某大型鋼鐵冷軋企業(yè)電能消耗的精細(xì)化管理

聶加余

（北京首鋼冷軋薄板有限公司，北京 101304）

供用電

某大型鋼鐵冷軋企業(yè)電能消耗的精細(xì)化管理

聶加余

（北京首鋼冷軋薄板有限公司，北京 101304）

概述了某大型鋼鐵冷軋企業(yè)供電系統(tǒng)及電能利用效率偏低情況。從技術(shù)、工藝、管理等三方面闡述了多種降低電能消耗的精細(xì)化管理措施。

冷軋企業(yè)；電能消耗；精細(xì)化管理

1 引言

生產(chǎn)過(guò)程的節(jié)能降耗、低碳環(huán)保已成為當(dāng)今企業(yè)關(guān)注的主題之一。作為企業(yè)生產(chǎn)所需的主要能源之一的電力，生產(chǎn)過(guò)程中消耗電能所產(chǎn)生的成本——電費(fèi)，在企業(yè)的各項(xiàng)成本中，已成為緊隨物料成本、人工成本之后的第三或第四大成本。因此，采取措施降低企業(yè)的電能消耗，既能降低生產(chǎn)成本，又是節(jié)能降耗、低碳環(huán)保的重要措施之一。

2 某大型鋼鐵冷軋企業(yè)簡(jiǎn)介

該企業(yè)屬鋼鐵深加工的現(xiàn)代制造業(yè)，配置有一條連續(xù)酸洗軋制機(jī)組，一條連續(xù)退火機(jī)組，兩條連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組，一條罩式退火機(jī)組及為這些機(jī)組提供風(fēng)、水、電、氣、汽等能源介質(zhì)的公輔系統(tǒng)。設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為170萬(wàn)t，產(chǎn)品為汽車板、家電板等高端鋼鐵冷軋板。其供電系統(tǒng)由一座110 kV/10 kV的總降壓變電站（以下簡(jiǎn)稱“110 kV總降”）及酸洗開(kāi)關(guān)站、軋機(jī)開(kāi)關(guān)站、連續(xù)退火開(kāi)關(guān)站、1#連續(xù)熱鍍鋅開(kāi)關(guān)站、2#連續(xù)熱鍍鋅開(kāi)關(guān)站、罩式退火開(kāi)關(guān)站、水處理系統(tǒng)開(kāi)關(guān)站、氣體系統(tǒng)開(kāi)關(guān)站等8個(gè)10 kV開(kāi)關(guān)站組成，主變壓器為3×63 MVA，正常時(shí)“兩用一冷備用”。110 kV總降接線圖如圖1。

圖1中，110 kV（一）電源通過(guò)111開(kāi)關(guān)帶1#主變及10 kVⅢ母線、10 kVⅣA母線運(yùn)行，并向各供電區(qū)域10 kV1#電源供電，234母聯(lián)開(kāi)關(guān)“合位”運(yùn)行，此為供電1#系統(tǒng)。110 kV（二）電源通過(guò)112開(kāi)關(guān)帶2#主變及10 kVⅣB母線、10 kVⅤ母線運(yùn)行，并向各供電區(qū)域10 kV2#電源供電，235母聯(lián)開(kāi)關(guān)“合位”運(yùn)行，此為供電2#系統(tǒng)。134母聯(lián)開(kāi)關(guān)“合位”運(yùn)行，145母聯(lián)開(kāi)關(guān)、103開(kāi)關(guān)、203A開(kāi)關(guān)、203B開(kāi)關(guān)在“斷位”，3#主變冷備用。8個(gè)10 kV開(kāi)關(guān)站中，其供電接線除軋機(jī)開(kāi)關(guān)站為單母線外，其余各開(kāi)關(guān)站均為單母線分段，各段母線分別由110 kV總降內(nèi)各供電區(qū)域10 kV1#電源、10 kV2#電源供電，母聯(lián)開(kāi)關(guān)在“分位”。軋機(jī)開(kāi)關(guān)站由軋機(jī)10 kV2#電源供電，軋機(jī)10 kV1#電源熱備用。

該企業(yè)的年耗電量約3億kW·h，屬當(dāng)?shù)氐碾娔芟拇髴?。然而，該企業(yè)于2008年全部生產(chǎn)線投產(chǎn)后，由于技術(shù)、工藝、管理等各方面的原因，電能利用效率偏低，具有較高的節(jié)能潛力。因此，通過(guò)技術(shù)、工藝、管理等多種精細(xì)化管理的手段，降低該企業(yè)電費(fèi)支出成本，提高利潤(rùn)空間，已經(jīng)引起了該企業(yè)的關(guān)注和重視。

