朱紅兵 曹先常 劉詠梅

上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司

鋼鐵廠燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)變頻改造節(jié)電量校核方法的研究

朱紅兵 曹先常 劉詠梅

上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司

本文分析了導(dǎo)致燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)變頻改造后節(jié)能量波動的各種獨(dú)立變量，在獨(dú)立變量劣化趨勢不能改變的前提下，提出了采用動態(tài)電耗基準(zhǔn)的節(jié)能量計(jì)算校核方法，可對主排風(fēng)機(jī)變頻改造后的節(jié)能效果有一個(gè)客觀準(zhǔn)確的評價(jià)。同時(shí)提出了多種節(jié)能措施下的節(jié)能分成比例的確定方法，在負(fù)荷變化范圍有限和變化周期不太頻繁的工藝系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)設(shè)備提效改造的節(jié)能貢獻(xiàn)度遠(yuǎn)大于變頻調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)度，此時(shí)決定節(jié)能效果優(yōu)劣的主要因素在于主體設(shè)備風(fēng)機(jī)本身的運(yùn)行效率。

燒結(jié)；主排風(fēng)機(jī)；節(jié)電；變頻；效率；電耗基準(zhǔn)

1 主排風(fēng)機(jī)變頻節(jié)電改造簡述

根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，燒結(jié)工序總電耗占燒結(jié)工序總能耗的比例達(dá)到30%，而主排風(fēng)機(jī)作為燒結(jié)生產(chǎn)中的關(guān)鍵動力設(shè)備，其電耗占到燒結(jié)工序總電耗的40%左右，換言之，主排風(fēng)機(jī)的電耗占燒結(jié)工序總能耗的12%。以一套550 m2的燒結(jié)機(jī)為例，雙風(fēng)機(jī)配置，單臺電機(jī)容量為7 800 kW，作業(yè)率達(dá)94%，預(yù)計(jì)年總耗電達(dá)1億kWh。在一個(gè)年產(chǎn)量千萬t級的全流程鋼鐵企業(yè)中，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)占到企業(yè)年總電耗的1%左右，可見主排風(fēng)機(jī)的電耗是巨大的。

很多鋼鐵企業(yè)囿于燒結(jié)生產(chǎn)負(fù)荷相對恒定的觀念，在燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能改造方面裹足不前。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前大多數(shù)主排風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)裝置為入口翻板差動式徑向調(diào)節(jié)門，其原理是通過增加管路系統(tǒng)的阻力，以達(dá)到需要的風(fēng)量風(fēng)壓，適應(yīng)料層變化和生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整的需要，此時(shí)電機(jī)仍然以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，所配套的變頻軟啟動裝置僅為風(fēng)機(jī)軟啟動采用，在風(fēng)機(jī)啟動完畢后仍然切換到工頻運(yùn)行。該種啟動和調(diào)節(jié)方式在滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)下是可行的，在厚料層燒結(jié)生產(chǎn)的過程中，能夠保持燒結(jié)負(fù)壓恒定，并且可以采用一拖二的啟動方式。從投資角度看，是有優(yōu)勢的。目前市場占有率比較高的標(biāo)準(zhǔn)配置為：豪登公司的主排風(fēng)機(jī)+西門子公司的變頻軟啟動裝置。

