前言：
為了響應國家節能減排號召，進一步降低公司生產成本，保持設備安全、優質、經 濟運行。針對我公司A5、A6兩臺時效爐在運行中存在溫升曲線差、電耗和天然氣消耗過大等問題，對時效爐能耗高的具體原因進行分析并進行節能降耗改造意義重大。時效爐能耗高的原因有很多，本文通過對我公司時效爐能耗高的主要原因進行分析，對時效爐在升溫和保溫階段，循環風機的最佳轉速控制進行深入研究，通過修改PLC程序和變頻器參數，合理控制風機轉速，達到節約能耗目的。
1、鋁型材時效爐用途及結構簡介。
1.1、設備用途。
鋁合金時效爐主要用于鋁合金型材的時效處理。通過時效處理，可以使鋁合金強度和硬度大幅度提高，同時可以減少鋁合金材料的應力集中、變形等問題。
1.2、時效爐結構簡介。 我公司時效爐主要由保溫爐體、爐門裝置、加熱系統、熱風循環系統、臺車裝置及電氣控制系統等部分組成。 加熱系統采用1臺瑞典百通BG600燃氣燃燒機，燃料為壓縮天然氣。為確保爐溫均勻性，爐體頂部設75KW離心式循環風機1臺，并合理配置爐內熱風循環導流系統，使爐內氣流分配均勻，爐內溫差小，又保證了加熱速度與加熱質量。爐體采用內外兩層鋼板焊接而成的全金屬形結構，中間均勻填充硅酸鋁耐火纖維保溫，降低爐壁溫升。爐門采用電動式升降爐門，爐門壓緊采用氣動聯桿式四點平衡壓緊機構。臺車牽引機構采用鏈條式。
1.3、溫控系統 由觸摸屏、S7-200PLC、四支熱電偶、8通道無紙溫度記錄儀組成。升溫溫度、保溫溫度、升溫時間、保溫時間可分別在觸摸屏上進行設置。 溫度控制采用級聯控制方式，即由4支溫度熱電偶采集的時效爐內溫度信號送入PLC的閉環控制模塊經冷端補償，線性化處理，與觸摸屏給定值一起經運算，其結果與爐溫度熱電偶采集的溫度信號，再經PLC運算處理后，輸出給燃氣燃燒機，從而控制火焰大小，達到溫度自動調節的目的。同時通過PLC程序控制模擬量輸出模塊，輸出DC0-10V模擬量至變頻器，變頻器輸出相應的頻率來控制循環風機的轉速，以改變爐內空氣的對流速度，使爐內空氣溫度達到均勻化，完成鋁型材時效的目的。
2、興發鋁業技改前時效爐設備的現狀：
興發鋁業擠壓車間A5、A6時效爐均由某公司制造，加熱系統均采用1臺BG600天然氣燃燒機，目前我公司主要時效的型材為6061和6082，升溫時間一般設定為1小時左右，保溫時間一般設定為6.5-7.5小時。每臺時效爐主要用電設備為75KW三相異步通風機1臺，采用PLC+變頻器自動控制風機的轉速，廠家設計的風機轉速控制程序為在風機換向時程序輸出的頻率為52.9HZ，不換向時輸出頻率為57.02HZ。平均每噸鋁材時效耗電量為36KWh/噸。 天然氣平均耗氣量為10.3 m3 /噸。 我們通過多次溫度在線測量（參考7.4項升溫曲線圖），發現在升溫階段各部位溫差較大，在保溫階段曲線不夠平直，證明該時效爐溫度控制效果不理想。
3、時效爐能耗高的一般原因分析
由時效爐的結構可以看出，時效爐的能源消耗主要包括由于加熱所產生的天然氣消耗和75KW循環風機產生的電能消耗。
導致能耗高的可能原因分析如下：
3.1、時效爐爐體保溫效果差。 當爐體保溫效果差時，會使爐內熱空氣通過熱傳導輻射到爐周圍空氣中，這勢必會造成升溫速度慢，不能滿足時效爐時效前期快速升溫的要求，同時會造成燃燒機頻繁啟動、加熱時間延長，造成不必要的天然氣浪費。 3.2、爐門關閉不嚴。 爐門關閉不嚴同樣會造成爐內能量的泄漏，增大天然氣消耗。
