Simplot 공장의 버너 업그레이드는 성능, 에너지 이점을 제공합니다.

에너지 소비와 비용을 줄이기 위해 J.R. Simplot Company는 몇 년 전에 아이다호 주 콜드웰에 있는 감자 가공 공장에서 증기 시스템의 효율성을 높이는 프로젝트를 완료했습니다. 이 프로젝트는 Steam Engineering Inc.의 공인 전문가인 Bill Moir가 SSAT(Steam System Assessment Tool)를 사용하여 수행한 평가를 기반으로 했습니다. SSAT는 미국 에너지부(DOE) 산업 기술 프로그램 BestPractices를 위해 개발되었습니다. Caldwell 플랜트 개선으로 연간 52,000 MMBtu 및 526,000 킬로와트시가 절약됩니다. 에너지 및 유지 관리 비용 절감액은 연간 총 $329,000입니다. 총 프로젝트 비용이 $373,000이었기 때문에 단순 회수 기간은 14개월 미만입니다. SSAT를 사용하여 수행한 분석에 따라 유사한 효율성 측정이 다른 Simplot 시설에서도 반복되었습니다. 이러한 에너지 효율성 개선으로 연간 176,000MMBtu의 천연 가스를 절약할 수 있습니다.

회사/공장 배경
J.R. Simplot Company는 아이다호주 보이시에 기반을 둔 주요 식품 및 농업 관련 기업으로 연간 매출이 약 30억 달러입니다. 이 회사는 미국, 캐나다, 중국, 멕시코 및 호주에 12,000명 이상의 직원을 두고 있습니다. Simplot의 사업 활동에는 식품, 비료, 잔디 및 원예 제품의 생산이 포함됩니다. 소 먹이기; 및 기타 농업 관련 기업. 회사는 직원 교육에 중점을 둔 지속적인 에너지 효율성 프로그램을 운영하고 있습니다. 에너지 및 천연 자원 책임자인 David Hawk와 Simplot의 식품 그룹 엔지니어링 관리자인 Alan Christie는 DOE, Washington State University Energy Program 및 Idaho Department of Water Resources Energy Division과 긴밀히 협력하여 생산성에 대한 인식을 제고했습니다. 산업 시스템의 에너지 효율성 증가로 인한 재정적 이점

Caldwell 시설은 회사에서 가장 큰 시설 중 하나입니다. 연간 약 2억 7천만 파운드의 냉동 감자튀김을 생산합니다. 이 사이트에는 천연 가스 연소 수관 보일러 3개가 설치되어 있습니다. 두 개는 시간당 70,000파운드(lb/hr)로 평가되고 세 번째는 60,000파운드로 평가됩니다. 증기는 포화된 제곱인치 게이지(psig)당 275파운드에서 생성됩니다. 증기는 감자 껍질을 벗기고 데치고 튀기는 작업을 직접 지원하기 때문에 공장의 생산 공정에서 중요합니다.

프로젝트 개요
2000년 Simplot은 기업 에너지 효율 프로그램의 일환으로 생산 시설의 증기 시스템 분석을 Steam Engineering Inc.에 의뢰했습니다. Caldwell 현장의 초기 평가에서 분석가들은 발전소의 평균 증기 부하가 90,000lb/hr이고 과도한 연소 공기 수준이 평균 50%라는 것을 발견했습니다. 또한, 연도 가스 산소 함량은 7.5%로 높았습니다. 3개의 보일러 모두 140,000lb/hr의 발전소 최대 증기 수요를 충족시키기 위해 부분 부하로 작동되었습니다. 감자의 수분을 증발시키기 위해 감자 껍질을 벗기는 용기를 빠르게 채워야 했기 때문에 피크 및 평균 수요 수준이 지속적으로 변동했습니다. 응축수 재사용은 최소화되었습니다. 뜨거운 오일 열교환기의 고압 응축수만 보일러로 돌아갔습니다.

초기 결론은 병렬 위치 제어가 장착된 새 버너를 설치하고 연소 가스 산소 트림 시스템을 추가하여 양질의 연소에 필요한 과잉 공기의 양을 줄임으로써 증기 시스템의 효율성을 극적으로 향상시킬 수 있다는 것이었습니다.

