我國力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。
工業(yè)爐電加熱
關(guān)于能源成本增加的爭論已經(jīng)引起了金屬生產(chǎn)和熱處理行業(yè)的供應(yīng)商考慮對爐子加熱系統(tǒng)的控制改進(jìn)。
降低能源成本仍然是一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域，成功的公司正設(shè)法通過集中投資這一業(yè)務(wù)領(lǐng)域來提高競爭力。本文旨在強(qiáng)調(diào)更大程度上的節(jié)約，這可以通過重視能源在熱處理設(shè)備周圍的使用和分配方式來實(shí)現(xiàn)。
能量監(jiān)測
由于大多數(shù)金屬供應(yīng)和熱處理過程行業(yè)都被審查，因此需要記錄和存儲(chǔ)批次和過程數(shù)據(jù)。隨著簡單通信電能計(jì)量設(shè)備的出現(xiàn)，將電廠用電量嵌入存儲(chǔ)記錄是控制系統(tǒng)的自然延伸。通過訪問實(shí)時(shí)和歷史格式的能源數(shù)據(jù)，用戶可以評(píng)估以下內(nèi)容：
◆瞬時(shí)總車間電力需求
◆單個(gè)熔爐的瞬時(shí)功率需求
◆針對爐料的能源使用
◆能源使用與電廠利用
◆針對客戶批次的財(cái)務(wù)成本計(jì)算
◆電廠甩負(fù)荷優(yōu)先級(jí)
將使用無線技術(shù)作為的一種經(jīng)濟(jì)高效的方式，通過以太網(wǎng)獲取和分發(fā)能源信息可以在內(nèi)部管理和工程客戶群實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)。經(jīng)驗(yàn)表明，在用戶能夠獲得能源數(shù)據(jù)的地方，總是可以確定節(jié)約的領(lǐng)域。
電能轉(zhuǎn)換方法
除了最復(fù)雜的加熱器負(fù)載(例如那些內(nèi)置隨溫度或復(fù)雜變壓器耦合負(fù)載而變化的電阻的元件材料)，建議采用簡單的全周期轉(zhuǎn)換方法來控制晶閘管的電能。
對于包括現(xiàn)代碳化硅在內(nèi)的簡單加熱器，相角(周期斬波)的持續(xù)使用通過低功率因數(shù)、對電源的諧波干擾和裝置周圍的射頻干擾對用戶造成不利影響。
圖1顯示了與單相和三相負(fù)載的相位角觸發(fā)相關(guān)的典型諧波干擾。從圖中可以看出，當(dāng)以90度角切換正弦波時(shí)，高比例的奇次諧波電流將被反射到電源中。
與相位角觸發(fā)相關(guān)的低功率因數(shù)是能源成本的主要考慮因素。由于大多數(shù)電氣裝置設(shè)計(jì)為在額定運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)下以50%左右的輸出功率運(yùn)行，在PA模式下運(yùn)行時(shí)，電源循環(huán)將在90度的最壞情況被切斷，在這些條件下，合成功率因數(shù)可低至0.72，而不是高于0.95的所需水平。基于計(jì)量類型和供電阻抗，這可能會(huì)對計(jì)費(fèi)值產(chǎn)生非常不利的影響，增加7-10%的成本，但對過程沒有好處。
兩種簡單的解決方案可以減少或克服與相角晶閘管控制相關(guān)的缺點(diǎn)：
①對于無法避免相位角控制的裝置，使用電子電源分接開關(guān)將自動(dòng)將功率因數(shù)和電源干擾降至最低。
圖2顯示了4抽頭切換控制系統(tǒng)的典型響應(yīng)。請注意，與基本曲線(50%需求為0.72)相比，大多數(shù)分接頭在臨界50%需求水平下的功率因數(shù)高于0.9。
