Doğalgazla çalışan bir fırın için en büyük işletme gideri enerji maliyetidir. Metreküp başına 0,35 dolardan doğalgaz kullanan ve yılda 6000 saat çalışan 5 MW'lık bir fırın için yıllık doğalgaz faturası yaklaşık 400.000 ila 500.000 dolar civarındadır. Bunu %15-25 oranında azaltmak, işletme bütçesine yılda 60.000 ila 125.000 dolar geri kazandırır; bu da iki ila üç yıl içinde tam bir kontrol sistemi yükseltmesi için yeterlidir.
MONTE INTELLIGENCE, sahada onlarca tekerlekli ocaklı fırın üzerinde enerji denetimi gerçekleştirdi. Beş yıldan daha eski fırınların çoğunda, operatörlerin farkında olmadığı enerji verimliliği fırsatları olduğunu tespit ettik. Bu makale, denetim metodolojimizi ve en yaygın bulguları açıklamaktadır.
Enerji denetimi, ısı dengesi hesaplamasıyla başlar. Döngü başına bir yük işleyen bir parti fırını için ısı girdileri, yakıt yanmasından elde edilen enerji, yanma havasının duyulur ısısı (önceden ısıtılmışsa) ve iş yükünün oksidasyonundan salınan ısıdır (küçük, genellikle ihmal edilir). Isı çıktıları ise iş yükü tarafından emilen faydalı ısı, baca gazında kaybedilen ısı, fırın duvarlarından ve kapısından kaybedilen ısı, hava sızmasıyla kaybedilen ısı, fırın yapısında depolanan ısı (soğutma sırasında salınır ancak döngüler arasında kaybolur) ve açıklıklardan, contalardan ve diğer yollardan kaybedilen ısıdır.
İş parçalarını gerçekten ısıtan enerji olan faydalı ısı, iş parçasının kütlesi, özgül ısısı ve sıcaklık artışından hesaplanır. Ortalama özgül ısısı 0,55 kJ/kg·K olan 20 tonluk bir çelik yükünün 20°C'den 850°C'ye ısıtılması durumunda, faydalı ısı 20.000 × 0,55 × 830 = 9.130 MJ veya yaklaşık 2536 kWh'dir; bu da yaklaşık 260 metreküp doğal gaz eşdeğerine denk gelir.
Çevrim boyunca toplam gaz tüketimi, fırın gaz sayacı tarafından ölçülür. Sayaç 520 metreküp tüketim gösteriyorsa, fırın verimliliği 260/520 = %50'dir. Geri kalan 260 metreküp (çevrim başına yaklaşık 90 dolarlık gaz) çeşitli ısı kaybı yollarında kaybolur. Denetim, tasarruf fırsatlarının nerede olduğunu belirlemek için bu kayıp yollarını tanımlar ve nicelendirir.
Baca gazı ısı kaybı, genellikle toplam gaz tüketiminin %30-50'sini oluşturan en büyük kayıp yoludur. Baca gazı, fırının çalışma sıcaklığına yakın bir sıcaklıkta fırından çıkar (eğer fırın 1000°C'de ise, baca gazı 900-950°C'de olabilir) ve büyük miktarda duyulur ısıyı da beraberinde götürür. Isı içeriği, baca gazı akış hızı, sıcaklığı ve bileşiminden hesaplanabilir.
Baca gazı kaybını azaltmak iki strateji gerektirir: fazla havayı azaltmak ve baca gazından ısı geri kazanımı. Fazla hava, yanma için gerekli stokiyometrik miktarın üzerinde verilen havadır. Yaygın bir ayar olan %50 fazla havada, baca gazı hacmi %10 fazla havaya göre yaklaşık %30 daha yüksektir ve fazla havanın ortam sıcaklığından baca gazı sıcaklığına kadar ısıtılması gerekir. Fazla havayı %50'den %10'a düşürmek, fırın verimliliğini %3-5 oranında artırabilir. Bu, brülörde oksijen trim kontrolü gerektirir; bu da baca gazı kanalında bulunan ve yanma havası damperine gerçek zamanlı geri bildirim sağlayan bir lambda sensörüdür.
