Biaya energi adalah pengeluaran operasional terbesar untuk tungku perapian bogie berbahan bakar gas. Untuk tungku 5 MW yang beroperasi 6000 jam per tahun dengan gas alam seharga $0,35 per meter kubik, tagihan gas tahunan berkisar antara $400.000 hingga $500.000. Mengurangi biaya tersebut sebesar 15-25% akan menghemat $60.000 hingga $125.000 per tahun ke dalam anggaran operasional — cukup untuk membiayai peningkatan sistem kontrol secara menyeluruh dalam waktu dua hingga tiga tahun.
MONTE INTELLIGENCE telah melakukan audit energi pada puluhan tungku perapian bogie di lapangan. Kami menemukan bahwa sebagian besar tungku yang berusia lebih dari lima tahun memiliki peluang efisiensi energi yang tidak disadari oleh operatornya. Artikel ini menjelaskan metodologi audit kami dan temuan yang paling umum.
Audit energi dimulai dengan perhitungan keseimbangan panas. Untuk tungku batch yang memproses satu muatan per siklus, masukan panas adalah energi dari pembakaran bahan bakar, panas sensibel udara pembakaran (jika dipanaskan terlebih dahulu), dan panas yang dilepaskan oleh oksidasi beban kerja (kecil, biasanya diabaikan). Keluaran panas adalah panas bermanfaat yang diserap oleh beban kerja, panas yang hilang dalam gas buang, panas yang hilang melalui dinding dan pintu tungku, panas yang hilang karena infiltrasi udara, panas yang tersimpan dalam struktur tungku (dilepaskan selama pendinginan tetapi hilang di antara siklus), dan panas yang hilang melalui bukaan, segel, dan jalur lainnya.
Panas yang bermanfaat — energi yang benar-benar memanaskan benda kerja — dihitung dari massa benda kerja, panas spesifik, dan kenaikan suhu. Untuk beban baja 20 ton yang dipanaskan dari 20°C hingga 850°C dengan panas spesifik rata-rata 0,55 kJ/kg·K, panas yang bermanfaat adalah 20.000 × 0,55 × 830 = 9.130 MJ, atau sekitar 2536 kWh — kira-kira setara dengan 260 meter kubik gas alam.
Konsumsi gas total untuk satu siklus diukur oleh meteran gas tungku. Jika meteran menunjukkan konsumsi 520 meter kubik, efisiensi tungku adalah 260/520 = 50%. Sisa 260 meter kubik — sekitar $90 nilai gas per siklus — hilang melalui berbagai jalur kehilangan panas. Audit mengidentifikasi dan mengukur jalur kehilangan ini untuk menentukan di mana peluang penghematan berada.
Kehilangan panas melalui gas buang biasanya merupakan jalur kehilangan terbesar, menyumbang 30-50% dari total konsumsi gas. Gas buang keluar dari tungku pada suhu yang mendekati suhu operasi tungku — jika tungku berada pada suhu 1000°C, gas buang mungkin berada pada suhu 900-950°C — membawa sejumlah besar panas sensibel. Kandungan panas dapat dihitung dari laju aliran gas buang, suhu, dan komposisinya.
Mengurangi kehilangan gas buang melibatkan dua strategi: mengurangi kelebihan udara, dan memulihkan panas dari gas buang. Kelebihan udara adalah udara yang disuplai di atas kebutuhan stoikiometrik untuk pembakaran. Pada kelebihan udara 50% — pengaturan umum — volume gas buang sekitar 30% lebih tinggi daripada pada kelebihan udara 10%, dan udara tambahan tersebut harus dipanaskan dari suhu sekitar ke suhu gas buang. Mengurangi kelebihan udara dari 50% menjadi 10% dapat meningkatkan efisiensi tungku sebesar 3-5%. Hal ini membutuhkan kontrol penyesuaian oksigen pada pembakar — sensor lambda di saluran gas buang yang memberikan umpan balik waktu nyata ke peredam udara pembakaran.
