二氧化碳是全球能源生產(chǎn)、工業(yè)制造、交通運(yùn)輸和居民生活過(guò)程中最重要的排放物。工業(yè)革命至今,大氣中二氧化碳的濃度增加了近50%(280ppm到415ppm),這也帶來(lái)了全球平均氣溫升高、生態(tài)氣候異常等一系列問題。作為世界上最大的碳排放國(guó),中國(guó)有責(zé)任也有義務(wù)將控制二氧化碳排放納入國(guó)家整體的戰(zhàn)略決策。因此,習(xí)近平總書記于2020年9月22日在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上鄭重宣布:“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?!?br />
目前,我國(guó)以重化工為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)和以公路運(yùn)輸為主的交通結(jié)構(gòu)仍保持著對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的結(jié)構(gòu)性、根源性和趨勢(shì)性壓力。改變當(dāng)前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)和交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)的直接手段就是堅(jiān)決遏制“兩高”項(xiàng)目盲目發(fā)展,理性引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)/行業(yè)的綠色低碳升級(jí)。為此,生態(tài)環(huán)境部于2021年5月30日發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)高耗能、高排放建設(shè)項(xiàng)目生態(tài)環(huán)境源頭防控的指導(dǎo)意見》提到必須“嚴(yán)格‘兩高’項(xiàng)目環(huán)評(píng)審批”。這對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中非常重要的金屬加工行業(yè)將帶來(lái)變革式的深遠(yuǎn)影響。
建筑業(yè)、制造業(yè)與交通運(yùn)輸業(yè)相互緊密關(guān)聯(lián)。建筑業(yè)需要大量的鋼鐵、有色金屬、水泥、玻璃等等,以及運(yùn)輸能耗。而礦山采選、有色與黑色金屬冶煉與延壓加工為能耗較高的制造業(yè),包括粗鋼、電解鋁,含鎳生鐵,銅鉛鋅,水泥等大量使用煤電及使用焦煤焦炭生產(chǎn)的行業(yè)。上述提到的高耗能行業(yè)均為面臨減產(chǎn)壓力或產(chǎn)量瓶頸壓力。近日內(nèi)蒙《關(guān)于確保完成“十四五”能耗雙控任務(wù)若干保障措施》政策發(fā)布,帶來(lái)內(nèi)蒙地區(qū)2021年起不再審批新的電解鋁產(chǎn)能,銅鉛鋅礦企業(yè)及電解鋅冶煉廠被要求當(dāng)年能耗程度不得超過(guò)去年同期能耗水平等政策,這意味著產(chǎn)能產(chǎn)量擴(kuò)張的道路被停滯。
在這股碳中和的浪潮中,金屬加工企業(yè)越來(lái)越多地采用具有節(jié)能、環(huán)保的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備,電磁感應(yīng)加熱就是其中之一。電磁感應(yīng)加熱是繼木材、液化氣、天然氣、柴油燃燒產(chǎn)生熱能加熱及載流電阻熱效應(yīng)直接加熱方式的重大變革。以“電”代“燃”是整個(gè)金屬冶煉加工行業(yè)為了按時(shí)實(shí)現(xiàn)國(guó)家碳中和目標(biāo)的必經(jīng)之路。
近20年來(lái),隨著電力半導(dǎo)體功率器件的發(fā)展,感應(yīng)加熱發(fā)展十分迅速,工業(yè)電阻爐、火焰爐傳統(tǒng)加熱方式將逐步被具有節(jié)能、環(huán)保、安全并被譽(yù)為"綠色加熱"方式的感應(yīng)加熱所替代。在此領(lǐng)域超導(dǎo)強(qiáng)磁極低頻感應(yīng)加熱器,作為電感應(yīng)加熱設(shè)備中的“皇冠上的明珠”產(chǎn)品將在這次碳中和的產(chǎn)品變革中快速脫穎而出。
高溫超導(dǎo)感應(yīng)加熱技術(shù)是金屬熱處理領(lǐng)域的變革性技術(shù)創(chuàng)新,是金屬熱加工,熱處理領(lǐng)域的一個(gè)顛覆性產(chǎn)品。它有望將傳統(tǒng)工頻感應(yīng)爐的能效轉(zhuǎn)化率再提升一倍,即碳排放再減一半。另外,傳統(tǒng)工頻爐照比燃燒爐,并沒有解決透熱深度差的問題。工頻感應(yīng)爐的透熱深度只有7mm。
超導(dǎo)感應(yīng)加熱的基本原理是,將零電阻的超導(dǎo)導(dǎo)線繞制成磁體,產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的穩(wěn)定磁場(chǎng)。然后用機(jī)械抓手加持工件,并在電機(jī)的拖動(dòng)下,使之在磁場(chǎng)里旋轉(zhuǎn),從而產(chǎn)生渦流實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的加熱。
高效節(jié)能是這種加熱方法的突出優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的工頻爐,大量的熱能消耗在產(chǎn)生磁場(chǎng)的銅線圈上,并沒有注入工件體內(nèi),因此加熱效率只有不到50%。超導(dǎo)感應(yīng)加熱,由于其零電阻特性,產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)只消耗些低溫制冷損耗,加上機(jī)械傳動(dòng)損耗在內(nèi),總損耗不會(huì)超過(guò)20%,因此可以將加熱能效大幅提升到80%以上。這就意味著一臺(tái)1mw的超導(dǎo)爐可以替代掉傳統(tǒng)2.5兆瓦的工頻爐,一年運(yùn)行可為客戶節(jié)省600萬(wàn)度電,除此之外,還能節(jié)省電力增容費(fèi),和未來(lái)的碳排放指標(biāo)。
另外一個(gè)核心優(yōu)勢(shì)是超高的透熱深度,感應(yīng)爐的加熱功率正比于磁場(chǎng)和頻率的乘積,由于超導(dǎo)爐的磁場(chǎng)是傳統(tǒng)工頻爐的100倍以上,使得超導(dǎo)爐可以實(shí)現(xiàn)5Hz左右的極低頻的加熱,透熱深度從7mm增加到200mm。
這就意味著在人類的整個(gè)金屬加熱領(lǐng)域終于找到了一種方法可以對(duì)大口徑的金屬進(jìn)行由心至表的通體同步加熱了。這不僅為未來(lái)整個(gè)金屬熱加工品質(zhì)的提升開拓了新計(jì)劃,更能實(shí)現(xiàn)在不增添加熱設(shè)備功率的情況下,靠調(diào)整工藝實(shí)現(xiàn)快速加熱而提升金屬加工產(chǎn)能,進(jìn)一步為企業(yè)節(jié)省碳排放指標(biāo)。