李賀昌，楊天亮，李 強(qiáng)

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部，河北唐山 063200）

引言

電力是鋼鐵廠主要消耗的能源之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，用電成本占能源介質(zhì)總成本的30%～40%，電機(jī)是風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、機(jī)床、傳輸帶等各種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置，是用電量最大的耗電機(jī)械。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電機(jī)總耗電量，占全社會(huì)總用電量的64%，其中工業(yè)領(lǐng)域電機(jī)總用電量約占工業(yè)用電的75%。

為貫徹落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排規(guī)劃和綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，鋼鐵行業(yè)等高耗能行業(yè)尤其需要進(jìn)行節(jié)能減排工作，電動(dòng)機(jī)負(fù)載電耗就占能源總成本的30%以上，而風(fēng)機(jī)、水泵是電耗重中之重，因此做好風(fēng)機(jī)、水泵的降耗增效工作就顯得極為重要。

1 鋼鐵廠風(fēng)機(jī)水泵運(yùn)行現(xiàn)狀

通過(guò)調(diào)研風(fēng)機(jī)水泵的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)部分風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載設(shè)計(jì)裕度偏高，普遍存在大馬拉小車現(xiàn)象，同時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)風(fēng)壓、風(fēng)量的需要不夠明確,部分設(shè)備實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)不全，管理及運(yùn)行人員未能將最佳控制點(diǎn)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，具體如下：

（1）傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)、水泵流量的設(shè)計(jì)均以最大需求來(lái)設(shè)計(jì)，采用閥門或風(fēng)門擋板等方式來(lái)調(diào)節(jié)流量。但實(shí)際使用中流量隨各種因素而變化（如季節(jié)、溫度、工藝、產(chǎn)量等），往往比最大流量小得多。通過(guò)調(diào)節(jié)擋板或閥門的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)流量，實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變管網(wǎng)阻力大小來(lái)改變流量，這樣一來(lái)存在嚴(yán)重的節(jié)流損失，造成風(fēng)機(jī)水泵的運(yùn)行點(diǎn)偏離最佳效率點(diǎn)，造成浪費(fèi)。大部分風(fēng)機(jī)、水泵通過(guò)閥門進(jìn)行流量或壓力調(diào)節(jié)控制，使得很大一部分能量損耗在調(diào)節(jié)閥門上。

（2）部分對(duì)調(diào)節(jié)流量或壓力無(wú)顯著精度要求的風(fēng)機(jī)、水泵多處于閥門全開(kāi)，最大流量的工作狀態(tài)，并非工作在最佳效能比狀態(tài)，造成不必要的能量浪費(fèi)。

（3）部分設(shè)備配有變頻調(diào)速系統(tǒng)，而現(xiàn)場(chǎng)僅將變頻運(yùn)行手段作為調(diào)整工況的一種手段，由于缺少經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致運(yùn)行頻率大部分時(shí)間未進(jìn)行調(diào)整，未能有效發(fā)揮變頻設(shè)備的節(jié)電能力。

（4）部分低壓電機(jī)Y2、Y3 系列由于效率偏低屬于國(guó)家淘汰的電機(jī)型號(hào)。

（5）由于系統(tǒng)電壓偏高部分風(fēng)機(jī)設(shè)備存在過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的情況，在異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際使用時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷的現(xiàn)象。長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷或過(guò)負(fù)荷嚴(yán)重就會(huì)使電動(dòng)機(jī)損壞。造成電機(jī)過(guò)熱電動(dòng)機(jī)的激磁電流增加很多，定子的銅損，定子與轉(zhuǎn)子的鐵損也要加大，結(jié)果容易使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。

雖然設(shè)備的運(yùn)行電流未超過(guò)額定電流，由于運(yùn)行電壓較額定電壓高，因而出現(xiàn)電機(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的情況，從而對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。

