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食品加工领域除尘与加氮装置的检测与评估

    【压缩机网】在美国中西部,大多数食品制造厂利用压缩空气和现场制氮对多种食品进行生产和包装。当电价为4.5美分/KWh时,厂家每年在压缩空气系统的能耗上的支出为430,344美元。
 
  本项目主要研究食品包装过程中的空气压缩系统,研究成果可使工厂减少689scfm 的气体流量,节约$54,671的成本。该项目采用开放式吹气、氮气泄漏修复以及使用空气振荡器的方法来维持产品的移动。
 
  由于字数限制,本文将为读者展示我们在压缩气体系统需求方所观测到的结果,并对降低气体流量的具体方案进行详细阐述。
 
  压缩气体系统评估
 
  该工厂有两个压缩机房,其中核心机房为工厂生产区域和变压吸附制氮装置提供压缩空气,另一机房为面包生店提供压缩气体。

 
食品加工领域除尘与加氮装置的检测与评估
 
  核心机房的压缩空气系统包括三个250-hp无油定速旋转螺杆空气压缩机,同时它们通过管道与两个400-hp无油变速驱动旋转螺杆空气压缩机相连,由这五台设备一起将压缩气体输送到两台大型冷冻干燥机中实现气体干燥。
 
  而另一机房由两个250-hp的无油旋转螺旋杆压缩机组成,且压缩机中内置有分流HOC(热压)鼓式气体干燥器,用以干燥气体。
 
  两个机房中的压缩空气系统每年工作8,600小时。系统的负载曲线(空气需求)在所有运行班次中相对稳定。总的来说,每年系统气体流量在4,000scfm到6,200scfm 之间,平均约为5,200到5,500scfm。
 
  如表1所示,核心机房的平均系统流量为3,627scfm,平均空气压缩机排放压力为105psig,系统平均压力为9psig。核心机房总输入功率为748kW,比功率为4.85scfm/kW。每单位流量压缩空气的电费为每年$79.81/scfm,每单位压力空气的电费为每年$1,447.38 psig。核心机房每年的电费为$289,476。
 
  面包店机房的平均系统流量为1,968scfm,平均排放压力为90psig,平均系统压力为80psig。机房总输入功率为364kW,比功率为5.4scfm/kW。每单位流量压缩空气的电费为每年$71.58/scfm,每单位压力空气的电费为每年$704.34psig。核心房每年的电费为140,868美元。
 
  经过压缩机的工作分析,压缩设备在两处都运行良好。但正如在进行压缩空气评估时经常碰到的情况一样,我们的团队发现,一台空气压缩机可能在功率达到了额定功率时,提供的空气流量却比所需的少得多。但是从表2我们可以看出,气流(负荷)的实际需求与机组的电力消耗是相匹配的,因此这种情况没有在该食品厂中出现。
 
  除尘系统评估:食品厂不可回避的问题
 
  在任何食品厂中,除尘系统的评估都显得十分重要。在该食品厂中,我们检查了12个除尘器使用压缩空气的情况,发现除尘器的进料尺寸合适,而且每个集尘器之间都有足够的储存空间。需求控制很有效,集尘器的布袋也在适当的时候更换。此外,这些装置的运行并没有使用定时器,但即使将低压气体通入附近的其他管道或是通入除尘器中也不会产生问题。
 
  在典型的脉冲射流除尘系统中,粉尘被用布袋或者梳状剔除器收集后,会形成尺寸结构合适的粉尘块,可用压缩空气脉冲将其从布袋上冲刷下来。当粉尘块被正确地从除尘器中移除时,系统就成功地将指定环境的粉尘除去了,且布袋具有正常的使用寿命;但如果粉尘块不能被有效地从除尘器中除去,集尘器将失去除尘的功能,而且会大大缩短布袋的使用寿命。
 
  当设备的压缩气体进给条件正常时,采用需求控制器可以消耗更少的空气并实现更好的效果。但是若在没有合适的压缩空气进给条件下使用需求控制器,可能会消耗更多的空气,并且降低布袋的使用寿命和性能。因此,正确操作除尘器对降低成本和提高系统效率至关重要。同时,也有很多的集尘系统是通过定时器来控制压缩空气脉冲的,操作人员通过具体情况来设置定时器,以便有效地移除粉尘块和保障布袋的使用寿命。
 