3.3、燃燒機燃燒效率低。 燃燒機燃燒時，天然氣和助燃風混合比例不合適，是造成燃燒機效率低的主要原因。天然氣比例過小時燃燒機容易熄火，天然氣比例大時，天然氣燃燒不充分，未燃燒的天然氣會通過排煙系統排出爐外，這樣就會造成天然氣的白白浪費，同時升溫效果差。所以天然氣和助燃風混合比例調整合適是減少天然氣消耗的主要方法。燃燒機火焰長度一般以剛好出燒嘴口為宜，火焰形狀為“毛筆”形，火焰根部應從槍口噴出，不能“脫火”，火焰顏色分里外兩層，中間為淡藍色，外層為淡紅色，火焰應強勁有力。
3.4、天然氣質量差、熱值低。 天然氣各組成成分主要包括辛烷、三甲基戊烷、甲苯、甲烷、已烷、丁烷等30多種成分。其中也包括二氧化碳、氣態水、空氣及一些惰性氣體。天然氣質量差會使天然氣發熱量降低，直接造成天然氣能耗的增加。
3.5、排煙系統沒有經過二次利用，直接排出爐外。 對煙氣進行二次利用可以有效提高能量利用率，減少能源消耗。
3.6、一次裝爐量過小、兩次裝爐時間間隔太長，時效爐整體利用率低。 時效爐裝爐量過低時應適當縮短保溫時間，保溫時間的選擇應根據鋁型材的壁厚和裝料的緊密程度來確定。這樣既可以滿足時效工藝，也可以有效降低天然氣及電能的消耗。兩次裝爐間隔時間過長時，爐內溫度已降低很多，開始時效時爐壁就會吸收一些熱量以達到熱平衡，造成天然氣能耗的增加。
3.7、循環風機轉速設置不合理。 我公司時效爐循環風機的功率為75KW ,采用變頻器控制。我們知道電機的輸出功率和轉速的三次方成正比，即P∝n3。在滿足工藝的前提下，如果電機轉速設置過高就會造成電能的不必要浪費。因此，合理設置風機轉速是減少電能損耗的有效措施。 時效爐能耗高的原因很多，各單位應根據時效爐的具體情況進行分析，采取有效措施，在滿足時效工藝的前提下，盡可能降低天然氣和電能消耗。
4、時效過程中風機轉速不合理的后果
鋁材時效過程一般分為升溫和保溫兩個階段，保溫時間比升溫時間一般要長。在升溫階
段，為了滿足快速升溫的要求，風機轉速較高，以加快熱空氣對流速度，滿足鋁型材從常溫升到180度左右溫度，當然不同型號的鋁型材升溫溫度有所不同。在保溫階段，隨著時間的延長，鋁型材各部分已充分被加熱，爐內熱空氣溫度和鋁型材溫度已基本達到熱平衡，這時熱空氣的對流速度已不需要太快，否則，不合理的風機轉速使熱空氣對流速度迅速增大，爐內溫度迅速上升在短時間內超出保溫溫度，多余的熱量會通過煙道排除爐外，這樣不僅造成天然氣的浪費而且風機轉速高會造成風機電能消耗大，最終造成時效成本增高。所以對大功率時效爐風機轉速的合理設置意義重大。
5、本次技改主要研究內容和實施步驟。
5.1、對我公司時效爐能耗高的主要原因進行客觀分析。
5.2、通過對時效爐鋁型材時效工藝的研究，理論確定升溫和保溫階段風機運行的最佳轉速，達到減少天然氣和電能的不必要損耗。 5.3、對廠家PLC程序中關于風機控制子程序進行分析，確定程序的不合理之處。
5.4、修改PLC風機控制程序和變頻器參數，并根據對時效爐溫升曲線多次在線測量和時效后樣品抗拉強度測定，計算并調整風機轉速控制程序。 5.5、技改后，觀察時效用電單耗和天然氣單耗，得出節能降耗結果。
6、我公司時效爐能耗高的主要原因及解決方案
通過對第三項所列時效爐能耗高的主要原因進行對照，結合我公司時效爐的具體情況進行分析、查找，我公司時效爐能耗高的主要原因及解決方案論述如下：
6.1、兩次時效間隔時間過長，時效爐連續利用率低。 針對此問題，我們主要通過合理安排時效爐開爐時間，盡量保證鋁材時效量，盡可能縮短兩爐之間間隔時間，保持時效爐運行的連續性。
