Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

dr inż. Jerzy Tybulczuk Instytut Odlewnictwa

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "dr inż. Jerzy Tybulczuk Instytut Odlewnictwa"— Zapis prezentacji:

1 dr inż. Jerzy Tybulczuk Instytut Odlewnictwa
KIERUNKI I METODY OSZCZĘDNOŚCI ENERGII W PROCESACH ODLEWNICZYCH W KRAJACH EUROPEJSKICH I USA dr inż. Jerzy Tybulczuk Instytut Odlewnictwa 1-2 czerwca 2011 Kocierz

2 Wstęp Prezentowane informacje są wynikiem analizy wybranych publikacji związanych z kryzysem energetycznym w końcu lat 70-tych i 90-tych ub. wieku i podejmowanymi w krajach zachodnich działaniami oraz ich doświadczeniami w zakresie oszczędności energii w procesie produkcji odlewów. Rodzaje i wielkość zużywalności energii w procesie produkcji i funkcjonowania przedsiębiorstwa odlewniczego Analiza informacji z dostępnych publikacji i źródeł zagranicznych Raport końcowy „Foresight technologiczny odlewnictwa polskiego” rozdz. I. Odlewnictwo – branża strategiczna rozwoju przemysłu i gospodarki. Analiza opracowania amerykańskiego, G. Ulmer: „Profil energetyczny i specyfikacja zmniejszania zużycia energii odlewni” Fonderie 369 lipiec 1977 S.W. Palmer: „Wykorzystanie energii w przemyśle odlewniczym”, Foundry Trade Journal, sierpień 11/25, 1983 H. Stigmarker, J. Svenson, Referat oficjalny nr 45 Międzynarodowy Kongres Odlewniczy, Budapeszt 78 J.L. Henson, M.D. Scott: Monitorowanie i cele energetyczne w przemyśle odlewniczym”, The Foundrymem, November 1988 J. Mitchell: „Efektywność energetyczna – spojrzenie w przyszłość”, Foundry Trade Journal, September 1994 „Oszczędność energii – skomplikowana arytmetyka ale zawsze pozytywna odpowiedź” Foundry Trade Journal, February 1997 „Sytuacja aktualna i przyszła ewolucja w zakresie efektywności” Hommes et Fonderie, December 1996 I. Tichell: „Uzysk – twój klucz do zyskowności?”, The Foundryman 1992 Modern Casting, April 2011

3 Produkcja odlewów w świecie w 2007 r. (94 919 007 mln t.)
Spadek do 80,3 mln ton w 2009 roku.

4 Produkcja odlewów w Europie 17,7 mln ton
w tys. ton/2007 5,840 Niemcy 2,743 Włochy 2,472 Francja 1,422 Hiszpania 1,317 Turcja 0,922 Polska 0, 718 Wielka Brytania Zmiany wielkości produkcji odlewów ogółem ze stopów żelaza i metali nieżelaznych w krajach Unii Europejskiej w latach roku Spadek do 12 mln ton w 2009 roku.

5 Spadek do 807 tys. ton ton w 2009 roku.
Zmiany wielkości produkcji odlewów łącznie ze stopów żelaza i metali nieżelaznych w Polsce w latach 1998–2007 Spadek do 807 tys. ton ton w 2009 roku.

6 Energia w strukturze kosztów odlewów
Odlewnictwo w całym świecie należy do sektorów przemysłowych o najwyższym zapotrzebowaniu na materiały i energię. Wielka ilość energii zużywana jest na topienie, przegrzewanie i wytrzymywanie ciekłego metalu, na obróbkę, wentylacje itp., pozostałe materiały takie jak metale, woda, piasek i składniki organiczne również wykorzystywane są znacznym stopniu przez odlewnie. Jest normalnym zjawiskiem, że przemysł bazujący na przetapianym metalu zużywa stosunkowo dużo energii i materiałów z drugiej strony jego produkty – czyli odlewy w całym świecie znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach i dlatego odlewnie odgrywają zasadniczą rolę w rozwoju nowoczesnego społeczeństwa. Ogólne informacje dające wyobrażenie o udziale kosztów energii w całkowitych kosztach wytwarzania odlewów pokazują rysunki.