食品加工领域除尘与加氮装置的检测与评估
 
  除尘系统设计规定了有效除尘所需的歧管和脉冲的进气口压力。
 
  脉冲以预定速度将给定量的压缩气体送向布袋,以冲刷与清理布袋上的粉尘块。给定的空气量大小取决于脉冲喷嘴在预定的情况下,被恒压注入的压缩空气的压力。
 
  对于每一次脉冲,除尘器都必须处在正确地(或接近于它)、稳定可重复的压力水平上,特别是使用定时器控制脉冲的是时候。操作人员可以通过实验,找到在所需的进气压力下 的“正确的时序”。但是一旦压力改变,系统的性能就可能会变差。
 
  粉尘块难以从布袋上清除是经常出现的问题,主要原因可能是脉冲器在不适当的时候向布袋发出脉冲,也可能是两次脉冲间的时间过长,导致粉尘块越积越大,以致难以有效清除。这不光会缩短布袋的使用寿命,还会使系统性能大大下降。出现这种情况的几个基本原因有:
 
  1.操作条件的定时器设置不正确。确定最佳定时器设置的实际需求可能会随着生产产品的变化而变化,甚至随季节变化而变化。因此定时器从一开始就需要精心设置,并且定时监控。
 
  2.在进气孔处缺乏足够的存储空间或足够的空气供给,使得系统不得不降低气体压力来满足脉冲所需的空气量。
 
  3.除尘器的进气管路过小,也会产生与空气供应不足类似的效果。
 
  4.太小或不适当的调节阀,无法处理集尘器所需的气体流量。
 
  所有这些情况都会导致气体流量受到限制。出现这些情况的原因是,在安装之前或在某些操作更改之前,没有为除尘操作确定适当的气体流量。进气管的大小、调节阀的大小以及进气量的多少都需要参照系统具体的气体“实际流量”,而不能使用所谓的“平均流量”。
 
  “平均流量”是压缩空气的流量(以立方英尺/分钟为单位),与进程所需的或是输入系统的空气量无关。而“实际流量”是指系统所需的空气流量(以立方英尺/分钟为单位)。如果在短时间内,即使系统所需的空气量比较小,仍然可能有很大的“实际流量”。这正是除尘器拥有的特点。
 
  程序控制器可以对系统所需的“实际流量”产生非常显著的影响。举例来说,一个装有六个脉冲阀的除尘器可以使用3.5立方英尺的压缩空气,每个脉冲超过半秒。
 
  如果将这两种不同的“流量”用于控制给气管路流量,则它们对调节器尺寸等方面的影响将出现类似的差异。以高流速进入歧管会造成额外的压力损失,进而影响脉冲清洁器的性能。如果有必要,类似的效果也可以用在改变空气接收器的尺寸上,以减小系统和给气管路的压降。
 
  质量压力表的推荐
 
  我们通常建议在每个给气管路的除尘器入口附近安装一个质量压力表。观察脉冲冲击在表上的压力,如果压降过高,就有必要找出其原因。了解除尘器规格、每脉冲的气体流量、脉冲进给压力时间、脉冲间循环时间等。然后计算系统空气流量,检查管道直径和存储空间是否合适,以决定是否增加存储空间。当控制隔膜或者管道连接出现问题时,会有大量的压缩气体泄露(10到15立方英尺/分钟甚至更多)。而这样的泄露往往难以发现,也很难修复。
 
  为除尘器选择适当的尺寸和存储装置,可以将短时期内有较大体积气体需求的作业转化成平均流量很低的作业。如果不需要短的高需求脉冲(小于1分钟),则应该在接收器之后安装调节阀。
  适当增加存储空间不仅是从能量层面上考虑,更是从空气的质量层面上考虑的。正确地控制除尘器可以让喷嘴处的压降对周围系统的影响减小,同时也可以提高除尘器的性能和延长布袋的使用寿命。除尘器是一个重要的泄漏源,很难检测到。脉冲控制隔膜也常泄漏,而电子气流报警器可以远距离地、直观地发现这个问题并发出信号。
 
