鋁型材生產(chǎn)企業(yè)節(jié)電潛力分析方法探討

李峻毅(佛山市特種設備能效測試研究院廣東佛山528000)

1 電能利用狀況

1.1 工藝流程

鋁型材生產(chǎn)的工藝流程如圖1所示：

圖1 鋁型材生產(chǎn)工藝流程

鋁錠在熔爐中受熱融化成鋁液，加入鋁硅合金錠、鎂錠等一同熔煉，再鑄造成圓型鋁棒；鋁棒在擠壓機上通過模具擠壓出各種規(guī)格的型材，這些型材稱為基材料，基材料可直接作為產(chǎn)品，也可供下一工序繼續(xù)加工；基材料放進特定的酸堿槽液中，以鋁基材為陽極通電氧化，使型材表面形成氧化保護膜，著色采用電解著色工藝，將金屬離子（鎳離子、亞錫離子）填充到氧化保護膜中，使氧化膜顯現(xiàn)出不同的顏色，電泳是把型材放入電泳槽中，通電使丙烯酸樹脂附著在型材表面；在基材料上噴上特定粉末，然后加熱固化，形成噴涂保護膜，則成為噴涂產(chǎn)品。

1.2 生產(chǎn)用電消耗情況

經(jīng)對7家鋁型材企業(yè)的用電情況進行統(tǒng)計，得到各工藝電力消耗占全部生產(chǎn)用電比例情況如下：熔鑄占1.13%～15.17%，擠壓占 31.53～55.97%，氧化占 30.62%～60.32%，噴涂占1.51～7.10%。可見氧化和擠壓是主要耗電環(huán)節(jié)。

1.3 供電系統(tǒng)及用電設備能效水平

“十一五”期間筆者參加了佛山地區(qū)多家鋁型材企業(yè)的節(jié)能監(jiān)測工作，對部分企業(yè)檢測數(shù)據(jù)匯總分析，可以大致了解到鋁型材企業(yè)供電系統(tǒng)和主要用電設備的能效水平。

（1）線損率（包括變壓器和配電線路損耗）：測試七家企業(yè)，平均線損率1.80%，最大2.46%，最小1.08%；（2）擠壓機效率：測試21臺，平均效率53.24%，最高62.72%，最低35.38%；（3）整流裝置效率：測試17套，平均效率91.58%，最高96.64%，最低83.50%；（4）模具電加熱爐效率：測試4臺，平均效率46.81%，最高53.41%，最低43.43%；（5）空氣壓縮機效率：測試5臺，平均效率73.88%，最高78.6%，最低69.74%；（6）制冷機組 EER（單位輸入功率制冷量）：平均值3.14，最高3.98，最低2.53。

從上述數(shù)據(jù)分析：企業(yè)線損率均低于3.5%的節(jié)能監(jiān)測合格指標，說明企業(yè)電能轉(zhuǎn)換輸送效率較高；空氣壓縮機與制冷機的能效指標基本達到節(jié)能監(jiān)測標準要求；整流裝置中，老舊設備的效率偏低；擠壓機與模具電加熱爐有較大節(jié)能空間。

2 節(jié)電潛力分析

2.1 企業(yè)合理用電的要求

國家標準《評價企業(yè)合理用電技術(shù)導則》（GB/T3485-1998）規(guī)定了企業(yè)合理用電的基本要求、評價原則和方法，對企業(yè)供電的合理化、電能轉(zhuǎn)換為機械能的合理化、電能轉(zhuǎn)換為熱能的合理化、電能轉(zhuǎn)換為化學能的合理化、企業(yè)照明的合理化提出了原則要求。

①企業(yè)供電的合理化：變配電所的位置應接近負荷中心；按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面；合理分配與平衡負荷；合理配置無功補償設備；抑制嚴重的高次諧波等。

②電能轉(zhuǎn)化為機械能的合理化：在滿足電動機安全、起動、制動、調(diào)速等方面要求的情況下，以節(jié)能的原則來選擇合理選擇電機功率，使電機工作在經(jīng)濟運行范圍內(nèi)；對機械負載經(jīng)常變化的電氣傳動系統(tǒng)，應采用調(diào)速運行的方式加以調(diào)節(jié)，并要合理選擇調(diào)速運行方式；異步電動機采取合理的就地無功補償措施等。

