energy efficiency

Energy-Saving Solutions for Industrial Furnaces

Poor energy efficiency in industrial furnaces usually impacts companies’ production costs since more energy consumption is required to achieve the desired temperature. This, in turn, has a tangible impact on their carbon emission footprint. In this Technical Tuesday by Alberto Cantú, VP of Sales at NUTEC Bickley, learn energy-saving solutions for industrial furnaces.

This article was originally published in Heat Treat Today’s May 2024 Sustainable Heat Treat Technologies 2024 print edition.

To read the article in Spanish, click here.


According to the International Energy Agency, the industrial sector is one of the main culprits when it comes to global energy consumption. In many situations, industrial furnaces tend to be the pieces of equipment that consume the most energy.

In this article, we will share a series of solutions you can implement to improve energy efficiency, reduce production costs, and be socially and environmentally responsible.

Factors that May Be Affecting Your Energy Efficiency

There are a couple of obvious factors that may be harming your energy efficiency ratings.

Heat Losses in the Furnace Process

These may be due to structural damage to the insulation or incorrect gas flow distribution inside the furnace.

Inefficient Combustion Processes

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Industrial furnace flow check

Inefficiencies here are probably due to inadequate or excessive air/fuel ratios or poor mixture caused by internal damage to the burner.

Some tips we can pass on to help you improve furnace energy savings are:

  • Monitor the temperature on the cold side of the furnace, carefully checking that there are no hot spots.
  • Periodically analyze the composition of the furnace combustion gases, ensuring you are maintaining the expected levels of oxygen and CO.
  • Periodically check that the combustion air and fuel flows are in a stoichiometric ratio.
  • Check at least twice a year that the burners are in good condition and show no damage.
  • Avoid infiltration of cold air into the furnace that could affect the efficiency of the process.
  • Keep the temperature control loops tuned. If there is no temperature control loop, we recommend integrating one.
  • Periodically monitor consumption, either manually or automatically.
  • Ensure there is a program of predictive maintenance on the combustion system.

How Does Predictive Maintenance Work?

Attention to detail during predictive maintenance

This type of maintenance is based on the storage, monitoring, and analysis of data and quantifiable equipment variables in real time, such as temperature, vibration, and frequency.

It is necessary at the outset to understand the processes thoroughly and identify which aspects need to be analyzed, to make this approach work. These aspects include:

  • Temperature — monitoring the temperature may reveal abnormal changes, indicating possible overheating or component failure.
  • Vibration — unusual vibration may indicate machinery wear or imbalance, resulting in more severe damage if not addressed in time.
  • Frequency — analyzing particular patterns and behaviors during heat treat processing can provide insight into what may evolve into future potential problems.

Th ese actions will depend on appropriate measurement and detection control systems, the primary variable for these being sensors and algorithms. Firstly, sensors play a fundamental role in predictive maintenance, as they can detect subtle changes in the equipment’s performance, making it possible to identify potential failures before they occur. It is advisable to have access to an inventory of recognized sensor and spare parts brands, allowing you to measure your equipment’s variables.

Secondly, algorithms identify patterns and trends indicative of possible issues by processing large data amounts, allowing timely and planned interventions.

Factors Influencing Measurement Time

The time it can take to measure variables during a predictive maintenance process depends on many internal and external factors. Below we address some of them.

External Factors

Data analysis is a key component for effective preventative maintenance
  • The process — each industrial procedure has its own characteristics and requirements. For example, constant and real-time monitoring might be required in a continuous process, while a specified intervals approach might be best in other situations.
  • The product — some products may require frequent or strict monitoring due to their nature and characteristics.
  • Customer philosophy — some customers may have stricter standards or request more frequent monitoring to ensure the quality and reliability of their products.

Internal Factors

  • Capacity — strategic planning and scheduling measurements may be necessary if the equipment is limited or employed for other processes.
  • Availability of qualified personnel — ensuring that qualified staff are available at the right time to interpret the data obtained is crucial.
  • Energy-saving solutions for industrial furnaces — this is where you need to be able to rely on your combustion expert partner to advise on the most up-to-date energy-efficiency solutions you can implement in order to improve furnace performance and to help you reduce production costs.