6.2、在時效過程中循環風機轉速設置不合理。 從技改前時效爐溫升曲線圖可以看出，在保溫階段，風機轉速持續在50HZ以上顯然不合理。這樣高的轉速不僅增大了電能消耗而且溫升曲線在保溫段波動較大，同時也增大了燃氣消耗。 由n=60f/P*(1-s)可知,電機的轉速與頻率成正比，通過改變風機電機的運行頻率即改變了電機的轉速。 通過第四項的分析，結合我公司鋁型材時效的具體情況，經過反復試驗，以TT板為例，我們將風機頻率控制分為三個階段，在升溫階段通過PLC模擬量輸出模塊將變頻器的頻率控制在50HZ,進入保溫段后的2小時30分內的頻率控制在45.03HZ,其余時間設定為40HZ。修改程序后，完全能夠滿足時效工藝要求。同時由于變頻器輸出頻率比技改前降低，所以風機消耗電功率也隨之降低。 當然，由于每個廠家時效爐結構及工藝要求的不同，對時效過程中風機轉速的控制不能一概而論，應結合時效鋁型材的具體牌號、升溫和保溫時間等因素通過實驗手段進行確定。
7、技改后時效效果及經濟效益分析
通過對鋁型材時效爐時效工藝和設備現狀的研究、分析，找出能耗高的主要原因， 理論確定升溫和保溫階段風機運行的最佳轉速，在不改變設備現狀的前提下，通過修改PLC程序，既充分滿足時效工藝及時效效果而且有效降低了鋁型材時效過程中天然氣和電能的消耗，達到良好的節能效果。
7.1、時效爐技改前后的天然氣和用電單耗對比。 我公司在技改前，鋁材時效用電單耗為36KWh/T。技改后，鋁型材時效電單耗為25.8KWh/T ，技改后平均每噸電單耗下降10KWh左右。 技改前，時效爐天然氣平均單耗約為10.3m3 /T。技改后，時效爐天然氣平均單耗為10.6 m3/T，技改后天然氣平均單耗下降了0.7 m3 /T。
7.2、技改費用： 由于本次技改是通過對時效過程中控制程序和變頻器的修改并通過測溫來達到節能效果，所以本次技改無直接費用。
為了響應國家節能減排號召，進一步降低公司生產成本，保持設備安全、優質、經 濟運行。針對我公司A5、A6兩臺時效爐在運行中存在溫升曲線差、電耗和天然氣消耗過大等問題，對時效爐能耗高的具體原因進行分析并進行節能降耗改造意義重大。時效爐能耗高的原因有很多，本文通過對我公司時效爐能耗高的主要原因進行分析，對時效爐在升溫和保溫階段，循環風機的最佳轉速控制進行深入研究，通過修改PLC程序和變頻器參數，合理控制風機轉速，達到節約能耗目的。
1、鋁型材時效爐用途及結構簡介。
1.1、設備用途。
鋁合金時效爐主要用于鋁合金型材的時效處理。通過時效處理，可以使鋁合金強度和硬度大幅度提高，同時可以減少鋁合金材料的應力集中、變形等問題。
1.2、時效爐結構簡介。 我公司時效爐主要由保溫爐體、爐門裝置、加熱系統、熱風循環系統、臺車裝置及電氣控制系統等部分組成。 加熱系統采用1臺瑞典百通BG600燃氣燃燒機，燃料為壓縮天然氣。為確保爐溫均勻性，爐體頂部設75KW離心式循環風機1臺，并合理配置爐內熱風循環導流系統，使爐內氣流分配均勻，爐內溫差小，又保證了加熱速度與加熱質量。爐體采用內外兩層鋼板焊接而成的全金屬形結構，中間均勻填充硅酸鋁耐火纖維保溫，降低爐壁溫升。爐門采用電動式升降爐門，爐門壓緊采用氣動聯桿式四點平衡壓緊機構。臺車牽引機構采用鏈條式。
1.3、溫控系統 由觸摸屏、S7-200PLC、四支熱電偶、8通道無紙溫度記錄儀組成。升溫溫度、保溫溫度、升溫時間、保溫時間可分別在觸摸屏上進行設置。 溫度控制采用級聯控制方式，即由4支溫度熱電偶采集的時效爐內溫度信號送入PLC的閉環控制模塊經冷端補償，線性化處理，與觸摸屏給定值一起經運算，其結果與爐溫度熱電偶采集的溫度信號，再經PLC運算處理后，輸出給燃氣燃燒機，從而控制火焰大小，達到溫度自動調節的目的。同時通過PLC程序控制模擬量輸出模塊，輸出DC0-10V模擬量至變頻器，變頻器輸出相應的頻率來控制循環風機的轉速，以改變爐內空氣的對流速度，使爐內空氣溫度達到均勻化，完成鋁型材時效的目的。
