كفاءة الطاقة في خطوط أفران الحزام الشبكي: توفير بنسبة 12% خلال 12 شهرًا
تُعدّ الطاقة أكبر تكلفة قابلة للتحكم في خط إنتاج أفران الحزام الشبكي المستمر. يستهلك فرن مُصمّم جيدًا، يعمل 6000 ساعة سنويًا، ما بين 4 إلى 6 جيجاواط/ساعة من الكهرباء، أو ما بين 200,000 إلى 400,000 متر مكعب من الغاز الطبيعي. وبسعر 0.08 دولار أمريكي لكل كيلوواط/ساعة، أو 0.40 دولار أمريكي لكل متر مكعب، تتراوح تكلفة الطاقة السنوية بين 300,000 و500,000 دولار أمريكي. يُوفّر خفض الاستهلاك بنسبة 12% ما بين 40,000 و60,000 دولار أمريكي سنويًا، دون أي تأثير على الجودة أو الإنتاجية. هذا هو الهدف الذي نتوقع تحقيقه عادةً خلال 12 شهرًا في عمليات أفران الحزام الشبكي الحالية، من خلال برنامج تحسين مُركّز.
تتمثل أبرز خسائر الطاقة في فرن الحزام الشبكي فيما يلي: فقدان الحرارة من الجدران والسقف، وفقدان الحرارة من الفتحات (تسرب الهواء البارد عند طرفي الشحن والتفريغ)، وفقدان الحرارة الناتج عن تبريد الحزام (حيث ينقل الحزام نفسه الحرارة خارج الفرن)، وفقدان الحرارة الناتج عن تبريد المنتج (حيث ينقل المنتج الحرارة إلى منطقة التبريد). ويتناول برنامج كفاءة الطاقة كل خسارة على حدة، مرتبة حسب حجمها.
فقدان الحرارة من الجدران والأسقف
تتراوح نسبة فقدان الحرارة عبر الجدران والسقف عادةً بين 30 و50% من الطاقة المُدخلة، وذلك تبعًا لدرجة حرارة التشغيل وتصميم البطانة. في فرن حزام بعرض 900 مم عند درجة حرارة 880 درجة مئوية، تتراوح نسبة فقدان الحرارة عبر الجدران بين 80 و150 كيلوواط بشكل مستمر. ويمكن لتحسينات البطانة (مثل إضافة عزل أو وحدات ألياف سيراميكية) أن تُقلل من فقدان الحرارة عبر الجدران بنسبة تتراوح بين 20 و40%، مع فترة استرداد تتراوح بين 18 و36 شهرًا.
من التحسينات الشائعة إضافة طبقة من الألياف الخزفية بسمك 50 إلى 100 ملم إلى الطبقة الداخلية للبطانة الحالية. يتم تركيبها خلال فترة الصيانة الدورية، وتتراوح تكلفتها بين 30,000 و60,000 دولار أمريكي للفرن العادي. يُحقق هذا التحسين توفيرًا في الطاقة يتراوح بين 20 و50 كيلوواط بشكل مستمر، أي ما يعادل 80,000 إلى 200,000 كيلوواط ساعة سنويًا، أو ما بين 6,000 و15,000 دولار أمريكي سنويًا وفقًا لأسعار الكهرباء المعتادة.
خسارة افتتاحية عند انتهاء فترة الشحن والتفريغ
تكون فتحات الشحن والتفريغ في فرن الحزام الشبكي مفتوحة للهواء الجوي للسماح بمرور الحزام. يتسرب الهواء البارد عبر الفتحات، ويعتمد معدل التسرب على ضغط الفرن وقوة طفو الهواء الساخن داخله. تتراوح خسائر التسرب بين 30 و80 كيلوواط بشكل مستمر في فرن نموذجي بقطر 900 مم، وذلك تبعًا لضغط الفرن وتصميم الفتحات.
