電磁加熱設(shè)備與鍋爐的環(huán)境和能源效益淺析

王 冰

（中國空間技術(shù)研究院，北京 100094）

當(dāng)前，國際社會越來越關(guān)注生態(tài)環(huán)境保護(hù)，習(xí)近平主席在G20提出中國堅(jiān)持創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放和共享的發(fā)展理念。其中，環(huán)境是經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)。推動節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新，加快節(jié)能環(huán)保設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用，推行清潔能源的利用是每個企業(yè)承擔(dān)的社會責(zé)任。同時，隨著北京市環(huán)保壓力的持續(xù)增加，傳統(tǒng)生產(chǎn)用鍋爐的高耗能，低效率、高污染的問題更加突出。本文以電磁加熱設(shè)備和燃?xì)忮仩t在某企業(yè)表面處理生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，探討其環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益變化。

1 企業(yè)燃?xì)忮仩t使用情況

該企業(yè)現(xiàn)有兩臺6 t天然氣鍋爐，主要為表面處理單元提供生產(chǎn)用蒸汽。2015年，全年燃?xì)赓M(fèi)支出達(dá)165萬元，2016年1季度燃?xì)赓M(fèi)支出45余萬元。同時，隨著燃?xì)狻⑺饶茉磧r格的不斷上漲，生產(chǎn)成本將持續(xù)增高。

根據(jù)實(shí)測，該天然氣鍋爐效率為83.82%，效率低于一般天然氣鍋爐的90%，且由于鍋爐房位置距生產(chǎn)車間較遠(yuǎn)，蒸汽管線達(dá)1.7 km，使得大量蒸汽熱量消耗在管路的加溫、保溫上。用司爐工的話說“冬季十噸蒸汽九噸消耗在管路上”，造成能源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。同時,蒸汽管道維護(hù)難度大，跑、冒、滴、漏現(xiàn)象時有發(fā)生，管道維護(hù)費(fèi)用較高，僅2016年上半年蒸汽管線維修費(fèi)支出22余萬元，且隨著使用年限的增加，其將呈逐年增加趨勢。

2 電磁加熱設(shè)備運(yùn)行情況

2.1 設(shè)備選型

由于表面處理工藝生產(chǎn)環(huán)境惡劣，處理槽中溶液多為腐蝕性酸堿溶液，在生產(chǎn)過程中，采用電熱管直接加熱方式存在安全風(fēng)險，且加熱管使用壽命短、熱效率低（熱效率在35%左右）。經(jīng)市場多次場調(diào)研，分析耗能對比、加熱方式（95℃熱水代替蒸汽）和自動化程度等，確定采用電磁變頻加熱技術(shù)和設(shè)備，替代現(xiàn)有的天然氣鍋爐加熱。

2.2 電磁加熱設(shè)備原理

電磁變頻感應(yīng)電磁設(shè)備的加熱主機(jī)采用水冷干式短路變壓器類型的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)際是短路加熱、渦流加熱、短路漏磁加熱的“三位一體”加熱方式，加熱穩(wěn)定高效。電磁變頻感應(yīng)鍋爐具有以下特點(diǎn)。

2.2.1 高能效

三位一體式的加熱方式，不僅利用電流中的有功功率，還將感應(yīng)電路的銅損、鐵損、雜散損耗及短路漏磁等無功功率轉(zhuǎn)化為水的熱能，在現(xiàn)階段國家規(guī)定的電加熱能效比等于產(chǎn)熱量/有功功率的前提下，經(jīng)國家權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測得出能效比達(dá)到1.056。

2.2.2 安全

設(shè)備為常壓設(shè)備，不存在帶壓隱憂；同時，設(shè)備運(yùn)行時，副邊外殼三相短路，其矢量之和等于0，外殼呈零電位，運(yùn)行十分安全。

2.2.3 水質(zhì)磁化不結(jié)垢

電設(shè)備的主機(jī)副邊外殼上的線圈與外殼之間形成磁化通道，水通過此通道加熱的同時被磁化，在電設(shè)備及燃?xì)庠O(shè)備的加熱腔體中均不結(jié)垢，設(shè)備發(fā)熱體的換熱效率不會衰減，保持長期穩(wěn)定高效。

2.2.4 使用壽命長

電設(shè)備本身參照變壓器國標(biāo)（GB）使用壽命標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計使用壽命20 a，在眾多已投入使用多的項(xiàng)目中均運(yùn)行平衡，無故障。燃?xì)庠O(shè)備的一般使用壽命在10～15年，常規(guī)電加熱管式的電設(shè)備加熱管使用半年到一年后,效率衰減嚴(yán)重，一般兩到三年即需要更換電加熱管。

表1 電磁鍋爐與傳統(tǒng)燃?xì)庹羝仩t加熱方式的優(yōu)勢比較

2.3 電磁加熱設(shè)備運(yùn)行效果及數(shù)據(jù)分析

為有效驗(yàn)證電磁加熱設(shè)備替代鍋爐的可能性，該企業(yè)確定了采用使用率高、加熱時間長、溫度要求嚴(yán)格和容積較大的化學(xué)工藝槽進(jìn)行試點(diǎn)。

