Simplotプラントでのバーナーのアップグレードは、パフォーマンスとエネルギーにメリットをもたらします

J.R. Simplot Companyは、エネルギー消費とコストを削減するために、アイダホ州コールドウェルにあるジャガイモ加工工場の蒸気システムの効率を高めるプロジェクトを数年前に完了しました。このプロジェクトは、Steam EngineeringIncの資格を持つスペシャリストであるBillMoirがSteamSystem Assessment Tool（SSAT）を使用して実施した評価に基づいています。SSATは、米国エネルギー省（DOE）の産業技術プログラムBestPracticesのために開発されました。 Caldwellプラントの改善により、年間52,000MMBtuと526,000キロワット時が節約されています。エネルギーとメンテナンスのコスト削減は、年間合計329,000ドルです。プロジェクトの総費用は373,000ドルだったので、単純な回収は14か月未満です。 SSATを使用して実施された分析に続いて、他のSimplot施設でも同様の効率測定が再現されました。これらのエネルギー効率の改善により、年間176,000MMBtuの天然ガス節約が実現しています。

会社/工場の背景
J.R. Simplot Companyは、アイダホ州ボイジーに本拠を置く大手食品およびアグリビジネス企業であり、年間売上高は約30億ドルです。同社は、米国、カナダ、中国、メキシコ、オーストラリアに12,000人以上の従業員を擁しています。 Simplotの事業活動には、食品、肥料、芝、園芸製品の生産が含まれます。牛の給餌;およびその他のアグリビジネス企業。同社は、従業員のトレーニングに焦点を当てた継続的なエネルギー効率プログラムを実施しています。エネルギーおよび天然資源のディレクターであるDavidHawkと、Simplotの食品グループエンジニアリングマネージャーであるAlan Christieは、DOE、ワシントン州立大学エネルギープログラム、およびアイダホ水資源エネルギー部門と緊密に協力して、生産性に関する意識を高めてきました。産業システムにおけるエネルギー効率の向上による経済的メリット。

Caldwell施設は、同社で最大の施設の1つです。年間約2億7000万ポンドの冷凍フライドポテトを生産しています。このサイトには、3つの天然ガス焚き水管ボイラーが装備されています。 2つは1時間あたり70,000ポンド（lb / hr）と評価され、3つ目は60,000と評価されています。蒸気は、飽和した1平方インチゲージ（psig）あたり275ポンドで生成されます。蒸気は、ジャガイモの皮むき、湯通し、揚げ物の作業を直接サポートするため、植物の生産プロセスにとって重要です。

プロジェクトの概要
2000年、SimplotはSteam Engineering Inc.に、企業のエネルギー効率プログラムの一環として、生産施設の蒸気システムの分析を依頼しました。 Caldwellサイトでの最初の評価で、アナリストは、プラントの平均蒸気負荷が90,000 lb / hrであり、過剰燃焼空気レベルが平均50％であることを発見しました。さらに、煙道ガスの酸素含有量は7.5パーセントと高かった。 3つのボイラーはすべて、プラントのピーク時の蒸気需要である140,000 lb / hrを満たすために、部分負荷で運転されました。ジャガイモの水分を蒸発させるためにジャガイモの皮むき容器を急速に満たす必要があったため、ピークおよび平均の需要レベルは絶えず変動しました。コンデンセートの再利用は最小限でした。熱油熱交換器からの高圧凝縮液のみがボイラーに戻されました。

最初の結論は、並列位置決め制御を備えた新しいバーナーを設置し、高品質の燃焼に必要な過剰空気の量を減らすために煙道ガス酸素トリムシステムを追加することで、蒸気システムの効率を劇的に改善できるというものでした。

2002年にSSATソフトウェアがリリースされたとき、Moirはそれを使用してCaldwellプラントの蒸気システムを評価しました。 SSATモデルは、コールドウェル施設のボイラーが3％の煙道ガス酸素レベルで一貫して運転できれば、年間25,000MMBtu以上の潜在的な天然ガス節約を示しました。これは、以前の分析で示したように、老朽化し​​たバーナーと制御装置をアップグレードし、ボイラーに煙道ガス酸素トリムシステムを設置することで達成できます。さらに、SSATモデルは、復水システムをアップグレードすると、より多くの復水を回収できること、ボイラーが10％の過剰燃焼空気レベルで動作できること、および2つのボイラーのみがプラントの蒸気負荷を満たすことができることを示しました。

プロジェクトの実装
Simplotの経営陣は、SSAT分析に基づいて、最初にCaldwell施設でSteamEngineeringの推奨事項を実装することを決定しました。 Caldwellプロジェクトが成功した場合、SSATベースの評価に続いて、他のSimplotサイトでも同様の措置が取られます。

生産のダウンタイムを最小限に抑えるために、スケジュールされたプラントの停止中に、新しいバーナーとコントロールが2つのボイラーに設置されました。既存のバーナーを取り外した後、新しいバーナーを取り付ける前に、新しいフェースプレートを各ボイラー前面に取り付けました。次に、新しい燃焼用空気ファン、煙道ガス再循環ダクト、煙道ガス酸素分析装置、および酸素トリムシステムを備えたボイラー制御システムが各ボイラーに設置されました。すべての改善が完了すると、プラントの担当者は、生産量を減らすことなく、より少ない蒸気と天然ガスを使用してプラントの蒸気負荷に対応できるようになりました。