但通過多年的燒結(jié)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，鋼鐵企業(yè)的管理者尤其是燒結(jié)分廠的工程師們逐漸意識到燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)的節(jié)能空間是確實(shí)存在的。吳朝剛等指出[2]：①燒結(jié)原料條件的變化，水分和粒級水質(zhì)變化，燒結(jié)物料的透氣性改變；②為了追求燒結(jié)生產(chǎn)產(chǎn)品的高質(zhì)量，需要對燒結(jié)過程進(jìn)行終點(diǎn)控制；③燒結(jié)生產(chǎn)線上的任何一臺設(shè)備故障時(shí)，都會造成燒結(jié)機(jī)停機(jī)；④最不能忽視的在于：工藝設(shè)計(jì)方在主抽風(fēng)設(shè)計(jì)過程中往往要考慮長期運(yùn)行過程中可能發(fā)生的各種問題，選型時(shí)通常按系統(tǒng)最不利條件下的最大風(fēng)量和風(fēng)壓作為選型的依據(jù)，一般風(fēng)量留有15%～20%的設(shè)計(jì)余量，風(fēng)壓留有10%的余量，這樣就造成實(shí)際生產(chǎn)過程中主排風(fēng)機(jī)能力往往比實(shí)際需求大出20%～30%。以上4個(gè)方面因素的影響，都必須要對主排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)才能夠與生產(chǎn)工藝匹配。如果僅通過調(diào)節(jié)入口調(diào)節(jié)門的開度，主排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率會大幅度降低，電力浪費(fèi)比較嚴(yán)重。

根據(jù)對華東地區(qū)某鋼鐵企業(yè)450 m2燒結(jié)機(jī)主排風(fēng)機(jī)進(jìn)行測算，在不同入口調(diào)節(jié)門開度下其運(yùn)行效率的變化值見表1。[3]

在入口閥門開度低于50°時(shí)，主排風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率下降非常明顯，主排風(fēng)機(jī)的單位產(chǎn)量電耗呈增加趨勢。

如果用變頻調(diào)速代替入口調(diào)節(jié)方式對主排風(fēng)機(jī)進(jìn)行燒結(jié)風(fēng)量調(diào)節(jié),在正常生產(chǎn)時(shí)將入口調(diào)節(jié)門開度開到最大, 主排風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出：風(fēng)門開度35%、50%和80%，年運(yùn)行時(shí)間分別占10%、10%和80%，作業(yè)率94%。據(jù)此可以計(jì)算出采用變頻器后入口調(diào)節(jié)門的節(jié)能率為：

上式中：

N——主排風(fēng)機(jī)在入口調(diào)節(jié)門全開時(shí)工頻運(yùn)行時(shí)的風(fēng)機(jī)軸功率，kW；

0.822 ——主排風(fēng)機(jī)在工頻運(yùn)行時(shí)三種風(fēng)門開度下結(jié)合年運(yùn)行時(shí)間計(jì)算出來的功率因子；

0.726 ——主排風(fēng)機(jī)在變頻調(diào)速狀態(tài)下結(jié)合年運(yùn)行時(shí)間計(jì)算出來的功率因子；

95%——估算的電機(jī)效率；96%——估算的變頻器效率。

上述的節(jié)能率是在典型的工況統(tǒng)計(jì)后計(jì)算得出的數(shù)據(jù)，而其它的典型案例運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：濟(jì)鋼320 m2和400 m2燒結(jié)機(jī)，共4臺陜鼓生產(chǎn)的主排風(fēng)機(jī)配套高壓變頻調(diào)速器后的節(jié)能率在18.2%；太鋼不銹450 m2燒結(jié)機(jī)，共2臺主排風(fēng)機(jī)配套高壓變頻調(diào)速器后的節(jié)能率達(dá)24%。而華東某鋼廠燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)節(jié)能改造后長達(dá)兩年的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：其實(shí)際節(jié)能率從驗(yàn)收考核期的10%一路下滑到7%、6.5%、4%、2%，乃至最后出現(xiàn)了負(fù)值，也就是說，變頻改造后非但不節(jié)能，反而比改造前的電耗高出一大截。當(dāng)然這樣的節(jié)能率是不能令人滿意的。這就需要從主排風(fēng)機(jī)電耗影響因素、節(jié)能量計(jì)算及校核方法等方面進(jìn)行論證和分析。

