использованием компрессора.
Заключение
При рассмотрении энергосбережения на бумажной фабрике эффективным решением является использование существующих потоков энергии. Независимо от того, являются ли эти потоки горячими, холодными или промежуточными, обычно существует способ их применения для экономии энергии и снижения воздействия на окружающую среду.
Однако возможны проблемы, связанные с выбором материалов, совместимостью различных решений по утилизации энергии, а также доступностью этих потоков в разные времена года.
Если у вас есть интересные материалы и наработки, которыми вы хотели бы поделиться с коллегами, мы с радостью их опубликуем. Также мы ищем редакторов направлений Целлюлоза, Лайнеры, Другие картоны (специальные виды картонов). Если бы вы хотели писать и редактировать статьи на технические темы, свяжитесь с Ириной Летягиной.
Поскольку цены на энергию и материалы продолжают расти, имеет смысл обратить внимание на недооцененные потоки энергии внутри здания. В бумажных фабриках отопление обычно не является проблемой, но экономия электроэнергии никогда не бывает лишней.
Один из эффективных способов сэкономить энергию — более активное использование уже существующих энергетических потоков внутри здания. Это включает в себя горячую и холодную воду, пар и отходящие газы, которые пока не задействованы в процессе и выбрасываются в виде отходов. В отношении высокотемпературных потоков эта практика уже широко внедрена, и количество потерь тепла сокращается. Однако остаются возможности для использования потоков с более низкими температурами, которым пока уделяется недостаточно внимания.
В последние годы рекуперация тепла и системы отопления приобрели большее значение, поскольку технологии совершенствуются, а внимание в данной сфере все больше сосредотачивается на повышении общей эффективности системы, а не только на оптимизации отдельных частей процесса.
Какие потоки остаются без внимания?
Незадействованные потоки на бумажных фабриках обычно находятся в нижнем диапазоне температур, то есть 100 °C и ниже. К ним могут относиться, например, теплая технологическая вода, сточные воды и холодная технологическая вода, если они не используются для конкретных задач.
Холодная технологическая вода — это свежая вода до ее нагрева для технологических нужд. С помощью специальных климатических шкафов эту воду можно использовать для охлаждения электрических помещений внутри фабрики, что позволяет экономить сразу в двух направлениях.
Во-первых, при использовании холодной воды для охлаждения отпадает необходимость в чиллере или охладителе. Во-вторых, нагретая вода возвращается в процесс, что снижает потребность в дополнительном подогреве и, соответственно, сокращает затраты на энергию для нагрева. Это обеспечивает 100% рекуперацию тепла и значительную экономию электроэнергии.
Теплая вода, требующая охлаждения, может использоваться в качестве источника тепла для высокотемпературного теплового насоса. Такой насос позволяет получать температуры до 90 °C, что делает его применение более универсальным. Если избыточная теплая технологическая вода не используется и нуждается в охлаждении, эффективным решением является абсорбционный охладитель. Он позволяет получить энергоэффективное охлаждение даже при температуре воды от 70 °C. Абсорбционный чиллер использует горячую воду вместо электрической энергии для работы компрессора в стандартном чиллере. Это означает, что, интегрировав поток теплой воды в абсорбционный чиллер, можно одновременно охлаждать теплую воду и получать охлажденную воду практически без затрат электроэнергии. Единственное потребление электроэнергии в этом процессе связано с работой автоматизированной системы и сухих охладителей, которые выполняют функцию конденсаторов для абсорбционного чиллера.
|
|
Рисунок 1. Диаграмма температур и применимости потоков |
Почему стоит использовать энергетические потоки?
Использование ранее неучтенных энергетических потоков помогает сократить выбросы, снизить затраты и экологическое воздействие работы бумажной фабрики. Это достигается за счет более эффективного использования уже имеющихся источников энергии, сокращения потерь и уменьшения потребления внешних энергоресурсов.
Превращение неиспользуемых потоков в полезные увеличивает общую эффективность производства, поскольку уменьшается потребление энергии и сокращаются выбросы тепла. Чем меньше энергии поступает извне и чем больше используется внутренний потенциал, тем выше эффективность работы фабрики. Оптимизация заключается в том, чтобы выполнить необходимую работу с минимальными энергетическими затратами.
