Fémöntészeti berendezések energetikai értékelésének tapasztalatai

RACIONÁLIS ENERGIAFELHASZNÁLÁS, ENERGIATAKARÉKOSSÁG 3.1 4.1 4.6

Fémöntészeti berendezések energetikai értékelésének tapasztalatai Tárgyszavak: hőveszteségek csökkentése; termikus hatásfok; rekuperátor; fémöntöde.

Tíz fémöntöde energetikai értékelése alapján kidolgozott energiatakarékossági intézkedéseket foglaltak össze. Az öntészet rendkívül energiaigényes. Az energetikai vizsgálatok – fémolvasztási folyamatokra, – tüzelőberendezések fúvóira, szivattyúira és elszívó szellőzőire, – hő és villamos energia kombinációs lehetőségeire vonatkoztak. Az öntödék energia költségeinek túlnyomó részét a fémolvasztás igényli. Ebben az esetben az energiatakarékosság legeredményesebben a hőveszteség csökkentésével biztosítható. A legjelentősebb hőveszteség-okozó tényezők: 1. magas hőmérsékleten eltávozó füstgázok, 2. az indukciós tekercsek hűtővíz vesztesége, 3. a megfelelő kemenceszigetelés hiánya. Ezeknek a veszteségeknek a csökkentési lehetőségeit vizsgálták. További energiamegtakarítást eredményezhet az elszívó szellőzők, a szivattyúk és a fúvók energiafogyasztásának ésszerűsítése. A két fordulatszámú vagy szabályozható fordulatszámú hajtóművek felhasználásával is lehet energiát nyerni. Miután legtöbb ilyen üzemben egyidejűleg van szükség hőre és villamos energiára, adott a lehetőség a kombinált hő- és energiarendszerek előnyeinek kihasználására. Meg kell vizsgálni, ki lehet-e a fémöntő üzemek igényeit ilyen rendszerekkel elégíteni. A jellegzetes fémöntő üzemek alkalmazottainak száma általában 500 alatt van és évi energiaköltségük nem éri el az 1,5 M USD-t. Ezek alkotják az Egyesült Államokban a fémöntés gerincét. Az alumínium, sárgaréz, vörösréz, bronz, vas és acél olvasztására láng-, tégely-, aknás, villamos ellenállásos és indukciós kemencéket használnak. Az energiaellátást villamos energia, földgáz és koksz biztosítja. Az energiamegtakarítási lehetőségekre az 1. táblázat hívja fel a figyelmet. Az elérhető megtakarítás függ a berendezés méretétől, üzemviszonyaitól, a metallurgiai sajátosságoktól és a technológiától.

1. táblázat Ajánlások és ezek felhasználása a fémöntésben Ajánlások

Alkalmazás

Példa

Füstgáz hőtartalmának visszanyerése Hővisszanyerés hűtővízből Kemence lefedése

Öntöde/hőkezelés/szén-hidrogén tüzelőanyaggal Villamos kemencék, télen

Hőkezelés földgázzal Villamos kemencék Fémöntés

Szabályozható fordulatszámú hajtómű Kombinált hő- és villamos energia

Valamennyi magas hőmérsékletű felület és nyílás Porleválasztás és égéslevegő Helyi villamosenergia-termelés

Égéslevegő szállító fúvó Gázturbina

Berendezés mérete 1758 kW

Megtakarítások 14%

500 kW

20% télen

1 m átmérőjű olvadéktároló üst 224 kW

70%

3 MW

14% +

29%

Fémöntő berendezések üzemeltetése és energiahasznosítása A fémöntési technológiát és az energiaigényt tünteti fel az 1. ábra. Jellegzetes műveletek a mintatervezés és –készítés, a magkészítés és formázás, olvasztás, öntés, kiverés, letörés és tisztítás. A termelés műveleteit elsősorban a mintatervezés befolyásolja, azonban lényegesen kevesebb energiát vesz igénybe, mint a többi művelet: csupán világításra, számítógépre és szellőzésre van szükség. A magkészítés igényel némi energiát földgáz, villamosság és sűrített levegő formájában a formázáshoz, szárításhoz és a homokszállításhoz.

