$1$/,=$35,0-(1($36253&,21,+ý,/(5$1$/,1,-, ZA PROIZVODNJU SOKOVA U FABRICI VITAMINKA BANJA LUKA

Size: px

Start display at page:

Download "$1$/,=$35,0-(1($36253&,21,+ý,/(5$1$/,1,-, ZA PROIZVODNJU SOKOVA U FABRICI VITAMINKA BANJA LUKA"

Gerard Milo Barrett
6 years ago
Views:

1 $1$/,=$35,0-(1($3653&,1,+ý,/(5$1$/,1,-, ZA PROIZVODNJU SOKOVA U FABRICI VITAMINKA BANJA LUKA THE ANALYSIS OF APSORPTION CHILLERS APPLICATION ON THE JUICES PRODUCTION LINE IN THE FACTORY VITAMINKA BANJA LUKA Petar M.Gvero *, Sandra StanivukRYLü **, 6LPR*DYULORYLü ***, Gordana Tica *, Milovan Kotur * 0DãLQVNLIDNXOWHW%DQMD/XND6WHSH6WHSDQRYLüD%DQMD/XND5HSXEOLND Srpska, Bosna i Hercegovina, pero@urc.bl.ac.yu ** LIR Consulting Banja Luka, I Krajiškog korpusa bb, Banja Luka, Republika Srpska, Bosna i Hercegovina ** KHE Group Banja Luka, Banja Luka, Republika Srpska, Bosna i Hercegovina *** Abstract: Technology processes in fruit and vegetables processing industries are specific because significant requirements for heat and electricity in the certain phases. It requires highly attentive approach to the planning of energy facilities, because eventually faults in that phase can have significant influence on further operative costs, which as a consequence have energy low-efficient production with high costs per unit of final product. This paper gives the analysis of the possibilities of energy efficiency increase for the cooling system on juices production line in Vitaminka factory. Paper gives thermodynamic as well as techno-economic analysis for several proposed solutions of cooling system, with particular review on alternative variants of absorption chillers which can use different kinds of energy sources, steam, flue gases or some waste heats from the technology process. The analyses were done and have showed projection of different possibilities for the energy efficiency increase in the case of cooling system for juices production line. Key words: energy efficiency, absorption, chiller, cooling, waste heat 1. UVOD PotroãQMD HOHNWULþQH HQHUJLMH X SUHKUDPEHQRM LQGXVWULML NRQNUHWQR X IDEULNDPD ]D SUHUDGX YRüDLSRYUüD]DX]LPDQDM]QDþDMQLMHPLMHVWR7RMHXVORYOMHQRSULURGRPWHKQRORãNRJSURFHVD koji prvenstveno zahtjeva veliku potrošnju HOHNWULþQHHQHUJLMH]DKOD HQMHXWRku proizvodnog ciklusa, jer se za to uglavnom koriste kompresioni rashladni ure aji. Osnovna ideja provedene analize je UD]PDWUDQMH PRJXüQRVWL SRYHüDQMD HQHUJHWVNH HILNDVQRVWL þlohud QD OLQML ]D SURL]YRGQMX VRNRYD SUYHQVWYHQR UD]PHWUDQMHP PRJXüQRVWL zamjene kompresionih, apsorpcionim rashladnim mašinama, pogonjenm produktima sagorjevanja, vodenom parom ili povratnim kondenzatom.

