日本機械廠電氣加熱設(shè)備的節(jié)能改造

糜欣平 譯

（江蘇省電力公司 物流服務中心，南京 210024）

1 更換隔熱材料以減小電爐功耗

日本某機械廠對電氣加熱設(shè)備熱處理過程中使用的電阻爐實施了節(jié)能改造項目以降低電爐功耗。該爐不是處于常啟動狀態(tài)，每天早上啟動，經(jīng)過爐體加熱到作業(yè)溫度需要大量電能。其原因是爐壁的阻熱材料是采用耐火隔熱磚，吸熱量很大。

為此，將隔熱材料更新為陶瓷纖維，以降低材料的貯熱量與爐子的熱損耗。

爐壁厚度以150～300 mm計，使用陶瓷纖維材料后，爐子升溫需要功率（貯熱量）為270 kW，較原來減少了約25%。

材料的吸熱量與材料的厚度、密度、熱容成正比。由于陶瓷纖維的優(yōu)點是密度小，因此可減少材料的貯熱量。熱處理過程中爐內(nèi)熱損失為22 kW，改造后可節(jié)能50%。

熱損失與阻熱材料的熱導率成正比，與厚度成反比。因為陶瓷纖維熱導率低，所以即使厚度減小，但仍能發(fā)揮減少熱損的效果。表1為更新改造前后的效果。

表1 電阻爐更新改造前后的效果

通過改造，1天的功耗降低了43%，電爐功率降低了20%，升溫時間縮短了30%。

2 送入爐內(nèi)作業(yè)的產(chǎn)品適當減輕重量

某機械產(chǎn)品的生產(chǎn)制造工廠相關(guān)人員對廠內(nèi)正在使用的釬焊爐降低15%能耗的目標進行了探討。通過各種方案的試驗，發(fā)現(xiàn)電爐的所需功率、能耗與處理制品本身的加熱或冷卻相關(guān)，與制品的重量成正比。制品輕，電爐的功率、耗電量就小，這種現(xiàn)象很有利于平衡用電峰值和降低單位用電成本。

為此，剔除制品本身各部分可剔除的部分，減輕制品本身重量，使原來作業(yè)的772 kg的制品減小到675 kg。這一方式的采用，并不對生產(chǎn)產(chǎn)生損失，反而使電爐的功率與用電量減少了18%。

由于每個成品的輕量化處理，材料費的支出每月可節(jié)約53萬日元，同時處理時間縮短，使之達到增產(chǎn)約20%,效果超出預期。

3 在電氣爐入口處安裝金屬門簾

某一鏡子生產(chǎn)廠內(nèi)，金屬附著爐的部件入口與出口都是全開放形式的，因此熱能損失較大。雖然可根據(jù)部件的大小縮小端口的尺寸，但所采用的類似措施成效甚微。

經(jīng)過多次試驗，最終決定在進入爐內(nèi)部件的入口與出口處分別安裝不銹鋼簾子，減少外側(cè)冷空氣的進入與內(nèi)側(cè)熱量的外泄。啟用后熱效率提高約10%。

附著爐占該廠用電量比重最大，為所用電量的30%，所以更新改造后成效巨大，月用電量由原來的2萬kWh減少到1.94萬kWh，月節(jié)電600 kWh。更新改造總費用門簾2塊6萬日元，10個月就可回收投資成本。

進/出口端的門簾最好是能密封的，但受加工部件的送入與取出影響，對于部件連續(xù)進出的爐子，存在門簾安裝的困難。

端口開放的熱損耗一般是：下部的空氣進入，使爐內(nèi)冷卻受損；上部熱空氣外泄，使爐內(nèi)熱量受損。為防止上述2點，應盡量減少空氣流動，最好的方式是安裝擋板實現(xiàn)節(jié)能效果。

4 使用夜間低谷電力移峰填谷

在某一化學工廠內(nèi)，其生產(chǎn)過程是把密封于鼓形圓桶內(nèi)油脂物放入電氣爐內(nèi)加以解凍。由于受溶化溫度限制，溶化時間需要24 h，但常常在24 h后桶內(nèi)仍殘留固體油脂而不能完全化開。為達到工廠每天所需的解凍油脂量，每次都必須要多放入數(shù)桶解凍。為了縮短溶化時間，注意到了通過攪動爐內(nèi)空氣可使之達到加快溶化的效果。