プロジェクトの結果
Caldwellプラントプロジェクトは、プラントの蒸気システムの効率を大幅に向上させました。新しいバーナーはより効率的であり、煙道ガスをよりよく再循環させるため、ボイラーは現在、3％以下の平均煙道ガス酸素レベルで動作します。プラントのピーク蒸気負荷は現在110,000lb / hrであり、2つのボイラーがわずか10％の過剰燃焼空気レベルでその負荷を満たすことができます。このプロジェクトは、凝縮液を直接脱気装置に運び、脱気装置の圧力を浮かせることにより、凝縮液の戻りプロセスを簡素化しました。これにより、プラントは50％の凝縮水回収率を達成し、プラントの5つの凝縮水ポンプをオフラインにすることができました。

Caldwellプラントプロジェクトは、年間天然ガス消費量を52,000 MMBtu（以前の年間消費量の7.5％）削減し、年間279,000ドルのコスト削減を実現しました。 3番目のボイラーの復水ポンプとボイラードラフトファンがオフラインであるため、年間の電力節約量は526,000 kWhになり、さらに年間20,000ドル節約できます。これらの変更により、年間の保守コストも3万ドル節約されます。プロジェクトの年間総節約額は329,000ドルです。プロジェクトの総費用は373,000ドルだったため、単純な回収は14か月未満です。さらに、生産の信頼性が向上しました。プロジェクトが完了して以来、ボイラーの停止は報告されていません。

プロジェクトの完了以来、Simplotの経営陣は、すべての生産施設で蒸気システムを評価するためにSSATの使用を義務付けています。現在までに、SSATモデリングに基づく効率測定が他の8つのSimplot施設で再現されており、年間176,000MMBtuの天然ガス節約につながっています。さらに、Simplotが米国西部の食品加工効率イニシアチブ（State Technologies Advancement Collaborativeの一部）に関与することで、これらの取り組みで開発された専門知識を、他の成功したエネルギー効率の取り組みと活用して、西部の他の食品加工会社の利益に役立てることができました。アメリカ合衆国。

図1.吸気アセンブリ

学んだ教訓
工業用蒸気システムを評価および最適化するための統一された方法論とツールを使用すると、これらのシステムのパフォーマンスを改善し、エネルギーを節約するための貴重な戦略を生み出すことができます。 J.R. SimplotのCaldwellプラントでは、SSATベースの分析により、蒸気システムの効率を最適化するための従来の戦略から生じる潜在的なエネルギー節約が検証されました。 SSAT分析では、その戦略による追加のメリットも特定されました。

プロジェクトの成功を受けて、Simplotは、SSATを、会社のすべての蒸気システムを改善する機会を評価するための効果的な「最小公分母」タイプのツールと見なしました。したがって、経営陣は、蒸気を使用するすべてのSimplot施設でSSATの使用を制度化するという企業方針を確立しました。現在までに、SSATは他の8つのSimplot施設で使用されており、結果の分析は毎年更新されます。このような統一されたツールと方法論は、蒸気を使用するあらゆる産業施設で簡単に採用できます。

図2.バーナーとバーナーハウジング

燃焼効率の定義
燃焼効率は、燃料の熱量が使用可能な熱にどれだけ効果的に伝達されるかを示す尺度です。煙突温度と煙道ガスの酸素レベルは、燃焼効率の主要な指標です。最適な量の過剰空気でボイラーを運転すると、スタックでの熱損失が最小限に抑えられ、燃焼効率が向上します。実際には、燃焼条件が理想的であることはめったにありません。燃料を完全に燃焼させるには、追加の空気または「過剰な」空気を供給する必要があります。

過剰空気の正しい量は、煙道ガスの酸素レベルを分析することによって決定されます。過剰な空気が不十分な場合は未燃燃料になり、過剰な空気が多すぎると熱が失われます。これは、ボイラーの燃料から蒸気への効率が低いことを示しています。効率的に作動する天然ガス焚きボイラーは、10パーセントの過剰空気レベルを持っている必要があります。燃料組成または蒸気流量が大きく変動する場合は、オンライン酸素トリムシステムを検討する必要があります。酸素トリムシステムは、バーナー制御にフィードバックを提供して、過剰燃焼を自動的に最小限に抑えます

DOE ITP BestPracticesSteamシステム評価ツール
BestPracticesには、蒸気システムのエネルギー節約の機会を評価および特定するための一連のツールがあります。主要な蒸気関連ツールは、蒸気システム評価ツール（SSAT）です。 SSATは、ユーザーがさまざまな改善シナリオをモデル化し、個別の蒸気システムの改善による潜在的なエネルギーとコストの節約を正確に見積もることができるソフトウェアパッケージです。このおよびその他の蒸気関連のソフトウェアツールは、EERE Webサイト（www.oit.doe.gov/bestpractices/software_tools.shtml）から入手できます。または、877-337-3463に電話してEEREインフォメーションセンターから注文することもできます。

米国エネルギー省の産業技術プログラムの詳細については、http：//www1.eere.energy.govをご覧ください。