نقش مهندسی انرژی در حفاظت از آب

صنایع تقریبا 20 درصد از برداشت های جهانی آب شیرین را تشکیل می دهند و بسیاری از آن آب به حرارت، آلوده یا تبخیر می شود. مهندسی انرژی این چالش را با طراحی مجدد سیستم هایی که حرکت می کنند، گرما، خنک و تصفیه آب، از طریق تجزیه و تحلیل دقیق بارهای حرارتی، نرخ جریان و فرآیندهای شیمیایی، مهندسان فرصت هایی را برای کاهش آب بدون استفاده از فرکانس برای مثال، جایگزین کردن قطعات مصرف آب و یا کاهش دادن سوخت های متغیر، شناسایی می کنند.

سیستم های پیشرفته خنک کننده

برج های خنک کننده یکی از بزرگترین مصرف کنندگان آب در گیاهان صنعتی هستند. سیستم های خنک کننده تبخیری سنتی مقدار زیادی آب را برای تبخیر و ضربه زدن از دست می دهند. مهندسان انرژی برج های خنک کننده هیبریدی را توسعه داده اند که بخش های خشک و مرطوب را ترکیب می کنند و به گیاهان اجازه می دهد تا در طول ماه های خنک کننده به عملیات خشک تبدیل شوند.

بازیافت آب و استفاده از تکنولوژی ها

بازیافت آب مدرن بسیار فراتر از حوضچه های تثبیت کننده است. مهندسان انرژی ادغام bioreactors غشایی (MBRs)، اسمز معکوس (RO)، و فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته برای درمان فاضلاب صنعتی به کیفیت مناسب برای استفاده مجدد از سیستم های حلقه بسته برای شستشو آب در تولید الکترونیک، به عنوان مثال، می تواند به تخلیه نزدیک صفر برسد.

صفر مایع مایع (ZLD)

سیستم های ZLD استاندارد طلایی برای مدیریت فاضلاب هستند، آنها از تبخیر حرارتی و کریستالیزه کردن برای بازیابی تقریبا تمام آب برای استفاده مجدد استفاده می کنند، و تنها یک زباله جامد را به کار می برند. مهندسان انرژی ZLD را با استفاده از فشرده سازی بخار مکانیکی و گرمای زباله برای قدرت تبخیر، کاهش مجازات انرژی، بهینه سازی می کنند، در حالی که ZLD سرمایه است، آن را در چندین منطقه آب و استرس برای پردازش مواد شیمیایی و پیشرفت های انرژی متوسط بیشتر، اجباری می کند.

استراتژی های کاهش زباله

کاهش ضایعات در صنعت محدود به محصولات جانبی جامد نیست؛ زباله های حرارتی و استفاده از انرژی ناکارآمد، هزینه های پنهان بزرگ را نشان می دهد. مهندسان انرژی تجزیه و تحلیل پیپ و ادغام فرآیند را برای به حداقل رساندن زباله در هر مرحله با نقشه برداری انرژی و جریان مواد، آنها نقاطی را شناسایی می کنند که زباله ها می توانند به یک منبع تبدیل شوند.

بازیابی گرما و نسل Co

فرآیندهای صنعتی اغلب مقدار زیادی گرما کم درجه را رد می کنند. مهندسان انرژی طراحی ژنراتورهای بخار حرارتی (HRSGs) و سیستم های رتبه بندی آلی (ORC) برای جذب این گرما و تولید برق یا انرژی حرارتی مفید را طراحی می کنند. Co Generation (گرمی و قدرت) به طور کلی بیش از 80٪، در مقایسه با 35-40٪ برای تولید برق معمولی، خنک کننده های آب خنک کننده نیاز به کاهش مصرف سوخت های خنک کننده دارد.

بهینه سازی فرآیند از طریق تجزیه و تحلیل Pinch

تجزیه و تحلیل Pinch یک روش سیستماتیک برای به حداقل رساندن مصرف انرژی با بهینه سازی شبکه های مبدل حرارتی است.با شناسایی حداقل نیروی رانندگی دما و ادغام جریان های گرم و سرد، مهندسان کاهش تقاضا انرژی و آب خنک کننده مورد استفاده قرار گرفته است، این تکنیک در پالایشگاه ها و گیاهان شیمیایی برای دستیابی به صرفه جویی در انرژی 20-40٪ در حالی که به طور همزمان کاهش حجم فاضلاب.

برنامه های کلیدی صنعتی

راه حل های مهندسی انرژی به نیازهای خاص صنایع مختلف طراحی شده اند.بخش های زیر بیشترین سود را در کاهش آب و زباله نشان داده اند.

قدرت نسل

نیروگاه های حرارتی (گاز طبیعی، هسته ای) از بزرگترین مصرف کنندگان آب هستند. مهندسان انرژی بسیاری از گیاهان را از سیستم های خنک کننده یک بار به منظور تصفیه آب، برش برداشت آب توسط 95٪ خنک کننده خشک و سیستم های هیبریدی در مناطق آب کاهش داده اند، با برخی از گیاهان به مصرف آب نزدیک صفر برای خنک کننده، علاوه بر این چرخه های فوق بحرانی و فوق العاده حیاتی کاهش بهره وری حرارتی توسط این گزارش های انرژی کمک کرده اند.

