Энергоэффективность линий ленточных печей: экономия 12% за 12 месяцев
Энергетические затраты являются самой крупной контролируемой статьей расходов на линии непрерывного ленточного плавления. Хорошо спроектированная печь, работающая 6000 часов в год, потребляет от 4 до 6 ГВт·ч электроэнергии или от 200 000 до 400 000 кубических метров природного газа. При цене 0,08 доллара США за кВт·ч или 0,40 доллара США за кубический метр годовые затраты на электроэнергию составляют от 300 000 до 500 000 долларов США. Сокращение потребления на 12 процентов позволяет сэкономить от 40 000 до 60 000 долларов США в год без ущерба для качества или производительности. Это целевой показатель, который, как правило, достижим за 12 месяцев на существующих линиях ленточного плавления при целенаправленной программе повышения эффективности.
Основные потери энергии в ленточной печи включают: теплопотери через стенки и потолок, потери через отверстия (проникновение холодного воздуха на загрузочный и разгрузочный концы), потери на охлаждение ленты (сама лента отводит тепло из печи) и потери на охлаждение продукта (продукт отводит тепло в зону закалки). Программа повышения энергоэффективности рассматривает каждую из этих потерь в порядке убывания величины.
Теплопотери через стены и крышу
Теплопотери стен и крыши обычно составляют от 30 до 50 процентов от потребляемой энергии, в зависимости от рабочей температуры и конструкции футеровки. В ленточной печи шириной 900 мм при температуре 880 градусов Цельсия теплопотери стен составляют от 80 до 150 кВт в непрерывном режиме. Улучшение футеровки (дополнительная изоляция, модули из керамического волокна) может снизить теплопотери стен на 20–40 процентов, а срок окупаемости составит от 18 до 36 месяцев.
Распространенным усовершенствованием является добавление слоя керамического волокна толщиной от 50 до 100 мм внутрь существующей футеровки. Установка производится во время планового технического обслуживания, и ее стоимость составляет от 30 000 до 60 000 долларов США для типичной печи. Экономия энергии составляет от 20 до 50 кВт в непрерывном режиме, что составляет от 80 000 до 200 000 кВт·ч в год, или от 6 000 до 15 000 долларов США в год при типичных ценах на электроэнергию.
Потери при размыкании цепи в конце цикла заряда и разряда
Загрузочный и разгрузочный концы ленточной печи с сетчатой лентой открыты для атмосферы, чтобы лента могла проходить сквозь них. Холодный воздух проникает через открытые концы, а скорость проникновения определяется давлением в печи и плавучестью горячего воздуха внутри. Потери мощности при проникновении составляют от 30 до 80 кВт в непрерывном режиме для типичной печи диаметром 900 мм, в зависимости от давления в печи и конструкции торца.
Стандартное усовершенствование заключается в добавлении тамбура или воздушной завесы на каждом открытом конце. Тамбур представляет собой небольшое закрытое пространство в конце печи, через которое проходит конвейерная лента, с небольшим вытяжным отверстием для поддержания небольшого отрицательного давления. Тамбур снижает потери от проникновения воздуха на 60–80 процентов, а срок окупаемости составляет от 12 до 24 месяцев.
Воздушная завеса — это более дешевая альтернатива, использующая высокоскоростной поток воздуха через открытый конец для предотвращения проникновения влаги. Воздушная завеса эффективна для защиты от проникновения холодного воздуха, но менее эффективна против воздействия горячего воздуха. Хорошо спроектированная воздушная завеса снижает потери от проникновения влаги на 30–50 процентов, а срок окупаемости составляет от 6 до 12 месяцев.
Потери на охлаждение ремня
Сетчатая лента входит в печь холодной и выходит из нее горячей, отводя значительное количество тепла из зоны нагрева. На ленте шириной 900 мм, движущейся со скоростью 0,3 м в минуту, масса ленты составляет от 6 до 10 кг на метр, а потери на охлаждение ленты составляют от 30 до 50 кВт в непрерывном режиме. Потери на охлаждение неизбежны в печи непрерывного действия, но их можно уменьшить за счет конструкции ленты (более легкая лента, большая площадь открытой поверхности) и конструкции обратного пути ленты (обратный путь проходит через зону охлаждения, что позволяет частично компенсировать потери).