يتمثل التحسين القياسي في إضافة ردهة أو ستارة هوائية عند كل طرف مفتوح. الردهة عبارة عن مساحة صغيرة مغلقة في نهاية الفرن يمر من خلالها الحزام، مزودة بفتحة تهوية صغيرة للحفاظ على ضغط سلبي طفيف. تقلل الردهة من فقدان التسرب بنسبة تتراوح بين 60 و80 بالمائة، مع فترة استرداد تتراوح بين 12 و24 شهرًا.
يُعدّ الستار الهوائي بديلاً أقل تكلفة، حيث يستخدم تيار هواء عالي السرعة عبر طرفه المفتوح لمنع تسرب الهواء. يُعدّ الستار الهوائي فعالاً في منع تسرب الهواء البارد، ولكنه أقل فعالية في منع تسرب الهواء الساخن. يُقلّل الستار الهوائي المصمم جيداً من فقدان التسرب بنسبة تتراوح بين 30 و50%، مع فترة استرداد للتكلفة تتراوح بين 6 و12 شهراً.
فقدان التبريد بواسطة الحزام
يدخل الحزام الشبكي الفرن باردًا ويخرج منه ساخنًا، ناقلًا كمية كبيرة من الحرارة خارج منطقة التسخين. في حزام بعرض 900 مم يسير بسرعة 0.3 متر في الدقيقة، تتراوح كتلة الحزام بين 6 و10 كجم لكل متر، ويبلغ فقد التبريد من 30 إلى 50 كيلوواط بشكل مستمر. يُعد فقد التبريد أمرًا لا مفر منه في الفرن المستمر، ولكن يمكن تقليله من خلال تصميم الحزام (حزام أخف وزنًا، مساحة مفتوحة أكبر) وتصميم مسار عودة الحزام (يمر مسار العودة عبر منطقة التبريد، مما يسمح باستعادة جزء من الحرارة).
من التحسينات الشائعة إضافة منطقة تسخين مسبق للحزام عند طرف الشحن. تستخدم هذه المنطقة الحرارة المهدرة من غازات الفرن لتسخين الحزام والأجزاء قبل دخولها منطقة التسخين العالي. تُقلل منطقة التسخين المسبق من استهلاك الطاقة اللازمة للتسخين العالي بنسبة تتراوح بين 10 و15%، مع فترة استرداد تتراوح بين 18 و30 شهرًا.
فقدان تبريد المنتج
يخرج المنتج من منطقة التسخين العالي عند درجة حرارة تتراوح بين 850 و880 درجة مئوية، ويدخل منطقة التبريد السريع أو منطقة التبريد البطيء. تنتقل الحرارة التي يحملها المنتج إلى منطقة التبريد السريع أو تُشعّ إلى منطقة التبريد البطيء. عادةً ما تُستعاد حرارة التبريد السريع في نظام مياه التبريد السريع، ولكن حرارة منطقة التبريد البطيء غالبًا ما تُهدر.
يتمثل التحسين في إضافة غلاية لاستعادة الحرارة المهدرة إلى عادم منطقة التبريد البطيء، أو استخدام حرارة منطقة التبريد البطيء لتسخين هواء الاحتراق مسبقًا. تُنتج غلاية استعادة الحرارة المهدرة من 5 إلى 15 كيلوواط من الماء الساخن أو البخار منخفض الضغط، مع فترة استرداد تتراوح بين 24 و48 شهرًا. يمكن استخدام الماء الساخن لتدفئة المنشأة أو لغسل الأجزاء.
تحسين معلمات العملية
يتأثر استهلاك الطاقة في فرن الحزام الشبكي بمعايير التشغيل، وهي: سرعة الحزام، ودرجات حرارة المناطق، ومعدل تدفق الهواء، ودرجة حرارة سائل التبريد. ولكل معيار قيمة مثلى تُقلل استهلاك الطاقة إلى أدنى حد مع الحفاظ على الجودة. ويتم تحديد هذه القيمة المثلى من خلال تصميم التجارب الإحصائي أو من خلال تدقيق مُركّز للطاقة.