表1 主排風(fēng)機(jī)不同風(fēng)門開度下運(yùn)行效率對照表

2 主排風(fēng)機(jī)電耗影響因素分析

首先必須說明的是，主排風(fēng)機(jī)的電耗值均以單位t礦的耗電量來計(jì)算，即以某一時(shí)間段內(nèi)的主排風(fēng)機(jī)總電耗與燒結(jié)礦產(chǎn)量的比值作為評判主排風(fēng)機(jī)電耗的高低，而不是單純的電耗絕對值。

由于燒結(jié)生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)的過程，影響主排風(fēng)機(jī)電耗的因素從表面上看很多，包括：生產(chǎn)負(fù)荷的變化（上料量改變，燒結(jié)風(fēng)量需求變化，歸結(jié)于對調(diào)節(jié)方式的要求）、物料性質(zhì)變化（透氣性改變，歸結(jié)于管網(wǎng)特性的變化）、風(fēng)機(jī)設(shè)備性能劣化（歸結(jié)于設(shè)備特性變化）、系統(tǒng)漏風(fēng)率變化（歸結(jié)于管網(wǎng)特性變化），以上種種因素，會決定系統(tǒng)與設(shè)備的匹配是否良好，最終導(dǎo)致燒結(jié)有效風(fēng)量相應(yīng)變化，主排風(fēng)機(jī)的電耗也隨之變化。

根據(jù)蔣大軍的推導(dǎo)結(jié)果[4]，決定主排風(fēng)機(jī)電耗的因素不外乎以下3種：燒結(jié)礦成品率、系統(tǒng)漏風(fēng)率和燒結(jié)負(fù)壓，具體推導(dǎo)過程可參見相應(yīng)文獻(xiàn)。公式如下：

上式中：

U 為主排風(fēng)機(jī)單位t礦電耗，kWh/t礦Qs——燒結(jié)1 t混合料需要的風(fēng)量，m3/s，為恒量；

k——燒結(jié)礦成品率，%；

f——系統(tǒng)漏風(fēng)率，%；

△P——燒結(jié)負(fù)壓，KPa。

可以將式（1）轉(zhuǎn)換成式（2）的形式來表現(xiàn)，可以更直觀地看出主排風(fēng)機(jī)t礦電耗與影響因素的正負(fù)相關(guān)性關(guān)系。

上式中：

U——主排風(fēng)機(jī)單位t礦電耗，kWh/t礦；

ki——燒結(jié)礦成品率，%；

fi——系統(tǒng)漏風(fēng)率，%；

△Pi——燒結(jié)負(fù)壓，KPa。

由式（3）可以看出，主排風(fēng)機(jī)電耗與燒結(jié)礦成品率呈反比，即燒結(jié)礦成品率越高，則主排風(fēng)機(jī)的電耗也就越低，整個(gè)燒結(jié)工序電耗也隨之下降?？梢?，燒結(jié)礦產(chǎn)量是影響t礦電耗的關(guān)鍵因素之一。同時(shí)燒結(jié)負(fù)壓與主排風(fēng)機(jī)電耗成正比。并且隨著時(shí)間的推移，燒結(jié)機(jī)的漏風(fēng)成為影響主排風(fēng)機(jī)電耗的關(guān)鍵因素。

以華東某鋼廠燒結(jié)機(jī)的漏風(fēng)率為例，在長達(dá)20個(gè)月的記錄數(shù)據(jù)里，漏風(fēng)率最高達(dá)到74%，最低57.18%，振幅達(dá)到30%，這對主排風(fēng)機(jī)電耗的影響是不容忽視的。說明：漏風(fēng)率計(jì)算按照氧平衡計(jì)算方法得出，并設(shè)定前測點(diǎn)（蔑條）處的平均含氧量為10%。

