Chi phí năng lượng là khoản chi phí vận hành lớn nhất đối với lò đốt khí kiểu lò hơi có thùng chứa. Đối với lò 5 MW hoạt động 6000 giờ mỗi năm với khí đốt tự nhiên ở mức 0,35 đô la mỗi mét khối, hóa đơn tiền khí đốt hàng năm vào khoảng 400.000 đến 500.000 đô la. Giảm chi phí này từ 15-25% sẽ giúp tiết kiệm được từ 60.000 đến 125.000 đô la mỗi năm cho ngân sách vận hành — đủ để chi trả cho việc nâng cấp toàn bộ hệ thống điều khiển trong vòng hai đến ba năm.
MONTE INTELLIGENCE đã tiến hành kiểm toán năng lượng trên hàng chục lò luyện gang kiểu cũ. Chúng tôi nhận thấy rằng hầu hết các lò luyện gang trên năm năm tuổi đều có những cơ hội cải thiện hiệu quả năng lượng mà người vận hành không nhận ra. Bài viết này giải thích phương pháp kiểm toán của chúng tôi và những phát hiện phổ biến nhất.
Quá trình kiểm toán năng lượng bắt đầu bằng việc tính toán cân bằng nhiệt. Đối với lò nung theo mẻ xử lý một mẻ mỗi chu kỳ, nhiệt lượng đầu vào bao gồm năng lượng từ quá trình đốt nhiên liệu, nhiệt lượng cảm ứng của không khí đốt (nếu được làm nóng trước), và nhiệt lượng tỏa ra do quá trình oxy hóa vật liệu cần xử lý (nhỏ, thường bị bỏ qua). Nhiệt lượng đầu ra bao gồm nhiệt lượng hữu ích được vật liệu hấp thụ, nhiệt lượng thất thoát trong khí thải, nhiệt lượng thất thoát qua thành và cửa lò, nhiệt lượng thất thoát do sự xâm nhập của không khí, nhiệt lượng tích trữ trong cấu trúc lò (được giải phóng trong quá trình làm nguội nhưng bị mất giữa các chu kỳ), và nhiệt lượng thất thoát qua các khe hở, gioăng và các đường dẫn khác.
Nhiệt lượng hữu ích — năng lượng thực sự làm nóng các chi tiết gia công — được tính toán từ khối lượng, nhiệt dung riêng và độ tăng nhiệt độ của chi tiết. Đối với khối lượng thép 20 tấn được nung nóng từ 20°C đến 850°C với nhiệt dung riêng trung bình là 0,55 kJ/kg·K, nhiệt lượng hữu ích là 20.000 × 0,55 × 830 = 9.130 MJ, hoặc khoảng 2536 kWh — tương đương khoảng 260 mét khối khí tự nhiên.
Tổng lượng khí đốt tiêu thụ trong một chu trình được đo bằng đồng hồ đo khí của lò sưởi. Nếu đồng hồ hiển thị 520 mét khối khí đốt đã tiêu thụ, hiệu suất của lò sưởi là 260/520 = 50%. 260 mét khối khí đốt còn lại — tương đương khoảng 90 đô la tiền khí đốt mỗi chu trình — bị thất thoát qua các con đường nhiệt khác nhau. Việc kiểm tra đánh giá sẽ xác định và định lượng các con đường thất thoát này để xác định các cơ hội tiết kiệm.
Sự thất thoát nhiệt qua khí thải thường là con đường thất thoát lớn nhất, chiếm 30-50% tổng lượng khí tiêu thụ. Khí thải thoát ra khỏi lò ở nhiệt độ gần với nhiệt độ hoạt động của lò — nếu lò hoạt động ở 1000°C, khí thải có thể ở nhiệt độ 900-950°C — mang theo một lượng nhiệt đáng kể. Lượng nhiệt có thể được tính toán từ lưu lượng, nhiệt độ và thành phần của khí thải.
Giảm tổn thất khí thải bao gồm hai chiến lược: giảm lượng không khí dư thừa và thu hồi nhiệt từ khí thải. Không khí dư thừa là lượng không khí được cung cấp vượt quá yêu cầu lý tưởng cho quá trình đốt cháy. Ở mức không khí dư thừa 50% — một thiết lập phổ biến — thể tích khí thải cao hơn khoảng 30% so với khi chỉ có 10% không khí dư thừa, và lượng không khí dư thừa này phải được làm nóng từ nhiệt độ môi trường lên nhiệt độ khí thải. Giảm lượng không khí dư thừa từ 50% xuống 10% có thể cải thiện hiệu suất lò đốt từ 3-5%. Điều này đòi hỏi phải điều khiển lượng oxy trong đầu đốt — một cảm biến lambda trong ống dẫn khí thải cung cấp phản hồi thời gian thực cho van điều tiết không khí đốt.
