Оптимизация стоимости нанесения порошкового покрытия через эффективное использование энергии.

Рост цен на энергоносители и усиление конкуренции вынуждают производителей искать решения по сокращению стоимости порошковых покрытий. Компания Eisenmann предлагает несколько способов для существенного увеличения энергоэффективности предприятия и значительного уменьшения эксплуатационных расходов.

Cамым энергоемким оборудованием в процессе нанесения покрытия являются многочисленные сушильные печи. Значительная часть энергии расходуется на нагрев ванны предварительной обработки и/ или кондиционирование воздуха (зависит от типа предприятия). В этих сферах значительной экономии энергии удается добиться оптимизацией параметров процесса, использованием энергосберегающих компонентов и интеллектуальной системы управления энергопотреблением.

Зачастую даже обычный анализ этапов процесса с точки зрения экономии энергии позволяет выявить возможности снижения расходов. Так, например, уменьшение температуры ванны предварительной обработки всего на 5 °С позволяет снизить расходы тепловой энергии на 15%. Прочие возможности скрыты в самой системе предварительной обработки, которая состоит из удаления жира, промывки, железного фосфатирования с последующей двойной промывкой. Переход на использование нанотехнологий позволит не только уменьшить число этапов с пяти до четырех (с соответствующим уменьшением количества потребляемой энергии), он поможет снизить объем инвестиций и сократить площадь требуемого монтажного пространства. Использование низкотемпературных порошковых красок также позволяет снизить эксплуатационные расходы: уменьшение температуры сушки порошкового покрытия на 20 К приводит к снижению расхода энергии на 15%. Даже изменение рабочих условий (температуры и влажности) в камере нанесения порошкового покрытия может принести определенную пользу. К примеру, если по техническим условиям процесс должен проводиться при 23 °С и относительной влажности воздуха 50%, то, как правило, его можно выполнять при 27 °С и относительной влажности воздуха 65% без ухудшения качества. Вследствие этого на поддержание постоянного микроклимата в камере нанесения покрытия расходуется меньше энергии. Аналогичные рассуждения применимы для сушильных камер конденсационного типа.

Выгода от использования экономичного оборудования, например электродвигателей IE2 (ранее EFF1) с оптимизированной эффективностью, безусловна. Но в этом случае анализ экономической эффективности рекомендуется выполнять с учетом амортизационного периода.
С этой точки зрения, холодильные установки, использующие испарители непосредственного охлаждения, отличаются меньшим сроком окупаемости. Возможно из-за того, что подобные холодильные агрегаты обладают существенно более высокой эффективностью, чем агрегаты, использующие холодную воду. Последние же окупятся за весьма короткое время.

Определенные выгоды могут принести преобразователи частоты. Данные приборы оптимизируют эффективность электродвигателей, работающих в режиме частичной нагрузки. Такой режим работы характерен для приводов вентиляторов приточных агрегатов. Частота вращения электродвигателей регулируется в зависимости от состояния фильтра, что позволяет регулировать расход воздуха без использования воздушных клапанов.
Однако вышеописанный способ не даст преимуществ, если преобразователи частоты используются вместе с насосами, работающими в строго определенном режиме. Использование преобразователей частоты полезно только в системах с переменным расходом или переменным давлением. Преобразователи частоты необходимы, если давление распыления задается с панели управления или из диспетчерской.