2 通過(guò)管理措施，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

基于鋼鐵廠風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載普遍存在大馬拉小車現(xiàn)象，設(shè)備實(shí)際運(yùn)行效率偏低的現(xiàn)狀，從優(yōu)化運(yùn)行及技術(shù)改造兩個(gè)方面進(jìn)行風(fēng)機(jī)水泵系統(tǒng)的節(jié)電運(yùn)行控制：

（1）改善系統(tǒng)電壓避免設(shè)備過(guò)負(fù)荷運(yùn)行

針對(duì)部分設(shè)備出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷影響設(shè)備穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的情況，可以通過(guò)調(diào)整系統(tǒng)的電壓，調(diào)節(jié)110 kV 變壓器有載分接開(kāi)關(guān)檔位來(lái)降低10 kV 系統(tǒng)電壓，通過(guò)實(shí)踐電壓由10.5 kV 降低至10.07 kV，電機(jī)的運(yùn)行電流和有功功率有一定程度的降低，同時(shí)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行能力明顯得到改善，具體見(jiàn)表1所示。

表1 降低電壓對(duì)設(shè)備節(jié)能的效果

（2）優(yōu)化工頻電機(jī)運(yùn)行情況

由于部分工頻風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載設(shè)計(jì)裕度偏高，同時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)工藝對(duì)風(fēng)壓、風(fēng)量的控制不明確，為確保生產(chǎn)穩(wěn)定，普遍存在用能過(guò)剩的情況，導(dǎo)致用電負(fù)荷增加，因此可以通過(guò)采取調(diào)整閥門開(kāi)度的措施實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

舉例：煉鋼工藝除塵風(fēng)機(jī)（3350 kW），結(jié)合生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整節(jié)約電耗，將脫硫二次除塵風(fēng)機(jī)風(fēng)門開(kāi)度由95.6%調(diào)整到85.5%，電流由原來(lái)的205.7 A降低至184.6 A，二次除塵風(fēng)機(jī)功率為3350 kW，每月可節(jié)約電量22.3萬(wàn)kWh。

（3）優(yōu)化變頻電機(jī)運(yùn)行情況

京唐公司變頻電機(jī)、軟啟動(dòng)電機(jī)占總電機(jī)數(shù)量的20%左右，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解變頻運(yùn)行電機(jī)的風(fēng)門擋板有未全開(kāi)的情況，且運(yùn)行頻率大部分時(shí)間未進(jìn)行調(diào)整，因此仍有部分節(jié)能空間，在正常運(yùn)行時(shí)通過(guò)開(kāi)大風(fēng)門、擋板降低運(yùn)行電機(jī)頻率的方式降低電能損耗，在檢修過(guò)程中停運(yùn)工頻電機(jī)，降低變頻電機(jī)運(yùn)行頻率實(shí)現(xiàn)降低電耗。

1#高爐爐前除塵有3 套變頻風(fēng)機(jī)，其中1 套額定功率2240 kW，另外兩套額定功率1600 kW，變頻器頻率45 Hz，經(jīng)與電氣專業(yè)及爐前崗位班長(zhǎng)溝通，有一定降頻節(jié)電空間，決定將1#高爐一套爐前除塵風(fēng)機(jī)頻率由45 Hz 降低到42 Hz，風(fēng)機(jī)風(fēng)門100%保持不變。降頻后，電機(jī)電流由60 A 降低到48 A，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由907 r/min 降低到840 r/min，每小時(shí)節(jié)電140 kWh。

(4)做好檢修期間節(jié)電工作

各用電單位通過(guò)梳理檢修期間停運(yùn)用電設(shè)備明細(xì)，明確檢修期間系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)檢修期間節(jié)約用電，針對(duì)用電負(fù)荷的各類設(shè)備包括工頻、變頻輔助設(shè)備、工藝設(shè)備運(yùn)行情況，梳理檢修期間設(shè)備的啟停標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于不必要運(yùn)行的風(fēng)機(jī)、水泵、液壓站等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，制定相關(guān)規(guī)定，做到應(yīng)停設(shè)備及時(shí)停運(yùn)，以達(dá)到節(jié)約用電的目的。

