Энергосберегающая технология фильтрации

В поисках потенциальной экономии сжатый воздух, необходимый для промышленности, всегда стоит на первом месте, поскольку этот вид энергии производится самими компаниями, поэтому на его стоимость можно влиять напрямую.

И поскольку "дьявол кроется в деталях" в прямом смысле этого слова, необходимы специалисты на различных уровнях - от производства до подготовки и распределения до требуемого качества сжатого воздуха в точке потребления. Например, одному из ведущих производителей фильтров удалось сэкономить 460 000 кВт/ч электроэнергии в 2021 финансовом году за счет целенаправленных мер в системе подачи сжатого воздуха на своих американских заводах (источник: Donaldson Sustainability Report, Fiscal Year 2021). Усилия по экономии традиционно сосредоточены на компрессорах сжатого воздуха. Их потребление электроэнергии легко измерить, а технологическое развитие компрессоров и средств их управления, похоже, достигло своего предела в отношении соответствующих принципов проектирования с точки зрения снижения спроса на электроэнергию.

Итак, с чего же начать, если в хорошо спроектированной сети сжатого воздуха (рис. 1) практикуется современная генерация, данные записываются в цифровом виде, а также успешно ведется борьба с утечками?

Предотвращение потерь давления - это постоянная задача и один из самых эффективных регулировочных винтов на пути к повышению энергоэффективности. И технология фильтрации играет в этом решающую роль. Даже улучшенная фильтрация всасываемого воздуха (рис. 2) оказывает влияние на последующие фильтрующие компоненты (рис. 3) в процессе сжатия и, таким образом, на подготовку сжатого воздуха. Пока энергоноситель "сжатый воздух" достигнет исполнительных механизмов, пневматических элементов управления и, во многих областях применения, своей задачи в качестве технологического воздуха, можно предположить наличие минимум от шести до нескольких сотен специфических фильтров. А каждая производительность фильтрации означает потерю давления, которая компенсируется более высокими требованиями к энергии компрессоров.

Поэтому нельзя недооценивать влияние технологии фильтрации на потребность в энергии. Исследования и разработки компании Donaldson уже на ранней стадии признали, что взаимодействие эффективности фильтрации и перепада давления может быть спроектировано через структуру фильтрующего материала таким образом, чтобы достичь значительного потенциала энергосбережения.

Технология фильтрации UltraPleat™ (рис. 4) использует новую структуру высокотехнологичных волокон с покрытием, которые перерабатываются в плиссированный фильтрующий материал с высокой эффективностью разделения жидких частиц и большой поглощающей способностью для твердых частиц. Многослойная структура нового фильтрующего материала была разработана таким образом, чтобы создать оптимальные условия для жидкости и в то же время увеличить поверхность фильтрации более чем на 400% по сравнению с намотанными фильтрующими материалами.

Для отделения масляных аэрозолей достигается эффективность ≥ 99,9 % в соответствии с ISO 12500-1:2007. Данные о производительности фильтра в соответствии с ISO 12500-1 и ISO 12500-3:2009 также были подтверждены независимым институтом энергетических и экологических исследований. Тот факт, что такая высокая эффективность фильтрации была достигнута при одновременном снижении перепада давления еще на 50 %, подчеркивает успешное развитие этой технологии фильтрации для повышения энергоэффективности и экономии ресурсов (рис. 5). Простой пример расчета показывает большое экономическое преимущество этой технологии: снижение перепада давления всего на 300 мбар в течение 8 000 рабочих часов позволяет экономить около 4 700 евро на один фильтр UltraPleat™ в год (давление в сети 7 бар, установленная мощность компрессора 110 кВт, 0,18 евро/кВтч).

Высокая эффективность инновационных фильтрующих элементов полностью используется в оптимизированных по потоку корпусах фильтров. Однако предпосылкой для этого является постоянный контроль перепада давления в течение всего срока службы коалесцирующих или сажевых фильтрующих элементов. Их следует заменять, когда энергетические затраты на увеличение перепада давления за счет производительности фильтрации достигают инвестиционных затрат на новый фильтрующий элемент. Указание наиболее экономичного времени замены обеспечивается в стандартном исполнении эконометром или экономайзером (рис. 6), который постоянно измеряет перепад давления. Встроенный микропроцессор оценивает измеренные данные и сравнивает растущие затраты на электроэнергию из-за потери давления с затратами на новый фильтрующий элемент. Рассчитанное таким образом наиболее экономичное время замены указывается светоизлучающими диодами и - если позволяют требования цифрового управления и технического обслуживания - передается на верхний уровень управления станцией сжатого воздуха.

При больших расходах сжатого воздуха, которые требуют индивидуальных решений с корпусами, адаптированными к условиям применения (рис. 7), возникает вопрос, можно ли "увеличить" результаты измерений стандартной серии DF-UltraPleat™. Вольфганг Бонгартц, инженерный менеджер компании Donaldson в Хаане, объясняет: "Поскольку испытательные стенды для фильтров большой емкости были доступны в независимых институтах, у нас есть надежная база данных. Структура фильтров была оптимизирована для различных марок фильтров. Благодаря валидации новых элементов в соответствии с ISO 12500-1 и 12500-3 обеспечивается полная сопоставимость эксплуатационных данных. Для пользователя это означает: длительный срок службы элементов при стабильно низком перепаде давления - решающий параметр для экономии энергии".

Если экстраполировать на многие миллионы фильтров сжатого воздуха, используемых во всем мире, то это фактор снижения загрязнения CO₂, который нельзя недооценивать. - И "зеленое электричество" тоже не приходит бесплатно (рис. 8).

Только сложная технология фильтрации может обеспечить необходимое осушение сжатого воздуха вплоть до стерильной фильтрации в месте потребления. В концепциях обработки, адаптированных к условиям применения, при которых соблюдаются спецификации ISO 8573-1:2010 с классами качества 1-2:1-2:1-2, а также 0, используются сушильные системы, оснащенные энергосберегающими фильтрами UltraPleat™ (рис. 9).

Для экономичного использования адсорбционных сушилок решающее значение имеет выбор процесса регенерации с учетом условий эксплуатации. Если тепло компрессора доступно, его можно экономично использовать для регенерации в так называемом процессе теплоты сжатия (HOC). Время цикла здесь составляет 3,5 - 5,5 часов. При наличии технологического тепла возможно дальнейшее улучшение энергетического баланса.

Если, например, особо высокое качество сжатого воздуха, соответствующее классам качества сжатого воздуха согласно ISO 8573-1:2010, требуется не для всех потребителей, это влияет на конструкцию централизованной подготовки и сети сжатого воздуха. Особо высокие уровни качества могут быть достигнуты более экономичным способом на месте потребления с помощью системы очистки Ultrapac™ Smart (рис. 10). Имеется десять типоразмеров с номинальным расходом от 5 до 100 м³/ч. Встроенный предварительный фильтр UltraPleat™ задерживает твердые частицы и взвешенные вещества, а также жидкие аэрозоли (масло/вода). Адсорбционная ступень осушителя адсорбирует влагу до точки росы -70 °C при номинальной нагрузке 70 % (стандартная -40 °C). На последнем этапе оставшиеся твердые частицы размером до 0,01 мкм задерживаются во встроенном постфильтре UltraPleat™.