ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานเป็นค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่สูงที่สุดสำหรับเตาหลอมเหล็กแบบใช้ก๊าซ สำหรับเตาหลอมขนาด 5 เมกะวัตต์ที่ใช้งาน 6,000 ชั่วโมงต่อปี โดยใช้ก๊าซธรรมชาติในราคา 0.35 ดอลลาร์ต่อลูกบาศก์เมตร ค่าใช้จ่ายด้านก๊าซต่อปีจะอยู่ที่ประมาณ 400,000 ถึง 500,000 ดอลลาร์ การลดค่าใช้จ่ายด้านก๊าซลง 15-25% จะทำให้มีเงินเหลือเข้าสู่งบประมาณการดำเนินงาน 60,000 ถึง 125,000 ดอลลาร์ต่อปี ซึ่งเพียงพอที่จะจ่ายสำหรับการอัพเกรดระบบควบคุมทั้งหมดภายในสองถึงสามปี
บริษัท MONTE INTELLIGENCE ได้ทำการตรวจสอบด้านพลังงานในเตาหลอมเหล็กแบบโบกี้หลายสิบแห่งในภาคสนาม เราพบว่าเตาหลอมส่วนใหญ่ที่มีอายุมากกว่าห้าปี มีโอกาสในการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ผู้ใช้งานไม่ทราบ บทความนี้จะอธิบายวิธีการตรวจสอบของเราและสิ่งที่พบได้บ่อยที่สุด
การตรวจสอบพลังงานเริ่มต้นด้วยการคำนวณสมดุลความร้อน สำหรับเตาเผาแบบชุดที่ประมวลผลหนึ่งโหลดต่อรอบ ความร้อนขาเข้าได้แก่ พลังงานจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง ความร้อนสัมผัสของอากาศสำหรับการเผาไหม้ (หากมีการอุ่นล่วงหน้า) และความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการออกซิเดชันของชิ้นงาน (มีปริมาณน้อย มักถูกละเลย) ความร้อนขาออกได้แก่ ความร้อนที่เป็นประโยชน์ที่ชิ้นงานดูดซับ ความร้อนที่สูญเสียไปในก๊าซไอเสีย ความร้อนที่สูญเสียไปผ่านผนังและประตูเตาเผา ความร้อนที่สูญเสียไปจากการรั่วไหลของอากาศ ความร้อนที่สะสมอยู่ในโครงสร้างของเตาเผา (ปล่อยออกมาในระหว่างการระบายความร้อน แต่สูญเสียไประหว่างรอบ) และความร้อนที่สูญเสียไปผ่านช่องเปิด ซีล และช่องทางอื่นๆ
ความร้อนที่มีประโยชน์ — พลังงานที่ให้ความร้อนแก่ชิ้นงานจริง ๆ — คำนวณได้จากมวลของชิ้นงาน ความร้อนจำเพาะ และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น สำหรับเหล็กหนัก 20 ตัน ที่ให้ความร้อนจาก 20°C ถึง 850°C โดยมีความร้อนจำเพาะเฉลี่ย 0.55 kJ/kg·K ความร้อนที่มีประโยชน์คือ 20,000 × 0.55 × 830 = 9,130 MJ หรือประมาณ 2536 kWh — เทียบเท่ากับก๊าซธรรมชาติประมาณ 260 ลูกบาศก์เมตร
ปริมาณการใช้ก๊าซทั้งหมดในแต่ละรอบจะวัดจากมิเตอร์วัดก๊าซของเตาเผา หากมิเตอร์แสดงปริมาณการใช้ก๊าซ 520 ลูกบาศก์เมตร ประสิทธิภาพของเตาเผาจะเท่ากับ 260/520 = 50% ก๊าซที่เหลืออีก 260 ลูกบาศก์เมตร ซึ่งคิดเป็นมูลค่าประมาณ 90 ดอลลาร์ต่อรอบ จะสูญเสียไปกับเส้นทางการสูญเสียความร้อนต่างๆ การตรวจสอบจะระบุและวัดปริมาณเส้นทางการสูญเสียเหล่านี้เพื่อหาโอกาสในการประหยัดค่าใช้จ่าย