t e c h n o l ó g i a

mintakészítés

formázás

magkészítés

öntés

öntvénytisztítás levágás köszörülés csiszolás

nyersanyag

hőkezelés olvasztás

ócskavas, hulladék fém

szénhidrogén

szállítás: homok öntvény formaszekrény villamos energia

1. ábra Egy jellegzetes fémöntő vállalat technológiája és az energia közvetlen hasznosítása

A kemencebetét a legkülönbözőbb lehet, kezdve az ócskavason egészen a kiváló minőségű, osztályozott tuskókig, a berendezés típusától függően. A fémolvadékot formába öntik, ahol megdermed, ezután rázóasztalon kiverik. Innen továbbítják az öntvénytisztítóba, ahol a felöntéseket levágják, az osztásvonlat leköszörülik és a felületet a rendelő kívánságának megfelelő mértékben készre munkálják. Szükség esetén a kívánt metallurgiai tulajdonságok elérése érdekében az öntvényt hőkezelik. Kisegítő művelet a homok, a formák és az öntvények szállítása. Bár az olvasztási folyamathoz különböző energiahordozókat használnak fel, az olvasztás utáni műveletekhez villamos energiát vesznek igénybe, kivéve a hőkezelést, amit általában földgáztüzelésű berendezésekben végeznek. A 2. ábra a végső energiafelhasználók megoszlását mutatja két különböző öntőüzem esetében. A vállalat 5%

5% 3% 4%

15% utánégető fej

vállalati világítás/szellőzés különböző villamos fogyasztók fúvók, szellőzők és szivattyúk fűtés utóégetés vagy hőkezelés olvasztás

68%

B vállalat 8% 25%

12% 2% 8%

vállalati világítás/szellőzés különböző villamos fogyasztók fúvók, szellőzők és szivattyúk fűtés utóégetés vagy hőkezelés olvasztás

45% hőkezelés

2. ábra Fémöntő üzem közvetlen energiafogyasztói

Az A vállalat elsősorban földgázt, a B vállalat villamos energiát használ fel olvasztáshoz. Az energiafogyasztás megoszlása függ a kemence típusától, a betétanyagtól és a többi művelettől. A 2. ábra a különböző műveletek relatív fontosságát szemlélteti. Tíz vállalat értékelésére került sor. A végső energiafelhasználó 20–80%-ban az olvasztási művelet volt. Esetenként a hőkezelést a helyszínen végzik földgáztüzelésű kemencében. Ez a földgáz fő fogyasztója. A teljes energiafelhasználás 10%-a a világítás, a kompresszorok, a fúvók, a szellőzők és a szivattyúk számlájára írható. 5–15%-ot használ el a teljes energiából a többi villamos berendezés, a motorok, amelyeket a tisztításnál vesznek igénybe, és az emelővillás targoncák. A fémöntő-berendezések legnagyobb energiafogyasztója a fémolvasztási művelet. További lényeges energiafelhasználók a fúvók, a szellőzők és a szivattyúk. Végül a kombinált hő- és energiahasznosítás lehetőségeit is érdemes megvizsgálni.

Az olvasztás hatékonysága Miután a fémöntöde legnagyobb energiafogyasztója az olvasztóberendezés, részletesen kell foglalkozni azzal, milyen energiamegtakarítási lehetőségek kínálkoznak itt. Az energiaigény függ az ötvözettől, az öntési hőmérséklettől és a kemenceveszteségtől. Az egyes ötvözetek energiaszükségletét megadja a 2. táblázat. 2. táblázat Különböző fémek energiatartalma és öntési hőmérséklete Fém