通過這樣的分析不難理解，上述幾個(gè)變頻改造的例子在驗(yàn)收考核期的節(jié)能率都比較理想，而部分案例其節(jié)能率卻隨時(shí)間推移大幅度下滑。因?yàn)轵?yàn)收考核期適逢燒結(jié)機(jī)進(jìn)行大修后漏風(fēng)率比較理想的狀態(tài)，此時(shí)燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率一般與設(shè)計(jì)值30%偏差不大，但運(yùn)行一段時(shí)間后，漏風(fēng)率一般都在50%左右，甚至高達(dá)60 %～70%,這些有害風(fēng)量都從主排風(fēng)機(jī)經(jīng)過，勢必大大增加風(fēng)機(jī)電耗，導(dǎo)致主排風(fēng)機(jī)配套的變頻調(diào)速裝置調(diào)節(jié)空間縮小，甚至全部在工頻下運(yùn)行[5]。因此從投資角度看，燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)的變頻節(jié)能投入存在一定的投資風(fēng)險(xiǎn)。

導(dǎo)致系統(tǒng)漏風(fēng)增大的原因除了設(shè)備及煙道縫隙這一主要因素外，料層的透氣性變差也會加劇漏風(fēng)率的增大，料層透氣性的變化實(shí)質(zhì)上是改變了燒結(jié)系統(tǒng)管網(wǎng)的特性。如果漏風(fēng)率治理措施到位并有效的話，而料層透氣性不能同時(shí)得到改善的話，只會導(dǎo)致管網(wǎng)特性曲線變得陡峭，燒結(jié)風(fēng)量減小，從而導(dǎo)致主排風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)節(jié)空間減小，基本上在額定轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行。這一點(diǎn)可從華東某鋼廠的4號燒結(jié)機(jī)上反映出來。下面具體分析一下。

圖1 燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率和含氧量對比圖

將該主排風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)與歷年的運(yùn)行數(shù)據(jù)（換算后）對比如表2。

根據(jù)上述3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出其對應(yīng)的管網(wǎng)特性曲線，見圖2。

從結(jié)果可以直觀地看出，由于2017年的測試是針對新更換的轉(zhuǎn)子，基本可排除轉(zhuǎn)子本身出力導(dǎo)致燒結(jié)風(fēng)量減小的問題。問題的癥結(jié)只可能在于：隨著時(shí)間的推移，燒結(jié)系統(tǒng)的管網(wǎng)阻力曲線與設(shè)計(jì)值相比發(fā)生了變化，阻力特性曲線變陡，導(dǎo)致燒結(jié)風(fēng)量比設(shè)計(jì)值減少了17.5%，換言之，主排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)已經(jīng)處于設(shè)計(jì)點(diǎn)偏左的下方[6]。

按照燒結(jié)工藝要求，一般單位燒結(jié)面積的適宜風(fēng)量為90± 10 m3（工況）/（m2?min），處理原料為褐鐵礦、菱鐵礦時(shí)取大值。而目前該4號燒結(jié)機(jī)的單位燒結(jié)面積風(fēng)量則為[5]：

圖1 系統(tǒng)管網(wǎng)特性曲線對比圖

表2 主排風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)對照表

可見目前該4號燒結(jié)機(jī)的單位燒結(jié)面積風(fēng)量已經(jīng)低于工藝需求的下限值。在厚料層燒結(jié)生產(chǎn)的情況下，為了保證富氧燒結(jié)和改善燒結(jié)礦的質(zhì)量，4號燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)即使在處于額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行、入口閥門全開的前提下，能力也是稍欠不足的，這樣就大大壓縮了變頻運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)空間。

《燒結(jié)設(shè)計(jì)手冊》中統(tǒng)計(jì)的相關(guān)廠家數(shù)據(jù)見表3[5]。

目前變頻運(yùn)行下的節(jié)能效益很小，已經(jīng)嚴(yán)重影響到合同能源項(xiàng)目的效益分享。在原料條件和系統(tǒng)管網(wǎng)特性不能復(fù)位的情況下，又要保證投資方的利益，只能從節(jié)能量計(jì)算及校核方法方面進(jìn)行探討分析。