3 降低電能消耗的精細(xì)化管理措施

3.1 降低電能消耗的技術(shù)措施

圖1 110 kV總降接線圖

（1）工頻運(yùn)行的水泵改變頻運(yùn)行

該企業(yè)的水處理系統(tǒng)配置有一循環(huán)水泵站。其功能是為鋼鐵冷軋生產(chǎn)線的各機(jī)組提供循環(huán)冷卻水，將各機(jī)組運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的熱量由循環(huán)冷卻水帶走。該泵站內(nèi)設(shè)置有6臺(tái)循環(huán)水泵，其電動(dòng)機(jī)電壓為10 kV、容量為800 kW。其中的1#、3#、5#循環(huán)水泵電機(jī)由水處理系統(tǒng)10 kV開(kāi)關(guān)站的10 kVⅠ段母線供電，2#、4#、6#循環(huán)水泵電機(jī)由10 kVⅡ段母線供電，10 kVⅠ、Ⅱ段母線為單母線分段運(yùn)行，母聯(lián)開(kāi)關(guān)在“分位”。正常時(shí)3臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，3臺(tái)備用。具體配置如圖2。

圖2 水處理系統(tǒng)10 kV開(kāi)關(guān)站原配置示意圖

設(shè)計(jì)單位基于各產(chǎn)線循環(huán)冷卻水需求量較穩(wěn)定的判斷，6臺(tái)循環(huán)水泵原設(shè)計(jì)均為工頻運(yùn)行。但鋼鐵冷軋項(xiàng)目投產(chǎn)后，由于市場(chǎng)對(duì)不同規(guī)格的鋼鐵冷軋產(chǎn)品的需求不斷變化，導(dǎo)致各鋼鐵冷軋生產(chǎn)線的產(chǎn)量隨著訂單的變化而時(shí)常進(jìn)行調(diào)整，于是，各鋼鐵冷軋生產(chǎn)線對(duì)循環(huán)冷卻水流量的需求隨之發(fā)生變化。原設(shè)計(jì)工頻運(yùn)行的循環(huán)水泵在實(shí)際運(yùn)行時(shí)存在不能按需調(diào)整供水流量、使用閥門調(diào)整節(jié)流損失大、入口壓力不恒定、機(jī)械磨損嚴(yán)重、系統(tǒng)效率低、電能浪費(fèi)高等問(wèn)題。

既然工頻運(yùn)行的循環(huán)水泵滿足不了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)循環(huán)水量時(shí)常變化的需求，就須將6臺(tái)循環(huán)水泵中的部分水泵由工頻運(yùn)行改為變頻運(yùn)行。經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的仔細(xì)調(diào)研及充分的技術(shù)準(zhǔn)備后，確定了如圖3的改造方案。

圖3 工頻運(yùn)行循環(huán)水泵電機(jī)改變頻運(yùn)行示意圖

即利用原有的QF7、QF8兩臺(tái)備用開(kāi)關(guān)，再增加QF9、QF10兩臺(tái)開(kāi)關(guān)，與一臺(tái)10 kV變頻器配置，并在QF1、QF2、QF7、QF8、QF9、QF10等6臺(tái)開(kāi)關(guān)的二次系統(tǒng)完成相關(guān)電氣聯(lián)鎖控制技術(shù)改造后，較好解決了由1臺(tái)10 kV高壓變頻裝置分別控制不同10 kV母線上的2臺(tái)電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行的問(wèn)題，滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)循環(huán)水量時(shí)常變化的需求。

2009年底完成技術(shù)改造并投入運(yùn)行。實(shí)踐證明，由原3臺(tái)循環(huán)水泵工頻運(yùn)行方式改為1臺(tái)循環(huán)水泵變頻運(yùn)行與2臺(tái)循環(huán)水泵工頻運(yùn)行的組合運(yùn)行方式，可以在恒定水壓條件下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求調(diào)節(jié)循環(huán)水量，改善了循環(huán)水工況，提高了系統(tǒng)效率，減少了機(jī)械磨損，節(jié)約了電能消耗。經(jīng)測(cè)算，將原3臺(tái)循環(huán)水泵工頻運(yùn)行改為2臺(tái)工頻運(yùn)行1臺(tái)變頻運(yùn)行后，月節(jié)約電量約24.564萬(wàn)kW·h，按0.75元/kW·h計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)約221.08萬(wàn)元。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）T8型照明燈管改T5型照明燈管

該企業(yè)建設(shè)冷軋項(xiàng)目時(shí)，照明燈管均為40 W的T8型燈管。隨著技術(shù)的進(jìn)步，可將能耗高的T8型燈管改為節(jié)能型28 W的T5燈管。將該企業(yè)的15725支T8型燈管改為T5燈管后，可節(jié)約電力188.7 kW。按每天照明8 h，0.75元/kW·h計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)約41.33萬(wàn)元。

3.2 降低電能消耗的工藝措施

根據(jù)國(guó)家發(fā)改委的相關(guān)規(guī)定，北京地區(qū)大工業(yè)動(dòng)力電價(jià)和“提光”電價(jià)分別如表1。