С повышением температуры сточных вод и ужесточением норм возникает необходимость в их охлаждении. Это можно реализовать, например, с помощью высокотемпературных тепловых насосов, которые нагревают воду до 90 °C, делая ее пригодной для систем отопления и других технологических процессов.
Холодная вода (от 10 до 25°C)
Холодная вода может напрямую использоваться для охлаждения определенных зон бумажных фабрик. Например, в Европе свежая вода достаточно прохладная, чтобы ее охлаждающий эффект можно было применять в различных технологических процессах.
Охлаждение электротехнических помещений (E-rooms) возможно с использованием специально разработанных климатических шкафов. Линейка Paper Line от BM Green Cooling предназначена для работы с более высокими температурами воды, сохраняя при этом требуемый уровень температуры воздуха согласно нормам ASHRAE (американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха).
Основные особенности климатических шкафов Paper Line:
- Возможность использования нержавеющих труб для работы с водой низкого качества.
- Оснащены системой управления Siemens S7, обеспечивающей удобную интеграцию с системой управления процессами (PCS) на фабрике.
- Доступны также версии без встроенного контроллера, которые могут управляться напрямую через PCS.
- Холодная вода может использоваться для летнего охлаждения горячих производственных цехов, таких как склады, роллерные залы и упаковочные цеха.
После использования в системах охлаждения вода возвращается в общий поток, из которого она была взята. Это означает, что общее потребление воды не увеличивается, а благодаря нагреву воды в процессе охлаждения уменьшается потребность в последующем нагреве, обеспечивая 100% рекуперацию тепла и дополнительные энергосбережения.
|
| Рисунок 2. Специальный климатический шкаф для бумажной промышленности с блоком управления Siemens S7 и А-образным змеевиком для обеспечения высокой доли естественного охлаждения в течение года |
Теплая вода (от 25 до 55°C)
Теплая вода в бумажных фабриках включает, например, сточные воды, которые возвращаются в природные водоемы. Обычно перед сбросом в окружающую среду такая вода должна быть охлаждена, чтобы минимизировать экологическое воздействие. Однако её температура недостаточно высока для эффективного использования в системах отопления.
В последние годы спрос на охлаждение сточных вод значительно вырос. Это связано с ужесточением нормативных требований и возрастанием значимости экологических аспектов.
Сточные воды можно охлаждать с использованием различных технологий, включая сухие охладители, адиабатические сухие охладители и закрытые градирни. Общей особенностью всех этих решений является то, что они представляют собой закрытые системы, предотвращающие испарение сточных вод и снижая потери воды. Такой подход позволяет предотвращается риск заражения легионеллой (Legionella), а также избежать проблем с парообразованием. Хотя охлаждение сточных вод возможно, оно не является наиболее эффективным решением, так как тепло просто рассеивается в окружающий воздух и теряется. Поэтому оптимальным вариантом для повышения общей энергоэффективности фабрики является рекуперация тепла.
Температура сточных вод обычно недостаточно высокая для прямого использования в системах отопления, однако их можно применять как источник тепла для теплового насоса. С высокотемпературным тепловым насосом температура воды может быть повышена до 90°C, что делает её пригодной для различных нужд.
Зимой нагретая вода может использоваться для обогрева офисов и других помещений фабрики или даже продаваться в систему централизованного теплоснабжения.
|
|
Рисунок 3. Высокотемпературный тепловой насос для рекуперации тепла |
Горячая вода и пар – от 70 до >150°C
Если горячая вода не может быть использована в процессе и требуется её охлаждение, существуют различные способы её утилизации. Зимой такая вода может применяться для отопления, но на целлюлозно-бумажных фабриках, как правило, избыток тепла. Это означает, что летом её сложно использовать для обогрева.
Одним из решений является абсорбционный чиллер. Он использует горячую воду для получения охлаждённой воды для систем охлаждения. В абсорбционном процессе тепловая энергия из горячей воды заменяет электрическую энергию, необходимую для работы компрессора в традиционном чиллере. Это позволяет избавиться от избыточного тепла на фабрике и, например, охлаждать электрощитовые (E-rooms) в производственном процессе.
