Whitepaper De kracht van pinch-technologie in de voedingsmiddelenindustrie
WWW.VANBEEK.COM
Inleiding De voedingsmiddelenindustrie kan nog verder energie besparen door intern warmte te gaan hergebruiken. Pinch-technologie is hiervoor een zeer geschikte methode. Naast de theoretische minimale warmte- en koelvraag geeft het ook concrete opties om warmte binnen het proces her te gebruiken.
Pinch is geen doel op zich, maar een goede methodiek voor een integrale energiestudie in de procesindustrie. Hierbij komen ook optimalisatie mogelijkheden in de installaties zelf en in de utilities naar voren. Het resultaat is een aantal economisch aantrekkelijk, te realiseren energiebesparingsopties.
WWW.VANBEEK.COM
2
De kracht van pinch-techologie in de voedingsmiddelenindustrie Pinch-technologie is reeds decennia lang een bewezen methodologie om warmteterugwinning in de procesindustrie te optimaliseren. In de chemie en petrochemie wordt het standaard gebruikt bij het optimaliseren van de warmte-integratie bij het ontwerp en/of het verbeteren van bestaande processen. In de voedingsmiddelen industrie wordt het nog maar mondjesmaat toegepast en dat is jammer.
Want met de combinatie van pinch-technologie en proceskennis zijn nog verregaande besparingen mogelijk in de voedingsmiddelenindustrie. Dit geldt voor nieuwe installaties, maar ook voor het optimaliseren van bestaande installaties. De 1e stap van pinch-technologie is een grafische methode, waarmee de mogelijkheden van warmte-uitwisseling tussen te koelen en te verwarmen processen snel en op een gestructureerde wijze zichtbaar wordt. Dit wordt Targeting genoemd. Het grote voordeel is dat inzichtelijk wordt: • hoeveel warmte er maximaal binnen uw proces hergebruikt kan worden; • wat de minimale warmtevraag van uw proces is en op welke temperatuur deze warmte toegevoerd moet worden; • wat de minimale koelvraag van uw proces is en op welke temperatuur gekoeld moet worden; • of er nog extra besparingsmogelijkheden zijn door het goed toepassen van warmtepompen. De 2e stap bij pinch-technologie is het lokaliseren van daadwerkelijke opties voor hergebruik van warmte en het optimaliseren van de benodigde utilities. Dit wordt
WWW.VANBEEK.COM
Network Design genoemd. Pinchtechnologie geeft hier richtlijnen voor. Hierbij is de kennis van het productieproces essentieel. Deze 2e stap vinden wij bij Van Beek het belangrijkste onderdeel. Het gaat niet alleen om grafieken, waarmee het minimale energiegebruik kan worden vergeleken met het huidige energiegebruik. Het gaat om daadwerkelijke opties, met haalbare energiebesparingen en een goede indicatie van de benodigde investering. Pinch-technologie dwingt u om naar uw proces als geheel te kijken. Dit heeft als voordeel dat u niet alleen per installatie de optimalisatiemogelijkheden lokaliseert, maar ook de mogelijkheden tot het combineren van diverse processen. Daarnaast geeft de integrale benadering ook direct inzicht in de effecten op de utilitysystemen. Heeft bijvoorbeeld het besparen op warmwatergebruik wel zin, of verlaagt dit alleen het rendement van uw warmtekracht-installatie? De integrale aanpak brengt verschillende disciplines van uw bedrijf bij elkaar.
3
Wij zijn er van ovetuigd dat er nog diverse besparingsmogelijkheden zijn wanneer integraal naar uw proces wordt gekeken. Omdat in de voedingsmiddelen industrie het merendeel van de energie wordt gebruikt voor het verwarmen en koelen van het proces, is pinch-technologie een bewezen methodologie om de besparingsmogelijkheden inzichtelijk te krijgen. Pinch-technologie is dan ook geen doel op zichzelf maar een gereedschap dat, samen met gedegen kennis van onder andere warmtewisselaars, stoomketels, koelinstallaties, indampers, drogers en elektromotoren gebruikt wordt om tot concrete energiebesparingsopties te komen.
