Simplots Brenner-Upgrade senkt Energieverbrauch und Kosten im Idaho-Werk

In einem strategischen Bemühen, Energieverbrauch zu senken und Betriebskosten zu reduzieren, hat die J.R. Simplot Company das Dampfsystem in ihrem Caldwell, Idaho Kartoffelverarbeitungswerk aufgerüstet. Unter Nutzung des DOE-entwickelten Steam System Assessment Tool (SSAT) und der Expertise von Bill Moir, einem Qualified Specialist bei Steam Engineering Inc., lieferte das Projekt messbare Einsparungen und erhöhte Zuverlässigkeit.

Unternehmens-/Werks-Hintergrund
Die J.R. Simplot Company, ein in Boise ansässiges Food- und Agribusiness-Kraftpaket mit jährlichen Umsätzen von rund 3 Mrd. $ und über 12.000 Mitarbeitern in USA, Kanada, China, Mexiko und Australien, betreibt ein breites Portfolio inklusive Lebensmittelproduktion, Düngemittel, Rasen- und Gartenbauprodukte, Rinderfütterung und mehr. Simplots Energieeffizienzprogramm fokussiert auf Mitarbeitertraining und kontinuierliche Verbesserung. Direktoren David Hawk (Energy & Natural Resources) und Alan Christie (Food Group Engineering Manager) kollaborieren mit DOE, Washington State University's Energy Program und Idaho Department of Water Resources Energy Division, um die greifbaren Produktivitäts- und Finanzgewinne verbesserter industrieller Energieeffizienz zu demonstrieren.

Die Caldwell-Anlage ist eine von Simplots größten und produziert jährlich ca. 270 Mio. lbs gefrorene Pommes Frites. Sie beherbergt drei erdgasbefeuerte Wasserrohrkessel – zwei mit 70.000 lbs/hr und einer mit 60.000 lbs/hr – die gesättigten Dampf bei 275 psig erzeugen. Dampf ist integral für Kartoffelschälen, Blanchieren und Frittieren.

Projektüberblick
2000 beauftragte Simplot Steam Engineering Inc. mit einem Audit seiner Dampfsysteme. Die Caldwell-Bewertung ergab eine durchschnittliche Dampflast von 90.000 lbs/hr, mit 50 % Überschussluft und Abgas-Sauerstoffwerten von 7,5 %. Alle drei Kessel liefen Teillast, um eine schwankende Spitzenlast von 140.000 lbs/hr zu decken, was begrenzte Kondensatrückgewinnung und hohe Betriebskosten zur Folge hatte. Die Analyse identifizierte eine klare Chance: Einbau moderner Brenner mit Parallelpositioniersteuerung und Hinzufügen eines Abgas-Sauerstoff-Trimm-Systems zur Reduzierung der Überschussluft und Verbesserung der Verbrennungseffizienz.

Als die SSAT-Software 2002 startete, nutzte Moir sie zur Modellierung des Werks-Dampfsystems. Das Modell prognostizierte jährliche Erdgaseinsparungen von über 25.000 MMBtu durch Halten des Abgas-Sauerstoffs bei 3 % via Brenner-Upgrades und Sauerstoff-Trimm-Systemen. Es zeigte auch, dass Kondensatrückgewinnung erhöht, Überschussluft auf 10 % getrimmt und nur zwei Kessel für Spitzenlast nötig wären.

Projektumsetzung
Simplots Führung genehmigte die SSAT-getriebenen Empfehlungen. Um Ausfallzeiten zu minimieren, wurden neue Brenner, Steuerungen, Verbrennungsluftventilatoren, Abgas-Rezirkulationskanäle, Sauerstoffanalysatoren und Zugventilator-Trimm-Systeme an zwei Kesseln während geplanter Ausfallzeiten installiert. Die Upgrades ermöglichten dem Werk, seine Dampflast mit weniger Brennstoff und ohne Produktionseinbußen zu decken.

Projektergebnisse
Das Upgrade hat die Effizienz dramatisch verbessert: Durchschnittlicher Abgas-Sauerstoff bleibt nun bei 3 % oder darunter, Spitzen-Damplast fällt auf 110.000 lbs/hr, und nur zwei Kessel werden bei 10 % Überschussluft benötigt. Kondensatrückgewinnung stieg auf 50 %, was die Deaktivierung von fünf Kondensatpumpen ermöglichte. Jährliche Einsparungen umfassen 52.000 MMBtu (7,5 % des Vorjahresverbrauchs) für 279.000 $, 526.000 kWh für 20.000 $ und 30.000 $ Wartung – insgesamt 329.000 $ pro Jahr. Bei Projektkosten von 373.000 $ beträgt die Amortisationszeit unter 14 Monate. Produktionszuverlässigkeit hat sich verbessert, ohne Kesselausfälle seit Abschluss.

Seither hat Simplot die SSAT-Methodik an acht weiteren Standorten angewendet und erreicht 176.000 MMBtu jährliche Erdgaseinsparungen. Die Teilnahme an der Western U.S. Food Processing Efficiency Initiative erweitert diese Best Practices auf andere regionale Lebensmittelverarbeiter.

Abbildung 1. Ansaugluft-Anordnung

Gelerntes
Ein standardisierter, datengesteuerter Ansatz – verkörpert durch SSAT – deckt signifikante Performance-Gewinne und Kosteneinsparungen in industriellen Dampfsystemen auf. Simplots Erfahrung validiert, dass konventionelle Optimierungstechniken, wenn rigoros modelliert, sowohl erwartete als auch zusätzliche Vorteile liefern können. Folglich hat das Unternehmen SSAT als Unternehmensstandard für alle dampfbetriebenen Anlagen adoptiert, um kontinuierliche, wiederholbare Verbesserungen zu sichern.

Abbildung 2. Brenner und Brennergehäuse

Verbrennungseffizienz definieren
Verbrennungseffizienz misst, wie effektiv der Heizwert eines Brennstoffs in nutzbare Wärme umgewandelt wird. Schlüsselindikatoren sind Abgastemperatur und Abgas-Sauerstoff. Ein Kessel mit optimaler Überschussluft – typisch 10 % für Erdgaskessel – zu betreiben, minimiert Wärmeverlust und maximiert Effizienz. Wenn Brennstoffzusammensetzung oder Dampfnachfrage variieren, kann ein Online-Sauerstoff-Trimm-System Brennersteuerungen automatisch anpassen, um ideale Verbrennungsbedingungen zu halten.

DOE ITP BestPractices Steam System Assessment Tool
BestPractices bietet eine Suite von Tools zur Bewertung und Optimierung von Dampfsystemen. SSAT ist das primäre Softwarepaket, das Nutzern ermöglicht, Verbesserungsszenarien zu modellieren und präzise Energie- und Kosteneinsparungen zu schätzen. Das Tool und verwandte Software sind via EERE Website (https://www.oit.doe.gov/bestpractices/software_tools.shtml) verfügbar oder per Bestellung beim EERE Information Center unter 877-337-3463.

Für mehr zum U.S. Department of Energy's Industrial Technologies Program besuchen Sie https://www1.eere.energy.gov.