С помощью преобразователя частоты мощность удалось снизить на 3,8 кВт, а потребление электроэнергии — на 32%. При 1800 рабочих часов в год и стоимости электроэнергии 9 евроцентов за кВт х ч годовая экономия составит 615 евро. Инвестиции на установку преобразователя частоты, составляющие 3000 евро, окупятся через 5 лет.
Преобразователь частоты, используемый только для снижения эксплуатационных расходов, позволяет получить намного больше экономических выгод. Речь идет об управлении энергопотреблением, включая эффективную утилизацию тепла, оптимизацию системы управления и оборудования предприятия.
Наибольшая экономия, связанная с системой управления, достигается оптимизацией резервного режима работы этой системы. Так, система управления простоем насосов и вентиляторов, которая снижает по-требляемую мощность этого оборудования во время перерыва в работе, транспортировки пустых подвесов и при нанесении покрытий на отдельные крупные детали (разное время нанесения покрытия), существенно уменьшает общее потребление электроэнергии. Можно пойти другим путем: оптимизировать параметры процесса в соответствии с количеством выпускаемых изделий. Например, поддерживая оптимальный расход воздуха через осушители и зоны охлаждения, так как расход воздуха в них зависит от температуры заготовки.
Следует сказать о том, что преимущества от использования подвесов с оптимизированной грузоподъемностью часто недооценивают.
Компания Eisenmann делает ставку на зажимах типа А, предназначенных для минимизации тепловых потерь в сушильных камерах. Один из способов — применение изогнутых печей: детали попадают в печь снизу и перемещаются с углом подъема 30°, проходят через печь и покидают ее на высоте, равной высоте попадания в печь. Особая конструкция сушильной камеры позволяет оптимально использовать физические особенности тепла. Это означает, что при входе детали в печь и выходе из нее теряется намного меньше тепла по сравнению с печами традиционной конструкции, и, следовательно, тепловые потери очень низки.
Двух- или трехступенчатая подача холодного воздуха в зоны охлаждения позволяет существенно сократить общий расход холодного воздуха, что заметно уменьшает количество потребляемой энергии.
После исчерпания всех возможностей по снижению энергопотребления путем оптимизации этапов процесса, режимов работы, системы управления и оборудования можно еще больше снизить энер-гопотребление, установив систему утилизации тепла. Данная система может состоять из теплообменников и тепловых насосов.
Двухступенчатая система утилизации тепла
Компания Eisenmann разработала и внедрила индивидуальную двухступенчатую систему утилизации тепла на основе пластинчатого и роторного теплообменников с передачей тепла от воздуха к воздуху. Данная система утилизирует тепло от всех источников.
Проводился анализ энергопотребления системы для нанесения порошковых покрытий, включающей в себя шесть зон предварительной обработки распылением, две камеры для нанесения порошкового покрытия, конвейеры «power and free», зону предварительного нагрева с инфракрасным излучением, сушильную камеру с зоной охлаждения, а также сушильную камеру конденсационного типа с зоной охлаждения. Анализ дал следующие результаты:
- львиная доля расходов на энергию, 82%, приходится именно на тепловую энергию;
- основные потребители электроэнергии (приблизительно по одной трети) — секция предварительной обработки, осушители с зонами охлаждения и камеры для нанесения покрытия;
- на тепловую энергию приходится около 75% от энергии, потребляемой камерами сушки.
Первая ступень: утилизация энергии от начальной зоны отверждения
Зона начального отверждения инфракрасным излучением отличается наибольшей тепловой нагрузкой — расход удаляемого воздуха с температурой 185 °С составляет 5000 м3/ч. Система утилизации тепла компании Eisenmann позволяет обогревать зону предварительной обработки. Для этого удаляемый воздух проходит через теплообменник, охлаждаясь до 100 °С, после чего он подается в контур нагрева зоны предварительной обработки. Если потребность в тепле в контуре нагрева зоны предварительной обработки отсутствует, удаляемый воздух по байпасной линии может направляться во вторую ступень системы утилизации тепла. Любые тепловые потери в данной системе восполняются от сети централизованного теплоснабжения. Использование тепла от зоны начального отверждения инфракрасным излучением для обогрева зоны предварительной обработки позволяет снизить энергопотребление на 150 кВт, что соответствует экономии 16 000 евро в год при работе в одну смену. Это означает, что инвестиции в теплообменник окупятся через 1,9 года.
Вторая ступень: утилизация тепла роторным теплообменником с передачей тепла от воздуха к воздуху
Расход воздуха, удаляемого из зоны нагрева инфракрасными лучами, составляет 5000 м3/ч. Отдавая часть тепла зоне предварительной обработки, воздух остывает до 100 °С, после чего он подается во вторую ступень системы утилизации тепла, где объединяется с другими потоками удаляемого воздуха:
- воздух, удаляемый из сушильной камеры, расход 1000 м3/ч, температура 120 °С;
- часть воздуха, удаляемого из зоны охлаждения, расход 20 000 м3/ч, от 40 до 50 °С;
- воздух, удаляемый из подпо-толочного пространства, расход 29 000 м3/ч, температура от 30 до 45 °С.
Суммарный расход воздуха, нагнетаемого вентилятором в роторный теплообменник через фильтр и выбрасываемого наружу, составляет 55 000 м3/ч, а его температура равна примерно 55 °С. В обратном направлении наружный воздух подается через роторный теплообменник и фильтр. Наружный воздух, расход которого составляет 47 000 м3/ч, нагревается на 20 °С, а затем подается в помещение, где нагревается дальше. При необходимости наружный воздух можно нагреть с помощью дополнительного воздухонагревателя. Роторный теплообменник с передачей теплоты от воздуха к воздуху позволяет снизить годовое энергопотребление на 470 000 кВт х ч при 1800 рабочих часах в год, что соответствует годовой экономии 28 000 евро. Таким образом, амортизационный период составляет около года.
Утилизация тепла с помощью тепловых насосов. Существует множество процессов, в результате которых образуется отработанный воздух с низкой температурой. Утилизация этого тепла с помощью обычных теплообменников экономически невыгодна. Компания Eisenmann предлагает альтернативное решение для таких случаев — систему на основе тепловых насосов. Данное решение находится в стадии дополнительных исследований.
Ключевым параметром в данном случае является коэффициент преобразования (СОР) теплового насоса, который определяет отношение количества электрической энергии, потребленной насосом, и количества тепловой энергии на выходе. В идеале значение коэффициента должно находиться в диапазоне от 4 до 5. Например, СОР, равный 4,5, показывает, что тепловая мощность в 450 кВт достигается при потребляемой электрической мощности 100 кВт. Разумеется, значение СОР зависит от типа используемого хладагента.
В заключение хочется повториться, что для создания эффективной и экономически выгодной концепции требуется тщательный анализ энергетического баланса предприятия, независимо от типа систем, используемых для повышения энергетической эффективности.

По материалам журнала “ПРОМЫШЛЕННАЯ ОКРАСКА”