合同能源管理在煉鋼廠節(jié)能改造中的應(yīng)用

施處良

（中天鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 常州 213011

1 項(xiàng)目建設(shè)的必要性

中天鋼鐵集團(tuán)有限公司第一煉鋼廠原設(shè)3臺除塵電動機(jī)，其中1號風(fēng)機(jī)和2號風(fēng)機(jī)并管運(yùn)行，為二次除塵，實(shí)現(xiàn)同步調(diào)速，其電動機(jī)型號與參數(shù)如表1。

表1 電動機(jī)型號與參數(shù)

1號風(fēng)機(jī)和2號風(fēng)機(jī)由液力耦合器驅(qū)動進(jìn)行調(diào)速。由于液力耦合器自身的局限性，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，不適應(yīng)頻繁地啟作調(diào)速，造成電能大量浪費(fèi)，液力耦合器的局限性表現(xiàn)如下：

（1）采用液力耦合器時，在低速向高速運(yùn)行過程中，延遲性較明顯，不能快速響應(yīng)，同時電流較大，若整定不好會引起跳閘，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

（2）液力耦合器本身控制精度差，調(diào)速范圍窄，通常在40%～90%之間。

（3）電動機(jī)直接啟動時，沖擊電流較大，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

（4）在高速運(yùn)行時，液力耦合器有丟轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

（5）液力耦合在調(diào)速運(yùn)行時產(chǎn)生機(jī)械損耗和轉(zhuǎn)差損耗，效率較低，造成電能浪費(fèi)。

（6）液力耦合器工作時是通過導(dǎo)管調(diào)整工作腔的充液量，從而改變傳遞扭矩和輸出轉(zhuǎn)速來滿足工況要求，因此，對工作腔及供油系統(tǒng)需經(jīng)常維護(hù)及檢修。液力耦合器經(jīng)過一段時間使用，其維護(hù)比較麻煩。

（7）液力耦合器故障時，無法再用其它方式使其拖動的風(fēng)機(jī)運(yùn)行，必須停機(jī)檢修。

（8）耦合器運(yùn)行時間稍長，會漏油嚴(yán)重，對環(huán)境污染大，地面被油污蝕嚴(yán)重。

（9）風(fēng)機(jī)和電動機(jī)的運(yùn)行噪音大，達(dá)到90 dB

左右，嚴(yán)重影響操作人員的身體健康。

2 項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容

經(jīng)過對1號、2號除塵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)分析，

2009年8月，分別在2臺風(fēng)機(jī)電力側(cè)上單獨(dú)安裝電能表和累時器，經(jīng)過一個多月穩(wěn)定運(yùn)行，計算出變頻改造前的小時耗電量作為基礎(chǔ)用電數(shù)據(jù)。拆除系統(tǒng)的液力耦合器，重新澆鑄電動機(jī)混凝土底座基座，在電動機(jī)與風(fēng)機(jī)之間用一連接軸連接，安裝變頻設(shè)備，由變頻器對電動機(jī)進(jìn)行智能控制，根據(jù)電爐冶煉工藝和煙塵情況自動調(diào)速，滿足生產(chǎn)工況需求，再次計算改造后的小時耗電量，分析節(jié)電效益。

根據(jù)電動機(jī)與風(fēng)機(jī)的參數(shù)，考慮到運(yùn)行中加速時間的響應(yīng)要求，使變頻器具備一定的系統(tǒng)適應(yīng)能力，所以確認(rèn)高壓變頻器的型號為CIMR-MV1SDC18C，6 kV電壓輸入，6 kV電壓輸出，額定輸出容量2 300 kVA，額定輸出電流200 A，輸出頻率50Hz。

采用的變頻設(shè)備是安川電機(jī)公司的進(jìn)口設(shè)備，其特點(diǎn)是：節(jié)能，響應(yīng)快；穩(wěn)定，采用獨(dú)有的“風(fēng)洞式空冷方案”與“特殊涂膜的日本原裝控制系統(tǒng)”；經(jīng)濟(jì)，使用壽命長，備件互換性強(qiáng)，成本低；節(jié)電率高。

正常運(yùn)行時，2臺除塵風(fēng)機(jī)用電動機(jī)的6 kV電源經(jīng)變頻裝置與變頻器出線旁路手動刀閘驅(qū)動除塵風(fēng)機(jī)電動機(jī)，工頻旁路系統(tǒng)中用軟啟動裝置2個出線刀閘各與對應(yīng)變頻器出線刀閘機(jī)械互鎖。6 kV電源還可以經(jīng)旁路軟啟動裝置與對應(yīng)旁路刀閘啟動對應(yīng)除塵風(fēng)機(jī)電動機(jī)。

3“節(jié)能控制”功能特點(diǎn)及項(xiàng)目節(jié)能效果

3.1“節(jié)能控制”的特點(diǎn)

圖1 轉(zhuǎn)差與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系

由圖1可見，通常情況感應(yīng)電動機(jī)的最大效率η1，大體上是在額定轉(zhuǎn)差S1時。

實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)負(fù)載減輕時TL2，電動機(jī)的轉(zhuǎn)差減小S2，最大效率從A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電動機(jī)的效率也會相應(yīng)下降。

