Processintegration som ett sätt att identifiera energibesparingar Fallstudie Arla Götene

Transkript

1 Processintegration som ett sätt att identifiera energibesparingar Fallstudie Arla Götene Roger Nordman SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut

2 SP Process Development SP är en internationellt ledande institutskoncern för forskning och innovation. Vi skapar värde i samverkan, vilket har avgörande betydelse för näringslivets konkurrenskraft och hållbara utveckling.

3 INNOVATIONSPROCESSEN VI ÄR MED HELA VÄGEN Fler än kunder Spetskompetens Experimentella resurser Teknikbredd Tvärdisciplinärt arbetssätt

4 Processintegrationsstudie inom mejeriprocessen Del av ett IEA-projekt Kartläggning och analys av möjligheterna för energieffektivisering vid Arlas mejeri i Götene. Arbetsmetodik Processintegration med pinchanalys i kombination med arbetsgruppens kunskaper om processen, värmepumpar och kylmaskiner. Arbetsgång 1 Energidata för mejeriet inventeras och sammanställas 2 Energieffektiviseringsstudie med ett processintegrationsperspektiv där pinchanalys används. 3 Bedömning om möjligheten att kunna modularisera värmepumpen för typiska förhållanden och en teknikgenomgång av de värmepumplösningar som kan komma ifråga (köldmedie, cykel, tillgänglig teknik).

5 You cannot manage what you cannot measure

6 Steg i energi-studien Interaktion med mejeri!! Processbeskrivning Datainsamling Pinchanalys Åtgärdsförslag Genomgång Rapportering

7 Genomförande och avgränsningar Omgivning Stödsystem (ånga, isvatten,..) Process(er) Process enheter

8 Pinchteknik - Metod för energisystemanalys I stort sett endast termisk energi Mass- och värmebalanser (temp och flöden) varma och kalla strömmar Varm ström som skall kylas Kall ström som skall värmas 20 H H C C 90

9 Kompositkurvor Vektoraddition av värmelast i varje temperaturintervall kurva internvärmeväxling Extern värmning T (C) Qvvx Qh Qc Pinch Q (kw) Extern kylning

10 Pinchregler T Qh,min +Q Qh,min Qh,min +Q Q Pinchtemperatur Q Q Qc,min Qc,min +Q Qc,min +Q

11 Processbeskrivning gå in i (rätt) detaljer 1a steg. förvärmning ljumvatten * Lagring skummjölk 2401 * Skummjölk till bruksyraberedning Mogningstank och resttömning Tempererare, 2300 Transport i 2 steg värmning ledning 30,5 C kylning isvatten, endast om skummjölk körs (oftast körs ystmjölk) 3300 Regenerativ kylning och värmning Hållarcell 16 s Pastörisering Pastörisering Hetvatten 3300 Ånga 3300 Ånga Silotankar Helmjölk Nivåkärl Värmning hetvatten kylning bactofugat kylning 3300 grädde med isvatten kylning kv 17 6 Överskott till internlager 58 Separering 3306 Bactofugering kylning bactofugat Sterilisering bactofugat 3340 och sterilisering bactofugat Ånga Bactofugering 2

12 0,51 kg/s Lut Syra Ljumvatten till hetv Hetvatten som värms med retur Semper 61,2 m3/dygn 55 oc m3/mån m3/dygn 6,5 13,3 56,2 150,5 snittemperatur: Retur från processkylning 115,3 m3/dygn Överskott till dagvatten temp ,6 oc Från 33,2? Process- Processkylning m3/dygn gruppen 226,6 m3/dygn 18 Kylning av 105,0 m3/dygn tryckluftskompressorer 30 oc Tank 1 m3/dygn KV retur 2 m3 Kylning av Från Ystmjölkstemp 101 tryckluftskompressore 12 oc 672 kw m3/dygn 55 oc 10 m3/dygn 92,7 m3/dygn 87 m3/dygn LUT 83 C SYRA 71 C SKÖLJV HETV 91 C HETV RETUR Alexander VV 56 oc returtemp oc Disksystem Retur till resp tank Kondensat /Processvatten Biltvätt Ljumvattentankar 1,2,3 snittemp 75 m3 75 m3 80 m3 30 C 10,6 m3/dygn 35 Kallvatten m3/dygn Lut Syra 34 kw m3/mån 23,0 33,0 m3/dygn 0,7 1,1 Avlopp 26,5 m3/dygn Semper 5,0 m3/dygn LUT 71 C SYRA 70 C SKÖLJV DC behandlad sida 333 kw Avlopp Renare del ca 125 m3 65 C temp 71,0 70,0 Ljumvatten in 472,9 273,0 m3/mån m3/dygn 8,8 m3/dygn 70 kw Disksystem DC obehandlad sida Hetvatten Retur från behandlad sida Retur till resp tank Avlopp Renare del ca 25 m3 50 C m3/mån 1282,9 m3/dygn 59,9 8,9 Bara veckodagar! m3/dygn LUT 80 C SYRA 62 C HETV 83 C? SKÖLJV 59 C 143 kw Lock- och formdisk 70 C STÄLLDISK 70 C Disksystem DC Minarin L&L Retur till resp tank Avlopp 60 C 51 kw 26 kw 10 kw 175,8 105,0 30oC TANK 6 m3/dygn m3/dygn 2 m3 65 C 120 kw 70,8 m3/dygn Ljumvattensystemet (varmt LV) till förbrukare Retur till ljumvatten Tank 1 12 oc Vassle Ystmjölkstempererare mjölk värms 10 C - 30,5 C Retur till vassle

