Nośniki energii dzielimy na : pierwotne i wtórne

• Pierwotne nośniki energii- paliwa, naturalne, ciekłe, gazowe(węgiel kamienny, brunatny, torf, ropa naftowa, gaz ziemny oraz naturalne związki uranu.

• Wtórne nośniki energii- paliwa ciekłe, gazowe, stałe i paliwo jądrowe, uzyskane przetwarzania pierwotnych nośników energii (koks, olej opałowy, benzyna, para wodna gorąca woda, energia elektryczna

Energia może być pierwotna lub wtórna:

• Energia pierwotna- to energia zawarta w pozyskiwanych pierwotnych nośnikach energii, czyli paliwach naturalnych (liczona według ich wartości opałowej ), a także energia uzyskiwana ze źródeł naturalnych, jak energia słoneczna, energia wiatru, energia z naturalnych spadków wód.

• Energia wtórna- energia zawarta w wtórnych nośnikach energii. Dla paliw liczona wg ich wartości opałowej. Dla innych nośników wtórnych oprócz energii elektrycznej liczona na podstawie ich entalpii.

Paliwo umowne- Jednostką ta pochodzi z czasów gdy paliwem dominującym był węgiel kamienny. Jego średnia wielkość opałowa wynosiła 7 000 kcal/kg. Stąd obecnie paliwo umowne Q_U to paliwo którego wartość opałowa wynosi:

7 000*4,19 czyli około 29 300 kJ/kg

Do przeliczania paliwa rzeczywistego na paliwo umowne stosowany jest wzór:

-masa (strumień masowy )paliwa umownego

-masa(strumień masowy) paliwa rzeczywistego

-wartość opałowa paliwa rzeczywistego

- wartość opałowa paliwa umownego

• Realizacja każdego procesu technologicznego wymaga dostarczenia energii:

• Dla typowych przemian energetycznych w których następuje zmiana energii pierwotnej w energię wtórną istotnym miernikiem informującym o prawidłowości przebiegu jest jego sprawność. Wyznaczana jako stosunek energii oddanej
  do energii doprowadzonej
  

• 
  

• Wartość zawsze jest mniejsza od 1 od 100%

W fazie użytkowania energii istotne są wskaźniki jednostkowej energochłonności.

Wskaźnik jednostkowej energochłonności- określa technicznie uzasadnioną wielkość zużycia paliwa lub energii przez instalację technologiczną lub wydzielone urządzenia produkcyjne na wytworzenie jednostki wyrobu w określonych warunkach eksploatacyjno-technologicznych.

W zależności od warunków technologiczno-organizacyjnych ustalone są następujące rodzaje wskaźników :

• Technologiczny
  

• Produkcyjny
  

• Zakładowy
  

Technologiczny wskaźnik jednostkowej energochłonności
- stanowi stosunek energii E_T faktycznie zużytej w procesie technologicznym na wytworzenie produkcji P

Produkcyjny wskaźnik jednostkowej energochłonności
- obejmuje poza zużyciem energii w procesie technologicznym również zużycie w urządzeniach pomocniczych związanych bezpośrednio z procesem technologicznym i wyraża się stosunkiem ilości energii faktycznie zużytej w procesie produkcyjnym E_Pr do wytworzonej produkcji: P

Zakładowy wskaźnik jednostkowej energochłonności W_Z- zawiera poza elementami występującymi we wskaźnikach technologicznym i produkcyjnym, dodatkowe zużycie energii w urządzeniach pomocniczych nie związanych bezpośrednio z procesem technologicznym . Łączne zużycie tej energii określa się E_Z a wzór:

Z zasady powinno się stosować wskaźnik technologiczny - jest najbardziej wiarygodny.

Bez względu na rodzaj stosowanych wskaźników jednostkowej energochłonności , powinny być jednocześnie ustalone dla następujących bezpośrednio zużywanych nośników energii:

• Paliwa stałe ciekłe i gazowe w podstawowych jednostkach energii J (dżul)

• Energia cieplna (w wodzie i parze) również w J

• Energie elektryczna w kWh

Wskaźnik sumarycznego zużycia energii w paliwie pierwotnym - w takim przypadku energia cieplna, elektryczna i zużyte paliwo przed sumowaniem powinny być przeliczone na energię pierwotną przy użyciu sprawności przemian energetycznych.

Energia cieplna/elektryczna wytworzona na terenie zakładu uwzględniamy sprawność wytworzenia tej energii

Przy dostarczaniu energii z zewnątrz przyjmuje średnią rejonową lub krajową do obliczeń ( e. elektryczna) , a energia cieplna jest rzadko dostarczana z zewnątrz.

