На сегодняшний день имеется достаточно много возможностей по повышению эффективности производства и сокращению потребления энергоресурсов, однако за выбор правильного направления как правило приходится платить. Когда Eck Industries из Манитовок (штат Висконсин) обратилась за подобным решением, результатом стал проект, который в результате сэкономил более 60% топлива необходимого для плавки высококачественного алюминия.

Компания Eck Industries была открыта в 1948 году, когда  после Второй Мировой Войны алюминий был признан металлом из которого можно получать огромного количество изделий для повседневной жизни и Eck начал позиционировать себя как поставщик литых алюминиевых деталей. Инвесторами компании на момент основания были не только члены семьи Eck, но также и широко известные компании-партнеры, такие как  Harley-Davidson, Johnson Motors, West Bend  и Mercury Marine.

В настоящее время компания производит большое количество различных отливок практически из всех марок алюминия. На протяжении многих лет семья  Eck и команда менеджеров сохраняют контроль над компанией, которая выпуская более 8 миллионов фунтов (3630 млн. тонн) литья в год.  В 2012 году им было присвоено звание "Литейщик года" журналом Modern Casting.

В 2010 году Eck начали изучать возможности для экономии энергоресурсов. Их заинтересовала информация о новых горелках Eclipse,  которые в перспективе могли найти применение на их установках. Для разработки проекта применения новой горелки Eck обратилась к компании Focus on Energy и своему партнеру компании Cleantech.

Focus on Energy из города Висконсин является разработчиком программ по эффективному и возобновляемому использованию энергоресурсов. Она финансируется за счет инвестиций от владельцев энергетических компаний в сфере ЖКХ. Инженеры этой компании предложили воспользоваться услугами специализированных организаций таких как Cleantech, для проведения анализа, испытаний, создания исследовательской базы и разработке энергосберегающего проекта. Для тестирования и проверки результатов как правило использовался протокол DOE (Department of Energy/Министерство энергетики).

Eck использует тигельные печи с газовым отоплением для плавки алюминия на первом этапе процесса металлического литья. Алюминиевые слитки и "возврат" (металлолом из предыдущих отливок) нагревают и затем выдерживают в расплавленном состоянии. Расплавленный металл заливают в формы различных типов и размеров для производства отливок.

Тепло при сжигании природного газа передается непосредственно от пламени и продуктов сгорания к тиглю. Тигель установлен внутри футерованного кожуха печи, таким образом что бы создать канал для движения продуктов сгорания, которые омывают его с внешней стороны (рис. 1).

Тигель
Рис. 1 Тигельная печь

Во внутренне пространство тигля помешается расплавляемый метал. Тепло от тигеля расплавляемому металлу передается за счет теплопроводности. Ранее конструкция таких печей предусматривала установку двухпроводной горелки продукты сгорания которой попадая в рабочее пространство несколько раз огибали тигель и удалялись через дымоход.

Эффективность данной системы отопления была оценена в 10-40%, также была определена её зависимость от многих факторов в том числе и от скорости нагрева.
Существующая система отопления тигельной печи представлена на рис. 2.

Цель этого проекта продемонстрировать экономию природного газа, за счет раздельного и совместного осуществления двух мер:
1. Установка рекуперативной горелки в печах, которые были модернизированы с новым огнеупорным материалом (рис. 3).
2. Установка крышки на печах (рис. 4).


  • Существующая система отопления тигельной печи
    Рис. 2 Существующая система отопления тигельной печи
  • Установка рекуперативной горелки на печи
    Рис. 3 Установка рекуперативной горелки на печи
  • Установка крышки на печи
    Рис. 4 Установка крышки на печи

Все испытания проводились на одной и той же печи одним и тем же оператором. Перед испытаниями на печи был установлен новый газовый счетчик. Работая вместе с заказчиком, инженеры-проектировщики собрали и сопоставили данные по модернизированной печи  с полученными ранее характеристиками, в результате чего стало возможным сделать вывод о повышении эффективности использования топлива в результате установки новой рекуперативной горелки и крышки тигля.

Тестирование проводилось на различных плавках, так как будто это обычные запланированные шаги технологического процесса. Расход газа был замерен и зарегистрирован в ходе 16 различных тестовых плавок, часть из них проводились только со слитками часть со слитками и «возвратом».