การสูญเสียความร้อนจากก๊าซไอเสียมักเป็นเส้นทางการสูญเสียที่ใหญ่ที่สุด คิดเป็น 30-50% ของปริมาณการใช้ก๊าซทั้งหมด ก๊าซไอเสียออกจากเตาเผาที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิการทำงานของเตาเผา — หากเตาเผาอยู่ที่ 1000°C ก๊าซไอเสียอาจอยู่ที่ 900-950°C — ซึ่งนำความร้อนสัมผัสจำนวนมากออกไปด้วย ปริมาณความร้อนสามารถคำนวณได้จากอัตราการไหล อุณหภูมิ และองค์ประกอบของก๊าซไอเสีย
การลดการสูญเสียก๊าซไอเสียเกี่ยวข้องกับสองกลยุทธ์ ได้แก่ การลดปริมาณอากาศส่วนเกิน และการนำความร้อนจากก๊าซไอเสียกลับมาใช้ใหม่ อากาศส่วนเกินคืออากาศที่จ่ายเกินกว่าปริมาณที่ต้องการตามสัดส่วนทางเคมีสำหรับการเผาไหม้ ที่ปริมาณอากาศส่วนเกิน 50% ซึ่งเป็นค่าที่ใช้กันทั่วไป ปริมาตรของก๊าซไอเสียจะสูงกว่าที่ปริมาณอากาศส่วนเกิน 10% ประมาณ 30% และอากาศส่วนเกินนี้จะต้องถูกทำให้ร้อนจากอุณหภูมิแวดล้อมไปจนถึงอุณหภูมิของก๊าซไอเสีย การลดปริมาณอากาศส่วนเกินจาก 50% เหลือ 10% สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเตาเผาได้ 3-5% ซึ่งต้องอาศัยการควบคุมปริมาณออกซิเจนในหัวเผา โดยใช้เซ็นเซอร์แลมบ์ดาในท่อส่งก๊าซไอเสียที่ให้ข้อมูลแบบเรียลไทม์แก่ตัวควบคุมการไหลของอากาศสำหรับการเผาไหม้
การนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ใช้อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนแบบรีคิวเพอเรเตอร์หรือรีเจนเนอเรเตอร์เพื่อถ่ายเทความร้อนจากก๊าซไอเสียไปยังอากาศสำหรับการเผาไหม้ การอุ่นอากาศสำหรับการเผาไหม้ล่วงหน้าถึง 400°C สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเตาเผาได้ 15-25% เนื่องจากอากาศที่อุ่นล่วงหน้าจะช่วยลดปริมาณเชื้อเพลิงที่จำเป็นในการเข้าถึงอุณหภูมิการเผาไหม้ อุปกรณ์รีคิวเพอเรเตอร์ ซึ่งเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบก๊าซต่อก๊าซ โดยทั่วไปจะเป็นแบบท่อและเปลือกหรือแบบแผ่น เป็นเทคโนโลยีที่พบได้บ่อยที่สุดและสามารถบรรลุประสิทธิภาพการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ได้ 50-60% หัวเผาแบบรีเจนเนอเรทีฟ ซึ่งใช้ตัวกลางเซรามิกที่ดูดซับและปล่อยความร้อนสลับกัน สามารถบรรลุประสิทธิภาพการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ได้ 80-90% แต่มีต้นทุนการลงทุนที่สูงกว่า
การสูญเสียความร้อนผ่านผนังขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุทนไฟ ค่าการนำความร้อน และอุณหภูมิภายนอกของผนัง สำหรับเตาเผาที่ทำงานที่อุณหภูมิ 1000°C โดยมีฉนวนใยเซรามิกหนา 300 มม. (ค่าการนำความร้อน 0.15 วัตต์/เมตร·เคลวิน ที่อุณหภูมิเฉลี่ย) การสูญเสียความร้อนผ่านผนังจะอยู่ที่ประมาณ 500 วัตต์ต่อตารางเมตร สำหรับเตาเผาที่มีพื้นที่ผนัง 100 ตารางเมตร นั่นหมายถึงการสูญเสียความร้อนต่อเนื่อง 50 กิโลวัตต์ ซึ่งเทียบเท่ากับก๊าซประมาณ 4.3 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง หรือประมาณ 1.50 ดอลลาร์สหรัฐต่อชั่วโมง
