Các giải pháp kỹ thuật nhằm tiết kiệm năng lượng trong ngành bia
Thứ hai, 16/12/2013
Ngành bia không ngừng phát triển nhanh trong nhiều năm qua. Sản lượng toàn ngành bia trong 6 tháng đầu năm 2013 đạt 1.373,1 triệu lít, bằng 47,3% kế hoạch năm, tăng 10,7% so với cùng kỳ năm ngoái. Đi cùng với sự phát triển nhanh là vấn đề tiêu thụ năng lượng như điện, nhiên liệu, hơi nước, nước chiếm tỷ trọng 15% trong giá thành bia. Trong bối cảnh hội nhập kinh tế, để cạnh tranh với các hãng bia lớn trên thế giới, vấn đề tiết kiệm năng lượng trong ngành bia không chỉ dừng lại ở việc tuyên truyền, nâng cao ý thức sử dụng năng lượng của công nhân mà còn phải áp dụng các giải pháp công nghệ, thiết bị làm giảm bớt sự tiêu hao năng lượng trên một đơn vị sản phẩm.
Ngành bia không ngừng phát triển nhanh trong nhiều năm qua. Sản lượng toàn ngành bia trong 6 tháng đầu năm 2013 đạt 1.373,1 triệu lít, bằng 47,3% kế hoạch năm, tăng 10,7% so với cùng kỳ năm ngoái. Đi cùng với sự phát triển nhanh là vấn đề tiêu thụ năng lượng như điện, nhiên liệu, hơi nước, nước chiếm tỷ trọng 15% trong giá thành bia. Trong bối cảnh hội nhập kinh tế, để cạnh tranh với các hãng bia lớn trên thế giới, vấn đề tiết kiệm năng lượng trong ngành bia không chỉ dừng lại ở việc tuyên truyền, nâng cao ý thức sử dụng năng lượng của công nhân mà còn phải áp dụng các giải pháp công nghệ, thiết bị làm giảm bớt sự tiêu hao năng lượng trên một đơn vị sản phẩm.
Tại các nhà máy bia, khâu nén khí và
làm lạnh là 2 khâu tiêu tốn nhiều năng lượng nhất với tổng lượng năng
lượng tiêu thụ của 2 khâu này là khoảng 40% (theo số liệu khảo sát các
nhà máy đồ uống năm 2013). Việc thất thoát, lãng phí trong quá trình
sản xuất bia xuất phát từ nhiều nguyên nhân. Đầu tiên là do hệ thống
máy móc, thiết bị còn lạc hậu, cũ kỹ, hiệu suất thấp dẫn đến thất thoát
năng lượng. Tại một số nhà máy, hệ thống lạnh được tích hợp nhiều giải
pháp tiết kiệm năng lượng nhưng vẫn có hiện tượng bảo ôn bị đọng sương
gây tổn thất nhiệt. Trong hệ thống nhiệt, các đường ống phân phối hơi
nhiều đoạn bảo ôn bị hỏng, lò hơi chưa tận dụng nhiệt khí thải giúp
tăng hiệu suất lò, giảm tiêu hao nhiên liệu. Hệ thống chiếu sáng còn sử
dụng thiết bị chiếu sáng công suất điện tiêu thụ lớn, hiệu suất thấp…
Ngoài ra, việc sử dụng năng lượng còn nhiều lãng phí, ý thức sử dụng
tiết kiệm năng lượng của công nhân còn nhiều hạn chế.
Sau đây là một số giải pháp kỹ thuật tiết kiệm năng lượng trong nhà máy bia:
Giải pháp cho hệ thống lò hơi:
- Bảo ôn cách nhiệt đường ống dẫn Glycol lạnh
- Lắp đặt powerboss cho máy nén lạnh để vừa tiết kiệm năng lượng vừa đảm bảo tuổi thọ cho động cơ. Việc sử dụng các động cơ điện cảm ứng xoay chiều được thừa nhận là một nguyên nhân lớn nhất của công suất phản kháng, khiến cho hệ suất công suất thấp. Công suất phản kháng là một đặc tính của điện từ cảm ứng động cơ điện. Khi đầy tải nó sẽ chạy với hiệu suất hoàn hảo và tải sẽ mang tính kháng hơn là tính cảm. Từ đây, hệ số công suất sẽ được cải thiện, tuy nhiên khi động cơ hoạt động non tải, nó sẽ mang tính cảm nhiều hơn và do vậy hệ số công suất sẽ kém hơn. Powerboss sẽ cải thiện hệ số công suất hay cosφ tại động cơ. Điều này có tác dụng loại bỏ nhu cầu sử dụng các thiết bị hiệu chỉnh cosφ khác.
Giải pháp cho hệ thống động cơ bơm và máy nén khí
Lắp máy biến tần: Trong các thiết bị như quạt gió, máy nén khí, bơm ly tâm… kiểu truyền thống, lưu lượng (tải) được điều chỉnh bằng các van tiết lưu theo yêu cầu công việc, nhưng công suất điện cung cấp vẫn không thay đổi, nên sẽ gây lãng phí điện năng. Khi thay đổi được tần số f, ta sẽ điều chỉnh được tốc độ quay n của động cơ (vì n=60f/p, p là số cặp cực), nên điều chỉnh được lưu lượng Q (vì Q~n). Vì công suất của động cơ tỷ lệ với lập phương tốc độ quay (P~n3), nên khi cần giảm lưu lượng thì công suất tiêu thụ của động cơ sẽ giảm theo hàm bậc ba, chẳng hạn lưu lượng giảm 10%-20%-30%-40% Qđm thì công suất tiêu thụ sẽ giảm tương ứng 22%-44%-61%-73% Pđm.
