劉 民

（安泰科技股份有限公司，北京 101318）

0 引言

近些年來(lái)，隨著我國(guó)各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，燒結(jié)釹鐵硼已經(jīng)在電機(jī)行業(yè)、風(fēng)力發(fā)電、醫(yī)療器械、電動(dòng)汽車以及航空航天等許多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，是一種性能優(yōu)異的基礎(chǔ)功能材料[1]。但是，隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能環(huán)保的要求逐漸提高，燒結(jié)釹鐵硼行業(yè)越來(lái)越重視其中能耗較大的、連續(xù)燒結(jié)工段的能源消耗問(wèn)題。燒結(jié)工段是燒結(jié)釹鐵硼行業(yè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，用于原材料的熔煉[2]。燒結(jié)工段的高能耗是一個(gè)廣受詬病的問(wèn)題，所以研究燒結(jié)釹鐵硼粉末制備中連續(xù)燒結(jié)工段的能源管理優(yōu)化成為目前的熱門。

1 能源管理介紹

1.1 能源管理的內(nèi)容

所謂能源管理，是指借助科學(xué)的手段，針對(duì)能源從生產(chǎn)、分配再到轉(zhuǎn)換和消耗的整個(gè)過(guò)程，進(jìn)行能源的規(guī)劃、控制和監(jiān)督等所有的工作[3]。主要包括6方面內(nèi)容：①制定開(kāi)發(fā)能源政策，制度科學(xué)的節(jié)能政策，不斷制定合理的能源法規(guī)、規(guī)劃，逐步完善能源控制系統(tǒng)，做好能源在工業(yè)和生活方面的生產(chǎn)和分配；②能源設(shè)備方面需要加強(qiáng)管理，對(duì)一些高耗能的窯爐、鍋爐、電器等不斷開(kāi)展技術(shù)改造和設(shè)備更新，保證能源利用率處在較高水平，開(kāi)展定額能源管理，通過(guò)對(duì)有效能源消耗和工藝性能源損耗進(jìn)行計(jì)算，核定得到每一項(xiàng)定額能源消耗；③建立能源消耗的經(jīng)濟(jì)責(zé)任制度，適當(dāng)進(jìn)行獎(jiǎng)優(yōu)罰劣，將能源消耗定額制度具體到車間、班組甚至是個(gè)人，促進(jìn)企業(yè)整體耗能的降低；④對(duì)于能耗較大的企業(yè)、重點(diǎn)能耗項(xiàng)目和設(shè)備，要進(jìn)行定期檢查，督促企業(yè)開(kāi)展有效利用能源的技術(shù)分析，并不斷建立健全企業(yè)的能源管理制度，逐步形成完善的能源管理網(wǎng)；⑤不斷開(kāi)展員工節(jié)能教育，提高員工節(jié)能意識(shí)；⑥相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督，嚴(yán)格監(jiān)督能源計(jì)量技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況、統(tǒng)計(jì)技術(shù)方法，保證企業(yè)在核算能源消耗方面的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

1.2 能源管理的流程

企業(yè)開(kāi)展能源管理的流程分為3步：第一步要經(jīng)過(guò)企業(yè)最高管理機(jī)構(gòu)授權(quán)，同意開(kāi)展能源管理，并設(shè)定企業(yè)的能源管理目標(biāo)，組織建立本企業(yè)完善的能源管理組織；第二步是對(duì)企業(yè)能源管理現(xiàn)狀進(jìn)行分析，制定能源管理工作計(jì)劃，回顧本企業(yè)能源結(jié)構(gòu)、限制能源消耗降低的歷史條件，開(kāi)展能源審計(jì)工作，制定出符合本企業(yè)現(xiàn)實(shí)情況的節(jié)能計(jì)劃和切實(shí)可行的實(shí)施方案，然后對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，保證方案的科學(xué)可行性；第三步就是方案執(zhí)行和控制，核準(zhǔn)所需的能源資源，分配能源管理的職責(zé)和目標(biāo)，建立能源計(jì)量制度，并定期形成能源報(bào)告，保證能源措施得到有效實(shí)施，并對(duì)能源管理實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 能源管理優(yōu)化在燒結(jié)釹鐵硼粉末連續(xù)燒結(jié)工段的應(yīng)用