7 Struktura kosztów produkcji odlewów w Polsce i wybranych krajach świata

8 Struktura kosztów w typowej odlewni klientowskiej-kooperacyjnej
22% Materiały 7% Materiały operacyjne 20% Energia 32% Koszty robocizny 12% Koszty inwestycyjne różne Struktura kosztów (odlewy dla motoryzacji wykonywane w odlewniach niemieckich, % udział kosztów produkcji)

9 Procentowy udział w ogólnym zużyciu energii poszczególnych elementów wyposażenia odlewni ciśnieniowej Główne punkty zużycia energii w odlewni z podziałem na poszczególne etapy procesu wykonywania odlewów Źródło: Modern Casting, April 2011

10 Zużycie energii w odlewnictwie w USA
Przemysł odlewniczy USA Z łącznej liczby 2700 odlewni rozmieszczonych w 50 stanach, 80% zatrudnia mniej niż 100 osób, 14% zatrudnia między 100 a 250 osób, a tylko 6% zatrudnia więcej niż 250 osób. Przeciętny zakład odlewniczy rocznie zużywa ilość energii odpowiadającą 100 domom mieszkalnym. Przemysł zakupił 346 mld kJ energii w 1998 r., o wartości 1,3 mld USD. Przemysł zatrudniał około pracowników w roku 2000, wypłacając 9,4 mld USD pensji. Wartość produkcji w 2001 r. wyniosła 16,2 mld USD. Emisja dwutlenku węgla wyniosła 10,79 mln ton metrycznych CO2 rocznie. Przemysł odlewniczy w USA zużywa rocznie ponad 485 mld kJ energii. Z tego około 346 mld kJ (71%) przypada bezpośrednio na odlewanie metali, a około 139 mld kJ jest zużywane na operacje pomocnicze, wliczając w to straty dystrybucji. Samodzielne odlewnie zużywają 70% energii, a niesamodzielne (wydziały większych przedsiębiorstw) pozostałe 30%. Główne procesy odlewnicze zużywające energię obejmują: topienie metalu, wytwarzanie rdzeni, wytwarzanie form, obróbkę cieplną i obróbkę wykańczającą. Koszty zakupu energii obejmowały około 11% kosztu materiałów i 5% wartości produkcji. Źródło: Metal Casting – Industry of the future. Fiscal Year 2004 Annual Report. Industrial Technologies Program. U.S. Department of Energy. Energy Efficiency and Renewable Energy, Luty 2005

11 Program Technologii Przemysłowych (ITP) Urzędu ds
Program Technologii Przemysłowych (ITP) Urzędu ds. Efektywnego Wykorzystania Energii i Energii Odnawialnej (EERE) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) wspiera te partnerskie przedsięwzięcia przez sponsorowanie wspólnie finansowanych B+R dla zmniejszenia zużycia energii w odlewnictwie. B+R, takie jak: badania finansowane przez Program Technologii Przemysłowych (ITP), Urząd ds. Efektywnego Wykorzystania Energii i Energii Odnawialnej (EERE) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE), są nieodzowne dla utrzymania pozycji przemysłu odlewniczego Stanów Zjednoczonych wobec globalnej konkurencji. Celem DOE jest rozwinąć te technologie, które do roku 2020 zmniejszą o 20% energię potrzebną do wyprodukowania jednej tony odlewów.

12 Ukierunkowanie badań i działań na bardziej efektywne wykorzystanie energii
Źródło: Foresight Technologiczny Odlewnictwa Polskiego Instytut Odlewnictwa

13 Kategorie badań programu „Odlewnictwo Metali"
Badania są zgrupowane w trzech kategoriach. Udoskonalone topienie: badania, które pozwolą na opracowanie nowych praktyki topienia i/lub nowych metod projektowania urządzeń dla znacznego obniżenia zużycia energii podczas topienia oraz kosztów odlewania. Badania w tym zakresie poprawią wydajność topienia, zmniejszą straty spowodowane transportem metalu, zmniejszą ilość braków oraz poprawią wydajność procesu formowania. Badania w zakresie udoskonalonych technologii topienia koncentrują się nie tylko na samym procesie topienia, ale również obejmują: skład chemiczny i czystość topionego wsadu, a także dodatków stopowych oraz ich wpływ na zmniejszenie zużycia energii. Badania dotyczą również poszukiwania metod zmniejszenia zgaru, który wpływa bezpośrednio na zużycie energii netto podczas topienia 2. Innowacyjne procesy odlewania: badania, które pozwolą na zmniejszenie zużycia energii podczas procesów odlewniczych oraz zwiększą uzysk i zmniejszą braki. Badania w tym obszarze koncentrują się na następujących zagadnieniach: opracowanie dokładnych narzędzi symulacji, projektowanie i wykonywanie odlewów cienkościennych o wysokich parametrach, czujniki i sterowanie w czasie rzeczywistym, usprawnienia w szybkim prototypowaniu oraz rozszerzenie bazy wiedzy o właściwościach różnych materiałów. 3. Integracja i analiza systemu: integracja technologii stosowanych w programie ITP dla zmniejszenia zużycia energii i emisji zanieczyszczeń w odlewnictwie. Kategoria ta obejmuje inne pakiety ITP oraz program Najlepszych Praktyk ITP zarządzania zapotrzebowaniem na energię.