Energiatartalom öntésnél, J/kg

Általános öntési hőmérséklet, °C

Alumínium présöntés

1 118 806

760

Alumínium

1 156 022

749

Sárgarézöntés

739 202,8

1232

Szürkevasöntés

1 356 058

1538

Acélöntés

1 456 076

1538

Érdemes megjegyezni, hogy bár az alumínium öntési hőmérséklete alacsonyabb, mint a sárgarézé, az alumínium nagy fajhője és olvadási hője következtében az öntési hőmérsékleten nagyobb a tömegegységre vonatkoztatott hőtartalma, mint a sárgarézé. Az energiatartalom és az öntési hőmérséklet növekedése függvényében nagyobb hőveszteségre kell számítani, mivel a kemencehőmérséklet és a fajlagos hőátadás növelésére van szükség ahhoz, hogy egy adott olvadékáramlási arányt érjenek el. A nagyobb kemencehőmérséklet és a tüzelőanyag na

gyobb áramlási sebessége következtében megnövekszik a vezetési, a konvekciós és a sugárzási veszteség. További veszteséget okoz az öntés előtti fémolvadék-hőntartás, a ciklikus kemenceüzem és az előmelegítő berendezés. Az öntvény előállításához a kemencének több energiára van szüksége, mint amennyi az energiatartalom. Az öntőcsatornák, a tápfejek és a felöntések miatt nagyobb mennyiségű fémolvadékot kell felhasználni, mint amekkora a kívánt öntvény. A járulékos tömeg a szükséges hőátadást is megnöveli. A fémöntési folyamat rm hatékonysága rm =

Mc , Mt

ahol Mc a teljes igényelt öntvénytömeg, Mt a teljes öntött fémmennyiség. A minta tervezésekor sok bevezető munkát igényel az a törekvés, hogy minimumra csökkentsék ezeket a veszteségeket és hogy az rm lehetőleg minél jobban megközelítse az 1 értéket. A kemence termikus hatásfoka a berendezésnek azt a képességét fejezi ki, amivel a szilárd betétanyagot olvadékká képes átalakítani. A kemence termikus hatásfoka: η th =

Mt ⋅ E , EI

ahol E az öntésnél érvényesülő energia (2. táblázat) és EI a kemencébe táplált energia. A falakon és a nyílásokon keresztül a környezetbe átvitt energia minden kemence termikus hatásfokát azonos módon csökkenti, azonban észrevehető különbség van a villamos és a földgáztüzelésű kemencék várható termikus hatásfoka között. A villamos energiát felhasználó kemence termikus hatásfoka ηth ≈ 1 kellene, hogy legyen, mivel a villamosenergia-termelési és átviteli termikus veszteség a berendezésen kívül lépett fel. Azonban a tekercshűtés által előidézett termikus veszteségek miatt az indukciós kemence nem érheti el a 100%-os hatásfokot. Földgáztüzelésű kemence esetén, ahol az eltávozó gázok entalpiája komoly termikus veszteséget okoz, kívánatos a mintegy 85%-os termikus hatásfok elérése. Az olvasztási folyamat teljes energetikai hatásfokát a kemence üzemi hatásfoka alapján lehet közelíteni. Az üzemi hatásfok: ηop =

