Redukcja kosztów i zwiększenie efektywności, Zielona produkcja: Kompleksowe strategie i praktyki redukcji zużycia energii w produkcji pieców do hartowania szkła

Redukcja kosztów i zwiększenie efektywności, zielona produkcja: Kompleksowe strategie i praktyki redukcji zużycia energii w produkcji pieców do hartowania szkła

We współczesnym środowisku przemysłowym, które kładzie nacisk na zrównoważony rozwój i kontrolę kosztów, zużycie energii jest kluczową kwestią, której przemysł wytwórczy nie może uniknąć. Dla przemysłu głębokiej obróbki szkła, piec do hartowania, jako kluczowy element wyposażenia, jest również znany jako "duży konsument energii elektrycznej" i "znaczący konsument gazu". Poziom zużycia energii bezpośrednio wpływa na koszty produkcji, konkurencyjność rynkową i odpowiedzialność środowiskową przedsiębiorstwa. Dlatego systematyczna analiza i wdrażanie środków oszczędzania energii i redukcji zużycia dla pieców do hartowania szkła ma nie tylko istotną wartość ekonomiczną, ale także głębokie znaczenie społeczne. Niniejszy artykuł zbada kompleksowe strategie redukcji zużycia energii w piecach do hartowania szkła z wielu wymiarów, w tym wyposażenia, procesów, zarządzania i granic technologicznych.

I. Sprzęt jako podstawa: Zwiększanie efektywności energetycznej samego pieca do hartowania

Aby dobrze wykonać pracę, trzeba najpierw naostrzyć narzędzia. Zaawansowany technologicznie, dobrze zaprojektowany i dobrze utrzymany piec do hartowania jest podstawą do osiągnięcia oszczędności energii.

1. Optymalizacja wydajności izolacji termicznej pieca:

Proces ogrzewania w piecu do hartowania zasadniczo polega na konwersji energii elektrycznej lub gazowej na energię cieplną i przenoszeniu jej tak efektywnie, jak to możliwe, na szkła. Wydajność izolacji termicznej korpusu pieca jest kluczowa. Wysokiej jakości materiały izolacyjne (takie jak wysokowydajna wełna ceramiczna, płyty krzemianu glinu itp.) oraz naukowy projekt warstwy izolacyjnej mogą zminimalizować straty ciepła przez korpus pieca. Przedsiębiorstwa powinny regularnie sprawdzać uszczelnienie pieca i niezwłocznie wymieniać starzejące się lub uszkodzone materiały izolacyjne, aby zapewnić, że komora pieca może utrzymywać temperaturę przez dłuższy czas, nawet w stanie nieoperacyjnym, zmniejszając zużycie energii wymagane do ponownego nagrzewania.

2. Wydajność i układ elementów grzejnych:

• Piece elektryczne: Zastosowanie elektrycznych elementów grzejnych z rur promieniujących jest bardziej wydajne, ma dłuższą żywotność i zapewnia bardziej równomierny rozkład ciepła niż grzanie drutem oporowym. Rozsądne rozmieszczenie mocy i rozmieszczenie elementów grzejnych w celu zapewnienia równomiernego pola termicznego wewnątrz pieca może uniknąć marnowania energii spowodowanego przedłużonym czasem nagrzewania z powodu lokalnego przegrzania lub niewystarczającego nagrzewania.
• Piece gazowe: Zastosowanie wysokowydajnych palników niskonitrogenowych w połączeniu z inteligentnymi systemami kontroli proporcjonalnej pozwala na precyzyjną kontrolę stosunku mieszanki gazu i powietrza w oparciu o temperaturę pieca, osiągając pełne spalanie i unikając strat ciepła z powodu niepełnego spalania lub nadmiernego stosunku powietrza do paliwa. Technologia palników regeneracyjnych (RTO) jest dojrzała w wysokotemperaturowych piecach przemysłowych; odzyskuje ciepło jawne ze spalin w celu podgrzania powietrza do spalania, co może znacznie zmniejszyć zużycie gazu.