2 Radi toga je izvršena analiza postojeüeg stanja centralizovanog sistema hla enja linije za proizvodnju sokova sa kompresionim þilerom uz akumulaciju toplote. Nakon toga su analizirane alternativne varijante hla enja na bazi apsorpcionihþilera.. TRENUTNO STANJE POTROŠNJE RASHLADNE ENERGIJE NA LINIJAMA PUNJENJA SOKA U FABRICI.1. Potrošnja rashladne vode u procesu proizvodnje U fabrici Vitaminka postoje dvije linije sokova: linija tetrepaka i linija flašica, na kojima se UDVKODGQD YRGD L] VLVWHPD NRULVWL QD L]PLMHQMLYDþima toplote u procesu proizvodnje soka i dearatorima (Slika 1). Pored toga u procesu je potrebno izvršiti hod HQMH FLMYRYRGD na obadvije linije nakon procesa njihove sterilizacije. Dodatno, uvoxþdmxgdqdolqlmliodãlfdgr H GR]DVWRMDQDSXQMDþXUDVKODGQRRSWHUHüHQMHVHSRYHüava na maksimalnu vrijednost u trajanju do 1h., +!!" #!!"!! # %$ &('*) Slika 1. âhpdwvnlsulnd]kod HQMDVRNDX9LWDminci (potrošnja rashladne vode.. Ukupno rashladnorswhuhühqmhxwrnxudgdsrvwurmhqmd 8VOXþDMHYLPDNDRãWRMHRYDMRGUH LYDQMHUDVKODGQRJRSWHUHüHQMD]DKWMHYDSDåOMLYXDQDOL]X VYLKRSWHUHüHQMDXSRMHGQLPtehnološkim fazama procesa, jer ona ipdmxrguh HQXGLQDPLNX pojavljivanja, a zavise i od proizvoda koji se tretira. 6XPLUDMXüLVYHXUD HQHDQDOL]HGRELMHQRMHGDVHPaksimalno rashladno RSWHUHüHQMH na liniji tetrapaka pojavljuje pri srerilizaciji linije, ali ono traje svega 3 5 min. Proces sterilizacije se uvijek tempira tako da se ne obavlja istovremeno na dvije linije, da bi se izbjegli "pikovi" RSWHUHüHQMD NRMH UDVKODGQL VLVWHP QLMH X VWDQMX VDYODGDWL 1DNRQ sterilizacije linije javlja se istovremeno UDVKODGQRRSWHUHüHQMHYH]DQR]DSURFHVKOD HQMDVRNDLSURFHVGHDHUDFLMH. Tako da unxsqr UDGQR RSWHUHüHQMH EH] ]DVWRMD u radu iznosi Q uf =53.06 kw, a sa zastojom Q uf =376,93 kw 1DRVQRYXSURUDþXQDLSURYHGQLKDQDOL]DRSWHUHüHQMDXVYRMHQR je XNXSQRUDGQRRSWHUHüHQMH sistema od Q ut =79,85 kw. 3UL REUDGL SDUDGDM]D UDGL VDPR MHGQD OLQLMD OLQLMD WHWUDSDND SD QMHQR XNXSQR RSWHUHüHQMH MHVWHLXNXSQRRSWHUHüHQMHVLVWHPDSULREUDGLSDUDGDM]D4 up =343,97 kw.