2、興發鋁業技改前時效爐設備的現狀：
興發鋁業擠壓車間A5、A6時效爐均由某公司制造，加熱系統均采用1臺BG600天然氣燃燒機，目前我公司主要時效的型材為6061和6082，升溫時間一般設定為1小時左右，保溫時間一般設定為6.5-7.5小時。每臺時效爐主要用電設備為75KW三相異步通風機1臺，采用PLC+變頻器自動控制風機的轉速，廠家設計的風機轉速控制程序為在風機換向時程序輸出的頻率為52.9HZ，不換向時輸出頻率為57.02HZ。平均每噸鋁材時效耗電量為36KWh/噸。 天然氣平均耗氣量為10.3 m3 /噸。 我們通過多次溫度在線測量（參考7.4項升溫曲線圖），發現在升溫階段各部位溫差較大，在保溫階段曲線不夠平直，證明該時效爐溫度控制效果不理想。
3、時效爐能耗高的一般原因分析
由時效爐的結構可以看出，時效爐的能源消耗主要包括由于加熱所產生的天然氣消耗和75KW循環風機產生的電能消耗。
導致能耗高的可能原因分析如下：
3.1、時效爐爐體保溫效果差。 當爐體保溫效果差時，會使爐內熱空氣通過熱傳導輻射到爐周圍空氣中，這勢必會造成升溫速度慢，不能滿足時效爐時效前期快速升溫的要求，同時會造成燃燒機頻繁啟動、加熱時間延長，造成不必要的天然氣浪費。 3.2、爐門關閉不嚴。 爐門關閉不嚴同樣會造成爐內能量的泄漏，增大天然氣消耗。
3.3、燃燒機燃燒效率低。 燃燒機燃燒時，天然氣和助燃風混合比例不合適，是造成燃燒機效率低的主要原因。天然氣比例過小時燃燒機容易熄火，天然氣比例大時，天然氣燃燒不充分，未燃燒的天然氣會通過排煙系統排出爐外，這樣就會造成天然氣的白白浪費，同時升溫效果差。所以天然氣和助燃風混合比例調整合適是減少天然氣消耗的主要方法。燃燒機火焰長度一般以剛好出燒嘴口為宜，火焰形狀為“毛筆”形，火焰根部應從槍口噴出，不能“脫火”，火焰顏色分里外兩層，中間為淡藍色，外層為淡紅色，火焰應強勁有力。
3.4、天然氣質量差、熱值低。 天然氣各組成成分主要包括辛烷、三甲基戊烷、甲苯、甲烷、已烷、丁烷等30多種成分。其中也包括二氧化碳、氣態水、空氣及一些惰性氣體。天然氣質量差會使天然氣發熱量降低，直接造成天然氣能耗的增加。
3.5、排煙系統沒有經過二次利用，直接排出爐外。 對煙氣進行二次利用可以有效提高能量利用率，減少能源消耗。
3.6、一次裝爐量過小、兩次裝爐時間間隔太長，時效爐整體利用率低。 時效爐裝爐量過低時應適當縮短保溫時間，保溫時間的選擇應根據鋁型材的壁厚和裝料的緊密程度來確定。這樣既可以滿足時效工藝，也可以有效降低天然氣及電能的消耗。兩次裝爐間隔時間過長時，爐內溫度已降低很多，開始時效時爐壁就會吸收一些熱量以達到熱平衡，造成天然氣能耗的增加。
3.7、循環風機轉速設置不合理。 我公司時效爐循環風機的功率為75KW ,采用變頻器控制。我們知道電機的輸出功率和轉速的三次方成正比，即P∝n3。在滿足工藝的前提下，如果電機轉速設置過高就會造成電能的不必要浪費。因此，合理設置風機轉速是減少電能損耗的有效措施。 時效爐能耗高的原因很多，各單位應根據時效爐的具體情況進行分析，采取有效措施，在滿足時效工藝的前提下，盡可能降低天然氣和電能消耗。
4、時效過程中風機轉速不合理的后果
鋁材時效過程一般分為升溫和保溫兩個階段，保溫時間比升溫時間一般要長。在升溫階