2002년 SSAT 소프트웨어가 출시되었을 때 Moir는 이 소프트웨어를 사용하여 Caldwell 공장의 증기 시스템을 평가했습니다. SSAT 모델은 Caldwell 시설의 보일러가 3%의 연도 가스 산소 수준에서 일관되게 작동할 수 있는 경우 연간 25,000MMBtu 이상의 잠재적 천연 가스 절약을 나타냅니다. 이는 이전 분석에서 지적한 바와 같이 노후된 버너 및 제어 장치를 업그레이드하고 보일러에 연소 가스 산소 트림 시스템을 설치하여 달성할 수 있습니다. 또한 SSAT 모델은 응축수 시스템을 업그레이드하면 더 많은 응축수를 회수할 수 있고 보일러는 10%의 초과 연소 공기 수준에서 작동할 수 있으며 두 개의 보일러만 플랜트의 증기 부하를 충족할 수 있음을 보여주었습니다.

프로젝트 구현
Simplot의 경영진은 SSAT 분석을 기반으로 Steam Engineering의 권장 사항을 Caldwell 시설에서 먼저 구현하기로 결정했습니다. Caldwell 프로젝트가 성공하면 SSAT 기반 평가에 따라 다른 Simplot 사이트에서도 유사한 조치가 취해질 것입니다.

생산 중단 시간을 최소화하기 위해 예정된 플랜트 중단 기간 동안 두 개의 보일러에 새로운 버너와 제어 장치를 설치했습니다. 기존 버너를 제거한 후 새 버너를 설치하기 전에 각 보일러 전면에 새 페이스플레이트를 장착했습니다. 그런 다음, 새로운 연소 공기 팬, 연소 가스 재순환 덕트, 연소 가스 산소 분석기 및 산소 트림 시스템이 있는 보일러 제어 시스템이 각 보일러에 설치되었습니다. 모든 개선이 완료되면 플랜트 직원은 생산량 감소 없이 더 적은 양의 스팀과 천연 가스를 사용하여 플랜트 스팀 부하를 충족할 수 있었습니다.

프로젝트 결과
Caldwell 플랜트 프로젝트는 플랜트의 증기 시스템의 효율성을 크게 향상시켰습니다. 새로운 버너가 더 효율적이고 연도 가스를 더 잘 순환시키기 때문에 보일러는 이제 평균 연도 가스 산소 수준 3% 이하에서 작동합니다. 발전소의 최대 증기 부하는 현재 110,000lb/hr이며 2개의 보일러가 10%의 초과 연소 공기 수준에서 해당 부하를 충족할 수 있습니다. 이 프로젝트는 응축수를 탈기기로 직접 가져오고 탈기기 압력이 부유하도록 하여 응축수 회수 프로세스를 단순화했습니다. 이를 통해 공장은 50%의 응축수 회수율을 달성하고 공장의 5개 응축수 펌프를 중단할 수 있었습니다.

Caldwell 플랜트 프로젝트는 연간 천연가스 소비량을 52,000MMBtu(이전 연간 소비량의 7.5%) 감소시켜 연간 $279,000의 비용을 절감했습니다. 세 번째 보일러의 응축수 펌프와 보일러 통풍 팬이 오프라인 상태이기 때문에 연간 전기 절약은 526,000kWh에 이르며 연간 20,000달러를 추가로 절약할 수 있습니다. 이러한 변경으로 연간 유지 관리 비용도 $30,000 절약됩니다. 총 연간 프로젝트 절감액은 $329,000입니다. 프로젝트의 총 비용이 373,000달러였기 때문에 단순 회수 기간은 14개월 미만입니다. 또한 생산이 더 안정적입니다. 프로젝트가 완료된 이후로 보고된 보일러 정전은 없습니다.