Do obliczeń przybliżonych :

• Dla e. elektrycznej
  

• Dla e. cieplnej
  

Energia w paliwie pierwotnym wyniesie :

• Dla energii cieplnej :
  

E_C- energia cieplna zużyta

η_C- sprawność dla energii cieplnej

• Dla energii elektrycznej-
  

- energia elektryczna zużyta

-sprawność dla energii elektrycznej

Odzysk energii- wykorzystanie części lub całości energii odpadowej poza proces ją wytwarzającym. Uwzględniając odzysk energii z procesu w wysokości E_odz wzór na technologiczny wskaźnik jednostkowej energochłonności jest:

Wskaźniki jednostkowej energochłonności dają pogląd na bezpośrednią energochłonność procesu produkcji i jakość eksploatacji maszyn i urządzeń. Nie obrazują jednak całej energii jka jest potrzebna do wytworzenia danego produktu.

Cięgnowe zużycie energii- jest to zużycie energii uwzględniające całkowitą ilość energii niezbędną do wytworzenia określonego produktu.

Energochłonność ciągniona może być prowadzona w różnym zakresie. Może dotyczyć branży, zakładu, procesu. Wyniki mają charakter kompleksowy i obrazują nie tylko całkowite zużycie energii, ale możliwość zmian tego zużycia.

W zakładzie przemysłu spożywczego energia zużywana jest na cele:

• Produkcyjne (główne zużycie energii )

• Pozaprodukcyjne (zużycie uboczne)

Zużycie energii na cele energetyczne zależy od wielu czynników, które można podzielić na kilka grup:

• Czynniki surowcowe

• Czynniki technologiczno-techniczne

• Czynniki organizacyjne

W każdej z tych grup występuje wiele uwarunkowań które w określony sposób wpływają na zużycie energii w zakładzie produkcyjnym. Część uwarunkowań ma charakter bezpośredni, ale znaczna część wpływa na zużycie w sposób pośredni i nie zawsze jest dostrzegalna.

CZYNNIKI SUROWCOWE:

• Produkty wytworzone w rolnictwie nie zawsze spełniają wymagania przemysłu spożywczego co wynika z różnie rozumianej jakości i efektywności produkcji.

• Spełnienie wymagań surowcowych stawianych prowadzi do zmniejszenia zużycia energii w procesach produkcyjnych. Zmniejszenie zużycia energii może być bezpośrednie lub może wystąpić dopiero w procesach towarzyszących przetwórstwie, np. przy zagospodarowywaniu produktów ubocznych i odpadowych.

• Jedna z najważniejszych cech jakościowych surowca dla przemysłu jest masa części użytecznych w stosunku do masy części odpadowych. Np. zawartość cukru w buraku cukrowym, zawartość skrobi w ziemniaku, zawartość tłuszczu i białka w mleku, czy masa tkanki mięśniowej w zwierzętach rzeźnych.

• Wyprodukowanie jednej tony cukru wychodząc z surowca zawierającego 15% sacharozy pochłania znacznie więcej energii niż przerabiając surowca zawierającego 20%.

• Produkcja koncentratu soku jabłkowego z jabłek o ekstrakcie 12% trzeba odparować o 3,5% mniej wody niż w przypadku jabłek zawierających 10% ekstraktu.- mniejsze odparowanie wody to mniejsze zużycie energii.

• Do cech jakościowych surowca, które maja wpływ na zużycie energii czasie jego przerobu należą cechy fizyczne: kształt, wielkość, powierzchnia, barwa, wytrzymałość mechaniczna.

Kształt- jest ważną cechą jakościowa surowca np. w rozdrobnieniu. bardzo ważne jest dostosowanie kształtu produktu do kształtu surowca. Cięcie jabłek w ósemki, brzoskwiń w połówki czy marchwi w plastry nie prowadzi do powstania odpadów. Natomiast wycinając kostkę z marchwi lub z ziemniaka odcinamy znaczną część surowca który musi być zagospodarowany lub stanowi odpad.

Przydaną cecha jest również jest także równomierności kształtu i wielkości- przy dużym zróżnicowaniu tych cech często wynika konieczność klasyfikacji co pociąga za sobą dodatkowe nakłady energetyczne.

Skład chemiczny i wartość technologiczna:

Wadliwy skład chemiczny lub gorsza niż oczekiwana wartość technologiczna surowca wymagają korekty, co pociąga za sobą dodatkowe nakłady energetyczne. Korekta wykonywana jest zazwyczaj jako dodatek odpowiednich składników i wymieszanie ich z podstawowym surowcem

Np.: przerób jabłek nie w pełni dojrzałych, lub jabłek z przechowalni , kiedy stosowana jest dodatkowa obróbka enzymatyczna miazgi w celu wydobycia więcej soku.

