nome do programa ou texto auxiliareere.energy.gov avaliações do processo de aquecimento michael r....

Nome do programa ou texto auxiliar eere.energy.gov

Avaliações do processo de aquecimento

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


O que é um processo de aquecimento?

FornalhasFornosAquecedore

sCalcinadore

sSecadoras

Fornecimento de calor para materiais usando

Para maior processamento em operações de fabricação


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

(%)


• Quente = Derretimento de metal– Altos-fornos: 900 °C a 1300°C

(1600 °F a 2300 °F)

Temperaturas do processo de aquecimento


• Processos de secagem a baixa temperatura: 70 °C (160 °F)

Processos a baixa temperatura


Distribuição de energia em um sistema de aquecimento típico

Entrada de calor na fornalha

Aquecimento em gases de combustão


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


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.


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


• 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)


• 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)


• 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


• 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


• 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


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


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


• 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


• 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


• 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


• 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


Resultados da fundição de tubos de ferro

ENERGY SAVINGS OPPORTUNITY SUMMARY INFORMATION Identified Opportunity

Savings/yr

$ kWh MMBt

u 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


• 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


Obrigado!!

Perguntas???

nome do programa ou texto auxiliareere.energy.gov avaliações do processo de aquecimento michael r....

Documents