Pemanfaatan panas limbah menggunakan penukar panas (recuperator) atau generator panas (regenerator) untuk mentransfer panas dari gas buang ke udara pembakaran. Pemanasan awal udara pembakaran hingga 400°C dapat meningkatkan efisiensi tungku sebesar 15-25% karena udara yang dipanaskan sebelumnya mengurangi jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk mencapai suhu pembakaran. Penukar panas (recuperator) — penukar panas gas-ke-gas, biasanya tipe tabung-dan-cangkang atau pelat — adalah teknologi yang paling umum dan dapat mencapai efektivitas pemulihan panas 50-60%. Pembakar regeneratif, yang menggunakan lapisan media keramik yang secara bergantian menyerap dan melepaskan panas, dapat mencapai pemulihan 80-90% tetapi dengan biaya modal yang lebih tinggi.
Kehilangan panas melalui dinding bergantung pada ketebalan lapisan tahan api, konduktivitas termal, dan suhu dinding luar. Untuk tungku yang beroperasi pada suhu 1000°C dengan isolasi serat keramik setebal 300 mm (konduktivitas 0,15 W/m·K pada suhu rata-rata), kehilangan panas melalui dinding kira-kira 500 W per meter persegi. Untuk tungku dengan luas dinding 100 meter persegi, itu berarti kehilangan panas terus-menerus sebesar 50 kW — sekitar 4,3 meter kubik gas per jam, atau sekitar $1,50 per jam.
Mengukur suhu permukaan dinding luar dengan termometer inframerah adalah teknik audit sederhana. Setiap area dinding yang suhunya lebih dari 20°C di atas rata-rata menunjukkan adanya celah pada insulasi, jangkar yang rusak, atau titik panas yang disebabkan oleh nyala api pembakar internal yang mengenai dinding. Titik-titik panas ini dapat diperbaiki selama pemadaman terjadwal dengan mengganti modul insulasi yang terpengaruh.
Kebocoran pintu dan segel adalah jalur kehilangan yang paling sulit diukur dan seringkali paling mudah diperbaiki. Celah 3 mm di sekeliling pintu berukuran 4 meter x 3 meter memiliki luas sekitar 0,042 meter persegi. Pada tekanan tungku tipikal 10 Pa, kebocoran gas panas melalui celah ini membawa energi yang signifikan — sekitar 10-15 kW untuk tungku 1000°C. Solusinya adalah penggantian segel pintu — pekerjaan yang membutuhkan waktu sekitar empat jam bagi kru pemeliharaan dan biaya beberapa ratus dolar untuk material.
Infiltrasi udara — udara dingin yang masuk ke dalam tungku melalui celah-celah pada struktur, di sekitar pintu, di sekitar lubang pembakar, dan melalui lubang inspeksi — adalah pencuri energi yang tersembunyi. Udara yang masuk tidak hanya membawa pergi panas (udara dingin yang masuk menggantikan gas panas yang harus keluar), tetapi juga menyebabkan oksidasi beban kerja dan dapat menciptakan zona suhu yang tidak seragam. Analisis pembakaran memberikan bukti tidak langsung tentang infiltrasi udara: jika kandungan oksigen dalam gas buang lebih tinggi dari yang diharapkan berdasarkan pengaturan pembakar, oksigen tambahan tersebut berasal dari infiltrasi.
Laporan audit harus mencakup daftar prioritas tindakan penghematan energi (ECM) dengan perkiraan biaya, perkiraan penghematan, dan periode pengembalian modal sederhana. ECM tipikal untuk tungku perapian bogie, berdasarkan urutan periode pengembalian modal yang meningkat, adalah: memperbaiki segel pintu (pengembalian modal <1 bulan), menyesuaikan rasio udara/gas pembakar (pengembalian modal <3 bulan), memperbaiki titik panas refraktori (pengembalian modal 3-6 bulan), memasang kontrol trim oksigen (pengembalian modal 6-12 bulan), dan memasang recuperator (pengembalian modal 12-24 bulan).
MONTE INTELLIGENCE menawarkan layanan audit energi yang mencakup pengukuran di lokasi, perhitungan keseimbangan panas, identifikasi ECM, dan dukungan implementasi.
Untuk menjadwalkan audit energi untuk tungku perapian bogie Anda, hubungi helenxu@cnlymonte.com.