3 節(jié)能量計(jì)算及校核方法

所謂節(jié)能量，定義為基準(zhǔn)電耗與當(dāng)期電耗的差值，因此只需分別理清基準(zhǔn)電耗和當(dāng)期電耗的確定和計(jì)算方法，就可以對節(jié)能量有一個(gè)準(zhǔn)確的認(rèn)識。

3.1 基準(zhǔn)電耗的計(jì)算與確定

確定基準(zhǔn)電耗的幾種方法[7]。

（1）當(dāng)分表計(jì)量電耗和獨(dú)立變量（如成品率k、燒結(jié)負(fù)壓ΔP和漏風(fēng)率f等）數(shù)據(jù)記錄完整時(shí)，可通過建立回歸模型的方法來確定基準(zhǔn)電耗。即根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，得到以成品率、燒結(jié)負(fù)壓和漏風(fēng)率為自變量的基準(zhǔn)電耗函數(shù)，據(jù)此函數(shù)可預(yù)測出各統(tǒng)計(jì)期內(nèi)（如：各月）用電量的結(jié)果，并與實(shí)際的統(tǒng)計(jì)期內(nèi)的耗電量相比，如偏差控制在±5%以內(nèi)則可信。

（2）當(dāng)分表計(jì)量電耗完整，而獨(dú)立變量數(shù)據(jù)部分或完全缺失時(shí)，可通過約定獨(dú)立變量調(diào)整的方法得到基準(zhǔn)電耗。比如：可得到單獨(dú)以燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率為自變量的基準(zhǔn)電耗函數(shù)。

（3）當(dāng)分表計(jì)量電耗數(shù)據(jù)完全或部分缺失時(shí)，可采用相似日測量法得出基準(zhǔn)電耗值。

針對燒結(jié)廠主排風(fēng)機(jī)基準(zhǔn)電耗，由于受3個(gè)獨(dú)立變量的影響，并且3個(gè)獨(dú)立變量的測量儀表或計(jì)算方法存在一定的偶然誤差，包括改造前的分項(xiàng)計(jì)量儀表的精度并不能滿足《合同能源管理通則》對計(jì)量儀表的精度要求，因此主排風(fēng)機(jī)的基準(zhǔn)電耗只能采用上述的第三種方法來執(zhí)行，即相似日測量法得出基準(zhǔn)電耗值，基于燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，則可稱之為動態(tài)基準(zhǔn)值的計(jì)算方法。

依據(jù)基準(zhǔn)電耗和當(dāng)前電耗的定義：

所謂的基準(zhǔn)電耗：是指根據(jù)改造前后的獨(dú)立變量的變化，對改造前分表計(jì)量的電耗數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整后的電耗數(shù)據(jù)。當(dāng)前電耗是指改造后的分表計(jì)量電耗數(shù)據(jù)[8]。而采用動態(tài)基準(zhǔn)值的計(jì)算方法，則基本可以消除3個(gè)獨(dú)立變量對主排風(fēng)機(jī)電耗節(jié)約值的影響，換言之，動態(tài)基準(zhǔn)值已經(jīng)潛在地對改造前分表計(jì)量的電耗數(shù)據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整。