Mc × E = rm η th . EI

Az üzemi hatásfok a termikus hatásfok és az öntési folyamat hatásfoka által képzett szorzattal fejezhető ki. Arra kell törekedni, hogy ez maximális legyen. Ekkor érjük el a kemence legjobb energetikai teljesítményét. A meglátogatott üzemekben felhasznált indukciós kemencék üzemeltetési hatásfoka 25– 65% között volt. A földgáztüzelésű kemencék esetében 3–25%. Figyelembe véve, hogy az rm jellemző értéke 0,5, a villamos indukciós kemencék hatásfoka akár 50%-os is lehet. A földgáztüzelésű kemencék termikus hatásfoka 6– 50% között mozgott. A 2. ábrán feltüntetett energiafelhasználás alapján látszik, hogy a termikus hatásfok javítása valamennyi kemencetípus esetében fontos. A maximális hatásfok elérése érdekében ismerni kell a kemencében végbemenő termikus ciklusokat és hőveszteségeket. Állandó veszteségeket okoznak a magas hőmérsékleten eltávozó füstgázok, a kemence-hűtővíz, a kemence felület és a kemencébe szivárgó levegő. Amikor a kemencét szakaszosan üzemeltetik, a rendszer termikus tehetetlensége miatt ciklikus veszteségek lépnek fel. Még szakaszos üzemmódban is a tranziensek elég lassúak ahhoz, hogy a hőveszteségi és hővisszanyerési folyamatokat stabilizált feltételként vizsgálhassanak a teljes kemence ciklusra. A maximális kemence hőmérséklet határozza meg elsősorban az állandósult hőveszteséget. Ha a maximális hőmérséklet növekszik, az energiaveszteség is nő. A kemence oldalfalain és tetején keresztül eltávozó hőmenynyiséget a kemence belső és külső fala közötti hőmérsékletkülönbség befolyásolja. A külső kemencefelületről hővezetéssel távozik el az energia. A sugárzás és a konvekció melegíti az üzemet. Sok meglátogatott üzemnek nem volt szüksége télen kiegészítő térfűtésre. Viszont nyáron hűtő-szellőzőket kellett üzemeltetni, ami jelezte, hogy a berendezés hővesztesége jelentős. A falveszteségen és a nyílások veszteségén kívül a földgázfűtésű és a villamos kemence típusra jellemző veszteségek is érvényesülnek. A kemencéből eltávozó forró gázok entalpiatartalma arányos a füstgáz és a kemence hőmérsékletével. Indukciós kemence esetén nincs füstgázveszteség, viszont a tekercsek hűtővizének felmelegedése hőt visz el.

Füstgázok hőtartalmának hasznosítása Szénhidrogén energiahordozók használatakor a fűtéshez szükséges hőenegia jelentős hányadát teszi ki a füstgázzal távozó hőveszteség. Szerencsére egyes esetekben hőcserélőkkel ezek a veszteségek visszanyerhetők. A hőcserélők által visszanyert hőt a színes és könnyűfém öntödékben és a hőkezelő berendezésekben lehet hasznosítani. A vasfémeket feldolgozó öntödék, amelyek földgáztüzelésű és koksztüzelésű berendezéseket alkalmaznak, nagy hőmérsékletű hőcserélők által nyerhetnek vissza hőenergiát (3. ábra).

1250 °F

800 °F levegő

hőcserélő füstgáz

füstgáz

kemence

kemence

levegő

tüzelőanyag

tüzelőanyag A

B

3. ábra Hőcserélő nélkül (A) és hőcserélővel (B) üzemeltetett kemence A 3A ábrán látható földgáztüzelésű kemence a környezetből szívja be az égéshez szükséges levegőt és magas hőmérsékleten bocsátja ki az égéstermékeket. A nagy hőmérsékletű füstgázok 20–40% energiát visznek el a kemencéből. Egy hőcserélő berendezés, pl. egy rekuperátor, vagy regenerátor beállításával visszanyerhető a füstgázok energiája és felhasználható a 3B ábrának megfelelő módon a beérkező friss levegő előmelegítéséhez. A rekuperátor és regenerátor olyan hőcserélő berendezések, amelyeket korábban a kemencehatásfok javításához használtak fel. A rekuperátorban a hőátadás vezetéssel és konvekcióval, általában a két áramló közeget elválasztó médiumon keresztül valósul meg. A regenerátorban egy másik közeg tárolja az átadott energiát és a tároló közegen keresztül váltakozva halad át a forró közeg, valamint a hideg levegő. Bármelyik berendezés beiktatása megnöveli a kemencén a nyomásesést, fokozza a légfúvó által megkívánt teljesítményt. A rekuperátor gyakran némi módosítással a kemence kiáramló rendszeréhez csatlakoztatható a kéményhez, vagy a levegőbeszívó vezetékhez és az égéslevegőt tápláló fúvóhoz. Egy keresztáramlású hőcserélő vázlatát mutatja be a 4. ábra. A forró gázok függőleges irányba távoznak és a friss levegő a csöveken keresztül áramlik az égéstérbe. A regenerátor hatását általában mozgó alkatrészekkel, vagy szakaszos tüzeléssel fokozzák. A hőcserélő típusától függetlenül a hatásfok javítása érdekében szabályozásra is szükség van. A szabványos égők általában 200–300 °C-ra előmelegített levegővel táplálhatók, módosításokkal egészen 425 °C hőmérsékletig is alkalmazhatók. Magasabb hőmérsékletű előmelegítést tesznek lehetővé a tökéletesített égők és a módosított levegőkezelő berendezések. Az előmelegítés hatását az olvasztási folyamat hatásfokára mutatja be az 5. ábra.