Systems To Improve Furnace Energy Efficiency

Today, some systems that can significantly assist in reducing energy consumption can be implemented in your furnaces, thus preventing losses and/or eliminating inefficient processes. Here are some systems that can be implemented:

Energy Recovery Systems

These can be added to your furnaces to recover the heat from the flue gases so that they can be used again, heating the combustion air. Some options for these systems are self-recuperative burners and regenerative burners.

Flue Gas Measurement Systems

These guarantee that your furnaces always have the correct proportion of air and gas in their system. With them, you can continuously monitor the status and thus make decisions based on these data to adjust any out-of-proportion levels.

Preventive Maintenance Services

Besides the tips and systems for energy saving already mentioned, there are other actions that save energy, reduce costs, prevent failures in your industrial furnaces, improve their operation, and more.

Two of these are:

  1. Audit and diagnosis service: The furnace input and output variables are measured in order to indicate current efficiency levels and to identify possible areas for improvement.
  2. Burner calibration service: The air/fuel ratio is checked to ensure burners operate in the correct range.

Conclusion

In summary, if you consider implementing any of the tips and systems presented here, you can improve energy efficiency in your industrial furnaces and significantly reduce your operating costs. Be sure to check out the International Energy Agency if you are looking for further information on this topic.

About the Author

Alberto Cantú, Vice President of Sales, NUTEC Bickley

Alberto Cantú is the vice president of Sales at NUTEC Bickley. Cantú has more than twenty years of professional experience and has written prolifically for a variety of journals. Cantú is an honoree from Heat Treat Today’s 40 Under 40 Class of 2020.

For more information: Contact Alberto at albertocantu@nutec.com.

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Ahorro de energíapara hornos industriales

La baja efi ciencia energética en los hornos industriales suele impactar los costos de producción de las empresas, ya que se requiere más consumo de energía para alcanzar la temperatura deseada. Esto, a su vez, tiene un impacto tangible en su huella de emisiones de carbono.

This article was originally published in Heat Treat Today’s May 2024 Sustainable Heat Treat Technologies 2024 print edition.

To read the article in English, click here.


De acuerdo a la Agencia Internacional de Energía, el sector industrial es uno de los principales culpables en lo que respecta al consumo global de energía. En muchas situaciones, los hornos industriales tienden a ser los equipos que más la consumen.

En este artículo, compartiremos una serie de soluciones que pueden implementarse para mejorar la efi ciencia energética, reducir los costos de producción y ser social y ambientalmente responsables.

Factores que pueden estar afectando tu efi ciencia energética

Existen un par de factores obvios que pueden estar perjudicando tus índices de eficiencia energética.

Pérdidas de calor en el proceso del horno

Estas pueden deberse a daños estructurales en el aislamiento o a una distribución incorrecta del fl ujo de gas dentro del horno.

Procesos de combustión inefi cientes

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Gran atención al detalle en el mantenimiento predictivo

Probablemente debido a relaciones aire/combustible inadecuadas o excesivas, o a una mala mezcla causada por daños internos en el quemador.

  • Algunos consejos que podemos brindarte para ayudarte a mejorar el ahorro de energía en el horno son: Monitorear la temperatura en el lado frío del horno, verifi cando cuidadosamente que no haya puntos calientes.
  • Analizar periódicamente la composición de los gases de combustión del horno, asegurándose de mantener los niveles esperados de oxígeno y CO.
  • Verifi car periódicamente que los fl ujos de aire de combustión y combustible estén en una relación estequiométrica.
  • Revisar al menos dos veces al año que los quemadores estén en buenas condiciones y no presenten daños.
  • Evitar la infi ltración de aire frío en el horno que pueda afectar la efi ciencia del proceso.
  • Mantener ajustados los lazos de control de temperatura. Si no hay un lazo de control de temperatura, recomendamos integrarlo.
  • Monitorear periódicamente el consumo, ya sea manual o automáticamente.
  • Garantizar un programa de mantenimiento predictivo en el sistema de combustión.

¿Cómo funciona el mantenimiento predictivo?

Revisión de fl ujos de hornos industriales

Este tipo de mantenimiento se basa en el almacenamiento, monitoreo y análisis de datos y variables cuantifi cables de los equipos en tiempo real, como temperatura, vibración y frecuencia.

