गैस से चलने वाली भट्टी के संचालन में ऊर्जा लागत सबसे बड़ा खर्चा होता है। 5 मेगावाट की भट्टी, जो प्रति वर्ष 6000 घंटे चलती है और प्राकृतिक गैस की कीमत 0.35 डॉलर प्रति घन मीटर है, का वार्षिक गैस बिल लगभग 400,000 से 500,000 डॉलर तक आता है। इसे 15-25% तक कम करने से परिचालन बजट में प्रति वर्ष 60,000 से 125,000 डॉलर की बचत होती है - जो दो से तीन वर्षों के भीतर पूर्ण नियंत्रण प्रणाली को अपग्रेड करने के लिए पर्याप्त है।
मोंटे इंटेलिजेंस ने फील्ड में दर्जनों बोगी हर्थ फर्नेस पर ऊर्जा ऑडिट किया है। हमने पाया है कि पांच साल से अधिक पुराने अधिकांश फर्नेस में ऊर्जा दक्षता बढ़ाने के ऐसे अवसर मौजूद हैं जिनके बारे में संचालकों को जानकारी नहीं है। यह लेख हमारी ऑडिट पद्धति और सबसे आम निष्कर्षों की व्याख्या करता है।
ऊर्जा ऑडिट की शुरुआत ऊष्मा संतुलन गणना से होती है। एक बैच फर्नेस के लिए जो प्रति चक्र एक लोड संसाधित करता है, ऊष्मा इनपुट ईंधन दहन से प्राप्त ऊर्जा, दहन वायु की संवेदी ऊष्मा (यदि पूर्व-शीतित हो), और कार्यभार के ऑक्सीकरण से निकलने वाली ऊष्मा (मामूली, आमतौर पर अनदेखी) होती है। ऊष्मा आउटपुट कार्यभार द्वारा अवशोषित उपयोगी ऊष्मा, फ्लू गैस में नष्ट हुई ऊष्मा, फर्नेस की दीवारों और दरवाजे से नष्ट हुई ऊष्मा, वायु रिसाव से नष्ट हुई ऊष्मा, फर्नेस संरचना में संग्रहित ऊष्मा (शीतलन के दौरान निकलती है लेकिन चक्रों के बीच नष्ट हो जाती है), और खुले स्थानों, सीलों और अन्य मार्गों से नष्ट हुई ऊष्मा होती है।
उपयोगी ऊष्मा — वह ऊर्जा जो वास्तव में वर्कपीस को गर्म करती है — की गणना वर्कपीस के द्रव्यमान, विशिष्ट ऊष्मा और तापमान वृद्धि से की जाती है। 20 टन स्टील के भार को 20°C से 850°C तक गर्म करने पर, जिसकी औसत विशिष्ट ऊष्मा 0.55 kJ/kg·K है, उपयोगी ऊष्मा 20,000 × 0.55 × 830 = 9,130 MJ या लगभग 2536 kWh होती है — जो लगभग 260 घन मीटर प्राकृतिक गैस के बराबर है।
पूरे चक्र के लिए कुल गैस की खपत फर्नेस गैस मीटर द्वारा मापी जाती है। यदि मीटर 520 घन मीटर खपत दिखाता है, तो फर्नेस की दक्षता 260/520 = 50% है। शेष 260 घन मीटर — लगभग $90 मूल्य की गैस प्रति चक्र — विभिन्न ऊष्मा हानि मार्गों में नष्ट हो जाती है। ऑडिट इन हानि मार्गों की पहचान और मात्रा निर्धारित करता है ताकि बचत के अवसरों का पता लगाया जा सके।
फ्लू गैस के कारण ऊष्मा का नुकसान आमतौर पर सबसे अधिक होता है, जो कुल गैस खपत का 30-50% होता है। फ्लू गैस भट्टी के परिचालन तापमान के लगभग बराबर तापमान पर भट्टी से बाहर निकलती है - यदि भट्टी 1000°C पर है, तो फ्लू गैस का तापमान 900-950°C हो सकता है - जिससे बड़ी मात्रा में संवेदी ऊष्मा बाहर निकल जाती है। फ्लू गैस की प्रवाह दर, तापमान और संरचना से ऊष्मा की मात्रा की गणना की जा सकती है।
फ्लु गैस के नुकसान को कम करने के लिए दो रणनीतियाँ अपनाई जाती हैं: अतिरिक्त हवा को कम करना और फ्लु गैस से ऊष्मा को पुनः प्राप्त करना। अतिरिक्त हवा वह हवा है जो दहन के लिए आवश्यक स्टोइकियोमेट्रिक मात्रा से अधिक आपूर्ति की जाती है। 50% अतिरिक्त हवा (एक सामान्य सेटिंग) पर, फ्लु गैस की मात्रा 10% अतिरिक्त हवा की तुलना में लगभग 30% अधिक होती है, और इस अतिरिक्त हवा को परिवेशी तापमान से फ्लु गैस के तापमान तक गर्म करना आवश्यक होता है। अतिरिक्त हवा को 50% से घटाकर 10% करने से भट्टी की दक्षता में 3-5% तक सुधार हो सकता है। इसके लिए बर्नर पर ऑक्सीजन ट्रिम नियंत्रण की आवश्यकता होती है - फ्लु गैस डक्ट में एक लैम्डा सेंसर जो दहन वायु डैम्पर को वास्तविक समय में प्रतिक्रिया प्रदान करता है।