3 8NXSQRWRSORWQRRSWHUHüHQMHVLVWHPDGRELMDVHVDELUDQMHPXNXSQLKWRSORWQLKRSWHUHüHQMDQD REHOLQLMHXWUHQXWNXNDGVHWDRSWHUHüHQMDMDYOMDMX Q u =Q ut +Q uf =33,91 kw -XNXSQRUDGQRRSWHUHüHQMHVLVWHPDEH]]DVWRMDQDOLQLMLIODãLFD Q u =Q ut +Q uf =656,78 kw -XNXSQRUDGQRRSWHUHüHQMHVLVWHPDVD zastojem na liniji flašica. Analize su pokazale da je PDNVLPDOQRRSWHUHüHQMHVLVWHPDSULUDGXEH]]DVWRMD4 s =343,97 kw, pri obradi paradajza. 8VOXþDMXGDGR HGR]DVWRMDQDOLQLMLIODãLFD, tada je maksimalno RSWHUHüHQMH4 s = kw. Kako je ovo opterhühqmhnudwnrwudmqrvlvwhpvhglphq]lrqlãhx RGQRVX QD RSWHUHüHQMH SUL REUDGL SDUDGDM]D D UD]OLND RG 30 kw VH REH]ELMH XMH L] akumulatora toplote. 1DRVQRYXL]YHGHQLKSURUDþXQDXVLVWHPMHXJUD HQþLOHUUashladnog kapaciteta 357 kw, sa potrošnjom elektriþne energije od 147 kw. 5DVKODGQRVUHGVWYRXVLVWHPX]DKOD HQMHMHIUHRQ R-407C.Na osnovu protoka i temperature povratne rashladne vode i potrebne koliþine energije za pokrivanje vršnog optereüenja pri zastoju na liniji flašica instalisan je dvodijelni akumulator rashladne energije, sa rezervoarima 33 m 3 i 5 m 3. Uloga þilera u sistemu je da pokriva potrebe za hla enjem pri normalnom radu, dok pri zastoju na liniji iz veüeg rezervoara akumulatora treba da se obezbijedi rashladna energija od oko Q=330 kw. U drugom, manjem rezervoaru obezbije uje se miješanje povratne i odre ene koliþine ohla ene vode radi obaranja njene temperature na 10 do 1 o C sa kojom voda ulazi uþiler i time se SRYHüDYDHILNDVQRVWQMHJRYRJUDGD. 3.P55$ý81$365PCIONIH ý,/(5$ Apsorpcioni þileri poslednjih godina doåivljavaju pravu ekspanziju, jer se u procesnim industrijama idealno uklapaju u koncept odråivog funkcionisanja uz znaþajne moguünosti za poveüanje energetske efikasnosti. Kao alternativna rješenja veüinstalisanom kompresionom sistemu izabrane suþetiri varijante apsorpcionih rashladnih postrojenja: I. Apsorpciono postrojenje sa radnim sredstvom voda-amonijak H O-NH 3, pogonjeno energijom suhozasiüene pare (p=6 bar i t= o C) proizvedene u kotlu instalisanom u sklopu fabrike. II. Apsorpciono postrojenje sa radnim sredstvom voda-amonijak H O-NH 3, pogonjeno toplotom dimnih gasova iz kotla na þvrsto gorivo ili biomasu, koji moåe da se instalira za te potrebe. III. Apsorpciono postrojenje sa radnim sredstvom voda-litijev bromid H O-LiBr, pogonjen energijom pare parametara i izvora kao u sluþaju varijante 1. IV. Apsorpciono postrojenje sa radnim sredstvom voda-litijev bromid H O-LiBr, pogonjen otpadnom toplotom povratnog kondenzata. U sluþaju prve i druge varijante rashladni medij je isti za deflegmator, kondenzator i apsorber koji su ma usobno redno vezani. U apsorber se dovodi rashladna voda temperature 15 o C gdje se zagrijava do 18 o C i sa tom temperaturom se uvodi u kondenzator i deflegmator gdje se dalje zagrijava do o C..RGWUHüHLþHWYUWHYDULMDQWHzbog prirode binarne smjese H O-LiBr apsorpcioni agregat nema deflegmator i rektifikacionu kolonu. Medij je isti za kondenzator i apsorber koji su PD XVREQR UHGQR YH]DQL 8DSVRUEHU VH GRYRGL UDVKODGQD YRGD WHPperature 15 o C, gdje se zagrijava do 18 o C i sa tom temperaturom se uvodi u kondenzator gdje se dalje zagrijava do o C. 1DRVQRYXDQDOL]HGRELMHQLKUH]XOWDWDYLGLVHGDMHQDMYHüDrazmjenjena toplota u generatoru u SUHGORåHQRM YDULMDQWL,,, U ovoj varijanti generator ima najmanju površinu zbog velike WHPSHUDWXUVNH UD]OLNH X JHQHUDWRUX L]PH X WHPSHUDWXUH VXKR]DVLüHQH SDUH VD MHGQH VWUDQH L