füstgáz a környezetbe

friss levegő

égéslevegő

kemencefüstgáz

4. ábra Keresztáramlású hőcserélő

%-os energia-megtakarítás

0,25 levegőhőmérséklet = 538 °C

0,2 427 °C 0,15 316 °C 0,1 204 °C 0,05

93 °C

0 0

50

100

150

200

fajlagos hőcserélő-felület, négyzetláb/Mrd Btu

5. ábra Légelőmelegítés által elért energiamegtakarítás 1 négyzetláb/Mrd Btu = 88 mm2/MJ Ebben az esetben a füstgázhőmérséklet 680 °C. Az előmelegített levegő hőmérsékletét az ábra a hőcserélő felületnagysága függvényében tünteti fel. A hőcserélő mérete fontos, mivel ez határozza meg a berendezés költségét és az elérhető megtakarítást. Amennyiben egy vállalat földgáztüzelésű kemencét használ alumíniumolvasztáshoz és a teljes felhasznált energia 70%-át fordítja erre a műveletre, egy nagyjából 10 m2 felületű hőcserélő beiktatásával 14% energiát takaríthat meg.

Villamos indukciós kemencék termikus veszteségének visszanyerése A földgáz- és koksztüzelésű kemencékkel szemben a villamos kemencéknél nem lép fel füstgázveszteség, tehát kedvezőbb termikus hatásfokkal üzemeltethetők. Erre szükség is van, mivel ezek a kemencék igen drága energiaforrást (villamos energiát) vesznek igénybe, amelynek nagyok a termelési és szállítási veszteségei. Az alábbiakban az indukciós kemencéket fogjuk vizsgálni. Az indukciós kemencét a kemencébe ágyazott tekercseken átvezetett árammal működtetik. A váltakozó feszültség áramot indukál a betétanyagban, amely ettől felmelegszik. A gerjesztett áram hatására a tekercsek is felhevülnek saját ellenállásuk és a kemencéből érkező hő hatására. Ezt a hőt a tekercseket hűtő víz elszállítja. Így a tekercs az előírt üzemi hőmérsékleten működhet. Hűtésre víz/glikol keveréket használnak. A hőveszteség 20–30%-os. Bár a tekercsek veszteségi energiája alacsony hőmérsékletű víz formájában áll rendelkezésre (kb. 93 °C), a hőmennyiség jelentős. A keringő víz/glikol keverék hűtésére külső, léghűtéses egységek szolgálnak. A meglátogatott üzemek mindegyikének volt téli fűtésigénye, amit a kemence hűtőrendszerének veszteséghőjével lehet fedezni. (Hasonló hőhasznosító rendszer felhasználására ponthegesztő berendezések esetében már tettek javaslatot.) A hűtővíz által felmelegített levegőt az épületbe vezetve lehetne a téli fűtésigényeket kielégíteni. Például egy 500 kW-os kemence, melynek energiavesztesége 20%-os, 100 kW hőteljesítményt adna. A veszteség hasznosításához mindössze egy olyan vezeték szükséges, amelyik a felmelegedett levegőt az épületbe juttatja.