③電能轉(zhuǎn)化為熱能的合理化：合理選擇高效電加熱設備；采用先進的電熱元件，改善電爐爐壁的性能和形狀，合理采用熱容小，熱導率低的耐火材料和保溫材料加強電熱設備的密封；改進電爐的升溫曲線；電加熱設備要選擇合理的裝爐量；合理回收余熱等。

④電能轉(zhuǎn)化為化學能的合理化：嚴格控制電流效率、平均槽電壓、單位產(chǎn)品電耗等技術(shù)經(jīng)濟指標；降低直流網(wǎng)絡電壓損失控制電解槽的泄漏電流；采用高效整流設備；合理選用整流調(diào)壓裝置等。

⑤企業(yè)照明的合理化：選用光效高、顯色性好的光源及配光合理、安全高效的燈具；合理選擇照明控制方式，加強照明設備的運行管理；充分利用天然光等。

2.2 節(jié)電潛力分析點的確定

上述5個用電“合理化”基本涵蓋了電能在企業(yè)內(nèi)的全部應用，以5個“合理化”為線索逐一分析企業(yè)電能利用方面存在的問題，提出相應對策，是全面、系統(tǒng)分析企業(yè)節(jié)電潛力的有效方法。

結(jié)合鋁型材生產(chǎn)企業(yè)實際，以5個“合理化”要求為主線，篩選出各用電部門的主要節(jié)電潛力分析點，見表1。

2.3 現(xiàn)狀分析

要挖掘出節(jié)電潛力，現(xiàn)狀分析是基礎，只有摸清企業(yè)用電的實際情況，然后分析評價企業(yè)用電的合理性，進而與先進水平進行比對，才能提出有針對性的節(jié)電措施，也為將來實施節(jié)能項目后進行評價提供基礎數(shù)據(jù)。開展企業(yè)用電現(xiàn)狀分析，需要搜集各工序產(chǎn)量、工藝參數(shù)以及用電統(tǒng)計等資料，必要時進行現(xiàn)場測試。

2.3.1 企業(yè)供電現(xiàn)狀分析

企業(yè)供電系統(tǒng)需要掌握分析的指標有：企業(yè)日負荷率、變壓器負載系數(shù)、功率因數(shù)、主要供電線路的線損率、主要諧波含量等。

2.3.2 電能轉(zhuǎn)化為機械能現(xiàn)狀分析

（1）熔鑄：熔鑄部分的主要用電設備是熔鑄爐的鼓、引風機和冷卻水泵。需要測試出風機及其管網(wǎng)的用電效率、水泵及其輸送系統(tǒng)的用電效率，了解風機與水泵在工藝參數(shù)要求改變時所采用的調(diào)節(jié)方式。

（2）擠壓：測試擠壓機一個工作周期中，不同工作段的用時及該工作段的用電功率，以分析主電機的實際負載率，并掌握電機在低負載和空載段的電力消耗水平。

（3）噴涂：該工序使用的主要電力拖動設備是空氣壓縮機，需要開展的工作包括測定空壓機組用電單耗、測定加卸載荷時間、尋找壓縮空氣管道泄漏點、了解用氣端合理的壓力需求等。

2.3.3 電能轉(zhuǎn)化為熱能現(xiàn)狀分析

鋁型材加工企業(yè)中，電能轉(zhuǎn)化為熱能的設備主要是配套擠壓機用的模具電加熱爐，對模具電加熱爐要測定其升溫曲線、測試加工產(chǎn)品的可比用電單耗、測試爐外表面溫升等。

表1 節(jié)能潛力分析點

2.3.4 電能轉(zhuǎn)化為化學能現(xiàn)狀分析

氧化（著色）及電泳是電能轉(zhuǎn)化為化學能的生產(chǎn)工序，為分析其電能利用效率，需要測定整流設備電能利用率、氧化和電泳設備電流效率、氧化和電泳設備平均槽電壓等指標。此外，集中安排生產(chǎn)，避免分散小批量的作業(yè)，可有效節(jié)省用電，因此，在現(xiàn)狀分析階段，也要對安排生產(chǎn)的方式進行調(diào)查分析。

2.3.5 照明現(xiàn)狀分析

照明現(xiàn)狀分析，要掌握企業(yè)使用的光源及燈具的類型、數(shù)量，統(tǒng)計企業(yè)年照明用電量，對照明要求高的場所測定照度或亮度指標，以便更換照明器具后進行對比。

3 鋁型材企業(yè)主要節(jié)電措施

3.1 企業(yè)供電系統(tǒng)