降低電壓，使轉(zhuǎn)矩從TM1移至TM2，轉(zhuǎn)差又回到S1，最大效率點(diǎn)也隨之移到A點(diǎn)。

根據(jù) η＝F（f，s）（電動機(jī)效率是頻率與轉(zhuǎn)差的函數(shù)），無論負(fù)載如何變動，通過調(diào)整電動機(jī)電壓，總將電動機(jī)保持在最大效率點(diǎn)運(yùn)行時的轉(zhuǎn)差上。

所以，變頻器在實(shí)際運(yùn)行時：

（1）當(dāng)變頻器加速到目標(biāo)頻率后，通過變頻器的內(nèi)部計算供給電動機(jī)的有效功率。

（2）根據(jù)檢測到的有效功率，以變頻器內(nèi)部的電動機(jī)參數(shù)為基礎(chǔ)，算出目標(biāo)頻率時最大效率轉(zhuǎn)差，并算出和輸出達(dá)到此轉(zhuǎn)差的最佳電壓。

（3）為防止轉(zhuǎn)差隨電動機(jī)溫升而變化，使用最佳運(yùn)行點(diǎn)偏移，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)后，由試運(yùn)行擺動調(diào)整電壓，保持最佳運(yùn)行點(diǎn)。

因此，無論負(fù)載如何變動，變頻器都可以運(yùn)行在最大效率點(diǎn)上。

3.2 實(shí)際節(jié)能效果

根據(jù)單獨(dú)計量的電能表和累時器，規(guī)定每月同一時間進(jìn)行抄見，計算節(jié)電量，效果非常明顯。從2009年11月到2010年10月，經(jīng)統(tǒng)計，技術(shù)改造前1號風(fēng)機(jī)電動機(jī)小時耗電量為1 232.21 kWh，改造后小時耗電量900 kWh，每小時節(jié)電332.21 kWh，節(jié)電率27%。技改前2號風(fēng)機(jī)電動機(jī)小時耗電量1 081.74 kWh，改造后小時耗電量820 kWh，每小時節(jié)電261.74 kWh，節(jié)電率24.2%。1號、2號除塵電動機(jī)高壓變頻節(jié)電4 244 976.87 kWh，1號除塵風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時間為8 274.02 h，2號除塵風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行時間為8 290.03 h，1號、2號風(fēng)機(jī)平均運(yùn)行8 282.025 h，按平均電價0.588元/kWh計算，全年可節(jié)約電費(fèi)249.60萬元，節(jié)煤1 528.2 tce。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 改造后1、2號風(fēng)機(jī)電動機(jī)節(jié)電數(shù)據(jù)

4 節(jié)能項(xiàng)目能源管理模式及效益分享

4.1 能源管理模式

電爐除塵風(fēng)機(jī)2×1 250 kW電動機(jī)高壓變頻技術(shù)改造項(xiàng)目總投資約450萬元，采用合同能源管理模式運(yùn)作，由第三方負(fù)責(zé)提供節(jié)能改造的可行性研究報告、節(jié)能改造所需的全部資金，負(fù)責(zé)項(xiàng)目設(shè)計、采購、施工、安裝、調(diào)試及員工操作培訓(xùn)，形成節(jié)能效益保障機(jī)制，并對設(shè)備進(jìn)行長期跟蹤，提供日常維護(hù)。在保障電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，中天鋼鐵集團(tuán)有限公司與合同能源管理第三方以2∶8的比例獲取項(xiàng)目節(jié)電效益，分享期限為42個月，期滿后，變頻設(shè)備無償歸中天鋼鐵集團(tuán)有限公司所有。

4.2 項(xiàng)目節(jié)能效益分享

采用合同能源管理模式對電爐高壓電動機(jī)變頻技術(shù)改造項(xiàng)目進(jìn)行管理，節(jié)電效益由中天鋼鐵集團(tuán)有限公司和常州萬控科技有限公司雙方共享。按合同規(guī)定，常州萬控科技有限公司獲得節(jié)電效益的80%，中天鋼鐵集團(tuán)有限公司獲得20%的節(jié)電效益，中天鋼鐵集團(tuán)有限公司每月對電動機(jī)變頻的節(jié)電效益進(jìn)行計算，并按合同規(guī)定要求常州萬控科技有限公司開具17%的增值稅發(fā)票，然后中天鋼鐵集團(tuán)有限公司以電匯或支票方式每月支付常州萬控科技有限公司節(jié)能所得效益。變頻設(shè)備正常投運(yùn)后全年節(jié)約電量424.5萬kWh，年節(jié)約電費(fèi)249.60萬元，其中常州萬控科技有限公司全年獲得199.68萬元節(jié)電效益，中天鋼鐵集團(tuán)有限公司年節(jié)電收益49.92萬元。在確保電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，按照合同約定，電爐除塵高壓電動機(jī)每年運(yùn)行時間不少于7 200 h，并正常運(yùn)行42個月，合同期滿后，變頻設(shè)備無償歸中天鋼鐵集團(tuán)有限公司所有，常州萬控科技有限公司不再享受節(jié)能效益分享。

5 結(jié)束語

電動機(jī)高壓變頻技術(shù)是國家重點(diǎn)推廣的節(jié)能技術(shù)，中天鋼鐵集團(tuán)有限公司積極運(yùn)用新技術(shù)、新設(shè)備，對電爐除塵風(fēng)機(jī)2×1 250 kW電動機(jī)進(jìn)行高壓變頻技術(shù)改造，并且運(yùn)用合同能源管理模式，年節(jié)電424.5萬kWh，節(jié)能效益明顯。