अपशिष्ट ऊष्मा पुनर्प्राप्ति में फ्लू गैस से दहन वायु में ऊष्मा स्थानांतरित करने के लिए रिक्यूपरेटर या रीजनरेटर का उपयोग किया जाता है। दहन वायु को 400°C तक पहले से गर्म करने से भट्टी की दक्षता में 15-25% तक सुधार हो सकता है क्योंकि पहले से गर्म की गई वायु दहन तापमान तक पहुँचने के लिए आवश्यक ईंधन की मात्रा को कम कर देती है। रिक्यूपरेटर - गैस-से-गैस ऊष्मा विनिमय यंत्र, आमतौर पर शेल-एंड-ट्यूब या प्लेट प्रकार के - सबसे आम तकनीक हैं और 50-60% ऊष्मा पुनर्प्राप्ति प्रभावशीलता प्राप्त कर सकते हैं। रीजनरेटिव बर्नर, जो सिरेमिक मीडिया बेड का उपयोग करते हैं जो बारी-बारी से ऊष्मा को अवशोषित और मुक्त करते हैं, 80-90% पुनर्प्राप्ति प्राप्त कर सकते हैं लेकिन इनकी प्रारंभिक लागत अधिक होती है।
दीवार से ऊष्मा का नुकसान दुर्दम्य पदार्थ की मोटाई, तापीय चालकता और बाहरी दीवार के तापमान पर निर्भर करता है। 1000°C पर चलने वाली भट्टी में 300 मिमी सिरेमिक फाइबर इन्सुलेशन (औसत तापमान पर चालकता 0.15 W/m·K) के साथ, दीवारों से ऊष्मा का नुकसान लगभग 500 W प्रति वर्ग मीटर होता है। 100 वर्ग मीटर दीवार क्षेत्रफल वाली भट्टी के लिए, यह 50 kW निरंतर हानि है - लगभग 4.3 घन मीटर गैस प्रति घंटा, या लगभग $1.50 प्रति घंटा।
बाहरी दीवार की सतह का तापमान इन्फ्रारेड थर्मामीटर से मापना एक सरल ऑडिट तकनीक है। दीवार का कोई भी हिस्सा जिसका तापमान औसत से 20°C से अधिक हो, इन्सुलेशन में कमी, एंकर की खराबी, या आंतरिक बर्नर की लौ के दीवार पर पड़ने से उत्पन्न हॉट स्पॉट का संकेत देता है। इन हॉट स्पॉट की मरम्मत निर्धारित शटडाउन के दौरान प्रभावित इन्सुलेशन मॉड्यूल को बदलकर की जा सकती है।
दरवाजे और सील से होने वाला रिसाव ऊर्जा हानि का सबसे कठिन मापन है, लेकिन अक्सर इसे ठीक करना सबसे आसान होता है। 4 मीटर x 3 मीटर के दरवाजे के चारों ओर 3 मिमी का गैप लगभग 0.042 वर्ग मीटर क्षेत्रफल का होता है। 10 Pa के सामान्य भट्टी दबाव पर, इस गैप से गर्म गैस का रिसाव काफी ऊर्जा को नष्ट कर देता है - 1000°C की भट्टी के लिए लगभग 10-15 किलोवाट। इसका समाधान दरवाजे की सील को बदलना है - यह काम रखरखाव दल को लगभग चार घंटे में पूरा हो जाता है और सामग्री पर कुछ सौ डॉलर का खर्च आता है।
भट्टी में हवा का रिसाव—संरचना में मौजूद दरारों, दरवाज़े के आसपास, बर्नर क्वार्ल्स के आसपास और निरीक्षण पोर्ट्स से ठंडी हवा का अंदर आना—ऊर्जा की छिपी हुई चोरी है। यह रिसाव वाली हवा न केवल ऊष्मा को बाहर ले जाती है (अंदर आने वाली ठंडी हवा गर्म गैस को विस्थापित कर देती है जिसे बाहर निकलना होता है), बल्कि यह कार्य-संचालन का ऑक्सीकरण भी करती है और असमान तापमान क्षेत्र बना सकती है। दहन विश्लेषण हवा के रिसाव का अप्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान करता है: यदि फ्लू गैस में ऑक्सीजन की मात्रा बर्नर सेटिंग्स के आधार पर अपेक्षित मात्रा से अधिक है, तो अतिरिक्त ऑक्सीजन रिसाव के कारण आ रही है।
ऑडिट रिपोर्ट में अनुमानित लागत, अनुमानित बचत और सरल प्रतिपूर्ति अवधि के साथ ऊर्जा संरक्षण उपायों (ईसीएम) की प्राथमिकता सूची शामिल होनी चाहिए। बोगी हर्थ फर्नेस के लिए विशिष्ट ईसीएम, प्रतिपूर्ति अवधि के बढ़ते क्रम में इस प्रकार हैं: दरवाज़े की सील की मरम्मत (प्रतिपूर्ति अवधि <1 महीना), बर्नर वायु/गैस अनुपात का समायोजन (प्रतिपूर्ति अवधि <3 महीने), रिफ्रैक्टरी हॉट स्पॉट की मरम्मत (प्रतिपूर्ति अवधि 3-6 महीने), ऑक्सीजन ट्रिम कंट्रोल स्थापित करना (प्रतिपूर्ति अवधि 6-12 महीने), और रिक्यूपरेटर स्थापित करना (प्रतिपूर्ति अवधि 12-24 महीने)।
MONTE INTELLIGENCE ऊर्जा ऑडिट सेवाएं प्रदान करता है जिसमें ऑन-साइट माप, हीट बैलेंस गणना, ईसीएम पहचान और कार्यान्वयन सहायता शामिल हैं।
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