Para que este enfoque funcione, es necesario comprender a fondo los procesos e identifi car qué aspectos necesitan ser analizados. Estos aspectos incluyen:

  • Temperatura: monitorear la temperatura puede revelar cambios anormales, indicando un posible sobrecalentamiento o falla de componentes.
  • Vibración: una vibración inusual puede indicar desgaste o desequilibrio de la maquinaria, lo que resultará en daños más severos si no se aborda a tiempo.
  • Frecuencia: analizar patrones y comportamientos particulares puede proporcionar una idea de lo que puede convertirse en futuros problemas potenciales.
  • Estas acciones dependerán de sistemas de control de medición y detección adecuados. Los sensores y algoritmos constituyen los principales sistemas de medición de variables y detección de problemas.

Por un lado, los sensores juegan un papel fundamental en el mantenimiento predictivo, ya que pueden detectar cambios sutiles en el desempeño del equipo, permitiendo identifi car posibles fallas antes de que ocurran. Es recomendable tener acceso a un inventario de marcas reconocidas de sensores y repuestos, lo que te permitirá medir las variables de tu equipo.

Por otro lado, los algoritmos identifi can patrones y tendencias indicativas de posibles problemas mediante el procesamiento de grandes cantidades de datos, lo que permite intervenciones oportunas y planifi cadas. Factores que infl uyen en el tiempo de medición.

El tiempo que puede llevar medir variables durante un proceso de mantenimiento predictivo depende de muchos f actores internos y externos. A continuación, abordamos algunos de ellos.

Factores externos

  • El proceso. Cada procedimiento industrial tiene sus propias características y requerimientos particulares. Por ejemplo, en un proceso continuo se podría requerir un monitoreo constante y en tiempo real, mientras que en otras situaciones un enfoque de intervalos específi cos podría ser el mejor.
  • El producto. Algunos productos pueden requerir un monitoreo frecuente o estricto debido a su naturaleza y características.
  • La fi losofía del cliente. Algunos clientes pueden tener estándares más estrictos o solicitar un monitoreo más frecuente para garantizar la calidad y confi abilidad de sus productos.

Factores internos

  • Capacidad. Puede ser necesaria una planifi cación estratégica y una programación de las mediciones si el equipo es limitado o se emplea para otros procesos.
  • La disponibilidad de personal califi cado. Es fundamental garantizar que haya personal califi cado disponible en el momento adecuado para interpretar los datos obtenidos.
  • Soluciones de ahorro de energía para hornos industriales. Aquí es donde necesitas poder confi ar en tu socio experto en combustión para que lo asesore sobre las soluciones de.

Sistemas de recuperación de energía

Personal altamente capacitado de NUTEC Bickley

Hoy por hoy, se pueden implementar algunos sistemas que pueden ayudar signifi cativamente a reducir el consumo de energía en hornos, previniendo así pérdidas y/o eliminando procesos inefi cientes. Estos son algunos de los que manejamos en NUTEC Bickley:

Sistemas de recuperación de energía

Se pueden agregar a los hornos para recuperar el calor de los gases de combustión y reutilizarlos calentando el aire de combustión. Algunas opciones para estos sistemas son quemadores autorrecuperativos y quemadores regenerativos.

Sistemas de medición de gases de combustión

Garantizan que los hornos siempre tengan la proporción correcta de aire y gas en su sistema. Con ellos, puede monitorear continuamente el estado y así tomar decisiones basadas en estos datos para luego ajustar cualquier nivel desproporcionado.

Servicios de mantenimiento preventive

Además de los consejos y sistemas de ahorro de energía ya mencionados, existen otras acciones que pueden ayudar a prevenir fallas en hornos industriales, mejorar su funcionamiento y más.

Servicio de auditoría y diagnóstico: Se miden las variables de entrada y salida del horno para indicar los niveles de eficiencia actuales e identifi car posibles áreas de mejora.

Servicio de calibración de quemadores: Se verifi a la relación aire/combustible para asegurar que los quemadores operen en el rango correcto.

Conclusión

En resumen, si deseas mejorar la efi ciencia energética en hornos industriales y reducir signifi cativamente tus costos operativos, recuerda seguir nuestras recomendaciones.

Acerca del autor

Alberto Cantú, Vice President of Sales, NUTEC Bickley

Alberto Cantú es vicepresidente de Ventas de NUTEC Bickley. Cantú tiene más de veinte años de experiencia profesional y ha escrito prolífi camente para una gran variedad de revistas y publicaciones. Cantú es uno de los galardonados por Heat Treat Today’s 40 Under 40 Class del 2020.

Para mayor información: Contactar a Alberto escribiendo a albertocantu@nutec.com.


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