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.
Ajánlások és ezek felhasználása a fémöntésben 1. táblázat Ajánlások Alkalmazás Példa Berendezés mérete Füstgáz hőtartalmának visszanyerése Hővisszanyerés hűtővízből Kemence lefedése Szabályozható fordulatszámú hajtómű Kombinált hő- és villamos energia Öntöde/hőkezelés/szén-hidrogén tüzelőanyaggal Villamos kemencék, télen Valamennyi magas hőmérsékletű felület és nyílás Porleválasztás és égéslevegő Hőkezelés földgázzal Villamos kemencék Fémöntés Égéslevegő szállító fúvó Megtakarítások 1758 kw 14% 500 kw 20% télen 1 m átmérőjű 70% olvadéktároló üst 224 kw 29% Helyi villamosenergia-termelés Gázturbina 3 MW 14% + 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 nyersanyag ócskavas, hulladék fém formázás olvasztás öntés szállítás: homok öntvény formaszekrény mintakészítés magkészítés öntvénytisztítás levágás köszörülés csiszolás hőkezelés szénhidrogén 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% 68% 4% 15% utánégető fej vállalati világítás/szellőzés különböző villamos fogyasztók fúvók, szellőzők és szivattyúk fűtés utóégetés vagy hőkezelés olvasztás 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 r m hatékonysága M c r m =, Mt ahol M c a teljes igényelt öntvénytömeg, M t a teljes öntött fémmennyiség. A minta tervezésekor sok bevezető munkát igényel az a törekvés, hogy minimumra csökkentsék ezeket a veszteségeket és hogy az r m 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: M t E η th =, 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 η th 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: M E EI c η op = = rmηth.
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 r m 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 füstgáz kemence levegő hőcserélő füstgáz 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.
friss levegő füstgáz a környezetbe kemencefüstgáz égéslevegő 4. ábra Keresztáramlású hőcserélő 0,25 %-os energia-megtakarítás 0,2 0,15 0,1 0,05 93 C 204 C 316 C 427 C levegőhőmérséklet = 538 C 0 0 50 100 150 200 fajlagos hőcserélő-felület, négyzetláb/mrd Btu 5. ábra Légelőmelegítés által elért energiamegtakarítás 1 négyzetláb/mrd Btu = 88 mm 2 /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 m 2 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 Q 3 -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 konvektív és sugárzásos 46% füstgáz 35% 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 m 3 /h-ról 3829 m 3 /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 m 3 /h) 3. táblázat Üzemeltetési program és teljesítményfelvétel fordulatszám-szabályozással, valamint anélkül Műszak Időtartam Térfogatáram, m 3 /h 1 2 3 Műszakváltás 7 óra 7 óra 7 óra 3 x 1 óra 4712 4123 3829 2356 Villamosenergiafelvétel, kw 224 218 215 140 Fordulatszámszabályozással, fogyasztás, kw 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: mgksz@info.omikk.bme.hu Értékesítés és marketing csoport: ertek@info.omikk.bme.hu