本改造是撤去多余數(shù)量的油脂桶，留出空間安裝擋板，通過鼓風機使爐內(nèi)空氣產(chǎn)生流動。改造后，在18 h內(nèi)桶內(nèi)油脂完全得到溶化，實現(xiàn)每天早上溶化油脂可供使用。

本項改造費用：管道與鼓風機安裝9萬日元，爐內(nèi)擋板安裝2萬日元，保溫維修2萬日元，總費用約13萬日元。

改造前溶化用電量190 kWh，改造后為120 kWh，約節(jié)約70 kWh。1個月（25天）節(jié)約17500日元，僅需7個多月即可收回成本。

由于實現(xiàn)完全解凍，不需要多增加解凍備用桶從而節(jié)約了能源；縮短了溶化時間也避免了熱外泄從而降低熱損。同時，本解凍作業(yè)可以在工廠上班時間外的夜間進行，有效地實現(xiàn)電力調(diào)峰。

5 改造干燥容器設(shè)施實現(xiàn)節(jié)電

在某生產(chǎn)機械部件工廠，把清洗過的部件放入底部開有孔洞的托盤內(nèi)，然后送入箱型熱風干燥機內(nèi)進行干燥。需要干燥的部件除加工與干燥取件外均采用自動化，不需要人工參與，是生產(chǎn)過程中問題最少的一道工序。但是，干燥時間需要5 h，所以一天只能操作一次，其干燥時間成為該工序中最大瓶頸。

實踐發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)工序中產(chǎn)品部件放入托盤后其通風性很差，表面干燥很快而底部很難干燥。為此進行改良，把原來的托盤更改成網(wǎng)格形大筐，容器增大后干燥效率提高了20%，用時縮短為4 h，這樣可實現(xiàn)一天操作2次，每個部件的干燥用電量（單位能耗）下降了30%。

此項目改造費用：制作10個干燥容器合計為10萬日元。

干燥機的每日用電量與前期相比約增加了40%，但單件產(chǎn)品干燥的用電量由原來的0.4 kWh降為0.27 kWh，如果產(chǎn)量為1萬個，1個月約可節(jié)約電費1.3萬日元，而改造費用約8個月即可回收。

部件的干燥是讓水分蒸發(fā)，可通過風干去除水分，所以這也與干燥對象物件大小有關(guān)。為提高干燥效率，盡可能保持通風是關(guān)鍵所在。

6 紅外線干燥爐的余熱利用

某工廠通過一長廊形絕緣爐方式紅外線干燥裝置對棉制品進行粘結(jié)干燥。該裝置為三相220 V，功率37.5 kW（紅外線燈泡375 W、100個燈頭），干燥溫度為90℃，干燥量500個/天（7.5 h）。

當廠內(nèi)溫度低于15℃，或剛開機20～30 min時間內(nèi)，由于爐內(nèi)溫度低，即使紅外線幅射功率相同，粘結(jié)干燥效果也很不好。

基于此，在干燥爐中央的上部位置安裝一送風機吸口，改造成通過管道對干燥前棉制品粘結(jié)部件送熱風。該熱源來自爐壁等結(jié)構(gòu)物加熱時產(chǎn)生的余熱。即當爐溫超過70℃時，溫度開關(guān)動作送風機就開始運轉(zhuǎn)。當送風機啟動時，爐子中間至出口側(cè)所安裝的30個燈開關(guān)全部斷開。

這種方式使干燥裝置的用電量由37.5 kWh降至26.3 kWh，節(jié)約電能30%。廠內(nèi)電力使用高峰是夏季的白天，由于干燥機功耗的降低，平衡了工廠電力峰值。

更新改造后的效果如下：①在紅外線幅射作業(yè)前，利用爐壁余熱使綿制品粘接部件升溫，此時的熱利用率提高了30%；②干燥機的用電量下降了30%；③季節(jié)的溫差以及啟動時的爐內(nèi)低溫等問題得到解決；④干燥效果的提高解決了粘結(jié)不均現(xiàn)象，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。年節(jié)電量24000 kWh（年產(chǎn)量為15萬部件），本項投資設(shè)備改造費為25萬日元，約1年收回成本。