Nguyên lý cơ bản của bộ biến tần khá đơn giản: Đầu tiên, nguồn điện AC được chỉnh lưu và lọc thành nguồn DC bằng các bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ. Sau đó, điện áp DC được biến đổi nghịch lưu thành điện áp AC, thông qua hệ transistor lưỡng cực có cổng cách ly (IGBT) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt. Như vậy, khi sử dụng biến tần, ta có thể điều tiết được lưu lượng thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ mà không cần dùng đến các van tiết lưu nữa, nhờ đó điện năng cung cấp cho động cơ được tiết giảm hơn.
Sử dụng bộ biến tần cho động cơ còn có lợi về giảm dòng điện và sụt áp khi động cơ khởi động, có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp, loại bỏ bớt các kết cấu hộp số và giảm tổn thất …
Nhà máy có các động cơ có thể lắp đặt máy biến tần đó là 3 máy bơm của hệ thống bơm nước cấp, máy nén khí, và máy bơm tháp giải nhiệt. Nếu thực hiện giải pháp lắp biến tần cho tất cả các động cơ này sẽ tiêu tốn khoảng 57,22 triệu đồng, mỗi năm có thể tiết kiệm được 8,75 triệu đồng, như vậy giải pháp này có thể hoàn vốn trong 6,5 năm.
Sau đây là một số giải pháp kỹ thuật tiết kiệm năng lượng trong nhà máy bia:
Giải pháp cho hệ thống lò hơi:
- Có hệ thống thu hồi lượng nước xả đáy để cấp lại cho lò hơi
- Che chắn cửa lò tốt để hạn chế bức xạ nhiệt ra môi trường
- Ngưng hơi từ giai đoạn rửa chai và thanh trùng lượng hơi thừa xả thẳng trực tiếp ra bên ngoài
Giải pháp cho hệ thống máy nén lạnh:- Che chắn cửa lò tốt để hạn chế bức xạ nhiệt ra môi trường
- Ngưng hơi từ giai đoạn rửa chai và thanh trùng lượng hơi thừa xả thẳng trực tiếp ra bên ngoài
- Bảo ôn cách nhiệt đường ống dẫn Glycol lạnh
- Lắp đặt powerboss cho máy nén lạnh để vừa tiết kiệm năng lượng vừa đảm bảo tuổi thọ cho động cơ. Việc sử dụng các động cơ điện cảm ứng xoay chiều được thừa nhận là một nguyên nhân lớn nhất của công suất phản kháng, khiến cho hệ suất công suất thấp. Công suất phản kháng là một đặc tính của điện từ cảm ứng động cơ điện. Khi đầy tải nó sẽ chạy với hiệu suất hoàn hảo và tải sẽ mang tính kháng hơn là tính cảm. Từ đây, hệ số công suất sẽ được cải thiện, tuy nhiên khi động cơ hoạt động non tải, nó sẽ mang tính cảm nhiều hơn và do vậy hệ số công suất sẽ kém hơn. Powerboss sẽ cải thiện hệ số công suất hay cosφ tại động cơ. Điều này có tác dụng loại bỏ nhu cầu sử dụng các thiết bị hiệu chỉnh cosφ khác.
Giải pháp cho hệ thống động cơ bơm và máy nén khí
Lắp máy biến tần: Trong các thiết bị như quạt gió, máy nén khí, bơm ly tâm… kiểu truyền thống, lưu lượng (tải) được điều chỉnh bằng các van tiết lưu theo yêu cầu công việc, nhưng công suất điện cung cấp vẫn không thay đổi, nên sẽ gây lãng phí điện năng. Khi thay đổi được tần số f, ta sẽ điều chỉnh được tốc độ quay n của động cơ (vì n=60f/p, p là số cặp cực), nên điều chỉnh được lưu lượng Q (vì Q~n). Vì công suất của động cơ tỷ lệ với lập phương tốc độ quay (P~n3), nên khi cần giảm lưu lượng thì công suất tiêu thụ của động cơ sẽ giảm theo hàm bậc ba, chẳng hạn lưu lượng giảm 10%-20%-30%-40% Qđm thì công suất tiêu thụ sẽ giảm tương ứng 22%-44%-61%-73% Pđm.
Nguyên lý cơ bản của bộ biến tần khá đơn giản: Đầu tiên, nguồn điện AC được chỉnh lưu và lọc thành nguồn DC bằng các bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ. Sau đó, điện áp DC được biến đổi nghịch lưu thành điện áp AC, thông qua hệ transistor lưỡng cực có cổng cách ly (IGBT) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt. Như vậy, khi sử dụng biến tần, ta có thể điều tiết được lưu lượng thông qua việc điều chỉnh tốc độ động cơ mà không cần dùng đến các van tiết lưu nữa, nhờ đó điện năng cung cấp cho động cơ được tiết giảm hơn.
Sử dụng bộ biến tần cho động cơ còn có lợi về giảm dòng điện và sụt áp khi động cơ khởi động, có thể điều chỉnh tốc độ vô cấp, loại bỏ bớt các kết cấu hộp số và giảm tổn thất …
Nhà máy có các động cơ có thể lắp đặt máy biến tần đó là 3 máy bơm của hệ thống bơm nước cấp, máy nén khí, và máy bơm tháp giải nhiệt. Nếu thực hiện giải pháp lắp biến tần cho tất cả các động cơ này sẽ tiêu tốn khoảng 57,22 triệu đồng, mỗi năm có thể tiết kiệm được 8,75 triệu đồng, như vậy giải pháp này có thể hoàn vốn trong 6,5 năm.
Trần Trang