3 通過(guò)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

針對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)偏離額定的情況，通常采取的節(jié)電措施主要有：

（1）通過(guò)調(diào)節(jié)閥門或風(fēng)門擋板等方式來(lái)調(diào)節(jié)流量。

（2）改造或更換低效率設(shè)備，推廣新型的高效風(fēng)機(jī)、水泵。

（3）通過(guò)變頻調(diào)速、永磁調(diào)速技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

通過(guò)運(yùn)行分析來(lái)看，調(diào)節(jié)閥門開(kāi)度實(shí)現(xiàn)節(jié)流雖然能夠降低一定的運(yùn)行功率但是由于大量能源被閥門消耗，仍需要采取措施。針對(duì)工況變化復(fù)雜的設(shè)備可以通過(guò)變頻或者永磁調(diào)速實(shí)現(xiàn)其在滿足工況變化的情況下節(jié)電運(yùn)行的目的，但是由于變頻設(shè)備對(duì)系統(tǒng)電壓敏感，容易受到電氣故障產(chǎn)生的瞬時(shí)低電壓停機(jī)，穩(wěn)定運(yùn)行水平不如永磁調(diào)速裝置；而對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行在穩(wěn)定工況并且偏離額定值較大的情況可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)更換為匹配的風(fēng)機(jī)水泵實(shí)現(xiàn)其高效運(yùn)行；同時(shí)對(duì)于有節(jié)能潛力的設(shè)備，電機(jī)屬于淘汰電機(jī)的更新為高效電機(jī)，提高電機(jī)運(yùn)行效率，此種方法改造相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于普遍存在大馬拉小車的情況能夠起到立竿見(jiàn)影的效果。

表2 節(jié)電措施優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

表2就各項(xiàng)節(jié)電措施進(jìn)行比較和分析。

針對(duì)實(shí)際運(yùn)行壓力、流量與額定偏差較大的設(shè)備通過(guò)改變風(fēng)機(jī)水泵進(jìn)行改造或更換為小功率風(fēng)機(jī)水泵，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行與額定狀態(tài)匹配，達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。

舉例：對(duì)18臺(tái)工藝循環(huán)水泵更換為高效匹配的節(jié)能泵，實(shí)現(xiàn)年度節(jié)電量1500 萬(wàn)kWh。

4 總結(jié)

通過(guò)精細(xì)化管理實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)水泵系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，完成對(duì)風(fēng)機(jī)水泵系統(tǒng)的有效控制，對(duì)工頻風(fēng)機(jī)水泵通過(guò)減小閥門開(kāi)度，降低變頻設(shè)備運(yùn)行功率減少用電量為目的，通過(guò)管理手段每年可節(jié)約電量2000 萬(wàn)kWh以上。通過(guò)風(fēng)機(jī)水泵運(yùn)行實(shí)踐，表明通過(guò)管理節(jié)電的潛力非常巨大，建議繼續(xù)通過(guò)以下措施來(lái)激勵(lì)全員的節(jié)能意識(shí)，真正做到工藝節(jié)電、精細(xì)管理、點(diǎn)滴節(jié)約。

（1）制定節(jié)電獎(jiǎng)勵(lì)政策，各單位制定內(nèi)部節(jié)電方案，梳理設(shè)備用電情況，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，明確責(zé)任人。

（2）加強(qiáng)用電消耗限額管理，對(duì)各工序電耗、重點(diǎn)耗電設(shè)備計(jì)劃兌現(xiàn)情況嚴(yán)格落實(shí)專業(yè)考核。

（3）各部門推行能源精細(xì)化管理，按照主要耗能介質(zhì)和重點(diǎn)耗能設(shè)備分區(qū)域建立能源小指標(biāo)（單耗形式），完善小指標(biāo)競(jìng)賽。