4 -. radnog sredstva H O-LiBr koji se grije u generatoru sa druge straneãwrryrulmhãhqmhþlql WHUPRGLQDPLþNLQDMQHHILNDVQMLPXSRUH HQMXVDSUHRVWDOHWULYDULMDQWH. NajvHüD VSHFLILþQD SRWURãQMD WRSORWH MH X DSVRUSFLRQRP UDVKODGQRP XUD DMX VD LiBr-H O i vodenom parom kao pogonskim sredstvom ( ς a $SVRUSFLRQL UDVKODGQL XUH DML VD radnim sredstvom voda-amonijk H O-NH 3 LPDMXYHüLNRHILFLMHQWKOD HQMDRGLiBr-H O i on iznosi oko ξ a=0.713 do Na slici MH SULND]DQ RGQRV VSDFLILþQH SRWURãQMH WRSORWH L NRHILFLMHQDWDKOD HQMD]DSUHGORåHQHYDULMDQWH apsorpcionih postrojenja. [-] [-],5,01 1,915 1,5 1 0,5 1,10 1,395 0,713 0,717 0,497 0,5 0 voda-amonijak,para voda-amonijak,dimni gasovi voda-litijum bromid,para voda-litijum bromid,kondenzat /0(13( (7890:(; < :3=(7 > 8?; :@03A :(; 1 B:31(5 4 (4> 1*7;3CA 8 1*7 > 8 Slika 'LMDJUDPRGQRVDVSHFLILþQHSRWURãQMH toplote i koeficimhqwdkod HQMD]DGDWHYDULMDQWH apsorpcionih postrojenja. 7(50',1$0,ý.$I EKONOMSKA ANALIZA 3URYHGHQD WHUPRGLQDPLþND DQDOL]D SRGUD]XPMHYDOD MH GHILQLVDQMD VWHSHQD KOD HQMD ]D sve SUHGORåHQHYDULMDQWHNDRLHNVHUJHWVNXDQDOL]XLVWLK'RELMHQLHNVHUJHWVNLVWHSHQLGMHORYDQMD prikazani su tabelom 1. Odatle se jasno vidi da su apsorcioni rashladni sistemi WHUPRGLQDPLþNLQHHILNDVQLMLod kompresionih rashladnih sistema zbog izrazitih nepovratnosti NRMHVHMDYOMDMXXSURFHVXDSVRUSFLRQRJKOD HQMDNRMHVHLVND]XMXSUHNR: vhülkwhpshudwxuqlk razlika pri razmjeni toplote, nepotpunog razdvajanja komponenti u generatoru H O-NH 3, dovodu toplote u generatoru i odvodu u apsorberu, koji se ne odvijaju pri konstantnim temperaturama. Tabela 1. Eksergijski stepen korisnog dejstva Kompresioni UDVKODGQLXUH DM H O NH 3 H O NH 3 (dimni gasovi) H O LiBr H O LiBr (povratni kondenzat) η e H XWLP, u toku eksploatacije apsorpcioni rashladni sistemi su ekonomski povoljniji bez obzira na nlål VWHSHQ HNVHUJLMVNRJ GHMVWYD Na tabeli. prikazani su rezultati godišnje potrošnje energije u GJ i /KM (konvertibilnih maraka) za tri analizirane varijante: - kompresioni rashladni sistem JRGLãQMDSRWURãQMDHOLNWULþQHHQHUJLMH - apsorcioni rashladni sistem H O-NH 3 grijan parom godišnja potrošnja mazuta,

5 - apsorcioni rashladni sistem H O-NH 3 grijan parom godišnja potrošnja mazuta. Gdje se vidi da kompresioni rashladni sistem troši manje energije za isti rashladni kapacitet i isti period eksploatacije u odnosu na apsorpcioni rashladni sistem, što je uzrokovano boljim eksergijskim koeficijenta korisnog dejstva. Tabela. Eksploatacioni troškovi Kompresioni rashladni sistem H O NH 3 H O LiBr Pogonsko gorivo Potrošnja energije Energetski ekvivalent [ GJ ] Trošak [ KM ] (NHNWULþQD energija [kwh] Mazut [kg] Mazut [kg] H XWim, kako su cijene HOHNWULþQH HQHUJLMH danas relativno visoke D X EXGXüQRVWL WUHED RþHNLYDWLnjihov dalji rast, eksplatacioni troškovi kompresionog rashladnog sistema generalno su YHüLQHJRNRGDSVRUSFLRQLK,]YHGHQHDQDOL]HVXSRND]DOHGDELXVNXþDMXGDVHumjesto kompresionog rashladnog sistema koristio apsorpcioni H O-NH 3 grijan parom, eksplatacioni troškovi na godišnjem nivou bili QLåLza 39 %, a ako bi se koristio apsorpcioni rashladni sistem HO LiBr grijan parom ovi troškovi bi se smanjili za 0 %. 6YDNDNR MH MHGDQ RG QDM]DQLPOMLYLMLK DVSHNDWD YH]DQLK ]D NRULãüHQMH DSVRUSFLRQLK þlohud X fabrlndpdsrsxw9lwdplqnhnrulãühqmhsryudwqrjnrqghq]dwd]dsrjrqþlohudekspoatacioni troškovi su X WRP VOXþDMX GDOHNR QLåL X RGQRVX QD JRUH SRPHQXWH PH XWLP WHãNR LK MH SURFMHQLWL3UREOHPXSURFMHQLMHXWRPHãWRVH]DSRJRQXUH Dja koristi tzv. otpadna toplota, gdje bi se eventualni troškovi mogli pojaviti u sistemima za eventualno dogrijavanje (LiBr- H O sistem zahtjeva minimalnu temperatur grejnog medija od 10 o & LOL SUHþLãüDYDQMH kondenzata. Treba napomenuti da fabrika VitamLQND³ LPD RGOLþQR ULMHãHQ VLVWHP NRPSHQ]DFLMH YUãQLK RSWHUHüHQMD X SRWURãQMLHOHNWULþQHHQHUJLMH WDNRGDWDMþHVWR YUOR]QDþDMDQ DVSHNW X RYRP VOXþDMXQLMHX]HWXRE]LU 5.ZAKLJUýAK Rezultati WHUPRGLQDPLþNLK DQDOL]D SRND]XMX GD VX Nompresioni rashladni sistemi WHUPRGLQDPLþNL GDOHNR HILNDVQLML X RGQRVX QD apsorpcione þlml UDG MH SUDüHQ UD]QLP QHSRYUDWQRVWLPD(ILNDVQRVWNRPSUHVLRQLKVLVWHPDSRSXWJRUHDQDOL]LUDQRJPRåHVHSRYHüDWL NRULãüHQMHP DGHNYDWQH UHJXODFLMH NRMD RPRJXüDYD IXQNFLRQLVDQMH VLVWHma na optimalnim WHPSHUDWXUVNLPUD]OLNDPD9DåDQDVSHNWMHSUDYLOQRGLPHQ]LRQLVDQMHVLVWHPD]DVNODGLãWHQMH WRSORWHNDRLVDPRJNRQFHSWDVNODGLãWHQMDWHþQLLOLþYUVWLPHGLM S druge strane HNRQRPVND DQDOL]D SRND]XMH GD VX SUHGORåHQD ULMHãHQMD VD DSVRUScijom HNRQRPLþQLMDXHNVSORDWDFLMLXRGQRVXQDSRVWRMHüLNRPSUHVLRQLUDVKODGQLVLVWHPS tim što se