2.1 確定開(kāi)展能源管理的范圍

燒結(jié)釹鐵硼屬于能耗較大的行業(yè)，在日常生產(chǎn)過(guò)程中，能源消耗的主要過(guò)程是連續(xù)燒結(jié)工段。為做好這部分的能源管理，要制定能源計(jì)劃，包括用能計(jì)劃、消耗記錄、優(yōu)化措施等，并完成計(jì)劃的上報(bào)、審批和計(jì)劃的下發(fā)、實(shí)施。首先要確定重點(diǎn)用能工段或用能裝置，以及實(shí)際的能耗和生產(chǎn)負(fù)荷，然后制定用能計(jì)劃。通過(guò)用能計(jì)劃的優(yōu)化，降低能源消耗成本。以某燒結(jié)釹鐵硼企業(yè)的燒結(jié)車間為例，有50臺(tái)單室燒結(jié)爐設(shè)備，單室燒結(jié)爐的工作過(guò)程主要分為：大氣環(huán)境下單爐料入爐、封閉后真空系統(tǒng)運(yùn)行至高真空環(huán)境、啟動(dòng)加熱并按工藝曲線保持溫度、加熱結(jié)束后風(fēng)機(jī)啟動(dòng)強(qiáng)制冷卻至200℃以下，開(kāi)爐門出料（圖1）。在生產(chǎn)過(guò)程中，每個(gè)爐爐體內(nèi)的真空和高溫環(huán)境都需要經(jīng)歷1次“建立—保持—破壞”的過(guò)程，存在耗能優(yōu)化的余地。

2.2 能源管理設(shè)計(jì)

圖1 單室燒結(jié)爐工作過(guò)程

開(kāi)展能源管理，首先要在管理層級(jí)上形成管理閉環(huán)，制定計(jì)劃、進(jìn)行能源監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)、開(kāi)展能源績(jī)效評(píng)價(jià)、考核能源管理效果。通過(guò)能源管理的開(kāi)展，使企業(yè)能源管理走向高效、規(guī)范，實(shí)現(xiàn)最大化能效、建立可視化能流、實(shí)施在線可優(yōu)化。圍繞“計(jì)劃—實(shí)施—檢查—改進(jìn)”（Plan，Do，Check，Act，即 PDCA 循環(huán)），不斷優(yōu)化能源管理體系，開(kāi)展能源的高效管理。

以燒結(jié)釹鐵硼企業(yè)為例，開(kāi)展能源管理，首先要得到企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的同意，確定能源管理者代表，作為管理工作的總負(fù)責(zé)人，然后組織建立企業(yè)能源管理體系，逐步開(kāi)展能源管理工作。

2.3 現(xiàn)有能源消耗分析

實(shí)現(xiàn)能源消耗分析首先要完成能源消耗統(tǒng)計(jì)，分析現(xiàn)有的能源消耗情況是必不可少的。首先要做好“手里有本賬”，對(duì)現(xiàn)有能源產(chǎn)耗數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和確認(rèn)，然后對(duì)應(yīng)車間的生產(chǎn)、供應(yīng)和消耗的整個(gè)過(guò)程，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和歸類，核算能源消耗。通過(guò)對(duì)歷史能源消耗情況進(jìn)行調(diào)查，可以詳細(xì)了解到能源利用的趨向，在進(jìn)一步確定能源管理目標(biāo)時(shí)，可以作為參考基準(zhǔn)，也能提供能源管理改進(jìn)的方向。調(diào)查數(shù)據(jù)的來(lái)源可以有電費(fèi)賬單、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)記錄或其他可以使用的資料。

燒結(jié)釹鐵硼工業(yè)中，主要耗能工段的燒結(jié)過(guò)程的能源為電能。燒結(jié)爐工作過(guò)程中加熱與維持、抽真空與維持、強(qiáng)制冷卻3個(gè)過(guò)程耗電量大，其中以加熱功率為主。按普通工藝燒結(jié)的單爐（300 kg）平均用電量約為720 kW·h（不含回火）。

2.4 確定能源計(jì)量措施

采用科學(xué)、合理的能源計(jì)量措施是保證能源管理有效的基礎(chǔ)。本部分的主要目的是開(kāi)展科學(xué)的能源計(jì)量，從而理清能源消耗情況。對(duì)能源計(jì)量的統(tǒng)計(jì)儀表數(shù)量、數(shù)值進(jìn)行記錄，方便進(jìn)行能源消耗核算和能源節(jié)省的數(shù)值核算。在燒結(jié)釹鐵硼粉末制備中，前面分析了其主要的耗能階段在燒結(jié)工段，而燒結(jié)工段的耗能主要為電能，所以采用的計(jì)量方式是電量消耗。電能計(jì)量措施為通過(guò)每臺(tái)燒結(jié)爐上的電表讀數(shù)，每月讀取電度數(shù)，再根據(jù)當(dāng)月生產(chǎn)的爐數(shù)計(jì)算每爐的用電量，并主要以此跟蹤能耗變化和設(shè)備的狀況。