Atık ısı geri kazanımı, baca gazından yanma havasına ısı transferi için bir ısı geri kazanım ünitesi veya rejeneratör kullanır. Yanma havasının 400°C'ye kadar önceden ısıtılması, fırın verimliliğini %15-25 oranında artırabilir çünkü önceden ısıtılmış hava, yanma sıcaklığına ulaşmak için gereken yakıt miktarını azaltır. Isı geri kazanım üniteleri (genellikle borulu veya plakalı tipte gazdan gaza ısı eşanjörleri) en yaygın teknolojidir ve %50-60 ısı geri kazanım verimliliği sağlayabilir. Isıyı dönüşümlü olarak emen ve salan seramik ortam yatakları kullanan rejeneratif brülörler, %80-90 geri kazanım sağlayabilir ancak daha yüksek yatırım maliyetine sahiptir.
Duvar ısı kaybı, refrakter kalınlığına, ısı iletkenliğine ve dış duvar sıcaklığına bağlıdır. 1000°C'de çalışan ve 300 mm seramik elyaf izolasyona (ortalama sıcaklıkta iletkenlik 0,15 W/m·K) sahip bir fırın için, duvarlardan ısı kaybı metrekare başına yaklaşık 500 W'tır. 100 metrekare duvar alanına sahip bir fırın için bu, sürekli 50 kW'lık bir kayıp anlamına gelir; bu da saatte yaklaşık 4,3 metreküp gaz veya saatte yaklaşık 1,50 dolara denk gelir.
Dış duvar yüzey sıcaklığını kızılötesi termometre ile ölçmek basit bir denetim tekniğidir. Duvarın ortalama sıcaklığın 20°C üzerinde olan herhangi bir alanı, yalıtımda bir boşluk, arızalı bir ankraj veya iç brülör alevinin duvara temas etmesinden kaynaklanan bir sıcak nokta olduğunu gösterir. Bu sıcak noktalar, etkilenen yalıtım modüllerinin değiştirilmesiyle planlı bir bakım sırasında onarılabilir.
Kapı ve conta sızıntısı, ölçülmesi en zor ve genellikle onarılması en kolay kayıp yoludur. 4 metreye 3 metre boyutlarındaki bir kapının çevresindeki 3 mm'lik bir boşluk yaklaşık 0,042 metrekarelik bir alana sahiptir. Tipik bir fırın basıncı olan 10 Pa'da, bu boşluktan sızan sıcak gaz önemli miktarda enerjiyi (1000°C'lik bir fırın için yaklaşık 10-15 kW) uzaklaştırır. Çözüm, kapı contasının değiştirilmesidir; bu işlem bir bakım ekibinin yaklaşık dört saatini alır ve birkaç yüz dolarlık malzeme maliyetine sahiptir.
Hava sızması – yapının boşluklarından, kapı çevresinden, brülör ızgaralarının etrafından ve kontrol deliklerinden fırına sızan soğuk hava – gizli enerji hırsızıdır. Sızan hava sadece ısıyı uzaklaştırmakla kalmaz (içeri giren soğuk hava, dışarı çıkması gereken sıcak gazın yerini alır), aynı zamanda yanma yükünün oksidasyonuna neden olur ve düzensiz sıcaklık bölgeleri oluşturabilir. Yanma analizi, hava sızmasının dolaylı kanıtını sağlar: baca gazındaki oksijen içeriği, brülör ayarlarına göre beklenenden yüksekse, fazladan oksijen sızmadan kaynaklanmaktadır.
Denetim raporu, tahmini maliyet, tahmini tasarruf ve basit geri ödeme süresi ile birlikte önceliklendirilmiş bir enerji tasarrufu önlemleri (ECM) listesi içermelidir. Bir tekerlekli ocak fırını için tipik ECM'ler, artan geri ödeme süresi sırasına göre şunlardır: kapı contalarının onarımı (geri ödeme <1 ay), brülör hava/gaz oranının ayarlanması (geri ödeme <3 ay), refrakter sıcak noktaların onarımı (geri ödeme 3-6 ay), oksijen trim kontrolünün kurulumu (geri ödeme 6-12 ay) ve bir ısı geri kazanım ünitesinin kurulumu (geri ödeme 12-24 ay).
MONTE INTELLIGENCE, yerinde ölçümler, ısı dengesi hesaplaması, enerji verimliliği önlemlerinin belirlenmesi ve uygulama desteği de dahil olmak üzere enerji denetimi hizmetleri sunmaktadır.
Bogie tipi şömineniz için enerji denetimi planlamak üzere helenxu@cnlymonte.com adresinden iletişime geçin.