提高紅外線干燥爐的熱效率，必須注意做到如下幾點：①對不規(guī)則物體表面進行均勻加熱時，安裝的紅外線燈座的排列應考慮其合理性，保證無物體的陰面；②對熱導率低的材料進行加溫時，必須注意照度的均勻；③對熱源應有保護措施，不產(chǎn)生液體，以免損壞熱源；④從保護燈泡的角度出發(fā)，通風要好，盡量降低插座周圍的溫度；⑤要升高被干燥物的溫度；⑥被干燥物周圍的通風量要大。

7 利用除臭爐的廢熱供熱水

某一冷庫工廠由于能耗成本不斷提高，需要徹底解決節(jié)能問題，為此規(guī)劃了一項廢熱利用計劃，把能源利用率極差的加熱器進行了置換。本項工程的更新改造內(nèi)容涉及多方面，這里就其中一個最易理解的熱水供應應用作一介紹。

洗手間內(nèi)的熱水箱長期使用12 kW的電加熱器。而它的鄰近就有一個噴漆除臭裝置，有250℃的高溫氣體從排氣管道排出。管道的表面溫度可達150℃。為此進行更新利用，安裝一個熱交換器，通過高溫管道水的循環(huán)向洗手間供應熱水。

其應用結(jié)果是供水加熱器1個月內(nèi)用電量從3000 kWh減少到1000 kWh，年節(jié)省電能24000 kWh。

改造投資費用為70萬日元，投資額3年可回收。廢熱的利用還包括注塑成型機的排熱利用、蒸汽的有效利用、變壓器的排熱利用等。許多方面都是通過探究使之實現(xiàn)了應用，包括對空調(diào)系統(tǒng)的應用、生產(chǎn)流水線系統(tǒng)的應用等多個領(lǐng)域。

8 改進電阻焊機的無功分流損耗

某工廠是生產(chǎn)商品陳列架、工廠零件擺放架的廠家，生產(chǎn)過程中使用24臺電阻焊機（容量為90 kVA）對擱板、支撐柱等部件進行串聯(lián)點焊作業(yè)。由于串聯(lián)點焊方式可以2個點同時進行，其焊接速度與作業(yè)性很好，加上襯板側(cè)很少有污損或很少發(fā)生因部件形狀及鋼板的厚度而造成松動等情況，所以對于輕量級的焊接就一直采用這種電阻焊機進行作業(yè)。

但是，隨著加工架子種類的增加，大重量級的托板需要焊接時，不可避免地產(chǎn)生了不合格的產(chǎn)品，為此需要對該工藝進行改進。

從焊接的電流情況看，上側(cè)板、下側(cè)板以及襯板分3個回路電流分流。而其中焊接的有效電流僅是下側(cè)板與襯板，上側(cè)板的回路不僅無效，反而是當輸入電流超出所需值時會造成焊頭端電流密度升高而引起表面有欠損或電極污染現(xiàn)象。這時的上側(cè)板表面的回路損失電流是二次側(cè)焊接電流的40%。

更新改造方式是將焊接點直接通入電流，把二次側(cè)接線的其中一線接到電極端子，另一線與襯板相接。這一方式消除了鋼板上的無功電流，減小焊接電流并提高了焊接質(zhì)量。改造效果如表2所示。

表2 改造前后電流及用電量情況

僅改變電極的連接，更新費用基本是零，但月降低能耗29368 kWh。同時，由于提高了焊機的使用效率，功率值下降22%，很好地平衡了工廠的功率峰值。

好的點焊需要注意如下幾點：①被焊部件表面狀況必須良好，不應有起皮、銹跡、沾灰現(xiàn)象；②各部件必須是高精度的，結(jié)合面整體要均一吻合；③焊接條件（焊接電流、通電時間及電極加電壓）必須明確各材質(zhì)的標準；④電極頭的大小與形狀對焊點質(zhì)量影響很大，根據(jù)電極損耗情況，必須有修整工序。