淺談冶煉廠通用設(shè)備運(yùn)行的節(jié)能措施

黃雪霞

（紫金銅業(yè)有限公司，福建 上杭 364200）

淺談冶煉廠通用設(shè)備運(yùn)行的節(jié)能措施

黃雪霞

（紫金銅業(yè)有限公司，福建 上杭 364200）

冶煉行業(yè)設(shè)備的運(yùn)行成本是企業(yè)經(jīng)營管理的重要指標(biāo)，如何提高設(shè)備的運(yùn)行效率，對節(jié)約電能和降低生產(chǎn)成本有著重大的意義。文章敘述了冶煉廠風(fēng)機(jī)運(yùn)行中變頻調(diào)速節(jié)能、冶煉廠綜合管網(wǎng)主排水設(shè)備節(jié)能以及冶煉廠壓風(fēng)設(shè)備節(jié)能措施。

冶煉廠；通用設(shè)備；設(shè)備運(yùn)行；節(jié)能措施；主排水設(shè)備；壓風(fēng)設(shè)備

隨著國家對環(huán)境的重視，為響應(yīng)國家節(jié)能減排要求，中小型冶煉廠、選礦廠、煤廠因傳統(tǒng)礦機(jī)高能耗、低效率、高運(yùn)營成本倒閉。取而代之的是企而創(chuàng)新、圖而突破的大型企業(yè)，并對設(shè)備提出了更高的節(jié)能環(huán)保要求，未來冶煉行業(yè)的發(fā)展方向是綠色、高效、智能。如今，設(shè)備制造企業(yè)加大了對高效、節(jié)能環(huán)保設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)力度，采用長壽命、低能耗及減輕重量的設(shè)計(jì)原則。選礦、冶煉設(shè)備是技術(shù)要求和集成化程度很高的裝備，新設(shè)備在開發(fā)時(shí)就不斷將各領(lǐng)域成果融合進(jìn)來，隨著新材料、新工藝、新技術(shù)的推廣，每一輪產(chǎn)品問世都注入新的技術(shù)，零部件的更新周期變短、新設(shè)備換代加快，為了使廢棄零部件處理的污染最小及綜合成本最優(yōu)化，在設(shè)計(jì)階段就考慮使用全生命周期產(chǎn)品。同時(shí)這種新型環(huán)保節(jié)能設(shè)備的成本也隨著行業(yè)規(guī)模和技術(shù)的進(jìn)步迅速降低，使得環(huán)保節(jié)能設(shè)備日益凸顯優(yōu)勢。這些設(shè)備不僅制造上節(jié)能環(huán)保，同時(shí)在運(yùn)行時(shí)也能降低能耗，我司全力推動“向設(shè)備要效益”活動，本文著重探討我司設(shè)備運(yùn)行時(shí)的節(jié)能措施。

1 冶煉廠風(fēng)機(jī)運(yùn)行中變頻調(diào)速節(jié)能措施

我國的大型異步電動機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速雖然才剛剛起步，不過變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速、啟動和制動性能、高功率因數(shù)、高頻率、良好的節(jié)電效果以及其廣泛的適用范圍等優(yōu)點(diǎn)被國內(nèi)外公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的電機(jī)運(yùn)行方式。我司對環(huán)保風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行了變頻技術(shù)改造。

1.1 風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況分析

以我司風(fēng)機(jī)為例，在實(shí)際工況運(yùn)行時(shí)，采用進(jìn)風(fēng)門閥門調(diào)節(jié)，大部分的能量都被消耗在閥門上，閥門的開度越小，相應(yīng)的能耗越高。通常情況下，采用閥門調(diào)節(jié)的風(fēng)機(jī)實(shí)際消耗功率與風(fēng)量大致成正比，與風(fēng)門的開度大小成正比。在生產(chǎn)運(yùn)行中，系統(tǒng)負(fù)荷隨時(shí)發(fā)生變動，風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)量也隨著變化，需要使用閥門調(diào)節(jié)，這時(shí)風(fēng)量可能只有額定風(fēng)量的一部分，風(fēng)機(jī)不在額定工況點(diǎn)運(yùn)行，其實(shí)際運(yùn)行效率較低，調(diào)節(jié)閥存在大量的節(jié)流能耗。

1.2 變頻改造的節(jié)能分析

從電機(jī)學(xué)原理可知，變頻器的調(diào)速是根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比關(guān)系，即n＝60f（1－s）/ p，式中：n、f、s、p分別表示轉(zhuǎn)速、輸入頻率、電機(jī)轉(zhuǎn)差頻率、電機(jī)磁極對數(shù)。通過改變電機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。

根據(jù)流體力學(xué)的基本定律，風(fēng)機(jī)的流量Q與電機(jī)轉(zhuǎn)速n是成正比關(guān)系，風(fēng)壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比關(guān)系，軸功率P與電機(jī)轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系，即Q∝n、H∝n2、P∝n3。