Рекуперативная горелка Eclipse TJSR

Рекуперативный горелка использует продукты сгорания для подогрева воздуха поступающего для горения. В подобных тигельных печах, продуты сгорания обычно имеют температуру 2000°F (1093°С).
Горелка марки TJSR (рис. 5), которая была использована в этом проекте имеет производительность 500000 БТЕ/час (Британская термическая единица) (527 кВт), была выпущена фирмой Eclipse Inc. (Рокфорд, штат Иллинойс).

Особенность данной горелки заключается в объединении в одном корпусе устройства для смешения и сгорания газовоздушной смеси с теплообменником для подогрева воздуха идущего на горение. При этом оба устройства функционируют как одно целое. Дымовые газы вытягиваются из рабочего пространства печи и поступают в корпус горелки (рис. 6).

  • Рекуперативная горелка Eclipse TJSR
    Рис. 5 Рекуперативная горелка Eclipse TJSR
  • Рекуперативная горелка Eclipse TJSR схема движения газ/воздух/дымовые газы
    Рис. 6 Рекуперативная горелка Eclipse TJSR схема движения газ/воздух/дымовые газы

При применении обычных горелок как минимум половина тепла теряется с уходящими продуктами сгорания. Однако в новой горелке появилась возможность использования этой тепловой энергии на подогрев воздуха который теперь поступает в камеру с температурой 1000°F (538°C) вместо прежней 80°F (26°C).
Это экономит энергию необходимую для разогрева воздуха идущего на горелки в обычных условиях. Близкое расположение камеры сгорания и кольцевого зазора для выхода продуктов сгорания способствует захватыванию скоростным факелом части дымовых газов.
Это позволяет дожигать оксид углерода который может присутствовать в переходных процессах. Новые горелки позволили интенсифицировать теплопередачу от продуктов сгорания к тиглю. Происходит это за счет увеличения средней температуры продуктов сгорания и времени их пребывания в рабочем пространстве печи. Кроме того продукты сгорания движутся примерно в пять раз быстрее чем при использовании обычной горелки. Максимальная скорость движения продуктов сгорания достигает 400 футов/с (120 м/с). В результате было получено увеличение теплопередачи и уменьшение времени плавки. Кроме того увеличивается срок службы тигля за счет более равномерного подвода тепла и отсутствия зон локального перегрева.

В печах подобного типа до модернизации регулировка расхода газа и воздуха выполнялась вручную. Соотношение расходов газа и воздуха при этом не может быть установлено точно. В комплект поставки горелки входит система автоматического поддержания требуемого соотношения газ-воздух при любой мощности. Данная система позволяет значительно снизить расход топлива за счет полного сжигания природного газа при минимально-необходимом количестве воздуха.

Выводы и результаты

Процесс исследований был разбит на четыре этапа по четыре теста в каждом. На первом этапе были определены характеристики печи до модернизации. После того как первые данные были получены, в конструкцию печи была добавлена крышка и испытание повторили при тех же условиях эксплуатации. Таким образом была определена экономия топлива за счет добавления крышки.

На следующем этапе были смонтированы новая футеровка и горелка. Тестовые испытания проводили несколько раз для определения количества сберегаемого тепла за счет применения рекуперативной горелки и последующего применения крышки на печи. Все испытания начинались на горячем тигле с массой загруженного металл 50 фунтов (23 кг). Проводились отдельные испытания для слитков и слитков с «возвратом». Для всех тестов использовался один и тоже тигель и проводились одним и тем же оператором. Весь процесс был разделен на пять этапов, данные по расходом фиксировались для каждой этапа отдельно. Показания были записаны в кубических футах газа и пересчитаны в термы (один терм равен 100000 БТЕ или 29.3 кВт).

Таблица 1 Потребление тепла при добавлении крышки и установки новой горелки относительно базового варианта
Базовый вариант, терм Крышка и новая горелка, терм Экономия, терм Экономия %
48.66 17.25 31.4 64.5

Если взять за основу стоимость одного терма газа в 0.80$, то можно посчитать что в результате применения новой горелки и крышки Eck сэкономит $258250 в год на всех пятнадцати печах.

Сейчас во многих странах есть различные программы по энергосбережению, из которых финансируются исследования и внедрение проектов подобных этому. Ответственность за внедрение таких технологий сейчас лежит на владельцах предприятий. Компания Eclipse, как поставщик горелочных устройств, всегда готова предложить поддержку подобных проектом в любом объеме, требуемом заказчику.


Назад

Свяжитесь с нами

Позвоните нам по номеру телефона 8 (831) 212-44-77 или Оставьте заявку