日本机械厂电气加热设备的节能改造

糜欣平 译

（江苏省电力公司 物流服务中心，南京 210024）

1 更换隔热材料以减小电炉功耗

日本某机械厂对电气加热设备热处理过程中使用的电阻炉实施了节能改造项目以降低电炉功耗。该炉不是处于常启动状态，每天早上启动，经过炉体加热到作业温度需要大量电能。其原因是炉壁的阻热材料是采用耐火隔热砖，吸热量很大。

为此，将隔热材料更新为陶瓷纤维，以降低材料的贮热量与炉子的热损耗。

炉壁厚度以150～300 mm计，使用陶瓷纤维材料后，炉子升温需要功率（贮热量）为270 kW，较原来减少了约25%。

材料的吸热量与材料的厚度、密度、热容成正比。由于陶瓷纤维的优点是密度小，因此可减少材料的贮热量。热处理过程中炉内热损失为22 kW，改造后可节能50%。

热损失与阻热材料的热导率成正比，与厚度成反比。因为陶瓷纤维热导率低，所以即使厚度减小，但仍能发挥减少热损的效果。表1为更新改造前后的效果。

表1 电阻炉更新改造前后的效果

通过改造，1天的功耗降低了43%，电炉功率降低了20%，升温时间缩短了30%。

2 送入炉内作业的产品适当减轻重量

某机械产品的生产制造工厂相关人员对厂内正在使用的钎焊炉降低15%能耗的目标进行了探讨。通过各种方案的试验，发现电炉的所需功率、能耗与处理制品本身的加热或冷却相关，与制品的重量成正比。制品轻，电炉的功率、耗电量就小，这种现象很有利于平衡用电峰值和降低单位用电成本。

为此，剔除制品本身各部分可剔除的部分，减轻制品本身重量，使原来作业的772 kg的制品减小到675 kg。这一方式的采用，并不对生产产生损失，反而使电炉的功率与用电量减少了18%。

由于每个成品的轻量化处理，材料费的支出每月可节约53万日元，同时处理时间缩短，使之达到增产约20%,效果超出预期。

3 在电气炉入口处安装金属门帘

某一镜子生产厂内，金属附着炉的部件入口与出口都是全开放形式的，因此热能损失较大。虽然可根据部件的大小缩小端口的尺寸，但所采用的类似措施成效甚微。

经过多次试验，最终决定在进入炉内部件的入口与出口处分别安装不锈钢帘子，减少外侧冷空气的进入与内侧热量的外泄。启用后热效率提高约10%。

附着炉占该厂用电量比重最大，为所用电量的30%，所以更新改造后成效巨大，月用电量由原来的2万kWh减少到1.94万kWh，月节电600 kWh。更新改造总费用门帘2块6万日元，10个月就可回收投资成本。

进/出口端的门帘最好是能密封的，但受加工部件的送入与取出影响，对于部件连续进出的炉子，存在门帘安装的困难。

端口开放的热损耗一般是：下部的空气进入，使炉内冷却受损；上部热空气外泄，使炉内热量受损。为防止上述2点，应尽量减少空气流动，最好的方式是安装挡板实现节能效果。

4 使用夜间低谷电力移峰填谷

在某一化学工厂内，其生产过程是把密封于鼓形圆桶内油脂物放入电气炉内加以解冻。由于受溶化温度限制，溶化时间需要24 h，但常常在24 h后桶内仍残留固体油脂而不能完全化开。为达到工厂每天所需的解冻油脂量，每次都必须要多放入数桶解冻。为了缩短溶化时间，注意到了通过搅动炉内空气可使之达到加快溶化的效果。

本改造是撤去多余数量的油脂桶，留出空间安装挡板，通过鼓风机使炉内空气产生流动。改造后，在18 h内桶内油脂完全得到溶化，实现每天早上溶化油脂可供使用。

本项改造费用：管道与鼓风机安装9万日元，炉内挡板安装2万日元，保温维修2万日元，总费用约13万日元。

改造前溶化用电量190 kWh，改造后为120 kWh，约节约70 kWh。1个月（25天）节约17500日元，仅需7个多月即可收回成本。

由于实现完全解冻，不需要多增加解冻备用桶从而节约了能源；缩短了溶化时间也避免了热外泄从而降低热损。同时，本解冻作业可以在工厂上班时间外的夜间进行，有效地实现电力调峰。

5 改造干燥容器设施实现节电

在某生产机械部件工厂，把清洗过的部件放入底部开有孔洞的托盘内，然后送入箱型热风干燥机内进行干燥。需要干燥的部件除加工与干燥取件外均采用自动化，不需要人工参与，是生产过程中问题最少的一道工序。但是，干燥时间需要5 h，所以一天只能操作一次，其干燥时间成为该工序中最大瓶颈。

实践发现：现工序中产品部件放入托盘后其通风性很差，表面干燥很快而底部很难干燥。为此进行改良，把原来的托盘更改成网格形大筐，容器增大后干燥效率提高了20%，用时缩短为4 h，这样可实现一天操作2次，每个部件的干燥用电量（单位能耗）下降了30%。