段，為了滿足快速升溫的要求，風機轉速較高，以加快熱空氣對流速度，滿足鋁型材從常溫升到180度左右溫度，當然不同型號的鋁型材升溫溫度有所不同。在保溫階段，隨著時間的延長，鋁型材各部分已充分被加熱，爐內熱空氣溫度和鋁型材溫度已基本達到熱平衡，這時熱空氣的對流速度已不需要太快，否則，不合理的風機轉速使熱空氣對流速度迅速增大，爐內溫度迅速上升在短時間內超出保溫溫度，多余的熱量會通過煙道排除爐外，這樣不僅造成天然氣的浪費而且風機轉速高會造成風機電能消耗大，最終造成時效成本增高。所以對大功率時效爐風機轉速的合理設置意義重大。
5、本次技改主要研究內容和實施步驟。
5.1、對我公司時效爐能耗高的主要原因進行客觀分析。
5.2、通過對時效爐鋁型材時效工藝的研究，理論確定升溫和保溫階段風機運行的最佳轉速，達到減少天然氣和電能的不必要損耗。 5.3、對廠家PLC程序中關于風機控制子程序進行分析，確定程序的不合理之處。
5.4、修改PLC風機控制程序和變頻器參數，并根據對時效爐溫升曲線多次在線測量和時效后樣品抗拉強度測定，計算并調整風機轉速控制程序。 5.5、技改后，觀察時效用電單耗和天然氣單耗，得出節能降耗結果。
6、我公司時效爐能耗高的主要原因及解決方案
通過對第三項所列時效爐能耗高的主要原因進行對照，結合我公司時效爐的具體情況進行分析、查找，我公司時效爐能耗高的主要原因及解決方案論述如下：
6.1、兩次時效間隔時間過長，時效爐連續利用率低。 針對此問題，我們主要通過合理安排時效爐開爐時間，盡量保證鋁材時效量，盡可能縮短兩爐之間間隔時間，保持時效爐運行的連續性。
6.2、在時效過程中循環風機轉速設置不合理。 從技改前時效爐溫升曲線圖可以看出，在保溫階段，風機轉速持續在50HZ以上顯然不合理。這樣高的轉速不僅增大了電能消耗而且溫升曲線在保溫段波動較大，同時也增大了燃氣消耗。 由n=60f/P*(1-s)可知,電機的轉速與頻率成正比，通過改變風機電機的運行頻率即改變了電機的轉速。 通過第四項的分析，結合我公司鋁型材時效的具體情況，經過反復試驗，以TT板為例，我們將風機頻率控制分為三個階段，在升溫階段通過PLC模擬量輸出模塊將變頻器的頻率控制在50HZ,進入保溫段后的2小時30分內的頻率控制在45.03HZ,其余時間設定為40HZ。修改程序后，完全能夠滿足時效工藝要求。同時由于變頻器輸出頻率比技改前降低，所以風機消耗電功率也隨之降低。 當然，由于每個廠家時效爐結構及工藝要求的不同，對時效過程中風機轉速的控制不能一概而論，應結合時效鋁型材的具體牌號、升溫和保溫時間等因素通過實驗手段進行確定。
7、技改后時效效果及經濟效益分析
通過對鋁型材時效爐時效工藝和設備現狀的研究、分析，找出能耗高的主要原因， 理論確定升溫和保溫階段風機運行的最佳轉速，在不改變設備現狀的前提下，通過修改PLC程序，既充分滿足時效工藝及時效效果而且有效降低了鋁型材時效過程中天然氣和電能的消耗，達到良好的節能效果。
7.1、時效爐技改前后的天然氣和用電單耗對比。 我公司在技改前，鋁材時效用電單耗為36KWh/T。技改后，鋁型材時效電單耗為25.8KWh/T ，技改后平均每噸電單耗下降10KWh左右。 技改前，時效爐天然氣平均單耗約為10.3m3 /T。技改后，時效爐天然氣平均單耗為10.6 m3/T，技改后天然氣平均單耗下降了0.7 m3 /T。
7.2、技改費用： 由于本次技改是通過對時效過程中控制程序和變頻器的修改并通過測溫來達到節能效果，所以本次技改無直接費用。