14 Kroki do sukcesu Zaciągnąć zobowiązanie Ocenić skuteczność
Wyznaczyć cele i opracować plan Ocenić postępy i świętować sukces Źródło: Modern Casting, April 2011

15 - Problemy i perspektywy
A gdyby tak odlewnikom udało się opanować tanie lub zupełnie darmowe źródła energii i zastosować je w swoich urządzeniach? Prywatne wiatraki - Problemy i perspektywy Metan - Problemy i perspektywy Topienie w przemysłowych urządzeniach mikrofalowych - Problemy i perspektywy Topienie z wykorzystaniem energii słonecznej - Problemy i perspektywy Źródło: Modern Casting, April 2011

16 Europa Francja Na podstawie kontroli i badań dotyczących bilansu energetycznego i wykorzystywania energii przeprowadzonych w 60-ciu francuskich odlewniach o łącznej wielkości produkcji ton/r. uzyskano wyniki, które mogą stanowić bazę porównawczą i odniesienie do wykorzystania energii w polskich odlewniach oraz które powinny być wykorzystane do poprawy ich efektywności energetycznej. Wielka różnorodność procesów cieplnych i różne rodzaje energii wykorzystywanej w stosowanych procesach, realizacji produkcji w sposób ciągły i nieciągły, rodzaje stopów wielkość tonażowa produkcji, masa i wymiary odlewów pozwoliły ustalić w sposób ogólny i skomasowany rząd całkowitego zużycia energii w określonej grupie odlewni. Niemniej jednak taki bilans pozwala ocenić zużycie specyficzne energii przez podstawowe urządzenia używane w odlewni i określić działy (obszary) na których należy koncentrować działania dla oszczędności energii poprzez poprawę funkcjonowania istniejących instalacji, oraz wybór uzasadnionych inwestycji na warunkach rentowności w celu modernizacji instalacji istniejących wprowadzeniu nowych jednostek produkcyjnych oraz odzysku traconego ciepła.

17 Podział zużycia energii (w %) w odlewniach z uwzględnieniem rodzaju energii i rodzaju procesu [1]
koks paliwa płynne gaz elektryczność razem Topienie 40 1 10 52 Obróbka cieplna - 5,5 11 1,5 18 Podgrzewanie kadzi i zbiorników 2,5 3 0,5 6 Inne operacje termiczne 2 5 Sprężone powietrze Ogrzewanie zakładu 4 7 Elektryczność poza procesami termicznymi i sprężonym powietrzem RAZEM 41 15 19 25 100 Dla wizytowanych odlewni stopów żelaza ustalona wielkość zużycia energii (specyficznej) globalna wyniosła 3000 th/t 1 th = 1,16 KWh 1 th = 4186,8 KJ

18 Francja Udział odlewnictwa w zużyciu energii w całej gospodarce musi być analizowany jako udział w poszczególnych etapach procesu produkcji odlewów – taka analiza musi stanowić bazę w każdej odlewni, która podejmuje działania w celu obniżenia zużycia energii. Ważną przyczyna wzrostu zużycia energii szczególnie elektrycznej jest konieczność poprawy warunków pracy i ochrony środowiska poprzez wentylację i wymianę usuwanego zanieczyszczonego powietrza na świeże, które wymaga podgrzania w zimie. Zużycie energii w odlewniach stopów żelaza: Rozpiętość w każdej kategorii powodowana jest przez: Zróżnicowanie typów asortymentów Zróżnicowanie wyposażenia do topienia i obróbki cieplnej i jego adaptacji do wielkości produkcji Przestrzeganie w lepszym lub gorszym stopniu zasad dobrego wykorzystania energii Ogólnie Odlewy z żeliwa szarego th/t Odlewy z żeliwa ciągliwego th/t Odlewy staliwne th/t