此项目改造费用：制作10个干燥容器合计为10万日元。

干燥机的每日用电量与前期相比约增加了40%，但单件产品干燥的用电量由原来的0.4 kWh降为0.27 kWh，如果产量为1万个，1个月约可节约电费1.3万日元，而改造费用约8个月即可回收。

部件的干燥是让水分蒸发，可通过风干去除水分，所以这也与干燥对象物件大小有关。为提高干燥效率，尽可能保持通风是关键所在。

6 红外线干燥炉的余热利用

某工厂通过一长廊形绝缘炉方式红外线干燥装置对棉制品进行粘结干燥。该装置为三相220 V，功率37.5 kW（红外线灯泡375 W、100个灯头），干燥温度为90℃，干燥量500个/天（7.5 h）。

当厂内温度低于15℃，或刚开机20～30 min时间内，由于炉内温度低，即使红外线幅射功率相同，粘结干燥效果也很不好。

基于此，在干燥炉中央的上部位置安装一送风机吸口，改造成通过管道对干燥前棉制品粘结部件送热风。该热源来自炉壁等结构物加热时产生的余热。即当炉温超过70℃时，温度开关动作送风机就开始运转。当送风机启动时，炉子中间至出口侧所安装的30个灯开关全部断开。

这种方式使干燥装置的用电量由37.5 kWh降至26.3 kWh，节约电能30%。厂内电力使用高峰是夏季的白天，由于干燥机功耗的降低，平衡了工厂电力峰值。

更新改造后的效果如下：①在红外线幅射作业前，利用炉壁余热使绵制品粘接部件升温，此时的热利用率提高了30%；②干燥机的用电量下降了30%；③季节的温差以及启动时的炉内低温等问题得到解决；④干燥效果的提高解决了粘结不均现象，实现产品质量的稳定。年节电量24000 kWh（年产量为15万部件），本项投资设备改造费为25万日元，约1年收回成本。

提高红外线干燥炉的热效率，必须注意做到如下几点：①对不规则物体表面进行均匀加热时，安装的红外线灯座的排列应考虑其合理性，保证无物体的阴面；②对热导率低的材料进行加温时，必须注意照度的均匀；③对热源应有保护措施，不产生液体，以免损坏热源；④从保护灯泡的角度出发，通风要好，尽量降低插座周围的温度；⑤要升高被干燥物的温度；⑥被干燥物周围的通风量要大。

7 利用除臭炉的废热供热水

某一冷库工厂由于能耗成本不断提高，需要彻底解决节能问题，为此规划了一项废热利用计划，把能源利用率极差的加热器进行了置换。本项工程的更新改造内容涉及多方面，这里就其中一个最易理解的热水供应应用作一介绍。

洗手间内的热水箱长期使用12 kW的电加热器。而它的邻近就有一个喷漆除臭装置，有250℃的高温气体从排气管道排出。管道的表面温度可达150℃。为此进行更新利用，安装一个热交换器，通过高温管道水的循环向洗手间供应热水。

其应用结果是供水加热器1个月内用电量从3000 kWh减少到1000 kWh，年节省电能24000 kWh。

改造投资费用为70万日元，投资额3年可回收。废热的利用还包括注塑成型机的排热利用、蒸汽的有效利用、变压器的排热利用等。许多方面都是通过探究使之实现了应用，包括对空调系统的应用、生产流水线系统的应用等多个领域。

8 改进电阻焊机的无功分流损耗

某工厂是生产商品陈列架、工厂零件摆放架的厂家，生产过程中使用24台电阻焊机（容量为90 kVA）对搁板、支撑柱等部件进行串联点焊作业。由于串联点焊方式可以2个点同时进行，其焊接速度与作业性很好，加上衬板侧很少有污损或很少发生因部件形状及钢板的厚度而造成松动等情况，所以对于轻量级的焊接就一直采用这种电阻焊机进行作业。

但是，随着加工架子种类的增加，大重量级的托板需要焊接时，不可避免地产生了不合格的产品，为此需要对该工艺进行改进。

从焊接的电流情况看，上侧板、下侧板以及衬板分3个回路电流分流。而其中焊接的有效电流仅是下侧板与衬板，上侧板的回路不仅无效，反而是当输入电流超出所需值时会造成焊头端电流密度升高而引起表面有欠损或电极污染现象。这时的上侧板表面的回路损失电流是二次侧焊接电流的40%。

更新改造方式是将焊接点直接通入电流，把二次侧接线的其中一线接到电极端子，另一线与衬板相接。这一方式消除了钢板上的无功电流，减小焊接电流并提高了焊接质量。改造效果如表2所示。

表2 改造前后电流及用电量情况

仅改变电极的连接，更新费用基本是零，但月降低能耗29368 kWh。同时，由于提高了焊机的使用效率，功率值下降22%，很好地平衡了工厂的功率峰值。

好的点焊需要注意如下几点：①被焊部件表面状况必须良好，不应有起皮、锈迹、沾灰现象；②各部件必须是高精度的，结合面整体要均一吻合；③焊接条件（焊接电流、通电时间及电极加电压）必须明确各材质的标准；④电极头的大小与形状对焊点质量影响很大，根据电极损耗情况，必须有修整工序。