2.5 設(shè)備優(yōu)化

通過(guò)設(shè)備優(yōu)化以及舊的耗能設(shè)備的替換是能源管理的一個(gè)重要方法，對(duì)于燒結(jié)釹鐵硼粉末制備中的燒結(jié)爐的高耗能情況，前面分析得到現(xiàn)有能源消耗情況。因此，針對(duì)企業(yè)的這種耗能情況，有針對(duì)性地開(kāi)展能源管理。原有單室燒結(jié)爐存在能耗高的問(wèn)題，所以通過(guò)引進(jìn)新的節(jié)能設(shè)備達(dá)到能耗降低的目的。新引進(jìn)八室連續(xù)燒結(jié)爐，替代現(xiàn)有的8臺(tái)單室燒結(jié)爐（圖2）。引進(jìn)新形式的燒結(jié)爐，主要考慮2個(gè)因素：一是加熱段功率，正常工作狀態(tài)下，連續(xù)爐每個(gè)室維持在燒結(jié)環(huán)境（溫度和真空度），在轉(zhuǎn)爐過(guò)程中，溫升梯度較小，加熱時(shí)間大幅縮短，節(jié)約能耗；二是保溫段功率，連續(xù)爐高溫段相連，溫差小，并且規(guī)避了單室爐的爐門和風(fēng)機(jī)側(cè)的跑熱問(wèn)題，因此總體保溫效果加強(qiáng)，在保溫段維持功率大幅降低，降低能耗。

2.6 燒結(jié)過(guò)程消耗效益分析

現(xiàn)有能源消耗：普通單室爐平均用電量約720 kW·h/爐，共8臺(tái)爐。

圖2 8室連續(xù)燒結(jié)爐工作過(guò)程

設(shè)備優(yōu)化后的能源消耗：1臺(tái)8室連續(xù)燒結(jié)爐的電能消耗為440 kW·h，設(shè)備優(yōu)化后由于設(shè)備集成度高，單班只需要設(shè)備操作及巡檢人員1人，碼料等操作集中在白班完成，并省去中間轉(zhuǎn)料操作，較8臺(tái)單室燒結(jié)爐可達(dá)到節(jié)省操作工人10人（雙班）；而且還可以通過(guò)人力資源管理的優(yōu)化進(jìn)一步調(diào)整人員的節(jié)省，有巨大節(jié)約空間。

考慮回火因素，每臺(tái)單室爐每年生產(chǎn)相當(dāng)于300爐料。通過(guò)計(jì)算，本項(xiàng)目每年可節(jié)電672 000 kW·h。

估算設(shè)備優(yōu)化的項(xiàng)目投資為1000萬(wàn)元人民幣左右，主要為八室連續(xù)燒結(jié)爐的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)。本項(xiàng)目每年可節(jié)省電能672 000 kW·h，電費(fèi)按1.00人民幣元（kW·h）計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)約67.2萬(wàn)元人民幣。雙班節(jié)約用工10人，按人均企業(yè)支出6萬(wàn)元人民幣計(jì)算，約合人工費(fèi)60萬(wàn)元人民幣。不包括工藝質(zhì)量提升帶來(lái)的效益，合計(jì)直接經(jīng)濟(jì)效益約127.2萬(wàn)元人民幣，投資回收期約7.8 a。因此，實(shí)施能源管理的效益非?？捎^。

3 結(jié)論

燒結(jié)釹鐵硼粉末為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了支持，但同時(shí)也消耗了相當(dāng)多的能源，所以在這個(gè)行業(yè)進(jìn)行能源管理，提高能源利用率，降低單位產(chǎn)品的能源效率，是一項(xiàng)提高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的有力措施。通過(guò)上述分析可以得出，通過(guò)能源管理的實(shí)施，每年可以給燒結(jié)釹鐵硼粉末企業(yè)帶來(lái)127.2萬(wàn)元人民幣的直接經(jīng)濟(jì)效益。因此，在高耗能行業(yè)開(kāi)展能源管理是非常有必要的。僅以制備燒結(jié)釹鐵硼粉末中連續(xù)燒結(jié)工段為例進(jìn)行了能源管理的介紹，還存在許多不足之處，在后續(xù)的研究中會(huì)繼續(xù)完善，以借助能源管理持續(xù)優(yōu)化能源消耗，提高能源使用效率。