Czasami korekta jest przez dobór odpowiedniej technologii lub zmianę parametrów procesu technologicznego.

Właściwy dobór maszyn i urządzeń:

• Dla realizacji danego procesu technologicznego jest niezwykle ważnym czynnikiem wpływającym na gospodarkę energią w produkcji żywności.

• Wykorzystanie różnego rodzaju rozwiązań technologiczno-technicznych do różnego zużycia energii.

• Przykładem mogą być procesy: zagęszczania, płynnych produktów spożywczych, sterylizacja, suszenie.

1. zużycie energii w procesie zagęszczania (kJ/kg)- usunięcia wody w różnych rozwiązaniach techniczno-technologicznych wynosi:

• odwrócona osmoza - 60(praktycznie) 19 (teoretycznie)

• kriokoncentracja ( 500)

• wyparka jednodziałowa- >2500

• stacja wyparna wielodziałowa- (zależy do liczby działów)

2. Zużycie energii w procesie sterylizacji:

• autoklaw koszowy- 100%

• ciągły rotacyjny- 46- 64

• hydrostatyczny 20-56

• Fluidyzacyjny 38

• Płomieniowy- 46-88

Autoklaw 3-4 koszowy zużycie pary grzejnej :

20% procent na ogrzewanie puszek

80% straty:

• 40% odpowietrzanie

• 10% ogrzewanie autoklawu

• 10% ogrzewanie skroplin w autoklawie

• 20% straty do zewnątrz

Suszenie kaze9ny w różnych suszarniach:

• Suszarka stołowa- 46,3 MJ/kg s.s ( najniższa jakość produktu.)

• Suszarka wibro-fluidyzacyjna - 9,3 MJ/kg s.s

• Suszarka fluidyzacyjna - 6,6 MJ/kg s.s

Wprowadzenie nowej technologii produkcji: wiąże się to z innym wyposażeniem technicznym, i tym samym innym zaopatrzeniem na energię.

CZYNNIKI TECHNOLOGICZNO TECHNICZNE:

1. stan techniczny urządzeń i maszyn:

• wieloletnia eskploatacja zmienia charakterystykę urządzeń i dla uzyskania tych samych efektów potrzebna jest zmiana parametrów pracy.

CZYNNIKI ORGANIZACYJNE

• Pod względem zużycia energii najbardziej korzystna jest sytuacja gdy przerób rzeczywisty zakładu nie odbiega od produkcji nominalnej (zaprojektowanej).

• Przy produkcji mniejszej lub większej od nominalnej wstępuje nie dostosowanie urządzeń energetycznych do zmiennych warunków produkcji.

• Przy mniejszej od nominalnej produkcji powstają większe straty energii z powodu nie dociążenia silników elektrycznych

• Przekroczenie nominalnej wartości powoduje przeciążenia urządzeń energetycznych i w konsekwencji awarie.

• Niektóre zakłady przemysłowe charakteryzują się sezonowymi wahaniami w masie przerabianych surowców.

• System energetyczny zakładu musi być tak zaprojektowany by pokrywać zapotrzebowanie maksymalne.

• W okresach gdy dopływ surowca ulega zmniejszeniu lub zahamowaniu, następuje obniżenie stopnia wykorzystania sieci energetycznej , która w tym okresie nie pracuje w warunkach optymalnych

• Następuje wzrost ubocznego zużycia energii.

• W wielu maszynach i aparatach występuje faza rozruchu, w czasie której zużywana jest energia w wartości co najmniej takiej jak podczas procesu technologicznego

• Ciągłość pracy zakładu zależy od dyscypliny załogi , co pośrednio wpływa na zużycie energii

Pozaprodukcyjne zużycie energii:

• Obejmuje energie zużytą przez kotłownie, warsztaty własne ujęcia wody, oczyszczalnie ścieków oświetlenie i różnego rodzaju straty.

• Jest one zasadniczo duże i w istotny sposób wpływa na gospodarkę energią w zakładzie.

Węgiel kamienny- skała osadowa pochodzenia roślinnego , zawiera od 75-97% węgla . Ma czarną barwę, matowy połysk i czarną rysę.

• Stosowany powszechnie jako paliwo

• Jego wartość opałowa waha się od 16,7 do 29,3 MJ/kg i silnie zależy do jego składu ( zawartość popiołu, siarki i wilgoci.)

• wartość opałowa czystego pierwiastka węgła wynosi odpowiednio około 33,9 MJ/kg

Węgiel kamienny zgodnie z Polską normą został podzielony na typy zgodnie naturalnymi cechami, charakteryzującymi jego przydatność technologiczną, określona następującymi wskaźnikami:

• zawartość części lotnych węglu w przeliczeniu na substancję bez popiołową i suchą.