Egyéb termikus veszteségek Valamennyi kemence hatékony üzemeltetése szempontjából fontos a vezetési, a konvekciós és a sugárzási veszteségek csökkentése. A fémöntő vállalatok állandóan figyelik a kemencebélés vastagságát és megkísérlik a javítást állásidőkre ütemezni. A veszteségek nagyságára lehet következtetni arról, hogy kellemetlen meleget érzünk a kemence közelében. Esetenként ezek a veszteségek elkerülhetetlenek. Azonban amennyire csak lehetséges, ésszerű műszaki megoldásokkal csökkenteni kell. Mindhárom veszteségtípus együtt érvényesül, ezért ha egyiket csökkentjük, ez kedvezően hat a többire is. A kemence szigetelőbélés vastagságának növelése csökkenti a kemencefalon keresztül kialakuló hővezetést. Ennek következtében viszont a fal hőmérséklete is lassabban emelkedik, ami végeredményben a külső fal konvekciós és sugárzási veszteségének visszaesését eredményezi. Sok esetben az égő irányítása is befolyásolhatja a kemencefelület hőmérsékletét, mert amikor a láng eléri a kemencefalat, a falhő

mérséklet emelkedik. A kemencefal veszteségének minimumra csökkentése érdekében biztosítani kell, hogy egyenletes legyen a kemencefal hőmérséklete. A sugárzási és konvekciós veszteségek visszafogása által elérhető energiamegtakarítást jól szemlélteti egy alumíniumolvadékot tartalmazó fedetlen tartály. A présöntő gépek mellett általában van egy-egy tartály. A fémolvadékot öntőüsttel juttatják el a présöntőgépekhez. A tartályba juttatott fémolvadékot kis energiaráfordítással lehet öntési hőmérsékletre melegíteni. A veszteséget a fémfelületről eltávolított kaparék, a füstgázok, a sugárzás ás a konvekció okozzák. A tartály fedetlen, mert a fémolvadékhoz adagolás céljából hozzá kell férni. Hosszú szünetidőkön keresztül a tartály tehát fedetlen marad. A hőveszteség a 650 °C hőmérsékletű szabad felületről a környezetbe irányuló konvekció és sugárzás következtében lép fel. A tartály belsejében az olvadékban kialakuló konvekciós áramlatok növelik a veszteséget azáltal, hogy a magasabb hőmérsékletű fémolvadék a fedetlen szabad felület felé áramlik. Számítások azt mutatják, hogy szigetelt fedél felhasználásával az ilyen jellegű hőveszteség kb. a tizedére csökkenthető. A 6. ábra tünteti fel egy kb. 1 m átmérőjű hőntartó kemence energiaigényét fedett és fedetlen állapotban. Bár a befedés következtében a sugárzási és konvekciós veszteségek kisebbek lesznek, a kaparék képződés okozta és a magas hőmérsékletű füstgázok által előidézett veszteségek még mindig nagyok. A teljes hőveszteség a kemence működési feltételeitől függően elvileg 70%-kal csökkenthető.

Fúvók és szellőzők szabályozása Legtöbb berendezés esetében villamos motorok működtetik a fúvókat, a szellőzőket és a szivattyúkat. Ezek szolgáltatják az égéslevegőt, végzik a porgyűjtést és a víz keringtetését. Az ilyen típusú gépek folyadékáramlási mechanikáját az affinitási törvények határozzák meg, amelyek szerint a levegőnek nagy átmérőjű csőben, kis sebességgel való mozgatásához (az összenyomhatatlan folyadéknak megfelelő sebességen) szükséges teljesítmény Q3-el arányos, ahol Q képviseli a térfogati áramlási sebességet. Legtöbb esetben egy csillapító elemmel, vagy egy pillangószeleppel korlátozzák a kívánt mértékűre az áramlási sebességet. Ez egyúttal a teljesítményigényt is csökkenti, de ez a csökkenés a megnövekedett nyomásesés következtében nem éri el az affinitási törvény által meghatározott értéket. Egy másik lehetséges megoldás a szabályozható fordulatszámú hajtómű alkalmazása. A fúvó fordulatszámának szabályozásával fojtás nélkül csökkenthető az átáramló térfogat fajlagos mennyisége, ugyanakkor a motor az elméletileg szükséges teljesítményhez közelebb fog működni. Ebben az esetben a megtakarítás függ a ténylegesen felszerelt berendezés típusától. Így például egy szabályozható lapátállású hajtómű kevesebb