具體實(shí)施方法如下：

采用相似日測量方法分別得到主排風(fēng)機(jī)的基準(zhǔn)電耗和當(dāng)前電耗。即在主排風(fēng)機(jī)節(jié)能改造項(xiàng)目驗(yàn)收通過運(yùn)行后，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行和相關(guān)獨(dú)立變量變化的特點(diǎn)，每個(gè)效益結(jié)算周期內(nèi)（如1個(gè)月或3個(gè)月）確定1天或幾天切換到改造前的系統(tǒng)運(yùn)行控制方式下運(yùn)行，利用滿足精度要求的計(jì)量儀表記錄該時(shí)間段內(nèi)的相關(guān)獨(dú)立變量和電耗數(shù)據(jù)，計(jì)算出主排風(fēng)機(jī)該時(shí)間段內(nèi)的單位t礦電耗，作為基準(zhǔn)電耗。如果改造涉及到設(shè)備本身的高效改造時(shí)，則在計(jì)算基準(zhǔn)電耗時(shí)需考慮改造前后新舊設(shè)備的能效影響。在忽略其他次要因素的前提下，基準(zhǔn)電耗與風(fēng)機(jī)設(shè)備效率的一次方成反比。同時(shí)在每個(gè)效益結(jié)算周期內(nèi)的其它時(shí)間段內(nèi)均采用改造后的節(jié)能方式運(yùn)行，并記錄相關(guān)的獨(dú)立變量與電耗數(shù)據(jù)，計(jì)算出每個(gè)效益結(jié)算周期內(nèi)的當(dāng)前電耗。一般而言，每個(gè)結(jié)算周期在1個(gè)月或3個(gè)月，影響電耗的三個(gè)獨(dú)立變量與基準(zhǔn)電耗測試時(shí)的數(shù)值相近或相似，這樣采用相似日測量的方法，可得出主排風(fēng)機(jī)節(jié)能改造后的節(jié)能量。

表3 單位燒結(jié)面積風(fēng)量對照表

需要特別說明的是：改造前的設(shè)備基準(zhǔn)電耗通過短期的運(yùn)行測試然后通過計(jì)算得到，一般認(rèn)為在如此短的時(shí)間內(nèi)，要對系統(tǒng)所有的運(yùn)行工況都進(jìn)行測試是不現(xiàn)實(shí)的。而合合需要說明的是：主排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行工況在一個(gè)時(shí)期內(nèi)是相對穩(wěn)定的，基準(zhǔn)測試時(shí)的工況基本可以覆蓋系統(tǒng)的主要運(yùn)行工況，并且其采用的是動態(tài)基準(zhǔn)法，即在每個(gè)結(jié)算周期內(nèi)都會重復(fù)這樣的測試工作作為本期的結(jié)算依據(jù)，長期來看，多次測量法可以消除工況對基準(zhǔn)電耗統(tǒng)計(jì)的影響。

以華東某鋼廠的燒結(jié)機(jī)主排風(fēng)機(jī)為例計(jì)算。2016年9月～11月季度的當(dāng)前電耗計(jì)算過程：計(jì)量期間合計(jì)電耗為896.6萬kWh，期間燒結(jié)礦產(chǎn)量為41.13萬t，得出當(dāng)前電耗值為：21.8 kWh/t礦。而在本次效益分享結(jié)算周期的最后一天將系統(tǒng)運(yùn)行控制方式切換到改造前的工頻方式運(yùn)行24 h，計(jì)量期間合計(jì)電耗為12.406萬kWh，期間燒結(jié)礦產(chǎn)量為0.511 22萬t，得出本次效益分享結(jié)算周期內(nèi)的基準(zhǔn)電耗值為24.3 kWh/t礦，得出節(jié)能率達(dá)到10.2%左右，與原先約定的考核指標(biāo)是吻合的。此時(shí)尚未考慮主排風(fēng)機(jī)提效改造的節(jié)能貢獻(xiàn)，后文闡述。

3.2 多種節(jié)能措施下的節(jié)能分成比例確定

對于燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能改造，往往涉及到組合節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，包括燒結(jié)系統(tǒng)改造（包括漏風(fēng)綜合治理）、調(diào)節(jié)控制方式改造（將原工頻運(yùn)行+入口閥門調(diào)節(jié)方式改造為變頻運(yùn)行調(diào)節(jié)方式）、主排風(fēng)機(jī)設(shè)備提效改造。尤其是燒結(jié)系統(tǒng)的改造包括了燒結(jié)機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾密封改造、卸灰閥改造、布料系統(tǒng)以及電除塵裝置的改造，這部分的改造由于與生產(chǎn)工藝的結(jié)合度較高，一般由業(yè)主方自行改造。這部分改造對降低主排風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)電耗是有益的。對于合同能源管理項(xiàng)目，如何將這部分的節(jié)能貢獻(xiàn)度從整體的節(jié)能效益中進(jìn)行剝離是很有必要的，這樣可以明確業(yè)主方和投資方的節(jié)能效益的各自貢獻(xiàn)度。