②對于非復(fù)雜的加熱器負(fù)載，可以使用任何全循環(huán)點(diǎn)火模式，包括單循環(huán)和高級(jí)單循環(huán)切換方法，以滿足大多數(shù)常見加熱器的瓦特密度負(fù)載和熱質(zhì)量特性，同時(shí)消除低功率因數(shù)和諧波問題。
先進(jìn)的單循環(huán)對于短波紅外負(fù)載或希望將長脈沖電源對元件的影響降至最低的負(fù)載尤其有效。
對于電阻/溫度系數(shù)為正的元件材料，也可以使用智能晶閘管在元件電阻增加時(shí)從相角點(diǎn)火切換到全周期點(diǎn)火，以允許整個(gè)負(fù)載施加全電源電壓。
最小化鍋爐能量使用的算法和程序
人們早就認(rèn)識(shí)到，對鍋爐功率特性的分析可以指示爐子的性能。用戶正在使用功率模式識(shí)別來確定其處理設(shè)備上針對批量處理類型的操作變化。間歇熱處理循環(huán)在線功率監(jiān)測的最新進(jìn)展為均勻化、退火、正火和類似熱處理過程提供了鍋爐功率優(yōu)化解決方案。
在該應(yīng)用中，通過一種基于功耗導(dǎo)數(shù)的穩(wěn)態(tài)控制算法來識(shí)別庫存內(nèi)溫度已變得均勻的點(diǎn)。客戶正在使用此控制系統(tǒng)智能來識(shí)別達(dá)到平衡點(diǎn)，以縮短工藝時(shí)間，提高設(shè)備利用率，為客戶節(jié)省成本，而無需包括額外的工件監(jiān)視器傳感器。
非工作時(shí)間熔爐設(shè)定點(diǎn)控制
利用現(xiàn)代控制系統(tǒng)的智能化，可以自動(dòng)控制熱處理設(shè)備的非工作時(shí)間設(shè)定點(diǎn)。在下面所示的例子中，控制系統(tǒng)了解鍋爐的動(dòng)態(tài)，并能識(shí)別維持備用設(shè)定點(diǎn)所需的功率和達(dá)到運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)所需的功率。
溫控器有一個(gè)用戶屏幕，允許操作人員輸入所需的工作設(shè)定值和爐溫恢復(fù)所需的時(shí)間。溫控器使用鍋爐調(diào)諧信息和內(nèi)部實(shí)時(shí)鐘表，以確保鍋爐恢復(fù)到工作所需的工作設(shè)定點(diǎn)。
優(yōu)點(diǎn)是通過使用非工作時(shí)間的鍋爐調(diào)低，可以實(shí)現(xiàn)更加一致和可重復(fù)的節(jié)能。
均載減載技術(shù)
如果熱處理車間安裝了大量電熱熱處理設(shè)備，則通常需要對單個(gè)爐區(qū)或獨(dú)立爐按照順序燃燒，以將供應(yīng)波動(dòng)降至最低。通過使用智能晶閘管點(diǎn)火方法，可以通過可選擇的點(diǎn)火模式組合來限制與任何裝置相關(guān)的電涌和瞬時(shí)電源負(fù)載。在這種模式下，沒有一個(gè)區(qū)域同時(shí)打開，單個(gè)熔爐或區(qū)域的電力需求同步，以給工廠供電提供非常均勻的負(fù)荷。
左圖顯示了區(qū)域排序模式以及電廠負(fù)荷對供電的總體影響。這些優(yōu)點(diǎn)使客戶能夠在現(xiàn)有供應(yīng)的基礎(chǔ)上運(yùn)行更高的安裝設(shè)備。
通過在平滑功率水平上設(shè)置閾值來捕獲通過站點(diǎn)最大需求點(diǎn)的能量使用偏移，可以從該解決方案中獲得進(jìn)一步的好處。在閾值級(jí)別設(shè)置警報(bào)可以觸發(fā)優(yōu)先減載，從而避免代價(jià)高昂的超額電價(jià)懲罰。
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