Post on 23-Feb-2016
description
Nome do programa ou texto auxiliar eere.energy.gov
Avaliações do processo de aquecimento
Michael R. MullerUSARutgers University, Center for Advanced Energy Systems
Workshop de Eficiência Energética Industrial EUA - BrasilRio de Janeiro, BrasilAgosto, 2011
2 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• Introdução• Elementos de ESA no Processo de Aquecimento• A ferramenta PHAST• Estudo de caso: Processamento de pó• Estudo de caso: Tubos de ferro fundido
Descrição
3 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
O que é um processo de aquecimento?
FornalhasFornosAquecedore
sCalcinadore
sSecadoras
Fornecimento de calor para materiais usando
Para maior processamento em operações de fabricação
4 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
Importância do processo de aquecimento
Processo de resfriamento
1%
Processo de aquecimento
38%
Vapor 35%
Outros4%Eletroquímicos
2%
Sistemas a motor
12%
Instalações 8%
Uso da energia em fábricas por tipo de sistema
(%)
5 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• Quente = Derretimento de metal– Altos-fornos: 900 °C a 1300°C
(1600 °F a 2300 °F)
Temperaturas do processo de aquecimento
6 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• Processos de secagem a baixa temperatura: 70 °C (160 °F)
Processos a baixa temperatura
7 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
Distribuição de energia em um sistema de aquecimento típico
Entrada de calor na fornalha
Aquecimento em gases de combustão
8 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
Avaliações de Energia "Save Energy Now”
• Avaliações de sistemas industriais específicos realizadas por um Especialista Qualificado usando as ferramentas de software do DOE
• Relatório de Avaliações de Energia identificam economias potenciais de custo e energia
• As fábricas são selecionadas pelo DOE com base em vários fatores, incluindo: O consumo de energia da fábrica A intenção da empresa de incluir outras fábricas similares em
sua empresa
8
9 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
ESA do processo de aquecimento
Realizar uma
visita à fábrica
Analisar e informar os resultados
ReunirDadospreliminares
Acompanha-mento
Treinar o Pessoal da Fábrica
• As equipes são formadas por especialistas em energia e pelo pessoal da fábrica.
• As equipes focam somente nos sistemas de aquecimento
• O pessoal da fábrica é treinado nas ferramentas de software do Departamento de Energia dos EUA.
10 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
Perito em energia passa 3 dias no local
Dia 1• Instruções de segurança, tour pela fábrica• Visão geral da Ferramenta PHAST do DOE para
o pessoal da fábrica• Acordo sobre oportunidades de investigar
potenciais de eficiência energética• Iniciar coleta de dados para oportunidades
potenciais
Dia 2• Continuar a coleta de dados• Aplicar ferramenta PHAST para quantificar
oportunidades potenciais• Líderes e peritos de fábricas concordam com
resultados de oportunidades
Dia 3• Análises da ferramenta de finalização• Líderes e especialistas de fábricas verificam se
concordam com resultados oportunos• Reunião de encerramento à tarde para analisar
os resultados
11 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• A Ferramenta de Pesquisa e Avaliação do Processo de Aquecimento (PHAST) foi desenvolvida pelo Laboratório Nacional Oak Ridge em cooperação com a Associação de Equipamentos Industriais para Aquecimento (IHEA).
• Um subcomitê que consiste de membros das principais indústrias (ou seja, refinamento de petróleo, produtos químicos) e fornecedores de equipamentos atuou como assessor durante o desenvolvimento da ferramenta.
• As iniciativas de desenvolvimento foram apoiadas pelo Escritório do Programa de Tecnologias Industriais (ITP) do Departamento de Energia (DOE).
O que é PHAST?
Ferramenta de Pesquisa e Avaliação do Processo de Aquecimento (Process Heating Assessment and Survey Tool - PHAST)
12 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• Uma ferramenta que pode ser usada para: – Estimar o uso de energia anual e o custo de energia de
fornalhas e caldeiras em uma fábrica – Realizar uma análise detalhada do uso de energia e do
saldo de calor que identifique áreas de uso de energia, eficiências e perdas energéticas de uma fornalha
– Realizar uma análise what-if ("E se...?"), de possíveis melhorias de eficiência e redução de energia por meio de mudanças na operação, manutenção e retroajustes de componentes/sistemas
– Obter informações sobre métodos de economias de energia e identificar os recursos adicionais
O que é PHAST?