19 Francja Zużycie energii na topienie: Żeliwo Praca ciągła
Zużycie całkowite Topienie w żeliwiaku th/t Rozchód koksu % th/t W piecu indukcyjnym tyglowym kWh/t kWh/t * Wytrzymywanie i podgrzewanie w piecu indukcyjnym kanałowym 25-30 kWh/t kWh/t Wytrzymywanie i podgrzewanie w piecu indukcyjnym tyglowym kWh/t kWh/t Staliwo W piecu łukowym kWh/t kWh/t ** kWh/t * nawet do 1000 kWh/t w piecach o niewielkim stopniu wykorzystania ** bez pozostawienia na dnie tygla ciekłego „zaczynu”

20 Zużycie energii w odlewniach stopów metali nieżelaznych
Stopień wykorzystywania energii cieplnej w piecach do topienia matali nieżelaznych jest niższy niż do stopów żelaza z następujących powodów: Wielkość produkcji pojemność pieców jest mniejsza co powoduje relatywnie większe straty termiczne W piecach opalonych gazem pośredni sposób podgrzewania w celu zmniejszenia zgaru powoduje znaczne straty ciepła uchodzącego razem z e spalinami Każdorazowa potrzeba podnoszenia temperatury związana z nieciągła pracą utrzymanie odpowiedniej temperatury (przegrzania) stopu do odlewania w formy metalowe wymaga dodatkowej energii rzędu 1/3 energii potrzebnej do topienia Z powyższych powodów piece elektryczne indukcyjne lub oporowe (do wytrzymywania ciekłego metalu) mają trzykrotnie wyższe wykorzystanie energii niż piece płomieniowe. Średnia zużycie energii właściwej na topienie w podstawowych rodzajach pieców przedstawia się następująco: Piece tyglowe opalane gazem th/t Piece tyglowe opalane paliwem płynnym th/h Piece tyglowe płomieniowe (révérbere) th/t piece tyglowe indukcyjne kWh/t Podane wartości odnoszą się do topienia stopów lekkich i brązów - Wartości najniższe odnoszą się do topienia w sposób ciągły - Wartości najwyższe odnoszą się do topienia w sposób okresowy

21 Działania ukierunkowane na oszczędności energii w przedsiębiorstwie odlewniczym
Wyznaczanie na szczeblu zarządzania osób odpowiedzialnych za problemy energii Kontrola zużycia energii na wydziałach i stanowiskach jej użycia Informowaniu pracowników o kosztach inwestycyjnych i kosztach funkcjonowania powierzonych im do obsługi urządzeń Szkolenie personelu na temat dobrego wykorzystywania istniejących urządzeń Poszukiwania i wybór nowego wyposażenia po dokładnych porównaniach i analizach ekonomicznych bilansu energetycznego Jednym z kluczowych działań osób odpowiedzialnych za zużycie energii jest ciągła kontrola jej zużycia na różnych stanowiskach wynika to z tego, że pierwszą rzeczą, którą należy zrealizować jest zainstalowanie liczników pozwalających na precyzyjne ustalenie bilansu zużycia energii. Dokładna znajomość charakterystyk technicznych i ekonomicznych istniejącego wyposażenia niezbędna jest do jego udoskonalenia lub zastąpienia nowym o wyższych parametrach użytkowych.

22 Główne zasady racjonalizacji zużycia energii w odlewni
Wydziałowe liczniki zużywanej energii Moc zainstalowania a jej wykorzystanie Stopień wykorzystania Zredukowanie czasu oczekiwania między operacjami w piecach Pozostawienie na dnie tygla ciekłego metalu (zaczynu) Optymalna wielkość załadunku pieców do obróbki cieplnej Rozdzielenie operacji topienia od przegrzewania i wytwarzania ciekłego metalu (np. żeliwiak współpracujący z piecem indukcyjnym kanałowym pozwala taniej uzyskać niż w samym żeliwiaku W odlewni stopów lekkich (Al) odlewanych do form metalowych zcentralizowane topienie w piecu indukcyjnym i wytrzymywanie w elektrycznym piecu oporowym na poziomie stanowiska zalewania Regulacja spalin – w urządzeniach nowych i modernizowanych, używanie palników powietrznych (gazowo-tlenowych) z automatyczną kontrolą spalin, w urządzeniach starszych kontrola spalin poprzez analizę gazów Kontrola i regulacja ciśnienia w piecach do obróbki cieplnej w piecach płomieniowych Redukcja strat ciepła poprzez izolacje i pokrycia Pokrywy i pokrycia izolacyjne pieców tyglowych Pokrywy i pokrycia kanałów przy odlewaniu ciągłym Izolacje cieplne między wykładziną ogniotrwałą i obudową pieców, pokrywy izolacyjne kadzi odlewniczych