13 Ångbehov (okt 2010) kw MWh Processens värmebehov* Disk och varmvatten, värmebehov* Balansering % Summa 4027 Återvunnet värme i processen Ångbehov exklusive lokalvärme Lokalvärme Ångbehov = Uppmätt *Inkl 15% i förluster

14 T ( C) Composite Curves Reception and treatment cream 120 Composite Curves Q (kw)

15 T ( C) Composite Curves Cheese making Composite Curves Q (kw)

16 T ( C) Composite Curves - milk Composite Curves Q (kw)

17 T ( C) Composite Curves B- och D - acid Composite Curves Q (kw)

18 Hela mejeriet Minimalt externt värmebehov 2614 kw Under 90 o C 2538 kw Kylbehov vid 30 o C Oktober: 2041 kw Augusti: 3815 kw

19 Värmeåtervinning idag Skottvattenkylning Diskvattenretur Kylning process Processen Internåtervinning 18 kw 189 kw 318 kw 250 kw 775 kw

20 Sammanfattning erngibesparingspotential Totalt värmebehov 4096 kw Befintlig värmeåtervinning Nettobehov Minimalt värmebehov Möjlig besparing (utan vp) -775 kw 3321 kw 2614 kw -707 kw Årlig energibesparing 6195 MWh/år

21 Åtgärdsförslag Överskott 33 m3/d Retur från tryckluft/ process 93 m3/d 55 oc Avlopp 171 m3/d 374 m3/d 30 oc 62 oc Retur från process/se mper 30 o C 55 o C Q återvunnet 321 kw 55 oc oc 23 oc Disk 347 m3/d Lock och formdisk Skölj, mm 55 oc 9 m3/d 238 m3/d 30 oc Kallvatten 35 m3/d 7 oc Ystmjölkstemp 105 m3/d 12 oc Lock och formdisk 9 m3/d 7 oc

22 Åtgärd Återvinning av värme i avloppsvatten Förvärmning av kalla flöden till ljumvattnet En ljumvattentank vid högre temperatur Minskat ångbehov [kw] Summa 388 Om det går att utnyttja fullt ut: 3400 MWh

23 Alternativ till värmeväxling Gör varmvatten med värmepump Kyl med kallvatten

24 Kylmaskiner vecka 34 V kw 548 kw 116 kw 467 kw 1036 kw 441 kw 503 kw 32 o C 1468 kw 32 o C 77 kw 44 o C 474 kw 32 o C 1761 kw 32 o C 527 kw 32 o C KC1 KC2: vka6 KC2: vka 4,5 KC3 KC4 KC5

25 Åtgärd Värmeväxlare Ta vara på värmet i använt diskvatten Separata ljumvattentankar Separera ljumvattentankar i olika temperaturnivåer Värmeväxlare och separata tankar tillsammans Använda hetvatten från värmepump istället för ånga i pastörerna. Värmepump för varmvattenproduktion med kylkondensorer som värmekälla [580 kw värme] Användning av kallvatten istället för isvatten vid produktkylning Besparing av Besparing av ånga el [MWh/år] [MWh/år] ** ** 167

26 Slutsatser Teoretiskt möjliga besparingar ~20 % utan att gå in i enheter Bruttolista med förslag ger bra diskussionsunderlag Praktiska hinder teoretisk potential kan ej uppnås Genom att gå djupare i processenheter kan ytterligare besparingar nås, kräver omdesign av utrustning Utbyte av energi till omgivande samhälla kan ytterligare öka utbytet på insatt energi

27 Utförare och finansiärer Utfördes av Finansierades av