由圖1說明風(fēng)機(jī)的節(jié)電原理：

圖1

n1為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行特性；n2為電機(jī)減速在n2轉(zhuǎn)速運(yùn)行特性；R1為風(fēng)機(jī)管道阻力最小時(shí)的阻力特性；R2為風(fēng)機(jī)管道阻力增大到某一數(shù)組時(shí)的阻力特性。

其一，風(fēng)機(jī)在工頻條件下運(yùn)行的閥門調(diào)節(jié)。當(dāng)風(fēng)機(jī)在管路特性曲線R1工作時(shí)，工況點(diǎn)為A，風(fēng)機(jī)所需的功率正比于H1與Q1的乘積；當(dāng)工藝要求減少流量到Q2，工作點(diǎn)位移至B，實(shí)際通過管道閥門調(diào)節(jié)，增加管阻，這時(shí)風(fēng)機(jī)所需的功率正比于H2與Q2的乘積；顯然風(fēng)機(jī)在B點(diǎn)運(yùn)行時(shí)輸出的風(fēng)量減小，但功率增大，管網(wǎng)閥門產(chǎn)生了大量的能力損失。

其二，采用變頻調(diào)速運(yùn)行，風(fēng)機(jī)由n1下降到n2，這時(shí)工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到C點(diǎn)，所需風(fēng)量達(dá)到Q2，風(fēng)壓降至H3，風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速后所需功率正比于H3與Q2的乘積，由圖可知風(fēng)機(jī)所需功率明顯減少。

1.3 變頻調(diào)速改造成效

我司風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等原設(shè)計(jì)為電機(jī)工況運(yùn)行，風(fēng)（水）量有富余，為滿足變負(fù)荷生產(chǎn)需要，現(xiàn)場通過閥門調(diào)節(jié)來控制介質(zhì)流量，造成巨大的截流損失，能耗大。針對這個(gè)問題，公司組織專業(yè)人員進(jìn)行生產(chǎn)工藝調(diào)研，分析風(fēng)機(jī)、水泵日常負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律，復(fù)測電機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵的運(yùn)行效率，制定實(shí)施電機(jī)變頻改造方案，增加測點(diǎn)、控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)隨介質(zhì)流量變化自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，達(dá)到節(jié)約用電效果。

以我司2臺陽極爐燃燒風(fēng)機(jī)為例以每天各一爐銅計(jì)算：每臺陽極爐每天約有6小時(shí)風(fēng)量在2500～4000Nm3/ h，約有18小時(shí)風(fēng)量在6000～8000Nm3/h；2臺陽極爐一起用風(fēng)時(shí)最大用風(fēng)量在15000Nm3/h左右，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)的38000Nm3/h，所以燃燒風(fēng)機(jī)近一半的功率是多余的；在一臺陽極爐還原、另一臺低油量保溫時(shí)（總供風(fēng)量低于6000Nm3/h時(shí)），燃燒風(fēng)機(jī)會產(chǎn)生喘振的情況，對風(fēng)機(jī)本身產(chǎn)生影響。兩臺風(fēng)機(jī)各自采用變頻從50Hz降至45Hz，根據(jù)工段工況自動調(diào)節(jié)風(fēng)量，保證正常運(yùn)行，節(jié)能約27.1%，單臺日節(jié)能110kW*24h*27.1%＝715.44kW/h，公司通過本項(xiàng)技術(shù)改造每年節(jié)約電50萬度電。

2 綜合管網(wǎng)主排水設(shè)備運(yùn)行時(shí)的節(jié)能措施

綜合管網(wǎng)主排水設(shè)備的電耗量在我司生產(chǎn)費(fèi)用占相當(dāng)?shù)谋戎?，所以能使主排水設(shè)備運(yùn)行時(shí)節(jié)能降耗，對整個(gè)冶煉廠生產(chǎn)具有很重要的意義。經(jīng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，通過以下三種措施能夠降低主排水設(shè)備的運(yùn)行能耗：

2.1 采用無底閥排水

取消底閥能夠減小吸水管的阻力，使得吸水管路阻力系數(shù)降低，氣蝕工況點(diǎn)向大流量區(qū)移動，增大了水泵的安全工作區(qū)，能夠有效地防治氣蝕的產(chǎn)生，保證水泵的安全運(yùn)行；與此同時(shí)，采用無底閥排水不僅能夠提高排水管路效率，降低電耗，還能夠避免泥沙對底閥造成堵塞故障。

2.2 選用效率高的水泵

有些企業(yè)仍用老型號的水泵，其檢修安裝質(zhì)量不高，導(dǎo)致機(jī)械損失、水利損失以及容積損失加大，使其效率明顯降低；有些水泵雖然本身效率較高，但運(yùn)行工況效率低，主要是由于選用的水泵的揚(yáng)程過高或流量過大，使其運(yùn)行工況點(diǎn)偏離了工業(yè)利用的經(jīng)濟(jì)合理性，沒有充分發(fā)揮出水泵的利用價(jià)值。