23 Izolacja lokalna w miejscach anormalnych strat
Wewnętrzne warstwy izolacyjne (włókniny izolacyjne) w piecach do obróbki cieplnej zastępowanie ciężkich ścian ognioodpornych lekkimi filtrami izolacyjnymi Ograniczenie czasu trwania ogrzewania: Dobór do rzeczywistych potrzeb czasu wygrzewania Określenie i nie przekraczanie min, czasu włączania pieca i wygrzewania kadzi Programowanie włączania i wyłączania urządzeń do ogrzewania lokalu Usprawnienia podnoszące sprawność cieplną Podgrzewanie wsadu gazami spalinowymi z pieców Odzysk ciepła traconego w spalinach, wodzie chłodzącej piece

24 Topienie pochłania średnio ponad 55% całkowitej energii zużycia poprzez odlewnie.
W nowszych indukcyjnych piecach topialnych uzysk cieplnej topienia przekracza 60% ale w praktyce utrzymania wysokiego uzysku wiąże się z stosowaniem następujących zasad: instalacja stanowiskowych liczników energii Wysokiego wykorzystania wydajności nominalnej (optymalnej) Pozostawienie w dolnej części tygla zaczyn ciekłego metalu na następny wytop Pomiar temperatury kąpieli pirometrem dla unikania przekraczania temperatury przegrzania Stosowanie pokryw izolacyjnych na tygle pieca (straty cieplne przez promieniowanie powierzchni kąpielowej wynoszącą około 20% Analiza bilansu cieplnego wykazuje, że straty cieplne przez chłodzenie wodne cewki wynoszą około 20% (przy ciągłym topieniu i wydajności nominalnej)

25 Odzysk energii cieplnej traconej w odlewni
Główne źródła ciepła, które mogą być odzyskiwane to: Spaliny z pieców do topienia zwłaszcza żeliwiakowe Spaliny i ciepło z pieców do obróbki cieplnej Znaczące ciepło z odlewów wybitych po zalaniu i po obróbce cieplnej Ciepło w wodzie chłodzącej z pieców elektrycznych i innych urządzeń Wyrzucane powietrze z odlewni zawierające ciepło rozproszone

26 Podobnie jak we Francji w końcu ub. Wieku w latach 80-tych w Wlk
Podobnie jak we Francji w końcu ub. Wieku w latach 80-tych w Wlk. Brytanii Brytyjski Instytut Odlewnictwa BCIRA przy wsparciu Departamentu Przemysłu dokonał analizy wykorzystania energii w brytyjskim przemyśle odlewniczym – wizytowano w tym celu 500 odlewni zatrudniających więcej niż 25 pracowników) . Na początku lat 80-tych produkcja odlewów żeliwnych w Wlk. Brytanii spadła z 3,83 do 1,82 mln ton. Udział surówki we wsadzie między 1970 a 1980 r. zmniejszyła się z 26,9 do 11,4% a udział złomu stalowego wzrósł z 21,1% do 29% przy niezmiennym udziale złomu żeliwnego. Uzysk odlewów przeznaczonych do sprzedaży w relacji do ilości wytopionego metalu wyniósł pomiędzy 61-67%. Zużycie energii na 1 tonę dobrych odlewów wyniósł 15,7 GJ w proporcjach wynosi: Koks 44%, gaz 26%, elektryczność 17%, paliwa płynne 11%.