Ранее для работы абсорбционного охладителя требовалась вода с температурой 100–90°C, но современные технологии позволяют использовать воду с температурой от 70°C. Возможность работать с более низкими температурами делает эту технологию более доступной и широко применимой на бумажных фабриках. Современные абсорбционные чиллеры могут использовать не только горячую воду, но также газ и пар в качестве источника тепла, что значительно расширяет возможности их применения. Наибольшая эффективность абсорбционной системы наблюдается летом, когда на фабрике избыток тепла и снижается потребность в отоплении.
Абсорбционные и адсорбционные технологии значительно уменьшают потребление электроэнергии. Для охлаждения 1 000 кВт абсорбционный чиллер требует всего 9 кВт электроэнергии, плюс дополнительная электроэнергия для вентиляторов конденсирующего блока, которая зависит от температуры окружающей среды. На основе реализованных проектов максимальное энергопотребление для охлаждающей мощности 1 000 кВт составляет около 60 кВт. Таким образом, расчётный EER (коэффициент энергоэффективности) этой системы достигает 14,5 (1 000 кВт / 69 кВт) даже в худшем летнем сценарии. Для сравнения, обычные чиллеры имеют EER на уровне 3–4, что делает абсорбционные решения в разы эффективнее. Если в процессе удаётся использовать избыточное тепло, которое в противном случае было бы потеряно, общая энергоэффективность системы возрастает ещё больше.
Менее распространённым, но интересным вариантом является использование небольшого генератора, который преобразует горячую воду в электричество. Хотя этот метод не подходит для большинства фабрик, он может стать оптимальным решением в некоторых случаях.
Преимущества использования горячей воды для генерации электроэнергии:
- Охлаждение воды в процессе её использования
- Замещение покупной электроэнергии, что снижает затраты и общее энергопотребление
- Снижение энергопотребления на охлаждение в зонах с высокой тепловой нагрузкой, таких как целлюлозно-бумажные комбинаты, играет ключевую роль в общей энергоэффективности. Например, E-rooms (электротехнические помещения) требуют постоянного охлаждения, пока идёт производство бумаги. Это приводит к высоким затратам электроэнергии в течение года, поскольку тепловые нагрузки остаются стабильными.
Основные способы снижения энергозатрат
- Исключение самого энергоёмкого элемента из системы охлаждения – чаще всего это компрессор чиллера
- Оптимизация систем охлаждения DX (Direct Expansion – прямое расширение)
- Использование водоохлаждаемых и воздухоохлаждаемых чиллеров с повышенной энергоэффективностью
Свободное охлаждение
Снижение энергопотребления при охлаждении может быть достигнуто за счёт использования свободного охлаждения, где охлаждающей средой является наружный воздух. С помощью специально разработанных климатических шкафов, например, E-rooms на целлюлозно-бумажных фабриках могут охлаждаться с использованием непрямого свободного охлаждения при температурах наружного воздуха до 14°C. Это означает, что при температуре наружного воздуха ниже 14°C механическое охлаждение не требуется.
Например, в Дюссельдорфе, Германия, температура остаётся ниже 14°C в течение 64% года.
Когда механическое охлаждение заменяется свободным охлаждением или естественным охлаждением (например, свежей водой внутри фабрики), экономия электроэнергии может достигать 95%. В годовом выражении в Дюссельдорфе это означает приблизительно 60% экономии электроэнергии в системе охлаждения по сравнению с традиционным механическим охлаждением.
|
| Рисунок 5. Сухие охладители для обеспечения свободного охлаждения при температуре наружного воздуха до 14°C. |
Естественное охлаждение
Если охлаждение электротехнических помещений (E-rooms) может осуществляться с использованием холодной воды, то энергоэффективность становится еще выше, так как вентиляторы сухих охладителей исключаются из процесса. Единственными элементами, потребляющими энергию, остаются насосы, но их энергопотребление сопоставимо с другими жидкостными системами охлаждения, будь то свободное охлаждение или охлаждение с использованием компрессора.
Заключение
При рассмотрении энергосбережения на бумажной фабрике эффективным решением является использование существующих потоков энергии. Независимо от того, являются ли эти потоки горячими, холодными или промежуточными, обычно существует способ их применения для экономии энергии и снижения воздействия на окружающую среду.
Однако возможны проблемы, связанные с выбором материалов, совместимостью различных решений по утилизации энергии, а также доступностью этих потоков в разные времена года.
Источник:
Paper Technology International