3. Utrzymanie stanu rolek ceramicznych:

Rolki ceramiczne pracujące w przedłużonych wysokich temperaturach będą gromadzić szkła lotne związki (głównie związki o niskiej temperaturze topnienia utworzone z tlenku sodu i tlenku siarki) i pył na powierzchni, tworząc warstwę szkliwa. Warstwa ta utrudnia przenoszenie ciepła na szkła, co prowadzi do wydłużonego czasu nagrzewania i zwiększonego zużycia energii. Regularne (zalecane co tydzień) czyszczenie i polerowanie rolek ceramicznych w celu utrzymania gładkości powierzchni i dobrej przewodności cieplnej jest najprostszą i najbardziej bezpośrednią skuteczną metodą zapewnienia wydajności ogrzewania.
4. Precyzyjna kontrola systemu chłodzenia:
Etap chłodzenia w procesie hartowania również zużywa ogromne ilości energii (głównie energii elektrycznej dla wentylatorów). Zastosowanie wysokociśnieniowych wentylatorów odśrodkowych z regulacją częstotliwości pozwala na precyzyjną regulację ciśnienia i objętości powietrza w oparciu o grubość, specyfikację i wymagania dotyczące stopnia hartowania szkła, unikając marnowania energii poprzez "używanie młota do rozłupywania orzecha". Optymalizacja układu i kąta dysz kratki powietrznej w celu zapewnienia, że strumień chłodzącego powietrza działa równomiernie i wydajnie na powierzchni szkła, może skrócić czas chłodzenia lub obniżyć moc wentylatora, jednocześnie zapewniając jakość hartowania.

II. Proces jako rdzeń: Optymalizacja każdego parametru procesu hartowania

Używanie sprzętu "inteligentnie" jest ważniejsze niż posiadanie samego sprzętu. Naukowe ustawienie parametrów procesu jest kluczowym ogniwem w osiąganiu oszczędności energii i redukcji zużycia.

1. Rozsądny schemat załadunku:

• Praca z pełnym obciążeniem: Zużycie energii pieca do hartowania nie jest w pełni liniowe w stosunku do obciążenia, ale generalnie im wyższy wskaźnik obciążenia na piec, tym niższe zużycie energii przypadające na metr kwadratowy szkła. Dlatego harmonogram produkcji powinien dążyć do zapewnienia, że piec do hartowania pracuje blisko pełnej wydajności, unikając produkcji "w połowie pełnej" lub "sporadycznej".
• Naukowe rozmieszczenie i układ: Rozsądne rozmieszczenie arkuszy szkła wewnątrz pieca, zapewniając odpowiednie szczeliny między arkuszami a między szkłem a ścianami pieca (zazwyczaj 40-60 mm), ułatwia cyrkulację gorącego powietrza i zapewnia równomierne ogrzewanie. Szczeliny, które są zbyt małe, utrudniają przepływ powietrza, powodując nierównomierne ogrzewanie; szczeliny, które są zbyt duże, zmniejszają wydajność na piec i zwiększają jednostkowe zużycie energii.

2. Zoptymalizowana krzywa grzewcza:

Jest to najważniejszy aspekt oszczędzania energii w procesie. Krzywa grzewcza powinna być ustawiana indywidualnie w oparciu o grubość, kolor, rozmiar, powłokę szkła oraz rzeczywistą temperaturę pieca.

