A gáztüzelésű forgóvázas kandallós kemence legnagyobb egyszeri üzemeltetési költsége az energiaköltség. Egy 5 MW-os, évi 6000 órát működő, köbméterenként 0,35 dolláros földgázárat kínáló kemence éves gázszámlaja körülbelül 400 000 és 500 000 dollár között mozog. Ennek 15-25%-os csökkentése évi 60 000 és 125 000 dollár közötti összeget hoz vissza az üzemeltetési költségvetésbe – ez elég ahhoz, hogy két-három éven belül kifizessék a teljes vezérlésfejlesztés költségeit.
A MONTE INTELLIGENCE több tucat forgóvázas kandallós kemencén végzett energiaauditokat a terepen. Megállapítottuk, hogy az öt évnél régebbi kemencék többsége olyan energiahatékonysági lehetőségeket kínál, amelyekről az üzemeltetők nincsenek tisztában. Ez a cikk ismerteti az auditmódszertanunkat és a leggyakoribb megállapításokat.
Az energiaaudit a hőmérleg kiszámításával kezdődik. Egy szakaszos üzemű, ciklusonként egy adagot feldolgozó kemence esetében a hőbevitel az üzemanyag elégetéséből származó energia, az égéslevegő érzékelhető hője (ha előmelegítették), és a munkaterhelés oxidációja által felszabaduló hő (kicsi, általában figyelmen kívül hagyott). A hőteljesítmény a munkaterhelés által elnyelt hasznos hő, a füstgázban elvesztett hő, a kemence falain és ajtaján keresztül elvesztett hő, a levegő beszivárgása által elvesztett hő, a kemence szerkezetében tárolt hő (amely a hűtés során felszabadul, de a ciklusok között elveszik), valamint a nyílásokon, tömítéseken és egyéb útvonalakon keresztül elvesztett hő.
A hasznos hőt – azt az energiát, amely ténylegesen felmelegíti a munkadarabokat – a munkadarab tömegéből, a fajhőjéből és a hőmérséklet-emelkedésből számítják ki. Egy 20 tonnás acélrakomány esetében, amelyet 20 °C-ról 850 °C-ra hevítenek, átlagos fajhőjük 0,55 kJ/kg·K, a hasznos hő 20 000 × 0,55 × 830 = 9130 MJ, vagyis körülbelül 2536 kWh – ami nagyjából 260 köbméter földgáznak felel meg.
A ciklus teljes gázfogyasztását a kemence gázmérője méri. Ha a mérő 520 köbméter fogyasztott gázt mutat, a kemence hatásfoka 260/520 = 50%. A fennmaradó 260 köbméter – körülbelül 90 dollár értékű gáz ciklusonként – a különböző hőveszteség-utakon vész el. Az audit azonosítja és számszerűsíti ezeket a veszteség-utakat, hogy meghatározza, hol vannak a megtakarítási lehetőségek.
A füstgáz hővesztesége jellemzően a legnagyobb veszteségi útvonal, a teljes gázfogyasztás 30-50%-át teszi ki. A füstgáz a kemencéből a kemence üzemi hőmérsékletéhez közeli hőmérsékleten távozik – ha a kemence hőmérséklete 1000 °C, a füstgáz hőmérséklete 900-950 °C lehet –, így nagy mennyiségű érzékelhető hőt visz magával. A hőtartalom a füstgáz áramlási sebességéből, hőmérsékletéből és összetételéből számítható ki.
A füstgázveszteség csökkentése két stratégiát foglal magában: a felesleges levegő csökkentését és a hő visszanyerését a füstgázból. A felesleges levegő az égéshez szükséges sztöchiometrikus mennyiség felett betáplált levegő. 50%-os levegőfelesleg esetén – ami egy gyakori beállítás – a füstgáz térfogata körülbelül 30%-kal nagyobb, mint 10%-os levegőfelesleg esetén, és a többletlevegőt a környezeti hőmérsékletről a füstgáz hőmérsékletére kell felmelegíteni. A felesleges levegő 50%-ról 10%-ra csökkentése 3-5%-kal javíthatja a kemence hatásfokát. Ehhez oxigénszabályozás szükséges az égőn – egy lambda-szonda a füstgázcsatornában, amely valós idejű visszajelzést ad az égési levegő zsalujának.