Principe van pinch-techologie Pinch-techologie bestaat uit twee stappen: 1. Targeting Van alle processen die warmte vragen wordt in de vermogens [kW]- Temperatuur [°C] diagram een samengestelde curve weergegeven. Dit wordt ook gedaan voor alle processen die gekoeld moeten worden. Omdat de vermogens van de warmtevraag en de koelvraag relatieve waarden zijn, mogen de grafieken horizontaal verschoven worden. Dit wordt gedaan totdat er tussen de grafiek van de koelvraag en de warmtevraag nog een minimaal toelaatbaar temperatuurverschil voor een warmtewisselaar is. Uit deze composite curves kan men onder andere aflezen wat de minimale warmtevraag en koelvraag is en hoeveel warmte kan worden hergebruikt. Het punt waar het minimale temperatuurverschil zit wordt het pinch-point, of te wel knelpunt, genoemd. 2. Network design Door het bestaande warmtewisselaarnetwerk in een griddiagram weer te geven en de pinchregels in acht te nemen, worden de concrete mogelijkheden voor optimaliseren van de warmte-integratie inzichtelijk. De pinchregels die leiden tot minimale warmtevraag zijn: • Geen warmteoverdracht over de pinch • Niet verwarmen onder de pinch • Niet koelen boven de pinch • Start ontwerp netwerk vanaf de pinch Een uitgebreidere beschrijving van de methodiek staat op http://www.agentschapnl.nl/content/vnci-brochure-pinchtechnologie-en-restwarmtebenutting
WWW.VANBEEK.COM
4
Opzet van het project In veel gevallen heeft een energiestudie met gebruik van pinch-technologie de volgende opzet: • Startoverleg met proces- en utility-verantwoordelijke. Hierin worden onder andere de principes van pinch-technologie toegelicht en aangegeven welke gegevens aangeleverd dienen te worden. • Data verzamelen: • Voor de pinch-analyse dient van iedere processtap waar moet worden verwarmd of gekoeld, de temperatuur [°C] en het benodigde vermogen [kW] te worden verzameld. • Van de utilities zijn de technische specificaties en principe tekeningen gewenst. • Algemene gegevens van de productie; zoals plattegrond en procesbeschrijving. • Energiegebruiken en productiehoeveelheden van de afgelopen jaren. • Targeting; grafisch wordt de minimale warmte- en koelvraag vastgesteld. Samen met huidige warmte- en koelvraag geeft dit het maximale besparingspotentieel. • Longlist met besparingsopties. Vanuit de targeting en het grid-diagram komen de concrete voorstellen voor warmte-integratie. Hiervoor is ervaring met pinch-technologie studies en kennis van het productieproces essentieel. Daarnaast volgen uit bestudering van de utilities en de processen ook voorstellen voor verbeteropties in het procesonderdeel zelf. Een voorbeeld hier-
WWW.VANBEEK.COM
van is het aanpassen van een droger. Maar ook opties in het ketelhuis, of koelinstallaties komen hierbij aan bod. • Selectie van opties; In nauw overleg met de betrokkenen worden de meest interessante opties uit de longlist geselecteerd, om verder in detail uit te werken. • Uitwerking opties; Van de geselecteerde opties wordt de technische en economische haalbaarheid verder uitgewerkt. • Eindrapportage en presentatie De besparing wordt natuurlijk nog niet gerealiseerd met alleen dit onderzoek, maar het geeft u wel het inzicht hoe u energie kunt gaan besparen. Indien gewenst kan Van Beek u verder begeleiden bij de realisatie van de besparingsopties en/of het monitoren van het energiegebruik.
Van Beek Ingenieurs Van Beek Ingenieurs levert al meer dan 35 jaar veelzijdige diensten op het gebied van energie en duurzaamheid. De dienstverlening onderscheid zich door een unieke combinatie van monitoring en adviesdiensten voor de industrie en utiliteit. Van Beek Ingenieurs heeft op deze wijze een sterke marktpositie verworven bij het strategisch ontwikkelen, onderzoeken, realiseren en beheren van energie- en duurzaamheidsambities. Voor meer informatie over deze whitepaper kunt u contact opnemen met José Varwijk, projectleider Energieadvies (026-3127046).
5
Van Beek Ingenieurs B.V. Utrechtsestraat 59 6811 LW ARNHEM Postbus 1001 6801 BA ARNHEM Nederland T +31 (0)26 3127 000 F +31 (0)26 3515 117 E
[email protected]
WWW.VANBEEK.COM