從圖3中可清晰地得出幾種組合技術(shù)各自的節(jié)能貢獻(xiàn)占比[9]。

仍然以華東某鋼廠燒結(jié)機(jī)主排風(fēng)機(jī)改造為例，因?yàn)樯婕暗缴鲜鼋M合節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。其中的A值根據(jù)業(yè)主方歷年的臺賬統(tǒng)計(jì)得出為30 kWh/t礦，僅作為業(yè)主方衡量后續(xù)系統(tǒng)大修改造后漏風(fēng)治理效果的判斷依據(jù)。由于主排風(fēng)機(jī)改造與系統(tǒng)大修改造同步進(jìn)行，B值只能根據(jù)新風(fēng)機(jī)與老風(fēng)機(jī)的效率對比折算得出。根據(jù)相似日測量方法，在相關(guān)獨(dú)立變量接近的前提下，同樣的產(chǎn)量下其需求的燒結(jié)風(fēng)量和燒結(jié)負(fù)壓是基本恒定的，這時(shí)的基準(zhǔn)電耗就只與風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行效率成反比了。B值的計(jì)算公式如下：

式中：

C——實(shí)測當(dāng)期24 h的基準(zhǔn)電耗量，kWh/t礦，本例為24.3 kWh/t礦；

η1——舊風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，%，本例實(shí)測為73.4%；

圖3 組合節(jié)能技術(shù)節(jié)電計(jì)算圖

η2——新風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，%，本例實(shí)測為86.6%；

這樣計(jì)算得出B值為28.7 kWh/t礦。結(jié)合上述分析和圖3所示，D值即為實(shí)測當(dāng)期電耗，為21.8 kWh/t礦，這樣可依次得出各節(jié)能技術(shù)的節(jié)能效果如下：

變頻改造節(jié)電值△V=C-D=24.3-21.8=2.5 kWh/t礦風(fēng)機(jī)改造節(jié)電值△F=B-C=28.7-24.3=4.4 kWh/t礦系統(tǒng)改造節(jié)電值△S=A-B=30-28.7=1.3 kWh/t礦組合技術(shù)總節(jié)電值為A-D=30-21.8=8.2 kWh/t礦

這樣可得出組合技術(shù)的節(jié)電占比分別為：變頻改造約占30%、風(fēng)機(jī)改造約占54%，系統(tǒng)改造約占16%。由此可見風(fēng)機(jī)提效改造在其中占了一半以上的比重。在本案例中，B值作為業(yè)主方與合同能源管理項(xiàng)目實(shí)施方效益分享結(jié)算時(shí)的電耗基準(zhǔn)值，并且在每個(gè)結(jié)算周期內(nèi)根據(jù)實(shí)測的動態(tài)基準(zhǔn)值C進(jìn)行折算得出，此時(shí)的節(jié)電率達(dá)到24%，遠(yuǎn)超過雙方約定的12%節(jié)電率的考核指標(biāo)。其中的系統(tǒng)改造節(jié)電值S則作為業(yè)主方內(nèi)部考核系統(tǒng)大修后漏風(fēng)治理的節(jié)電值。