energiát igényel, mint egy csillapító elem. Sok esetben alkalmazhatók a fémöntő berendezéseknél felhasznált nagy szellőzők és fúvók motorjainak szabályozására a változtatható fordulatszámú hajtóművek. fedél nélkül: 100%-os energiahasználat

füstgáz 35% konvektív és sugárzásos 46%

hevítés és kaparék 19%

lefedve: 30%-os energiahasználat

konvektív és sugárzásos 4% füstgáz 35%

hevítés és kaparék 61%

6. ábra Olvadéktároló üst energiaigénye A szabályozható fordulatszámú hajtóművel elérhető megtakarításra mutat példát a 7. ábra. A 224 kW-os fúvó égéslevegőt szállít egy kupolókemence számára. A 3. táblázatnak megfelelően, a termelés változásakor műszakról műszakra az égéslevegő fajlagos mennyisége is változik. A levegőáramlást egy csillapítórendszer szabályozza, amelyik az áramlási mennyiséget korlátozza anélkül, hogy számottevően megváltoztatná a motor áramfogyasztását. Mint ahogy az a 3. táblázatból kitűnik, a fajlagos Q áramlási térfogat 4712 m3/h-ról 3829 m3/h-ra csökken, ugyanakkor a motor által felvett eredeti 224 kW teljesítmény, a fúvók jelleggörbéje szerint, mindössze 215 kW-ra változik.

7. ábra Égéslevegő szállításához szükséges teljesítmény (1 LE = 0,75 kW; 1 CFM = 1,7 m3/h) 3. táblázat Üzemeltetési program és teljesítményfelvétel fordulatszám-szabályozással, valamint anélkül Műszak

Időtartam

Térfogatáram, m3/h

1 2 3 Műszakváltás

7 óra 7 óra 7 óra 3 x 1 óra

4712 4123 3829 2356

Villamosenergia- Fordulatszámfelvétel, szabályozással, kW fogyasztás, kW 224 218 215 140

224 150 120 28

Az energiamegtakarítás azzal érhető el, ha a motor a teljesítmény közelében működik és nem korlátozzuk az áramlást. Ezzel a motor és a szelep elhasználódását is le lehet lassítani. A 7. ábra és a 3. táblázat tünteti fel a fordulatszám-szabályozásos motor teljesítményfelvételét különböző térfogatáramok mellett. A teljes áramlási térfogatmennyiség fordulatszám-szabályozás nélkül 224 kW-ot igényel. A fordulatszám-szabályozási teljesítmény-jelleg

görbét az affinitási törvény határozza meg és az eredeti teljesítménygörbétől hamar eltér. A felvett teljesítmény csökkenését a fordulatszám-szabályozásos teljesítmény-jelleggörbe és a jelenlegi közötti különbség adja meg. Az energiamegtakarítás számítása úgy történik, hogy a teljesítménycsökkenés értékét megszorozzuk az egyes térfogatáramokhoz tartozó idővel. Ha egy 224 kW-os motort napi 24 órában, heti 7 napon át, 52 héten keresztül üzemeltetünk egész évben, akkor összesen 536 000 kWh energiamegtakarításra lehet számítani évente. Becslés szerint a hajtómű üzemeltetési költsége 35 000 USD, és üzembehelyezési költsége 15 000 USD. Ha a villamos energia költsége 0,05 USD/kWh, akkor a hajtómű 2 éven belül amortizálódik.