對于這兩種情況，我們一般會選用高效泵代替老型號的低效泵或者設(shè)備選型時(shí)，根據(jù)公司實(shí)際運(yùn)行工況來選擇泵，去除水泵的富裕揚(yáng)程，合理調(diào)節(jié)水泵運(yùn)行工況點(diǎn)。

2.3 選用效率高的管路

如果排水管路和水泵匹配不合理，管徑偏小或管路阻力偏大，在整個(gè)排水系統(tǒng)中都會增加能耗的，所以光靠提高水泵的效率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，水泵和排水管路在選型時(shí)不僅要符合整個(gè)廠區(qū)排水工況，同時(shí)還要選擇相互匹配的水泵和排水管路。

排水管路內(nèi)部結(jié)晶嚴(yán)重的話也會使管路阻力增大，使得管路效率大大降低，所以需要定期對排水管路內(nèi)部污垢進(jìn)行清理。

3 壓風(fēng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的節(jié)能措施

壓風(fēng)設(shè)備也是耗電量較大的設(shè)備之一，其運(yùn)行成本高、使用效率低，因此如何提高壓風(fēng)設(shè)備運(yùn)行效率，對節(jié)約電能和降低生產(chǎn)成本意義重大。

3.1 提高壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率

3.1.1 首先將一些老舊風(fēng)機(jī)更新成高效的壓風(fēng)機(jī)，在選擇高效壓風(fēng)機(jī)的時(shí)候，保證風(fēng)量不變的情況下，要合理選用壓風(fēng)機(jī)。例如，在需風(fēng)量都為20m3/s的前提下，開動1臺新的4L-20/8型壓風(fēng)機(jī)（效率80%，功率130kW），比開動兩臺3L-10/8型壓風(fēng)機(jī)（效率80%，功率75kW）節(jié)電20kW，這樣一年就能節(jié)約10萬kWh電力。

3.1.2 加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，保證控制閥門的工作狀態(tài)良好，不跑風(fēng)漏風(fēng)；填料箱、汽缸蓋、活塞與氣缸壁之間不漏氣；同時(shí)觀察壓風(fēng)機(jī)的冷卻效果，進(jìn)氣溫度不宜過高。實(shí)踐顯示，每升高3℃，壓風(fēng)機(jī)的工作效率就會降低1%。

3.2 減少壓縮空氣管路的損失

3.2.1 根據(jù)工作使用要求，空氣壓縮機(jī)站就近建設(shè)，能夠減少管路的壓力損失，受壓縮空氣輸送位置和管路控制的影響，在管路中安裝一些管件、閥門等附件，避免附件壓力損失，要盡量減少使用。

3.2.2 做好管道水力計(jì)算，選擇大直徑風(fēng)管，減少壓力損失，減輕壓風(fēng)機(jī)的負(fù)擔(dān)，同時(shí)加強(qiáng)管路維護(hù)，保證管道接口、附件使用正常，不泄漏。

3.3 加強(qiáng)對用風(fēng)設(shè)備的管理

加強(qiáng)對用風(fēng)設(shè)備的管理，對搞好壓風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，降低生產(chǎn)成本有很大的作用。定期對用風(fēng)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和檢修，需要風(fēng)量少而散的風(fēng)動機(jī)械盡量少用，能用電動機(jī)的地方盡量用電動機(jī)。

3.4 減少或取消壓風(fēng)設(shè)備

盡量減少或取消壓風(fēng)設(shè)備，采用液壓式或電動設(shè)備。雖然壓風(fēng)機(jī)有被取消的趨勢和可能，但目前和以后一定時(shí)期內(nèi)，壓縮空氣其特有的特點(diǎn)仍然是冶煉供氣系統(tǒng)不可缺少的一種原動力。從長遠(yuǎn)看，進(jìn)一步減少和取代壓風(fēng)機(jī)，直接利用電能或其他能源達(dá)到節(jié)約措施。

4 結(jié)語

冶煉行業(yè)通用設(shè)備運(yùn)行中還有很多的節(jié)能措施需要我們?nèi)グl(fā)掘，在不斷的實(shí)踐中積累經(jīng)驗(yàn)，不斷完善整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)，通過全公司開展“向設(shè)備要效益”活動，規(guī)范設(shè)備管理工作，提高整體設(shè)備的工作效率，降低生產(chǎn)成本，降低能耗，為企業(yè)謀取更多的利潤。

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（責(zé)任編輯：王 波）

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1009-2374（2017）12-0130-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.067

黃雪霞（1986-），女，福建上杭人，供職于紫金銅業(yè)有限公司，研究方向：設(shè)備管理。

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