4 結(jié)論

理論分析和實(shí)際案例均表明，燒結(jié)主排風(fēng)機(jī)變頻改造存在節(jié)能空間，但由于影響主排風(fēng)機(jī)電耗的邊界條件（即獨(dú)立變量）隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)動態(tài)變化，這給節(jié)能率的評估和計(jì)算帶來了較大的不確定性。引入動態(tài)電耗基準(zhǔn)值的概念，可較好地解決這一問題。同時(shí)也進(jìn)一步明確了變頻改造和風(fēng)機(jī)設(shè)備提效改造組合技術(shù)的應(yīng)用是相輔相成的。在負(fù)荷變化范圍有限和變化周期不太頻繁的工藝系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)設(shè)備提效改造的節(jié)能貢獻(xiàn)度是大于變頻調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)度的，此時(shí)決定節(jié)能效果優(yōu)劣的首先在于主體設(shè)備風(fēng)機(jī)本身[10]。

[1] 楊俊國，劉曉超，陳茂梅. 主抽風(fēng)機(jī)的節(jié)電運(yùn)行與電機(jī)軟啟動[J].馬鋼技術(shù)，2001(增刊):21-22,47.

[2] 吳朝剛，顧云松，阿 中. 燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)與風(fēng)機(jī)參數(shù)關(guān)系的分析[J].安徽冶金，2011(2):46-48.

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[8] 胡秀蓮，李愛仙，陳海江，等. GB/T13234-2009企業(yè)節(jié)能量計(jì)算方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[9] 孟憲德. 風(fēng)機(jī)節(jié)能應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].煤炭技術(shù)，2004 (3):14-16.

[10] 馬云鵬. 對風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能最佳方案的討論[J].電氣牽引，2007(1):4-7.

美研制成功自愈薄膜可極大改善氫燃料電池使用壽命

最近，美國特拉華大學(xué)的研究人員成功開發(fā)出一種可以自愈的薄膜，有利于延長氫燃料電池的使用壽命。在一塊氫燃料電池中，經(jīng)常會用到全氟磺酸薄膜。隨著時(shí)間的推移，在使用過程中曼曼磨損破裂，產(chǎn)生了裂縫和孔洞，讓氫氣和氧氣直接接觸，造成彼此和整個(gè)電芯的損傷。目前解決方案是整個(gè)替換組裝好的膜電極，但操作成本相當(dāng)高昂。為讓燃料電池長期穩(wěn)定使用，特拉華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了這種自愈薄膜。

該薄膜包含了微囊劑的自修復(fù)聚合物、混凝土。在遭遇壓力時(shí)，這些微囊劑會破裂流出并堵住孔洞。

經(jīng)長達(dá) 220 小時(shí)的耐久性試驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)這種微囊劑可以極大改善薄膜的使用壽命。

（cnBeta.COM）

Study on Electric Power Saving Checking Method of Sintering Main Exhaust Fan VF Renovation at Iron and Steel Works

Zhu Hongbin, Cao Xianchang, Liu Yongmei
Shanghai Bao Steel Energy Saving Environment Protection Technology Co.,Ltd

The article analyzes various independent variables causing changes of energy saving after sintering main exhaust fan VF renovation. Under the condition of unchanged independent variables deterioration trend, the author puts forward applying dynamic electric power consumption benchmark as energy saving calculation checking method to evaluate energy saving effect objectively and accurately after sintering main exhaust fan VF renovation. Meanwhile the author puts forward confirmation method of energy saving division ratio with several energy saving measures. When load changes is limited and process system change cycle is not frequent, energy saving contribution of improving fan equipment efficiency is more than variable frequency adjustment. Fan equipment operation efficiency determines energy saving effect by itself.

Sintering, Main Exhaust Fan, Electric Power Saving, Variable Frequency, Efficiency,Electric Consumption Benchmark

本課題研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資金支持（課題號：2016YFB0601402）

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.11.006

Fund Item: National Key Research Plan Fund Support (No. 2016YFB0601402)

朱紅兵：（1968-），男，本科。專業(yè)流體機(jī)械及系統(tǒng)節(jié)能，高級工程師。