27 Zużycie energii w odlewniach topiących w żeliwiakach

28 Zużycie energii w odlewniach prowadzących proces topienia i wytrzymywania w piecach elektrycznych

29 Wykorzystanie energii elektrycznej w dużej odlewni ciśnieniowej
Anglia Z badań przeprowadzonych w Wlk. Brytanii w końcu lat 90-tych okazało się, udział energii zużywanej w odlewniach ciśnieniowych metali nieżelaznych i odlewniach stopów żelaza przedstawiała się: Wykorzystanie energii elektrycznej w dużej odlewni ciśnieniowej

30 Anglia Wnioski z szczegółowej analizy danych zebranych z wizytowanych odlewni żeliwa pokrywają się w całej rozciągłości z wnioskami przedstawionymi po wizycie w odlewniach francuskich ponadto w raporcie angielskim położony jest nacisk na uzysk który zawiera w sobie wszystkie elementy dotyczące zużycie i wykorzystanie energii obrazowo pokazuje na rys. Diagram Przepływu metalu w odlewni Metal stopiony Metal wlany do formy Metal w odlewach (z układem wlewowym) Metal w dobrych odlewach Dobre odlewy przeznaczone do wysyłki do klienta (6) Odlewy zabrakowane (4) Układy wlewowe (3) Resztki metali przetwarzane na gąski Złom obiegowy Nowy wsad metalowy (1) Straty topienia (2) Rozpryski (rozlewki ) metalu (5) Straty podczas oczyszczania odlewów Straty metalu

31 Ważnym elementem działań ciągle aktualnym problemem energii w procesach odlewniczych jest konieczność realizacji prac badawczo-rozwojowych ukierunkowanych na oszczędności energii. Proponowane przez specjalistów brytyjskich prace badawcze i rozwojowe, które w sposób pośredni lub bezpośredni prowadzą do oszczędności energii zawierają się w następujących propozycjach: Badania nad efektem poprawy jakości koksu na nawęglanie z uwzględnieniem dzielonego dmuchu (drugi rząd dysz) wzbogaceniami dmuchu w tlen Badania przemysłowych indywidualnych pieców elektrycznych do topienia w kontekście oszczędności energii Badanie nad systemami nowych spoiw na formę i rdzenie lub poprawę istniejących, w aspekcie wyższej wytrzymałości, lepszego utwardzenia i wybijalności form - w celu obniżenia zużycia energii. Rozszerzeniu zastosowania procesu mas formierskich wiązanych na zimno do produkcji form cienkościennych Rozwój nowych systemów i metod badań i kontroli nieniszczącej, które bezpośrednio lub pośrednio poprawiają uzysk dobrych odlewów oraz obniżają koszty wykańczania odlewów Kontrola i poprawa recyrkulacji powietrza w oczyszczalni

32 Badania nad istniejącymi i oczekiwanymi systemami ogrzewania i oświetlenia w odlewni
Zastosowanie mikroprocesorów do kontroli sterowania procesami odlewniczymi Ciągły lub okresowy monitoring temperatury ciekłego metalu w piecach elektrycznych dla regulacji zwrotnej i sterowania pobieraną mocą elektryczną Zastępowanie narzędzi pneumatycznych na elektryczne w celu zmniejszenia zapotrzebowania na sprężone powietrze Rozwój systemów automatycznych wyłączania silników elektrycznych w okresie przewidywanych postojów oraz zróżnicowania wielkości pobieranej mocy w zależności od występującego obciążenia.

33 Szwecja Podobnie jak w przytoczonych działaniach w odlewnictwie francuskim i angielskim w Szwecji w związku z kryzysem energetycznym końca lat 70-tych przeprowadzone zostały badania nad redukcją zużycia energii w odlewnictwie. Badania przeprowadzone zostały przez Szwedzki Instytut Odlewnictwa „Gjuteriföreningen” Całkowite zużycie energii w Odlewniach Szwedzkich wyniosło w badanym okresie (końcu lat 70) 2 TWh czyli 2000 GWh (1TWh = 1000 GWh = MWh = KWh 1 KWh = 3,6 MJ W celu uzyskania bazy dla oceny możliwości zmiany jednego rodzaju energii na inny w aspekcie jej oszczędności ważnym była znajomość zużycia energii w podziale na różne jej rodzaje i różne zastosowania. Jednostkowe zużycie energii pierwotnej w niemieckich odlewniach żeliwa, staliwa, żeliwa ciągliwego z podziałem na nośniki energii