• Zdolność spiekania

• Ciepło spalania węgla w przeliczeniu na substancję bez popiołową i suchą

Do energetycznego spalania w kotłach parowych kierowane są węgle:

• Węgiel płomieniowy - typ 31

• Węgiel gazowo-płomieniowy typ 32

• Węgiel chudy typ 38

Węgle te charakteryzuje duża zawartość części lotnych, brak lub słaba zdolność do spiekania, długi silnie świecący płomień.

Dal węgla kamiennego wszystkich typów oraz celów przeznaczenia , rozróżnia się zależnie od wymiarów ziaren 11 sortymentów zasadniczych ( węgle grube, średnie i miałowe ) oraz 13 sortymentów połączonych.

Z punktu widzenia gospodarki energetycznej oraz spalania węgła na ruszcie kotła parowego, najważniejsze są cechy:

• Sortyment

• Wartość opałowa

• Zawartość wilgoci

• Zawartość części lotnych

• Zawartość popiołu i skład chemiczny.

Współczesna technika nie dysponuje paleniskiem uniwersalnym przystosowanym do spalania każdego sortymentu węgla. Do każdego sortymentu musi być odpowiednio dobrane palenisko.

Wartość opałowa- jest to ilość ciepła wydzielana przy spalaniu jednostki masy paliwa przy jego całkowitym lub zupełnym spaleniu ,przy założeniu że para wodna zawarta w spalinach nie uległy skropleniu, pomimo ze spaliny mogą osiągnąć temperaturę początkowa paliwa.

Wartość opałowa decyduje o przydatności energetycznej węgla.

Wartość opałowa- jest to ciepło spalania pomniejszone o ciepło parowania wody, wydzielonej podczas spalania i powstałej z wodoru zawartego w paliwie. Jednostką wartości opałowej jest J/kg.

Ciepło spalania- jest to ilość ciepła wydzielana przy spalaniu całkowitym lub zupełnym jednostki masy substancji , przy czym produkty spalenia oziębia się do temperatury początkowej, a para wodna zawarta w spalinach skrapla się zupełnie.

Produktami spalania są głownie gazy:
, jednostka J/kg

• Wartość opałowa węgla związana jest z zawartością balastu (wilgoć i popiół).

• W miarę jak obniża się wartość opałowa węgla, to wzrastają koszty eksploatacyjne urządzenia kotłowego związane ze zwiększonym nawęglaniem i usuwaniem popiołu.

Wartość opałową paliwa można wydzielić na podstawie składu chemicznego :

-wartość opałowa

C,H,S,O- udziały masowe poszczególnych pierwiastków w paliwie

w-udział masowy wilgoci w paliwie.

• Dokładną wartość opałową uzyskuje się drogą pomiaru kalorymetrycznego w bombie kalorymetrycznej.

Wilgoć a spalanie węgla:

• Wilgotność węgla nie powinna przekraczać 27%, ponieważ maiły węglowe tracą sypkość, co uniemożliwia prawidłowe nawęglanie kotłów parowych

• Wilgotność granicach 10-15% wpływa korzystnie na spalanie miałów węglowych w paleniskach rusztowych.

• Wynika z właściwości katalitycznych pary wodnej powstałej w procesie spalania części lotnych .

• Para wodna działa spulchniająca na węgla na ruszcie (mniejsze opory hydrauliczne )

Nadmierna wilgotność działa niekorzystnie na eksploatację kotłów parowych:

• Wzrasta zużycie energii elektrycznej przez wentylatory podmuchu i ciągu oraz urządzenie transportowe.

• Para wodna uwolniona z węgla przyczynia się do nawilżania spalin i w połączeniu z tlenkami siarki powoduje powstawanie kwasu siarkowego i w konsekwencji korozję metalowych części kotła.

Zawartość części lotnym ma wpływ na takie właściwości energetyczne jak: temperatura zapłonu, wysokość płomienia w palenisku, szybkość spalania. Typy węgli o zwiększonej zawartość części lotnych nadają się do spalania w paleniskach kotłów o zmiennym obciążeniu.

Zawartość popiołu :

• Popiół zawarty w węglu stanowi jego balast- powoduje nie tylko obniżenie wartości opałowej, ale pogarsza warunki spalania i zanieczyszcza powierzchnie ogrzewalne kotła.

• Popiół pochodzi z samej masy węglowej praz wrostów i domieszek mechanicznych skały.

• Zawartość popiołu waha się w szeroki granicach 5-30%

• Popiół stanie sypkim nazywamy popiołem lotnym

• Popiół w stanie stopionym to żużel

• Przy dużych prędkościach spalin popiół lotny może doprowadzić do znacznych uszkodzeń części metalowych kotła.

---