• Zróżnicowanie według grubości: Szkło o różnych grubościach ma różne charakterystyki absorpcji ciepła i wymagania dotyczące uwalniania naprężeń. Grube szkła wymaga ogrzewania "niską temperaturą, długim czasem", aby zrównoważyć temperaturę między warstwami wewnętrznymi i zewnętrznymi; cienkie szkła wymaga ogrzewania "wysoką temperaturą, krótkim czasem", aby zapobiec przegrzaniu i deformacji. Niewłaściwe ustawienia prowadzą do marnowania energii i wad produktów.
• Ustawienie temperatury: Zakładając, że szkła osiąga punkt mięknienia i kończy relaksację naprężeń, ustawienie temperatury pieca nie powinno być zwiększane w sposób ślepy. Zbyt wysokie temperatury pieca nie tylko marnują energię, ale mogą również spowodować, że szkła stanie się nadtopione, prowadząc do problemów z jakością, takich jak wżery i fale. Znalezienie minimalnej krytycznej temperatury ogrzewania dla każdego produktu poprzez eksperymenty jest ciągłym kierunkiem dla ciągłego oszczędzania energii.
• Czas ogrzewania: Precyzyjnie oblicz i ustaw czas ogrzewania, unikając nieefektywnego czasu "trzymania". Wykorzystanie inteligentnego systemu sterowania nowoczesnych pieców do hartowania do automatycznego przejścia do etapu chłodzenia natychmiast po zakończeniu ogrzewania.

3. Udoskonalenie procesu chłodzenia:
Ciśnienie chłodzenia jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu grubości szkła. Dla szkła o grubości 12 mm wymagane ciśnienie powietrza wynosi tylko jedną czwartą ciśnienia dla szkła o grubości 6 mm. Dlatego ciśnienie powietrza musi być ustawione precyzyjnie w zależności od grubości. Zbyt wysokie ciśnienie powietrza nie tylko marnuje energię elektryczną, ale może również rozbić szkło lub doprowadzić do słabej płaskości.

III. Zarządzanie jako gwarancja: Budowanie systemu oszczędzania energii z pełnym udziałem

Najlepszy sprzęt i procesy wymagają ścisłych systemów zarządzania i wysokiej jakości personelu do wdrożenia.

1. Optymalizacja planowania i harmonogramu produkcji:
Dział planowania produkcji powinien ściśle współpracować ze sprzedażą i magazynem, aby spróbować zaplanować produkcję dla zamówień na szkła o tej samej grubości, kolorze i specyfikacji w partiach. Może to zmniejszyć regulacje temperatury i czas oczekiwania wymagane dla pieca do hartowania z powodu częstych zmian parametrów procesu, utrzymując ciągłość i stabilność produkcji, a tym samym zmniejszając ogólne zużycie energii.
2. Uinstytucjonalizowanie konserwacji sprzętu:
Ustanowić i ściśle wdrożyć plan konserwacji zapobiegawczej (PM) dla sprzętu. Obejmuje to, ale nie ogranicza się do: regularnego czyszczenia komory pieca, czyszczenia rolek ceramicznych, sprawdzania elementów grzejnych i termopar, kalibracji czujników temperatury i konserwacji systemu wentylatorów. "Zdrowy" element wyposażenia jest warunkiem wstępnym wydajnej i niskoemisyjnej eksploatacji.
3. Szkolenia personelu i podnoszenie świadomości:
Operatorzy są na pierwszej linii oszczędzania energii. Wzmocnij ich szkolenia, aby głęboko zrozumieli wpływ parametrów procesu na zużycie energii i jakość, oraz pielęgnuj nawyki oszczędzania energii. Na przykład rozwijanie dobrych nawyków operacyjnych, takich jak szybkie zamykanie drzwi pieca, obniżanie temperatury w trybie gotowości w okresach bezprodukcyjnych i dokładne wprowadzanie parametrów szkła.
4. Pomiar i monitorowanie energii:
Zainstaluj podliczniki energii elektrycznej i gazu, aby monitorować i statystycznie analizować konkretne zużycie pieca do hartowania (np. kWh/metr kwadratowy lub metry sześcienne gazu/metr kwadratowy) w czasie rzeczywistym. Poprzez porównanie danych można intuicyjnie zidentyfikować nieprawidłowości w zużyciu energii, prześledzić przyczyny i zapewnić podstawę ilościową do oceny efektów oszczędzania energii.

