Разходите за енергия са най-големият единичен оперативен разход за газова пещ с подово отопление. За пещ с мощност 5 MW, работеща 6000 часа годишно с природен газ на цена от 0,35 долара за кубичен метър, годишната сметка за газ е около 400 000 до 500 000 долара. Намаляването на тази сума с 15-25% връща 60 000 до 125 000 долара годишно в оперативния бюджет - достатъчно, за да се плати за пълно надграждане на контролните системи в рамките на две до три години.
MONTE INTELLIGENCE е провела енергийни одити на десетки пещи с подемно подаване на място. Установихме, че повечето пещи на възраст над пет години имат възможности за енергийна ефективност, за които операторите не са наясно. Тази статия обяснява нашата методология на одит и най-често срещаните констатации.
Енергийният одит започва с изчисляване на топлинния баланс. За пещ на партиди, обработваща едно зареждане на цикъл, входящите топлинни източници са енергията от изгарянето на горивото, осезаемата топлина на въздуха за горене (ако е предварително загрят) и топлината, отделена от окисляването на работното натоварване (малка, обикновено се пренебрегва). Изходящите топлинни източници са полезната топлина, абсорбирана от работното натоварване, топлината, загубена в димните газове, топлината, загубена през стените и вратата на пещта, топлината, загубена от инфилтрация на въздух, топлината, съхранена в конструкцията на пещта (освободена по време на охлаждане, но загубена между циклите), и топлината, загубена през отвори, уплътнения и други пътища.
Полезната топлина — енергията, която действително нагрява детайлите — се изчислява от масата на детайла, специфичната топлина и повишаването на температурата. За 20-тонен товар стомана, нагрят от 20°C до 850°C със средна специфична топлина от 0,55 kJ/kg·K, полезната топлина е 20 000 × 0,55 × 830 = 9 130 MJ, или около 2536 kWh — приблизително 260 кубически метра еквивалент на природен газ.
Общото потребление на газ за цикъла се измерва от газомера на пещта. Ако газомерът показва консумирани 520 кубически метра, ефективността на пещта е 260/520 = 50%. Останалите 260 кубически метра — около 90 долара газ на цикъл — се губят поради различните пътища на топлинни загуби. Одитът идентифицира и определя количествено тези пътища на загуби, за да определи къде съществуват възможности за спестяване.
Загубата на топлина от димните газове обикновено е най-големият път на загуби, представляващ 30-50% от общото потребление на газ. Димните газове излизат от пещта при температура, близка до работната температура на пещта — ако пещта е на 1000°C, димните газове може да са на 900-950°C — отнасяйки голямо количество осезаема топлина. Топлинното съдържание може да се изчисли от дебита, температурата и състава на димните газове.
Намаляването на загубите на димни газове включва две стратегии: намаляване на излишния въздух и оползотворяване на топлината от димните газове. Излишният въздух е въздухът, подаван над стехиометричното изискване за горене. При 50% излишък на въздух – често срещана настройка – обемът на димните газове е с около 30% по-голям, отколкото би бил при 10% излишък на въздух, а допълнителният въздух трябва да се нагрява от околната температура до температурата на димните газове. Намаляването на излишния въздух от 50% на 10% може да подобри ефективността на пещта с 3-5%. Това изисква регулиране на кислорода на горелката – ламбда сензор в канала за димни газове, който осигурява обратна връзка в реално време към клапата за въздуха за горене.
Оползотворяването на отпадната топлина използва рекуператор или регенератор за прехвърляне на топлина от димните газове към горивния въздух. Предварителното загряване на горивния въздух до 400°C може да подобри ефективността на пещта с 15-25%, тъй като предварително загрятият въздух намалява количеството гориво, необходимо за достигане на температурата на горене. Рекуператорите - топлообменници газ-газ, обикновено кожухотръбен или пластинчат тип - са най-разпространената технология и могат да постигнат 50-60% ефективност на оползотворяване на топлината. Регенеративните горелки, които използват керамични слоеве, които последователно абсорбират и освобождават топлина, могат да постигнат 80-90% оползотворяване, но при по-високи капиталови разходи.
Загубата на топлина през стените зависи от дебелината на огнеупорния материал, топлопроводимостта и температурата на външната стена. За пещ, работеща при 1000°C с 300 mm изолация от керамични влакна (проводимост 0,15 W/m·K при средна температура), загубата на топлина през стените е приблизително 500 W на квадратен метър. За пещ със 100 квадратни метра площ на стената, това е 50 kW непрекъсната загуба — около 4,3 кубически метра газ на час или приблизително 1,50 долара на час.
Измерването на температурата на външната повърхност на стената с инфрачервен термометър е проста техника за одит. Всяка област от стената, която е с повече от 20°C над средната, показва пролука в изолацията, повреден анкер или гореща точка, причинена от вътрешен пламък на горелката, въздействащ върху стената. Тези горещи точки могат да бъдат отстранени по време на планирано спиране чрез подмяна на засегнатите изолационни модули.
Течът през вратата и уплътнението е най-трудният за количествено определяне път на загуба и често най-лесният за отстраняване. 3 мм пролука около периферията на врата с размери 4 на 3 метра има площ от около 0,042 квадратни метра. При типично налягане в пещта от 10 Pa, изтичането на горещ газ през тази пролука отнася значителна енергия - приблизително 10-15 kW за пещ с температура 1000°C. Решението е подмяна на уплътнението на вратата - работа, която отнема на екипа по поддръжката около четири часа и струва няколкостотин долара за материали.
Инфилтрацията на въздух — студен въздух, проникващ в пещта през пролуки в конструкцията, около вратата, около отворите на горелката и през ревизионните отвори — е скритият крадец на енергия. Инфилтриращият въздух не само отнася топлина (влизащият студен въздух измества горещия газ, който трябва да излезе), но също така причинява окисляване на работното натоварване и може да създаде неравномерни температурни зони. Анализът на горенето предоставя косвени доказателства за инфилтрация на въздух: ако съдържанието на кислород в димните газове е по-високо от очакваното въз основа на настройките на горелката, допълнителният кислород идва от инфилтрацията.
Докладът от одита трябва да включва приоритизиран списък с мерки за пестене на енергия (ECM) с прогнозни разходи, прогнозни спестявания и опростен период на възвръщаемост. Типични ECM за пещ с подемно подаване, подредени по нарастващ период на възвръщаемост, са: ремонт на уплътненията на вратата (възвръщаемост <1 месец), регулиране на съотношението въздух/газ на горелката (възвръщаемост <3 месеца), ремонт на огнеупорни горещи точки (възвръщаемост 3-6 месеца), инсталиране на контрол на кислорода (възвръщаемост 6-12 месеца) и инсталиране на рекуператор (възвръщаемост 12-24 месеца).
МОНТЕ ИНТЕЛИЖЪНС предлага услуги за енергиен одит, които включват измервания на място, изчисляване на топлинен баланс, идентифициране на ECM и подкрепа при внедряването.
За да насрочите енергиен одит за вашата пещ с подемно подаване, свържете се с helenxu@cnlymonte.com.