  系统重置并稳定后,检查每台除尘器的运行情况,确保适时地对布袋的进行更换,控制工作需求,还要确保相邻设备间无不良影响。
 
  解决开放式吹气问题,达到最佳吹气效果
 
  对工厂两个区域的压缩空气系统进行了审计和彻底的评估,发现可以通过几种方法来减少空气流量。其中一项是开放式送气的优化。
 
  湍流压缩空气直接从管道中喷出,会浪费大量的压缩空气,违反职业安全与健康标准(OSHA)中有关噪音的规定,而且还远达不到压力要求。采用空气射流和诱导空气流动的喷嘴代替开放式吹气,可以降低噪音水平,减少压缩空气的使用,通常还可以提高吹出作业的效率和质量。
 
  工厂安装了适当的文丘里放大器和控制器。并且开始更多地使用机械手段清理粉尘块,以减少使用压缩空气。这些优化措施使气流需求减少305scfm,每年耗电量减少539, 644kWh,相当于每年节省$24, 284。
 
  市面上有许多喷气射流装置和诱导气流的产品可用。但是一个喷嘴的试验可能与同一制造商的另一个喷嘴有所不同,不过差别不大。以下是需要记住的要点:
 
  5.在吹气过程中,需要压力推力(psig)来松动要吹除的灰尘。
 
  6.一旦空气离开“吹出”装置,推力就会迅速消散。
 
  7.在吹除过程中,总风量(cfm)、压缩空气和引风对于吹除作业至关重要。
 
  8.把昂贵的压缩空气作为最后的手段;机械、液压等永远是更节能的手段,往往也更安全。
 
  9.所有吹出的空气应调节至最低有效压力。更高的压力伴随着更大的流量,而这往往没必要,因为更高的压力会使生产成本更高。鼓风机提供的压力空气会更经济。
 
  10.无论何时,都应该尽可能地使用文丘里空气放大器喷嘴——适当地选择提供的空气推力和体积,这通常会减少至少50%的吹出空气,将省下的空气用到其他更有价值的作业上。
 
  11.在生产不需要的时候,所有吹出空气的过程能够自动停止。
 
  12.当鼓风机产生的空气可用或在经济上明显可行时,要将其净能源成本与替代能源进行比较。
 
  更好的氮气控制,更好的空气振动方法
 
  第二个减少气流量的方法着重在工厂用氮(N2)上。研究小组在一个地区观察了20个组装袋作业后,发现除一种产品外,其他大部分装袋系统都使用氮气。氮气是由容量为580-scfm的自动控制制氮装置现场制备,以液体N2作为备用。氮气的用量为320~350 scfm,纯度在99.7%~99.8%之间。氮气的生成比约为5:1,每过60~65秒,会有1750立方英尺的空气被用来产生350立方英尺的氮气。通常,当生产线停下时,氮气的供应仍在进行。在一次实地考察中,大约有7个装袋机被留在了不运行的生产线上,每个装袋机中残留有3到20立方英尺的氮气。
 
  工厂采用了自动关闭控制来解决这个问题。当不需要氮气时,它会自动停止氮气的供应。它还安装了控制阀来调节氮气的使用量。这项优化措施使气流需求减少300scfm,每年耗电量减少530,800kWh,相当于每年节省$23, 886。
 
  最后,工厂实施了一种更好的方法,使用空气振动器来保持产品或包装的移动或分离。如果一家工厂使用的空气振动器的空气使用量为每台10 cfm左右,那么类似的电动振动器要生产相同的产品的话,就需要2.5-hp或更高的功率,而这可能需要0.25-hp左右的功率输入。这项优化措施时气流需求减少84scfm,每年耗电量减少144,480kWh,相当于每年节省$6, 501。
 
  结论
 
  食品包装业务实现了其主要目标,即实施成本效益高的方法,以减少核心生产区和面包店对压缩空气的需求,并在这一过程中节省了成本。我们将继续研究实施新的方法,以减少对压缩空气的需求,并改善供应运作,以达到更多的节省。

来源:本站原创

标签: 食品加工除尘装置  

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