34 Zużycie paliw i energii w niemieckich odlewniach żeliwa, staliwa i żeliwa ciągliwego
Żeliwo* Staliwo Żeliwo ciągliwe 1992 1993 Koks odlewniczy w tys. ton na 1 t dobrych odlewów 417 132 346 128 1 24 241 17 226 Energia elektryczna w mln KWh 2755 873 2357 874 518 2461 418 2526 141 1416 120 1591 Gaz w mln Nm3 227 72 262 97 184 153 923 16 155 12 160 Oleje mineralne i smołowe 23 7 18 5 4 10 *) z żeliwem sferoidalnym włącznie

35 Na całkowite zużycie energii ma wpływ rodzaj produkowanych odlewów metody topienia, metody formowania i wykonywania rdzeni, systemy wentylacji i wiele innych czynników, ale pokazane na diagramach wielkości można przyjąć jako typowe dla odlewni szwedzkich. W wyniku realizacji badań przedstawiono metody zmniejszania zużycia energii w procesach produkcji odlewów podobnych zresztą jak w przypadku odlewni francuskich i angielskich. Ponadto pokazano wdrożone i efektywne rozwiązania stosowane w odlewniach szwedzkich w celu odzyskania energii w odlewni. Szczegółowe informacje dotyczące takich rozwiązań przedstawione zostaną na następnych seminariach i będą zawarte w raporcie końcowym naszego projektu.

36 Energia w GJ/t Jednostkowe nakłady energii podczas topienia 1 t żeliwa Energia na topienie w MJ/t Udział energii pierwotnej (dostarczonej) w podziale na rodzaje pieców i sposoby topienia

37 Stopień sprawności elektrycznej i straty podczas topienia w piecu indukcyjnym

38 Kierunki działań, metody oszczędności i odzysku energii w procesach odlewniczych
Oszczędność energii możliwa jest w etapach procesu i w wielu operacjach roboczych, poprzez opracowanie procesów i właściwe dopasowanie wyposażenia. Metodą zmniejszenia zużycia energii jest udoskonalenie procesów produkcji, np. wzbogacenie dmuchu w tlen w żeliwiakach lub wprowadzenie drugiego rzędu dysz oraz opomiarowanie, które pozwala podnieść uzysk energii. Znaczne oszczędności energii często można uzyskać prostymi sposobami. Przykładowo staranne ładowanie wsadu do pieca indukcyjnego lub pozostawienie części ciekłego metalu w tyglu, unikanie stosowania ciężkiego, grubego złomu w żeliwiaku, usuwanie nieszczelności w systemie sprężonego powietrza. Kierunki działań oraz metody oszczędności i odzysku energii w procesach odlewniczych.

39 Możliwość zmniejszenia zużycia energii w odlewniach są relatywnie duże, jednak muszą być satysfakcjonujące pod względem ekonomicznym. Topienie i wytrzymywanie metalu Piece elektryczne W procesie topienia i wytwarzania metalu w piecach elektrycznych można odzyskać ciepło dwoma drogami: Odzyskać ciepło zawarte w odciąganym powietrzu (wentylacja). Odzyskać ciepło zawarte w wodzie chłodzącej. Na rysunku pokazano sposób odzysku ciepła z wydziału topialni przy wykorzystaniu obrotowego wymiennika ciepła. Odzysk ciepła zawartego w odciąganym powietrzu w topialni elektrycznej

40 Wykorzystanie ciepła odpadowego do suszenia złomu

41 Pośredni wymiennik powietrza (z układem pośrednim)
Powietrze usuwane Powietrze dostarczane (zimne) Powietrze dostarczane (podgrzane) Pompa Wylot powietrza Wlot powietrza Bezpośredni wymiennik ciepła Pośredni wymiennik powietrza (z układem pośrednim) Wymiennik ciepła obrotowy