Распространенным усовершенствованием является добавление зоны предварительного нагрева ленты в конце загрузки. Зона предварительного нагрева использует тепло, выделяемое отходящими газами печи, для нагрева ленты и деталей перед их попаданием в зону высоких температур. Зона предварительного нагрева снижает потребность в энергии для высоких температур на 10–15 процентов, а срок окупаемости составляет от 18 до 30 месяцев.
Потери продукта при охлаждении
Продукт покидает зону высоких температур (850–880 градусов Цельсия) и поступает в зону закалки или зону медленного охлаждения. Тепло, переносимое продуктом, передается в зону закалки или излучается в зону медленного охлаждения. Тепло, выделяемое при закалке, обычно рекуперируется в системе охлаждающей воды, но тепло, выделяемое в зоне медленного охлаждения, часто теряется.
Усовершенствование заключается в добавлении котла-утилизатора к отработанным газам зоны медленного охлаждения или в использовании тепла этой зоны для предварительного подогрева воздуха для сгорания. Котел-утилизатор вырабатывает от 5 до 15 кВт горячей воды или пара низкого давления, а срок его окупаемости составляет от 24 до 48 месяцев. Горячая вода может использоваться для отопления помещений или для мойки деталей.
Оптимизация параметров процесса
На энергопотребление ленточной печи также влияют параметры процесса: скорость ленты, температура в зонах, расход атмосферы и температура закалки. Для каждого параметра существует оптимальное значение, которое минимизирует потребление энергии при сохранении качества. Оптимум определяется с помощью статистического планирования экспериментов (DoE) или целенаправленного энергетического аудита.
Компания MONTE INTELLIGENCE предлагает услугу энергетического аудита, которая проводится на объекте в течение 3-5 дней и включает непрерывную регистрацию всех потребляемых энергоресурсов, параметров технологических процессов и результатов контроля качества. Результатом является отчет с приоритетными рекомендациями, оценками экономии энергии и расчетами срока окупаемости. Типичный аудит выявляет экономию энергии на уровне 8-15%, а срок окупаемости совокупных улучшений составляет от 6 до 18 месяцев.
Модернизация системы управления
Старые ленточные печи с аналоговым или цифровым управлением первого поколения обычно работают на 5–15 процентов менее эффективно, чем современные печи с ПЛК-управлением. Причины: более точный контроль температуры, лучшее регулирование атмосферы и оптимизация заданных значений на основе модели.
Модернизация системы управления существующей ленточной печью обходится от 40 000 до 100 000 долларов США в зависимости от масштаба работ. Экономия энергии обычно составляет от 5 до 12 процентов, а срок окупаемости — от 12 до 24 месяцев. Модернизация также включает в себя возможности регистрации данных и удаленного мониторинга, необходимые большинству современных систем контроля качества.
Компания MONTE INTELLIGENCE предлагает модернизацию систем управления для всех основных марок печей, при этом новая система управления взаимодействует с существующими термопарами, исполнительными механизмами и датчиками атмосферного давления. Установка производится во время планового останова, типичная продолжительность которого составляет от 3 до 5 дней.
Собираем всё воедино
Целенаправленная программа повышения энергоэффективности на линии ленточных печей обычно обеспечивает экономию от 12 до 20 процентов в течение 12–18 месяцев, а окупаемость инвестиций составляет 12–18 месяцев. Программу должен возглавлять ответственный за энергоэффективность специалист при поддержке отделов технического обслуживания, производства и контроля качества. Быстрые решения (воздушные завесы, настройка горелок) приносят результаты за 3–6 месяцев, в то время как более масштабные проекты (модернизация футеровки, переоборудование системы управления) требуют 12–18 месяцев для реализации.
Обратитесь в компанию MONTE INTELLIGENCE по вопросам энергоаудита.
Для покупателей, заинтересованных в оценке энергоэффективности существующей линии ленточных печей, инженерный отдел MONTE INTELLIGENCE может провести недельный аудит объекта с предоставлением письменного отчета с приоритетными рекомендациями. Посетите сайт.www.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html Для ознакомления с примерами повышения энергоэффективности. Для запроса на выезд специалиста отправьте электронное письмо по адресу helenxu@cnlymonte.com с темой «Энергетический аудит с использованием сетчатого ленточного конвейера» и подробной информацией о размере вашей печи, ее использовании и текущих затратах на электроэнергию.
