XII Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Nowe Technologie i Osiągnięcia w Metalurgii i Inżynierii Materiałowej” BADANIA WPŁYWU INTENSYWNOŚCI PODGRZEWANIA WSADU NA ZUŻYCIE ENERGII W KOMOROWYM PIECU GRZEWCZYM Autorzy: mgr inż. Barbara Halusiak dr hab. inż. Marian Kieloch, prof. PCz. dr inż. Jarosław Boryca

Wśród czynników, które decydują o kosztach nagrzewania można wymienić energochłonność (zużycie ciepła). Wiele badań przemysłowych wskazuje, że podstawowym parametrem mającym wpływ na energochłonność jest intensywność nagrzewania. Jej miarą może być między innymi szybkość wzrostu temperatury powierzchni wsadu (szybkość podgrzewania). Analiza wpływu intensywności podgrzewania wsadu na zużycie energii została przeprowadzona z wykorzystaniem pieca grzewczego elektryczno- gazowego KS 520/14 przy różnej jego mocy. W badaniach uwzględniono również zmianę oporu cieplnego sklepienia pieca będącą wynikiem jego modernizacji.

Stanowisko badawcze oraz jego modernizacja Modernizacja laboratoryjnego pieca KS 520/14 pozwoliła na zmianę oporu cieplnego sklepienia. Uzyskano to, w wyniku zastąpienia jednej z warstw stanowiącej kształtki z cegły szamotowej lekkim izolacyjnym materiałem ogniotrwałym. Taki układ zapewnia optymalne warunki pracy pieca oraz dobre warunki izolacji. Dokonano także wymiany regulatora sterującego pracą pieca z typu TGL na TROL9090. Rys.1. Schemat stanowiska badawczego

Rys. 2. Schemat pieca elektryczno-gazowego 1-piec, 2-podstawka ogniotrwała, 3-komora spalania, 4-palnik, 5-regulator temperatury, 6-puszka kompensacyjna, 7-rejestrator temperatury, 8-wskaźnik temperatury EMT-302, 9-gazomierz, 10- rotametry, 11-termopara regulacyjna PtRh-Pt, 12-sonda do poboru spalin, 13-programowany regulator temperatury, 14-próbka kontrolna z termoparą NiCr-Ni, 15-próbki badane.

Wpływ intensywności podgrzewania na zużycie energii W praktyce przemysłowej intensywność nagrzewania jest ściśle związana z rozkładem mocy w strefach technologicznych pieca, jak i z czasem nagrzewania. Zmienne tempo pracy pieca wymaga dostosowania rozkładu mocy do panujących warunków prowadzenia procesu, tak aby w określonym czasie zapewnić technologiczne warunki nagrzewania. Przy małej mocy grzewczej oraz długim czasie nagrzewania mamy do czynienia z małą intensywnością nagrzewania. Przewlekłość procesu, pomimo małej mocy grzewczej, powoduje znaczne zużycie energii. Wraz ze wzrostem mocy, maleje zużycie energii, gdyż spowodowane to jest skróceniem czasu nagrzewania.

Wyniki pomiarowe W badaniach wzięto pod uwagę wpływ intensywności podgrzewania na zużycie energii dla wsadu podgrzewanego do 1250C oraz dla wsadu podgrzewanego do tej samej temperatury i dwugodzinnym wygrzewaniu zarówno dla warunków przed jak i po modernizacji. Analizując zużycie energii dla wsadu podgrzewanego do 1250C stwierdza się 36% oszczędność energii w piecu zmodernizowanym przy małej mocy grzewczej oraz 34% oszczędności dla dużych mocy grzewczych. Z rysunku poniżej wynika także, że dla małej mocy pieca, czyli przy stosunkowo niskiej intensywności nagrzewania zużycie energii jest zdecydowanie wyższe, niż dla warunków charakteryzujących się wysoką mocą grzewczą. Rys.3. Wpływ intensywności podgrzewania na zużycie energii dla wsadu podgrzewanego do temperatury 1250C

Biorąc pod uwagę zużycie energii w czasie całego procesu nagrzewania, czyli podgrzewanie wsadu do 1250C i wygrzewanie w tej temperaturze przez dwie godziny, oszczędność energii dla małych mocy grzewczych wynosiła 30%, a dla dużych mocy grzewczych 17% . Dokonując analizy rysunku 2, mając na uwadze podgrzewanie oraz dwugodzinne wygrzewanie można stwierdzić, że dla małych intensywności podgrzewania, które charakteryzują się niską mocą całkowitą oraz długim czasem wygrzewania występuje większe zużycie energii- przeciętnie od 15 do 20 kWh dla poszczególnych zaczepów. Wraz ze wzrostem mocy grzewczej, maleje zużycie energii, ponieważ skraca się czas nagrzewania. Zużycie energii dla mocy- 14,8 [kW] wynosi 81,1 [kWh], a dla mocy 9,8 [kW] równa się 130,7 [kWh] dla warunków przed modernizacją. W wyniku modernizacji wartości te uległy zmianie i odpowiednio dla mocy 16,8 [kW] wielkość zużycia energii wynosi 67,3 [kWh], a dla mocy 11,8 [kW] - 91 [kWh]. Rys.4. Wpływ intensywności podgrzewania na zużycie energii dla wsadu podgrzewanego do temperatury 1250C, a następnie wygrzewanego przez 2h

Analizując rysunek 3 można zauważyć, że wcześniejsze wygrzanie pieca w temperaturze 625C znacznie obniża zużycie energii. Porównując wyniki zużycia energii dla wsadu podgrzewanego do temperatury 1250C i wsadu wcześniej wygrzanego w 625C, można zauważyć, że dodatkowe wygrzewanie zmniejszyło zużycie energii dla warunków przed modernizacją przeciętnie o 17%, a dla warunków po modernizacji o 13%. Rys.5. Wpływ intensywności podgrzewania na zużycie energii dla wsadu podgrzewanego do temperatury 1250C, a następnie wygrzewanego przez 2h (pomiar na wygrzanym piecu do 625C)

Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań oraz analizy ich wyników można sformułować następujące wnioski: Wielkość zużycia energii w znaczącym stopniu zależy od technologii procesu (intensywności podgrzewania). Mała intensywność podgrzewania (niska całkowita moc grzewcza) prowadzi do znacznego zużycia energii. Dla dużych mocy grzewczych zużycie energii jest znacznie mniejsze niż dla małych mocy. Oszczędność energii w piecu zmodernizowanym zarówno dla małej, jak i dla dużej mocy grzewczej wynosiła ok. 35%.

Dziękuję za uwagę