Ferramenta de Pesquisa e Avaliação do Processo de Aquecimento (Process Heating Assessment and Survey Tool - PHAST)
13 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• Onde: Delaware, EUA• O que: Celulose Microcristalina• Como: A pasta de madeira é misturada e aquecida com
alvejante, soda cáustica e vapor – em seguida, secada por
nebulização
Estudo de caso
14 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• A celulose reage com produtos químicos a 50°C por 2-3 horas– a reação muda a forma física de fibra para pó
• A massa é depois bombeada para uma torre de nebulização onde é secada pelo ar quente– OBS – as secadoras evaporam a água da massa e,
portanto, removem a água no ponto de ebulição abaixo • foi necessário fazer ajustes nas entradas PHAST porque a
água removida do fluxo de processo deve estar a 100 °C
• A energia resultante retém a absorvência da água, o que é muito útil
Estudo de caso
15 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• Duas de três secadoras tiveram recuperação de calor residual usando um sistema de glicol (Glycol Loop)
• A terceira secadora não tinha espaço para pré-aquecer o ar– Mas o calor residual pode ser usado para pré-aquecer duas
secadoras!!
• A fábrica não incluiu a energia associada à evaporação em sua análise
Calor residual das secadoras
Slurry Inlet - powder and water
Air Inlet
Air Preheat - glycol Loop
Air Heating
(Nat Gas)
Dryer Wet Air
Glycol Loop
Exhaust Air
Product
16 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
Resultados do registrador de dados
• Os sensores de temperatura em dois sistemas de resfriamento noturno mostram comportamento correto (superior) e falha total da válvula (inferior)
• Foram necessários vários dias para poder ver isso
17 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
Resultados para processamento de pó
IDENTIFIED PLANT BEST PRACTICES
1 Instrumentation and control of key systems 2 General use of waste heat throughout plant 3 Aggressive paybacks for energy projects (3 years) 4 Level of insulation on dryers is high – can allow them to live outdoors 5 Compact plant design is efficient, although making changes in such close quarters is difficult
ENERGY SAVINGS OPPORTUNITY SUMMARY INFORMATION
Identified Opportunity
Savings/yr $ kWh MMBtu Fuel Type N,M,L
Increase rate of scrubber flow to increase recovered heat in glycol loop
$57,600 4800 Nat Gas N
Repair observed missing insulation $3360 280 Nat Gas N Lower O2 in flue gas to 2% from 3.5% $95,000 7919 Nat Gas N Recover Waste Heat from Bowen Dryer $260,323 21694 Nat Gas M Use organic rankine cycle engines to make power from low quality waste heat sources
$106,000 1,000,000 Electricity L
Replace heat exchangers for city water and purified water to directly heated systems
$286,010 23834 Nat Gas M
Use 20% of exhaust gas as recirculation $160,000 13,333 Nat Gas L Eliminate flash steam – use in other processes $159,428 13,285 Nat Gas M
18 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• Onde: NJ, USA• O que: Tubos de ferro fundido para sistemas de água• Como: Fornalha de cúpula e forno de tratamento térmico
Estudo de caso
19 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• Ferro fundido é feito de gusa em um forno alto• O ferro fundido líquido é girado em formato de tubo• O concreto é borrifado sobre o tubo e fornece um revestimento• Em seguida, os tubos frios são pintados
Estudo de caso
20 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• As maiores economias foram identificadas ao tratar termicamente os canos antes que eles resfriem
• A fábrica percebeu que misturar tamanhos de canos nos fornos permitia que fossem inteiramente utilizados– Mas para fazer isso havia longos intervalos de espera e os
tubos esfriavam chegando a quase atingir a temperatura ambiente
Sala de fusão e tratamento térmico
21 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• O uso de gás natural foi monitorado de perto por três dias
• A comparação entre contas mostrou uma grande quantidade de gás natural desperdiçada
• Isso ocorre porque os fornos não são desligados automaticamente quando não estão em uso
Uso fantasma de gás natural
22 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
Resultados da fundição de tubos de ferro
ENERGY SAVINGS OPPORTUNITY SUMMARY INFORMATION Identified Opportunity
Savings/yr
$ kWh MMBtu Fuel Type N,M,
L Use moving walls or flaps or at least reflectors to limit radiation energy loss from both ends
$21586 1440 Nat Gas N
Review and update control scheme to insure temperatures/burner settings are accurate
$70153 4680 Nat Gas N
Improve annealing oven operation to eliminate push-pull $259,000 17,280 Nat Gas N
Track and Eliminate “Ghost” Natural Gas Use $570,000 38000 Nat Gas N
Use solid state humidity sensors as feedback on concrete dryers $3780 252 Nat Gas N
Repair oven hot spots $4300 317 Nat Gas M Evaluate operations and model processes to optimize performance proactively
$158,000 9415 Coke/Nat Gas M
Utilize waste heat from oil cooler and water jackets to make electricity
$215000 1,440,000 Electricity L
23 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
• As avaliações do processo de aquecimento podem identificar excelentes oportunidades de economia para as fábricas
• Algumas recomendações importantes necessitam de três dias para serem observáveis
• Com a ferramenta PHAST é possível quantificar a economia – Funciona melhor em processos muito quentes
• Treinar o pessoal da fábrica para reunir dados e analisá-los pode ter impactos duradouros
Conclusões
24 | Eficiência energética industrial eere.energy.gov
Obrigado!!
Perguntas???