A hulladékhő-visszanyerés egy rekuperátort vagy regenerátort használ a füstgáz hőjének az égéslevegőbe történő átadására. Az égéslevegő 400°C-ra történő előmelegítése 15-25%-kal javíthatja a kemence hatásfokát, mivel az előmelegített levegő csökkenti az égési hőmérséklet eléréséhez szükséges tüzelőanyag mennyiségét. A rekuperátorok – jellemzően csőhéjas vagy lemezes típusú gáz-gáz hőcserélők – a leggyakoribb technológia, és 50-60%-os hővisszanyerési hatékonyságot érhetnek el. A regeneratív égők, amelyek kerámia médiaágyakat használnak, amelyek felváltva nyelik el és adják le a hőt, 80-90%-os hővisszanyerést érhetnek el, de magasabb tőkeköltséggel.
A fal hővesztesége a tűzálló anyag vastagságától, a hővezető képességétől és a külső fal hőmérsékletétől függ. Egy 1000°C-on működő, 300 mm kerámia szálas szigeteléssel (vezetőképesség 0,15 W/m·K átlaghőmérsékleten) rendelkező kemence esetében a falakon keresztüli hőveszteség körülbelül 500 W négyzetméterenként. Egy 100 négyzetméter falfelületű kemence esetében ez 50 kW folyamatos veszteséget jelent – körülbelül 4,3 köbméter gáz óránként, ami nagyjából 1,50 dollár óránként.
A külső falfelület hőmérsékletének infravörös hőmérővel történő mérése egy egyszerű ellenőrzési technika. A fal bármely olyan területe, amely több mint 20°C-kal az átlag felett van, a szigetelésben lévő résre, a horgony meghibásodására vagy a falnak ütköző belső égő lángja által okozott forró pontra utal. Ezek a forró pontok egy tervezett leállás során az érintett szigetelőmodulok cseréjével javíthatók.
Az ajtó és a tömítés szivárgása a legnehezebben számszerűsíthető, és gyakran a legkönnyebben javítható veszteség. Egy 4 méter x 3 méteres ajtó kerülete körüli 3 mm-es rés területe körülbelül 0,042 négyzetméter. Egy tipikus 10 Pa kemencenyomásnál a forró gáz szivárgása ezen a résen keresztül jelentős energiát visz el – körülbelül 10-15 kW-ot egy 1000 °C-os kemence esetében. A megoldás az ajtótömítés cseréje – ez a munka egy karbantartó csapatnak körülbelül négy órát vesz igénybe, és anyagköltség is néhány száz dollár.
A levegő beszivárgása – a hideg levegő szivárgása a kemencébe a szerkezet résein, az ajtó körül, az égőfejek körül és az ellenőrző nyílásokon keresztül – a rejtett energiatolvaj. A beszivárgó levegő nemcsak hőt szállít el (a belépő hideg levegő kiszorítja a kilépő forró gázt), hanem a munkaterhelés oxidációját is okozza, és egyenetlen hőmérsékleti zónákat hozhat létre. Az égéselemzés közvetett bizonyítékot szolgáltat a levegő beszivárgására: ha a füstgáz oxigéntartalma magasabb a vártnál az égő beállításai alapján, a plusz oxigén a beszivárgásból származik.
Az auditjelentésnek tartalmaznia kell az energiatakarékossági intézkedések (ECM-ek) priorizált listáját a becsült költséggel, a becsült megtakarítással és az egyszerű megtérülési idővel. A forgóvázas kandallós kemence tipikus ECM-jei a megtérülési idő növekvő sorrendjében a következők: ajtótömítések javítása (megtérülés <1 hónap), égő levegő/gáz arányának beállítása (megtérülés <3 hónap), tűzálló forró pontok javítása (megtérülés 3-6 hónap), oxigénszabályozó telepítése (megtérülés 6-12 hónap), és hővisszanyerő berendezés telepítése (megtérülés 12-24 hónap).
A MONTE INTELLIGENCE energetikai audit szolgáltatásokat kínál, amelyek magukban foglalják a helyszíni méréseket, a hőmérleg számítását, az ECM azonosítását és a megvalósítási támogatást.
A forgózsámolyos kandallója energetikai auditjának ütemezéséhez vegye fel a kapcsolatot a helenxu@cnlymonte.com címen.