Kombinált hő- és villamosenergia-szolgáltatás Termikus visszanyerés A villamosenergia-iparban végbemenő jelenlegi változások következtében egyes fémöntő üzemek azt a megoldást választhatják, hogy villamosenergia-ellátásukat saját kezükbe veszik és helyszíni termelőberendezést helyeznek üzembe. Erre általában földgáztüzelésű turbinákat, gázmotorokat, vagy dízelmotorokat használnak. Ezeknek a berendezéseknek a villamosenergia-termelési hatásfoka 25–35%. Az energia többi része füstgáz formájában távozik. Példaként tételezzük fel, hogy az egyik üzem villamos kemencéi számára 2 MW teljesítményű gázturbinával termel villamos energiát. 30%-os turbinahatásfok esetében mintegy 10 MW teljesítménynek megfelelő földgáz hasznosul villamosenergia-termelésre. A villamosenergiatermelés költsége az üzem számára 0,06 USD/kWh, amennyiben a földgáz ára 5 USD/M Btu. (1 Btu = 1055 joule). Így ez olcsóbb lehet, mint a vásárolt villamos energia, azonban a karbantartási és hálózati költségek növelik a kiadásokat. Ezek visszafogása úgy lehetséges, ha a veszteségi hőt valahol más célra hasznosítjuk. A villamosenergia-termelési veszteségi hő például a formahomokelőkészítésben hasznosítható. Sok fémöntőüzemben a kivert formahomokot olyan hőmérsékletre hevítik, hogy a kötőanyag elillanhasson. Ha ezt a műveletet földgáz felhasználásával végzik, a turbina által szolgáltatott energia nagyobb, azonban alacsonyabb hőmérsékletű (425 °C), mint homok-előkészítéshez szükséges hőhordozó (650 °C). A füstgázok elegendő energiát szolgáltatnak ahhoz, hogy a homokelőkészítő rendszerben a formahomokot 425 °C-ra előmelegítsék. Ezáltal 14%-os megtakarítás érhető el, ha feltételezzük, hogy a homokelőkészítőberendezést elhagyó levegő hőmérséklete 148 °C. Ezt a hulladékenergiát lehet felhasználni a homok előmelegítésére, mielőtt a homok-előkészítő beren

dezésbe kerülne. A rendszer teljes hatásfoka a homokadagolás sebességétől és annak végső előírt hőmérsékletétől fog függni.

Következtetések A fémöntő üzemek termelékenységének növelésére alkalmas, energiahatékonyság-növelő technológiák ismertetésére került sor. Közvetlenül szénhidrogént elégető vállalatok számára kínálkozó lehetőség: – Füstgázok hőtartamának visszanyerésével csökkenthetők a primer tüzelőanyag-költségek. Villamos kemencék esetében: – Alacsony hőmérsékletű hő visszanyerése révén az üzem fűtése oldható meg. Valamennyi üzem esetében: – Megfelelő szigetelés és a fémolvadék lefedése csökkenti az energiaköltségeket. – A fúvók, szellőzők és szivattyúk optimálása növeli a villamos energia hatékonyságát. – Az üzem termikus és villamosenergia-igényeinek gondos elemzése alapján kimutatható a kombinált hő- és energiahasznosítás lehetősége. Az üzem által elért tényleges megtakarítások a működési feltételektől és a berendezésektől függnek. Az üzem számszerűsített energiamérlege lehetővé teszi a vállalat számára, hogy meghatározza az energia leghatékonyabb hasznosítási lehetőségeit. (Dr. Barna Györgyné) Everest, D.; Atreya, A.: Lessons learned from industrial assessment of metal casting facilities. = Energy Engineering, 99. k. 5. sz. 2002. p. 38–54. Boggs III, P.: Increased motor/drive compatibility and service life with magnetic coupled adjustable speed drives. = Energy Engineering, 97. k. 4. sz. 2000. Martin, V.: VFD energy savings: do the benefits outweigh potential mechanical problems? = Energy Engineering, 97. k. 2. sz. 2000. Metha, D. P.: Waste heat recovery from a low temperature heat source. = Energy Engineering, 97. k. 4. sz. 2000.

E-mail címeink megváltoztak: Műszaki–Gazdasági Kiadványok Osztálya: [email protected] Értékesítés és marketing csoport: [email protected]