프로젝트 완료 이후 Simplot 경영진은 SSAT를 사용하여 모든 생산 시설에서 증기 시스템을 평가할 것을 의무화했습니다. 현재까지 SSAT 모델링을 기반으로 한 효율성 측정은 8개의 다른 Simplot 시설에서 복제되어 연간 176,000MMBtu의 천연 가스를 절약할 수 있습니다. 또한 Simplot이 미국 서부 식품 가공 효율성 이니셔티브(State Technologies Advancement Collaborative의 일부)에 참여함으로써 이러한 노력에서 개발된 전문 지식을 서부 지역의 다른 식품 가공 회사의 이익을 위한 다른 성공적인 에너지 효율성 노력과 함께 활용할 수 있었습니다. 미국.

그림 1. 흡기 어셈블리

배운 교훈
산업용 증기 시스템을 평가하고 최적화하기 위해 통일된 방법론과 도구를 사용하면 이러한 시스템의 성능을 개선하고 에너지를 절약하기 위한 귀중한 전략을 생성할 수 있습니다. J.R. Simplot의 Caldwell 공장에서 SSAT 기반 분석은 증기 시스템의 효율성을 최적화하기 위한 기존 전략으로 인한 잠재적인 에너지 절감 효과를 검증했습니다. SSAT 분석에서는 해당 전략의 추가 이점도 확인했습니다.

프로젝트의 성공 이후 SSAT는 회사의 모든 증기 시스템을 개선할 수 있는 기회를 평가하기 위한 효과적인 "공통 분모" 유형의 도구로 보았습니다. 따라서 경영진은 스팀을 사용하는 모든 Simplot 시설에서 SSAT 사용을 제도화하는 기업 정책을 수립했습니다. 현재까지 SSAT는 8개의 다른 Simplot 시설에서 사용되었으며 결과 분석은 매년 업데이트됩니다. 이와 같은 통일된 도구와 방법론은 증기를 사용하는 모든 산업 시설에서 쉽게 채택할 수 있습니다.

그림 2. 버너 및 버너 하우징

연소 효율 정의
연소 효율은 연료의 열 함량이 사용 가능한 열로 얼마나 효과적으로 전달되는지를 측정한 것입니다. 굴뚝 온도와 연도 가스 산소 수준은 연소 효율의 주요 지표입니다. 최적의 과잉 공기량으로 보일러를 가동하면 굴뚝으로의 열 손실을 최소화하고 연소 효율을 향상시킵니다. 실제로 연소 조건은 거의 이상적이지 않습니다. 연료를 완전히 연소시키려면 추가 또는 "과잉" 공기를 공급해야 합니다.

과도한 공기의 정확한 양은 연소 가스 산소 수준을 분석하여 결정됩니다. 과도한 공기가 충분하지 않으면 연료가 연소되지 않고 공기가 너무 많으면 열 손실이 발생하여 보일러 연료 대 증기 효율이 낮아집니다. 효율적으로 작동하는 천연 가스 보일러의 초과 공기 수준은 10%여야 합니다. 연료 구성 또는 증기 흐름이 매우 가변적일 때 온라인 산소 트림 시스템을 고려해야 합니다. 산소 트림 시스템은 과도한 연소를 자동으로 최소화하기 위해 버너 컨트롤에 피드백을 제공합니다.

DOE ITP BestPractices Steam 시스템 평가 도구
BestPractices는 증기 시스템의 에너지 절약 기회를 평가하고 식별하기 위한 도구 모음을 보유하고 있습니다. 주요 Steam 관련 도구는 SSAT(Steam System Assessment Tool)입니다. SSAT는 사용자가 다양한 개선 시나리오를 모델링하고 개별화된 증기 시스템 개선으로 인한 잠재적 에너지 및 비용 절감을 정확하게 추정할 수 있도록 하는 소프트웨어 패키지입니다. 이 도구 및 기타 증기 관련 소프트웨어 도구는 EERE 웹 사이트(www.oit.doe.gov/bestpractices/software_tools.shtml)를 통해 얻거나 EERE 정보 센터에서 877-337-3463으로 전화하여 주문할 수 있습니다.

미국 에너지부의 산업 기술 프로그램에 대한 자세한 내용은 http://www1.eere.energy.gov를 방문하십시오.