2.3.1 電磁變頻加熱設(shè)備安裝、調(diào)試

磷酸陽極氧化生產(chǎn)線承擔(dān)著鋁合金產(chǎn)品磷酸陽極氧化生產(chǎn)任務(wù)，目前線上設(shè)有堿洗槽2個，槽內(nèi)溶液容積分別為4480 L和800 L，工藝規(guī)定溶液溫度范圍為70～95℃。2016年6月7日完成對2個化學(xué)除油槽電磁加熱設(shè)備的安裝，并開始為槽內(nèi)溶液加溫。兩臺電加熱設(shè)備功率分別為85 kW和15 kW，設(shè)備啟動時間分別設(shè)置為凌晨4：00和5：00開始加熱，加熱至早8：00槽內(nèi)溶液溫度至設(shè)定溫度（80℃），達(dá)到生產(chǎn)工藝要求，8：00至17：00設(shè)備采用變頻模式持續(xù)加溫，使槽內(nèi)溶液維持在設(shè)定溫度80±1℃。

2.3.2 電磁加熱設(shè)備數(shù)據(jù)分析

兩臺電磁加熱設(shè)備分別安裝獨(dú)立電能表，由專人每日對設(shè)備用電量進(jìn)行記錄。經(jīng)查該設(shè)備用電量記錄，兩臺電加熱設(shè)備6月7日至7月6日消耗電量分別為：4503 kW·h和1886 kW·h，電費(fèi)按1元/（kW·h）計算，兩臺電加熱設(shè)備6月份產(chǎn)生電費(fèi)6389元，如表2所示。

在安裝該電磁加熱設(shè)備后，經(jīng)核算，6月份燃動費(fèi)成本核算中蒸汽費(fèi)較5月份減少17萬余元（見表3），其中燃?xì)庀牧枯^5月份減少31387 m3，蒸汽消耗量較5月份減少488 t。電磁加熱設(shè)備對部門降低燃動成本初見效果。

表2 堿洗槽耗電量統(tǒng)計

表3 熱表中心2016年5、6月份蒸汽能源消耗量及費(fèi)用對比

3 電磁加熱設(shè)備運(yùn)行效果及綜合評價

通過兩個月的試用，兩臺電磁加熱設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，化學(xué)槽內(nèi)溶液溫度準(zhǔn)確，滿足生產(chǎn)工藝要求。該設(shè)備操作簡單，可由車間人員自行對該設(shè)備設(shè)定起停時間，調(diào)節(jié)、控制槽內(nèi)溶液溫度，電磁加熱設(shè)備以熱水為加熱介質(zhì)，確保了科研生產(chǎn)過程中的安全性和可靠性，并且設(shè)備安裝方便，可利用蒸汽管道現(xiàn)有接口，不用對槽體做改動。2016年7月25日，經(jīng)北京節(jié)能環(huán)保中心現(xiàn)場測試，電磁加熱設(shè)備（85 kW）能效比達(dá)99.15%，屬于高效節(jié)能類電加熱設(shè)備，電磁輻射＜0.5 v/m（北京市標(biāo)準(zhǔn)為＜10 v/m）,與手機(jī)輻射相當(dāng)，功率因數(shù)及諧波均符合北京市電力標(biāo)準(zhǔn)，對電網(wǎng)供電質(zhì)量無影響。

3.1 環(huán)境效益分析

方案實(shí)施后可完全取代天然氣鍋爐，天然氣鍋爐2015年消耗天然氣43萬m3。1 m3天然氣燃燒可產(chǎn)生10.5 m3廢氣，根據(jù)2015年鍋爐監(jiān)測報告中NOx監(jiān)測數(shù)據(jù)（148 mg/m3），方案實(shí)施后減排NOx668 kg。由于減少管路長度，可降低蒸汽及冷凝水損失，每年可節(jié)水6000 t。年耗電量189.76萬kW·h，年間接排放CO2排放1884.3 t。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

現(xiàn)有天然氣鍋爐平均每月運(yùn)行費(fèi)用約18萬元，每年運(yùn)行費(fèi)用216萬元。改為電磁鍋爐加熱后，電磁鍋爐功率總計2372 kW。鍋爐采用谷電進(jìn)行升溫，生產(chǎn)時進(jìn)入保溫狀態(tài)，按照運(yùn)行時間折算平均電價為0.7元/kW·h。該表面處理生產(chǎn)線為間歇性生產(chǎn)，平均每天生產(chǎn)4 h，全年生產(chǎn)200 d，因此計算全年電費(fèi)為：2372 kW×4 h×200 d×0.7元/（kW·h）=132.8萬元。因此，改造后年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用83.2萬元。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益核算

表4 方案經(jīng)濟(jì)效益分析表

4 結(jié)語

通過上述分析可得出，電磁加熱設(shè)備替代傳統(tǒng)鍋爐可行，且能夠有效降低企業(yè)的運(yùn)行成本，提高企業(yè)的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排降耗的目的。