IV. Innowacja to przyszłość: Wykorzystanie nowych technologii i materiałów

Oszczędzanie energii i redukcja zużycia to procesy ciągłe, które wymagają stałej uwagi i wprowadzania nowych technologii.

1. Technologia spalania tlenowo-paliwowego:
Dla pieców gazowych, zastosowanie spalania tlenowo-paliwowego zamiast spalania wspomaganego powietrzem może radykalnie zmniejszyć objętość spalin, zwiększyć temperaturę płomienia i wydajność wymiany ciepła, a teoretycznie zaoszczędzić 20%-30% energii. Chociaż początkowa inwestycja jest wysoka, długoterminowe korzyści ekonomiczne i środowiskowe są znaczące.
2. Inteligentne i Big Data:
Wykorzystaj technologię IoT do połączenia pieca do hartowania z platformą chmurową, zbierając ogromne ilości danych produkcyjnych (temperatura, ciśnienie, czas, zużycie energii itp.). Poprzez analizę dużych zbiorów danych i algorytmy AI, system może uczyć się samodzielnie i rekomendować optymalne parametry procesu, osiągając "adaptacyjną" produkcję oszczędzającą energię. To kierunek rozwoju przyszłej inteligentnej produkcji.
3. Odzysk i wykorzystanie ciepła odpadowego:
Spaliny odprowadzane z pieca do hartowania mają wysoką temperaturę 400-500°C, zawierając dużą ilość energii cieplnej. Wymienniki ciepła mogą być wykorzystywane do wykorzystania tego ciepła odpadowego do podgrzewania powietrza do spalania, ogrzewania wody użytkowej lub dostarczania ciepła do innych procesów, osiągając kaskadowe wykorzystanie energii.
4. Wyzwania i odpowiedzi w stosowaniu szkła Low-E o wysokiej przepuszczalności:
Wraz ze wzrostem wymagań dotyczących efektywności energetycznej budynków, rośnie zapotrzebowanie na hartowanie online lub offline szkła Low-E. Powłoka na tego typu szkła ma wysoką refleksyjność dla promieniowania dalekiej podczerwieni, co utrudnia ogrzewanie i znacznie zwiększa zużycie energii w tradycyjnych procesach. Dla takiego szkła piec do hartowania potrzebuje bardziej wydajnego systemu ogrzewania konwekcyjnego. Wymuszona konwekcja wewnątrz pieca, wykorzystująca gorące powietrze do bezpośredniego nadmuchu na powierzchnię szkła w celu przełamania "bariery" ogrzewania promieniowaniem, może skutecznie poprawić wydajność ogrzewania i skrócić czas ogrzewania. Jest to kluczowa technologia do osiągnięcia niskoemisyjnej produkcji w głębokiej obróbce wysokiej klasy szkła energooszczędnego.

Podsumowanie

Redukcja zużycia energii w piecach do hartowania szkła jest projektem systematycznym, obejmującym sprzęt, procesy, zarządzanie i technologię. Żaden pojedynczy "srebrny pocisk" nie może rozwiązać wszystkich problemów. Wymaga to od przedsiębiorstw ustanowienia pełnego cyklu życia kosztów i koncepcji zielonego rozwoju, począwszy od inwestowania w wydajny sprzęt, poprzez skrupulatne zarządzanie każdym szczegółem produkcji, aż po ciągłe dążenie do innowacji technologicznych i wzmacniania pozycji personelu. Tylko dzięki temu wieloaspektowemu i wytrwałemu wysiłkowi przedsiębiorstwa mogą zyskać przewagę kosztową w zaciętej konkurencji rynkowej, jednocześnie wypełniając swoją odpowiedzialność społeczną za ochronę środowiska, ostatecznie osiągając sytuację korzystną dla obu stron, zarówno pod względem korzyści ekonomicznych, jak i społecznych.