6 treba imati u vidu da su u prosjeku investicije u apsorpcione sisteme više u odnosu na kompresione adekvatnih karakteristika. Na osnovu gore navedenih razmdwudqmdpråhvh]dnomxþlwlgdühvhqdnrqrguh HQRJSHULRGD þdnl]qdþdmqlmllqyhvwlflrqlwurãnrylxdsvrusflrqhþlohuhrelativno brzo otplatiti zbog manjih WURãNRYDXHNVSORDWDFLML$NRVHX]PXXXE]LULSURJQR]HSRUDVWDFLMHQHHOHNWULþQHHQHUJLMH u EXGXünosti, HNVSORDWDFLRQLWURãNRYL]DSRVWRMHüLUDVKODGQLVLVWHPüHVHMRãYLãHSRYHüDWLãWR ühvpdqmlwlshulrgrwsodwhlqyhvwlflmhxdsvrusflrqlxuh DM 0RJXüQRVW SRNUHWDQMD Dpsorpcionih rashladnih sistema otpadnim toplotama iz procesa GLUHNWQRXWLþHQDSRYHüDQMHHQHUJHWVNHHILNDVQRVWLXFLMHORMIDEULFL REFERENCE [1] V. XULþNRYLü7UDQVIRUPDWRULWRSORWH7HUPRGLQDPLþNHLLQåHQMHUVNHRVQRYH8QLYHU]LWHW u Banjaluci, Beograd Banjaluka 000. [] )%RãQMDNRYLü1DXNDRWRSOLQL,,,GLR57HKQLþNDNQMLJD=DJUHb [3] ***, ASHRAE, Handbook, 00 [4] ***, Apsorption Cillers, Southern California Gas Company, New Buildings Institute, Advenced Design Guideline Series, Novembar 1998S [5] C. K. Wang; Hendbook of Air Conditioning and Refrigeration, 1993, McGraw-Hill [6] BROAD TM IX DFA, Direct-Fired Absorption Chiller/Heaters; (katalog) =DKYDOMXMHPR VH NROHJDPD L] 75DGDQRYLüX L *5DGDNRYLüX L] IDEULNH 9LWDPLQND QD VYHVUGQRMSRPRüLXUHDOL]DFLMLRYRJUDGD

ANALIZA PRIMJENE KOGENERACIJE SA ORGANSKIM RANKINOVIM CIKLUSOM NA BIOMASU U BOLNICAMA

ANALIZA PRIMJENE KOGENERACIJE SA ORGANSKIM RANKINOVIM CIKLUSOM NA BIOMASU U BOLNICAMA Nihad HARBAŠ Samra PRAŠOVIĆ Azrudin HUSIKA Sadržaj ENERGIJSKI BILANSI DIMENZIONISANJE POSTROJENJA (ORC + VRŠNI KOTLOVI)