Hệ thống thu hồi nhiệt thải sử dụng bộ trao đổi nhiệt hồi lưu hoặc bộ tái sinh để truyền nhiệt từ khí thải sang không khí đốt. Làm nóng trước không khí đốt đến 400°C có thể cải thiện hiệu suất lò đốt từ 15-25% vì không khí được làm nóng trước làm giảm lượng nhiên liệu cần thiết để đạt được nhiệt độ đốt. Bộ trao đổi nhiệt hồi lưu – bộ trao đổi nhiệt khí-khí, thường là loại ống lồng hoặc loại tấm – là công nghệ phổ biến nhất và có thể đạt hiệu quả thu hồi nhiệt từ 50-60%. Đầu đốt tái sinh, sử dụng các lớp vật liệu gốm hấp thụ và giải phóng nhiệt luân phiên, có thể đạt hiệu quả thu hồi từ 80-90% nhưng với chi phí đầu tư cao hơn.
Sự thất thoát nhiệt qua thành lò phụ thuộc vào độ dày vật liệu chịu nhiệt, độ dẫn nhiệt và nhiệt độ thành ngoài. Đối với lò hoạt động ở 1000°C với lớp cách nhiệt sợi gốm dày 300 mm (độ dẫn nhiệt 0,15 W/m·K ở nhiệt độ trung bình), sự thất thoát nhiệt qua thành lò xấp xỉ 500 W trên mỗi mét vuông. Đối với lò có diện tích thành 100 mét vuông, đó là sự thất thoát liên tục 50 kW — khoảng 4,3 mét khối khí mỗi giờ, hoặc khoảng 1,50 đô la mỗi giờ.
Đo nhiệt độ bề mặt tường ngoài bằng nhiệt kế hồng ngoại là một kỹ thuật kiểm tra đơn giản. Bất kỳ khu vực nào trên tường có nhiệt độ cao hơn 20°C so với mức trung bình đều cho thấy có khe hở trong lớp cách nhiệt, neo bị hỏng hoặc điểm nóng do ngọn lửa của đầu đốt bên trong tác động lên tường. Những điểm nóng này có thể được sửa chữa trong quá trình bảo trì định kỳ bằng cách thay thế các mô-đun cách nhiệt bị ảnh hưởng.
Rò rỉ ở cửa và gioăng là con đường thất thoát khó định lượng nhất và thường dễ khắc phục nhất. Một khe hở 3 mm xung quanh chu vi của cánh cửa kích thước 4 mét x 3 mét có diện tích khoảng 0,042 mét vuông. Ở áp suất lò nung điển hình là 10 Pa, sự rò rỉ khí nóng qua khe hở này sẽ làm mất đi một lượng năng lượng đáng kể — khoảng 10-15 kW đối với lò nung ở nhiệt độ 1000°C. Cách khắc phục là thay thế gioăng cửa — công việc này mất khoảng bốn giờ và chi phí vật liệu vài trăm đô la cho đội bảo trì.
Sự xâm nhập của không khí — không khí lạnh rò rỉ vào lò đốt qua các khe hở trong cấu trúc, xung quanh cửa, xung quanh các đầu đốt và qua các cửa kiểm tra — là kẻ đánh cắp năng lượng thầm lặng. Không khí xâm nhập không chỉ mang đi nhiệt (không khí lạnh đi vào thay thế khí nóng cần phải thoát ra), mà còn gây ra quá trình oxy hóa vật liệu và có thể tạo ra các vùng nhiệt độ không đồng đều. Phân tích quá trình đốt cháy cung cấp bằng chứng gián tiếp về sự xâm nhập của không khí: nếu hàm lượng oxy trong khí thải cao hơn mức dự kiến dựa trên cài đặt đầu đốt, thì lượng oxy dư thừa đó đến từ sự xâm nhập.
Báo cáo kiểm toán cần bao gồm danh sách ưu tiên các biện pháp tiết kiệm năng lượng (ECM) với chi phí ước tính, mức tiết kiệm ước tính và thời gian hoàn vốn đơn giản. Các biện pháp tiết kiệm năng lượng điển hình cho lò đốt kiểu bogie hearth, theo thứ tự thời gian hoàn vốn tăng dần, là: sửa chữa gioăng cửa (thời gian hoàn vốn <1 tháng), điều chỉnh tỷ lệ không khí/khí đốt của đầu đốt (thời gian hoàn vốn <3 tháng), sửa chữa các điểm nóng trên vật liệu chịu lửa (thời gian hoàn vốn 3-6 tháng), lắp đặt bộ điều khiển điều chỉnh oxy (thời gian hoàn vốn 6-12 tháng) và lắp đặt bộ trao đổi nhiệt hồi lưu (thời gian hoàn vốn 12-24 tháng).
MONTE INTELLIGENCE cung cấp dịch vụ kiểm toán năng lượng bao gồm đo đạc tại chỗ, tính toán cân bằng nhiệt, xác định các biện pháp tiết kiệm năng lượng (ECM) và hỗ trợ triển khai.
Để lên lịch kiểm tra hiệu quả năng lượng cho lò sưởi kiểu bogie của bạn, vui lòng liên hệ helenxu@cnlymonte.com.