การวัดอุณหภูมิพื้นผิวผนังภายนอกด้วยเทอร์โมมิเตอร์อินฟราเรดเป็นเทคนิคการตรวจสอบที่ง่าย หากพบว่าบริเวณใดของผนังมีอุณหภูมิสูงกว่าค่าเฉลี่ยเกิน 20°C แสดงว่ามีช่องว่างในฉนวนกันความร้อน จุดยึดชำรุด หรือจุดร้อนที่เกิดจากเปลวไฟของหัวเผาภายในกระทบกับผนัง จุดร้อนเหล่านี้สามารถซ่อมแซมได้ในระหว่างการปิดระบบตามกำหนด โดยการเปลี่ยนโมดูลฉนวนที่ได้รับผลกระทบ
การรั่วซึมของประตูและซีลเป็นเส้นทางการสูญเสียที่ยากที่สุดในการประเมินปริมาณและมักแก้ไขได้ง่ายที่สุด ช่องว่างขนาด 3 มิลลิเมตร รอบขอบประตูขนาด 4 เมตร x 3 เมตร มีพื้นที่ประมาณ 0.042 ตารางเมตร ที่ความดันเตาหลอมทั่วไปที่ 10 Pa การรั่วไหลของก๊าซร้อนผ่านช่องว่างนี้จะนำพลังงานจำนวนมากออกไป — ประมาณ 10-15 กิโลวัตต์สำหรับเตาหลอมที่อุณหภูมิ 1000°C การแก้ไขคือการเปลี่ยนซีลประตู — ซึ่งเป็นงานที่ทีมซ่อมบำรุงใช้เวลาประมาณสี่ชั่วโมงและมีค่าใช้จ่ายเพียงไม่กี่ร้อยดอลลาร์สำหรับวัสดุ
การรั่วไหลของอากาศ — อากาศเย็นที่รั่วเข้าไปในเตาเผาผ่านช่องว่างในโครงสร้าง รอบประตู รอบแกนหัวเผา และผ่านช่องตรวจสอบ — คือตัวขโมยพลังงานที่มองไม่เห็น อากาศที่รั่วไหลไม่เพียงแต่จะนำความร้อนออกไป (อากาศเย็นที่เข้ามาแทนที่ก๊าซร้อนที่ต้องออกไป) แต่ยังทำให้เกิดการออกซิเดชันของวัสดุที่ใช้งาน และอาจทำให้เกิดโซนอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอ การวิเคราะห์การเผาไหม้ให้หลักฐานทางอ้อมของการรั่วไหลของอากาศ: หากปริมาณออกซิเจนในก๊าซไอเสียสูงกว่าที่คาดไว้ตามการตั้งค่าหัวเผา ออกซิเจนส่วนเกินนั้นมาจากอากาศที่รั่วไหลเข้ามา
รายงานการตรวจสอบควรประกอบด้วยรายการมาตรการประหยัดพลังงาน (ECM) ที่จัดลำดับความสำคัญ พร้อมด้วยต้นทุนโดยประมาณ การประหยัดโดยประมาณ และระยะเวลาคืนทุนอย่างง่าย มาตรการประหยัดพลังงานทั่วไปสำหรับเตาหลอมแบบโบกี้เรียงตามลำดับระยะเวลาคืนทุนที่เพิ่มขึ้น ได้แก่ การซ่อมแซมซีลประตู (คืนทุน <1 เดือน) การปรับอัตราส่วนอากาศ/ก๊าซของหัวเผา (คืนทุน <3 เดือน) การซ่อมแซมจุดร้อนของวัสดุทนไฟ (คืนทุน 3-6 เดือน) การติดตั้งระบบควบคุมปริมาณออกซิเจน (คืนทุน 6-12 เดือน) และการติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบรีคูเพอเรเตอร์ (คืนทุน 12-24 เดือน)
MONTE INTELLIGENCE ให้บริการตรวจสอบด้านพลังงาน ซึ่งรวมถึงการวัดค่า ณ สถานที่ การคำนวณสมดุลความร้อน การระบุมาตรการประหยัดพลังงาน (ECM) และการสนับสนุนการดำเนินการ
หากต้องการนัดหมายตรวจสอบประสิทธิภาพการใช้พลังงานของเตาเผาแบบโบกี้ โปรดติดต่อ helenxu@cnlymonte.com