由于供電部門執(zhí)行力率電費，企業(yè)對集中無功補償比較重視，往往忽略了可減少企業(yè)內(nèi)電能損耗的就地無功補償，對單臺容量較大、經(jīng)常輕載運行的電機裝設無功補償裝置，能減少線路損耗和線路壓降。

鋁型材企業(yè)整流設備耗電多，是主要的諧波來源，消除整流諧波，采用無源濾波裝置已可取得較好效果，當技術(shù)經(jīng)濟比較合理時，也可采用有源濾波裝置。

3.2 電能轉(zhuǎn)化為機械能

（1）水泵、風機：在熔鑄車間的冷卻水泵和熔鑄爐風機、擠壓車間冷卻水泵、氧化車間制冷系統(tǒng)水泵等設備上裝設變頻控制器，根據(jù)負荷變化進行速度調(diào)節(jié)，減小節(jié)流能量損失，是有效的節(jié)電措施。

（2）擠壓機：鋁型材擠壓機伺服節(jié)能改造是當前比較有效的節(jié)電措施，用伺服電機替代主油泵傳統(tǒng)配用的異步電機，并通過伺服控制器，在各工作階段控制伺服電機的運轉(zhuǎn)速度，使油泵提供適當?shù)牧髁浚源巳〈邏汗?jié)流控制方式，從而減少高壓節(jié)流造成的能量損耗，有明顯的節(jié)電效果。

（3）壓縮空氣系統(tǒng)：對空氣壓縮機安裝變頻裝置，使壓縮機根據(jù)負荷的變化變速運行，有節(jié)能降耗的作用，但由于空壓機屬恒轉(zhuǎn)矩負載，其功率與轉(zhuǎn)速為近似一次方關系，變頻調(diào)速的節(jié)能效果不如泵、風機類負載明顯。實際上，壓縮空氣系統(tǒng)能效低下往往是由壓縮空氣的不當使用及管網(wǎng)泄漏等問題造成的，因此可以采取加強檢修維護、避免系統(tǒng)壓力高于實際需求、合理配置存儲容量以減少頻繁加卸載等方法來提高能效。

3.3 電能轉(zhuǎn)化為熱能

模具加熱爐是鋁型材企業(yè)最主要的電加熱設備，除采用加強保溫、改進電爐升溫曲線、合理安排裝爐量等措施節(jié)能外，目前不少企業(yè)已采用電磁式加熱爐取代電阻爐，電磁加熱爐具有熱效率高、熱量散失少、升溫時間短等優(yōu)點，有顯著的節(jié)電效果。

3.4 電能轉(zhuǎn)化為化學能

選擇效率較高的可控硅或高頻開關電源，優(yōu)先選用高頻開關電源；減小直流系統(tǒng)各處的接觸電阻；控制好溶液成分和溫度，降低溶液電阻，提高電流效率。

3.5 企業(yè)照明

企業(yè)照明的節(jié)能改造主要是用節(jié)能型光源取代傳統(tǒng)光源，現(xiàn)在可供選擇的節(jié)能照明種類較多，有稀土三基色緊湊型熒光燈、LED燈、無極燈、細管熒光燈等，可根據(jù)不同的使用場所經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后選用，注意在改造前后測試照明質(zhì)量參數(shù)，保證改造后照明質(zhì)量不降低。

4 結(jié)論

節(jié)能減排是國家戰(zhàn)略，特別是“十一五”期間開展了“雙千節(jié)能行動”，許多鋁型材生產(chǎn)企業(yè)實施了一大批節(jié)能技術(shù)改造項目，取得了顯著的成效?！笆濉睍r期，國家又啟動了“萬家企業(yè)節(jié)能低碳行動”，如何在較高的起點上發(fā)掘節(jié)能潛力，進一步提高能效，以實現(xiàn)“十二五”節(jié)能目標是眾多鋁型材企業(yè)所面臨的問題。本文以《評價企業(yè)合理用電技術(shù)導則》為指引，從企業(yè)供電的合理化、電能轉(zhuǎn)化為機械能的合理化、電能轉(zhuǎn)化為熱能的合理化、電能轉(zhuǎn)化為化學能的合理化、企業(yè)照明的合理化五方面著手，試圖為鋁型材企業(yè)提供一種系統(tǒng)全面的節(jié)電潛力分析方法。

[1]《評價企業(yè)合理用電技術(shù)導則》（GB/T3485-1998）．

[2]《整流設備節(jié)能監(jiān)測》（GB/24566-2009）．

[3]《電解、電鍍設備節(jié)能監(jiān)測》（GB/24560-2009）．