تقدم شركة مونتي إنتليجنس خدمة تدقيق الطاقة التي تستغرق من 3 إلى 5 أيام في الموقع، مع تسجيل مستمر لجميع مدخلات الطاقة ومعايير العمليات ونتائج الجودة. ويُنتج عن ذلك تقرير يتضمن توصيات مُرتبة حسب الأولوية، وتقديرات لتوفير الطاقة، وحسابات فترة استرداد التكاليف. ويُحدد التدقيق النموذجي وفورات في الطاقة تتراوح بين 8 و15%، مع فترة استرداد تتراوح بين 6 و18 شهرًا للتحسينات المُجمعة.
ترقية نظام التحكم
عادةً ما يكون أداء أفران الحزام الشبكي القديمة المزودة بأنظمة تحكم تناظرية أو رقمية من الجيل الأول أقل بنسبة تتراوح بين 5 و15% مقارنةً بالأفران الحديثة التي تعمل بنظام تحكم منطقي قابل للبرمجة (PLC). ويعود ذلك إلى عدة أسباب، منها: دقة التحكم في درجة الحرارة، وتحسين تنظيم الغلاف الجوي، وتحسين نقاط الضبط بناءً على النموذج.
تتراوح تكلفة ترقية نظام التحكم في فرن الحزام الشبكي الحالي بين 40,000 و100,000 دولار أمريكي، وذلك حسب نطاق العمل. ويُحقق هذا التحديث توفيرًا في الطاقة يتراوح عادةً بين 5 و12%، مع فترة استرداد للتكلفة تتراوح بين 12 و24 شهرًا. كما يُضيف التحديث إمكانيات تسجيل البيانات والمراقبة عن بُعد، وهي ميزات أساسية في معظم أنظمة الجودة الحديثة.
تقدم شركة مونتي إنتليجنس خدمات تحديث أنظمة التحكم لجميع ماركات الأفران الرئيسية، حيث يتصل نظام التحكم الجديد بالمزدوجات الحرارية والمشغلات وأجهزة استشعار الغلاف الجوي الموجودة. يتم التركيب خلال فترة توقف مجدولة، وتتراوح مدة التوقف عادةً بين 3 و 5 أيام.
تجميعها
يُحقق برنامج مُركّز لترشيد استهلاك الطاقة في خطوط أفران الحزام الشبكي عادةً وفورات تتراوح بين 12 و20% خلال فترة تتراوح بين 12 و18 شهرًا، مع استرداد الاستثمارات المُجمّعة خلال نفس الفترة. يجب أن يقود البرنامج خبير مُختص في مجال الطاقة، بدعم من فرق الصيانة والإنتاج والجودة. تُحقق التحسينات السريعة (مثل ستائر الهواء وضبط الموقد) قيمةً خلال 3 إلى 6 أشهر، بينما تستغرق المشاريع الأكبر (مثل ترقية البطانة وتحديث نظام التحكم) من 12 إلى 18 شهرًا للتنفيذ.
تواصل مع مونتي إنتليجنس للاستفسار عن عمليات تدقيق الطاقة
بالنسبة للمشترين المهتمين بتقييم كفاءة الطاقة لخط فرن الحزام الشبكي الحالي، يمكن لشركة مونتي إنتليجنس الهندسية إجراء تدقيق ميداني لمدة أسبوع واحد مع تقرير مكتوب يتضمن توصيات مرتبة حسب الأولوية. تفضل بزيارةwww.cnlymonte.com/products-mesh-belt-furnace.html للاطلاع على دراسات حالة حول كفاءة الطاقة، يُرجى إرسال بريد إلكتروني إلى helenxu@cnlymonte.com مع كتابة "تدقيق الطاقة لحزام الشبكة" في خانة الموضوع، بالإضافة إلى تفاصيل حول حجم الفرن، ومعدل استخدامه، وتكلفة الطاقة الحالية.