42 Zalecenia przy topieniu w piecu indukcyjnym tyglowym
Przestrzegać zasady całkowitego wypełnienia tygla wsadem, w ten sposób może być wykorzystana maksymalna moc podczas całego cyklu topienia. Niepełne załadowanie powoduje spadek efektywności energetycznej topialni. Unikać przedłużania czasu przegrzewania przy użyciu pełnej mocy oraz nie rozpoczynać czasu przegrzewania wcześniej niż to niezbędne do zalewania. Przegrzanie ekstra o 100ºC wymaga zużycia dodatkowo 4050 kWh/t. Dobrą praktyką jest kontrola temperatury i wykorzystywanej mocy. Zawsze podczas wytrzymywania i przegrzewania przykrywać piec pokrywą. Jeżeli potrzebne jest dłuższe przetrzymywanie metalu w piecu to należy utrzymać na powierzchni kąpieli żużel i zamkniętą pokrywę. Podczas spiekania wymurówki pieca trzymać piec pod pokrywą – oszczędza to energię i poprawia efektywność spiekania. Po zakończeniu zmiany i dziennych wytopów załadować piec wlewkiem startowym (piec indukcyjny sieciowy) lub wsadem (piec indukcyjny średniej częstotliwości) i przykryć pokrywą. W ten sposób oszczędza się znaczną ilość energii, ponieważ wsad przejmuje ciepło od tygla. Jeżeli to możliwe to należy zredukować o 1015% przepływ wody chłodzącej. Wyłączać wentylację i silniki pomocnicze po zakończeniu produkcji, nie wyłączając pomp wody chłodzącej. Ograniczyć ilość metalu wlewanego z powrotem do pieca do minimum wynikającego z konieczności niezalewania form zbyt zimnym metalem. Zredukować jeżeli jest to możliwe, wielkość (masę) układów wlewowych i zasilających.

43 Zalecenia przy topieniu w żeliwiaku
Istnieje kilka sposobów oszczędności energii przy topieniu w żeliwiaku. Znanym i stosowanym rozwiązaniem jest odzysk ciepła z gazów emitowanych ze spalania wykorzystywanych w żeliwiakach z podgrzewanym dmuchem. Inne rozwiązanie to odzysk ciepła z wentylacji wydziału topialni i ciepła wody chłodzącej oraz z mokrych iskrowników (iskrowniki zraszane wodą). W niektórych odlewniach szwedzkich stosujących żeliwiaki z gorącym dmuchem instalowane są stanowiska do odzysku ciepła spalin do wytwarzania gorącej wody.

44 Schemat instalacji żeliwiaka z gorącym dmuchem wraz z kotłem parowym, turbiną i generatorem

45 Topienie w piecach opalanych gazem i olejem
Piece gazowe i olejowe wykazują często bardzo niską efektywność, szczególnie w przypadku pieców tyglowych. Czynniki, które powinny być brane pod uwagę pod względem oszczędności energii pierwotnej powinny być ukierunkowane na odzysk ciepła traconego ze spalonych gazów. Jeden ze sposobów takiego odzysku pokazany jest na rysunku. Odzysk ciepła traconego za spalonych gazów

46 Przenośnik złomu (obiegowego)
Przenośnik gąsek Podgrzewacz (wsadu) Piec centralny do topienia (piec centralny topialny) Piec do odzysku (powrotny) Rynna Piec do wytrzymywania ciekłego metalu Maszyny ciśnieniowe Schemat (plan) oszczędności energii dla dostawy (dystrybucji) ciekłego metalu w odlewni ciśnieniowej

47 Chłodzenie odlewów Po zalaniu zawartość ciepła w żeliwie szarym jest równoważna – 340 kWh/t żeliwa. Więcej niż połowa ciepła przechodzi do masy formierskiej, reszta zostaje w odlewach wybijanych w temperaturze 500600ºC. W zmechanizowanych odlewniach chłodzenie odlewów odbywa się w tunelach chłodzących, gdzie przyśpieszane jest nawiewem chłodnego powietrza. Tunel chłodzący Odzysk ciepła z chłodzenia odlewów

48 Metody efektywnego wykorzystania energii w odlewniach
W Giesserei Praxis nr 1-2/2007 [17] przedstawiono zasady działania systemu Padicon opracowanego przez firmę Tannenberg GmbH (www.tannenberger.de) pozwalającego na znaczące obniżenie kosztów energii elektrycznej w odlewniach, poprzez nową optymalizację równoległą. System Padicon umożliwia równoległą, różnicową regulację zużycia energii elektrycznej. W przypadku pików energetycznych system nie wyłącza poszczególnych pieców – odbiorników energii kolejno jeden po drugim lecz przejściowo jedynie reguluje pobieraną moc. Schemat sterowania systemem PADICON w odlewni


Pobierz ppt "dr inż. Jerzy Tybulczuk Instytut Odlewnictwa"

Podobne prezentacje


Reklamy Google