شیمیایی و شیمیایی

گیاهان شیمیایی جریان های پیچیده زباله حاوی ترکیبات آلی، نمک ها و گرما را تولید می کنند. مهندسان انرژی نصب قطارهای پیشرفته درمان از جمله تصفیه غشای، درمان بیولوژیکی و اکسیداسیون حرارتی. با بازیابی حلال ها و اسید ها، گیاهان هزینه های مواد خام و تکنیک های زباله مانند تقطیر واکنشی و فرآیند ترکیب واکنش ها و جدایی در یک واحد واحد، کاهش آب و مصرف انرژی در حال حاضر کاهش گرما توسط کوره های تخلیه مایع، با اتصال مجدد، به طور مستقیم، از کوره های مایع، به صفر می رسند.

غذا و نوشیدنی

صنعت غذا و نوشیدنی از آب برای شستشو، پردازش و خنک سازی استفاده می کند. مهندسان انرژی فن آوری های تمیز کردن خشک برای مواد خام، نازل های اسپری با فشار بالا برای شستشو و پیاده سازی سیستم های تمیز (CIP) را معرفی کرده اند که بهینه سازی مواد شیمیایی و آب استفاده می کنند، بهبود گرما از کتری جوش می تواند آب آشامیدنی را پیش از گرم کند، کاهش تقاضای بخارویک در پردازش آب آشامیدنی، مصرف شود که می تواند از کاهش آب آشامیدنی گسترده ای استفاده کند.

مزایای مهندسی انرژی در صنعت

تصویب اصول مهندسی انرژی نتایج قابل اندازه گیری در ابعاد محیطی، اقتصادی و نظارتی را به دست می آورد.

  • مصرف آب شیرین و تولید فاضلاب - امکانات می توانند مصرف را 50-90٪ از طریق لغو، درمان و استفاده مجدد، کاهش استرس آب محلی کاهش دهند.
  • هزینه های انرژی کم و افزایش بهره وری عملیاتی [FLT 1] - ادغام بهبود گرما و کنترل بهینه سازی می تواند انرژی خریداری شده توسط 30 تا 30٪ کاهش یابد، تحویل دوره های بازپرداخت سریع دو تا چهار سال.
  • کاهش اثرات زیست محیطی [FLT 1] - ترکیب صرفه جویی در آب با کاهش بهره وری انرژی گازهای گلخانه ای مرتبط با پمپاژ آب، درمان و حرارت.
  • انطباق با مقررات زیست محیطی [FLT 1] - محدودیت تخلیه و مجوزهای خروج آب با سیستم های حلقه بسته و نظارت بر زمان واقعی مدیریت می شود.

فراتر از این مزایای مستقیم، شرکت هایی که در مهندسی انرژی سرمایه گذاری می کنند، اغلب درک عمومی بهبود یافته و دسترسی به مشوق های تامین مالی سبز را مشاهده می کنند.انجمن بین المللی آب یادآور می کند که گیاهان صنعتی با کارایی آب نیز با خطر کمتری از اختلالات مرتبط با خشکسالی مواجه می شوند، نگرانی فزاینده ای در آب و هوا گرم می شود.

چالش ها و مسیرهای آینده

علی رغم مزایای روشن، چندین مانع باقی مانده است.هزینه سرمایه سیستم های بازیافت پیشرفته و تجهیزات تولید می تواند برای شرکت های کوچک و متوسط ممنوع باشد. مهندسین انرژی این را از طریق طرح های ماژولار و مدل های اجاره ای، علاوه بر این، تنوع در ترکیب فاضلاب نیاز به فن آوری سنسور قوی و الگوریتم های کنترل تطبیقی دارد. ظهور یادگیری ماشین برای تعمیر و نگهداری پیش بینی و بهینه سازی فرآیند کمک به غلبه بر این موانع انرژی است که در حال حاضر راه حل های تصفیه آب خورشیدی یا سیستم های معکوس انرژی هستند.

حمایت از سیاست نیز در حال تحول مقررات مانند دستورالعمل اقتصاد اتحادیه اروپا و قانون آب تمیز ایالات متحده صنایع را به سمت بهترین فن آوری های موجود سوق داده است، در همین حال، برنامه های نظارت بر آب شرکت های بزرگ، مانند کسانی که توسط اتحاد برای تمیز کردن آب ترویج شده اند، بهبود داوطلبانه هستند. آینده مهندسی انرژی در آب و زباله در دوقلوهای دیجیتال، که اجازه می دهد مهندسان و شبیه سازی کل گیاهان و موانع برای تمیز کردن مواد جدید و جداسازی انرژی است که باعث کاهش غشایی می شود.

نتیجه گیری

مهندسی انرژی برای انتقال به شیوه های صنعتی پایدار پایه است، با حمله سیستماتیک به زباله های آب و ناکارآمدی انرژی، مهندسان در حال کمک به صنایع در کاهش بار زیست محیطی خود در حالی که بهبود بهره وری، فن آوری ثابت شده است، مورد اقتصادی قوی است و روند نظارتی به طور فزاینده ای حمایت می شود نوآوری مداوم در بهبود گرما، بازیافت آب و ادغام فرآیند بیشتر رشد صنعتی از مصرف منابع، برای کمک مستقیم این تلاش های آب و کاهش آب و کاهش آب.

برای مطالعه بیشتر در فن آوری های خاص و مطالعات موردی، وزارت انرژی بهره وری صنعتی و De کربنization Office راهنمایی های دقیق در مورد بهترین شیوه ها فراهم می کند. EPA منابع استفاده مجدد آب چارچوب های تنظیم مقررات و پیاده سازی موفق]