由表1可知，“尖峰、高峰”時(shí)段的電價(jià)明顯高于“平段、谷段”時(shí)段電價(jià)，在月耗電量一定的情況下，若將“尖峰、高峰”時(shí)段負(fù)載調(diào)整至“平段、谷段”時(shí)段（即“躲峰”用電），經(jīng)濟(jì)效益會(huì)十分明顯。據(jù)此，對(duì)該企業(yè)的生產(chǎn)工藝按照供電公司“尖、峰、平、谷”計(jì)費(fèi)時(shí)段的設(shè)置進(jìn)行了如下調(diào)整：

表1 北京地區(qū)大工業(yè)動(dòng)力電價(jià)和“提光”電價(jià) 元/kW·h

（1）根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，在尖、峰時(shí)段，盡量安排冷軋產(chǎn)線停機(jī)檢修、水系統(tǒng)停止補(bǔ)水操作；

（2）冷軋產(chǎn)線的啟車、大功率高壓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)操作躲開(kāi)尖、峰時(shí)段；

（3）低谷時(shí)段，冷軋產(chǎn)線開(kāi)足馬力生產(chǎn)，水系統(tǒng)充分補(bǔ)水；

（4）在保證冷軋產(chǎn)線生產(chǎn)順?lè)€(wěn)的前提下，盡量將噸鋼耗電量高的產(chǎn)品安排在低谷時(shí)段生產(chǎn)。

為了將噸鋼耗電量高的產(chǎn)品安排在低谷時(shí)段生產(chǎn)，必須測(cè)定不同規(guī)格冷軋產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)的噸鋼耗電量。于是，對(duì)連續(xù)酸洗軋制機(jī)組生產(chǎn)不同規(guī)格冷軋產(chǎn)品時(shí)的耗電量開(kāi)展了測(cè)定。將測(cè)得的結(jié)果與不同冷軋產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)它們之間存在如圖4關(guān)系。

圖4 噸鋼電耗與壓下率的散點(diǎn)圖

由圖4可以看出，當(dāng)壓下率增大時(shí)，噸鋼電耗有明顯的升高趨勢(shì)，成正比例線性關(guān)系。特別是當(dāng)壓下率大于75%以上時(shí)，噸鋼耗電量較大。

圖5 噸鋼電耗與屈服強(qiáng)度的關(guān)系

由圖5可以看出，當(dāng)屈服強(qiáng)度升高時(shí)，噸鋼電耗有一定的升高趨勢(shì)。當(dāng)生產(chǎn)高強(qiáng)鋼時(shí)，特別是屈服強(qiáng)度大于250 MPa以上時(shí)，噸鋼耗電量較大。

由圖6可以看出，噸鋼電耗與原料寬度無(wú)明顯的比例線性關(guān)系，噸鋼電耗不受原料寬度的影響。

由圖7可以看出，噸鋼電耗與原料厚度無(wú)明顯的比例線性關(guān)系，噸鋼電耗不受原料厚度的影響。

圖6 噸鋼電耗與原料帶鋼寬度的關(guān)系

基于上述結(jié)論，在安排生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，盡量將壓下率大、屈服強(qiáng)度高的產(chǎn)品安排在低谷時(shí)段生產(chǎn)。

這些措施落實(shí)后，在不影響冷軋公司產(chǎn)量、質(zhì)量的情況下，“躲峰”用電效果非常明顯。表2為2012年該企業(yè)“躲峰”用電情況。

圖7 噸鋼電耗與原料帶鋼厚度的關(guān)系

表2 某鋼鐵冷軋企業(yè)2012年“躲峰”用電情況

從表2可知，通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)工藝，按“躲峰”用電原則組織生產(chǎn)，年可節(jié)約電費(fèi)109.4萬(wàn)元。

3.3 降低電能消耗的管理措施

（1）降低“提光”比例系數(shù)

由于該企業(yè)冷軋生產(chǎn)線為新建項(xiàng)目，供電公司向110 kV總降送電前，該企業(yè)必須與供電公司簽訂電費(fèi)結(jié)算協(xié)議。該協(xié)議中有一項(xiàng)“提光”（即“非居民照明用電”）比例系數(shù)（即每月非居民照明用電量占總耗電量的比例）需要確認(rèn)。由于當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備未全部安裝，故該協(xié)議中“提光”比例系數(shù)暫定為6%。

冷軋項(xiàng)目各產(chǎn)線全部投產(chǎn)后，按照供電公司確定的“提光”比例原則對(duì)全廠2431臺(tái)動(dòng)力設(shè)備裝機(jī)容量和15725支照明設(shè)備裝機(jī)容量進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的普查，結(jié)合該企業(yè)每月的耗電量情況對(duì)普查結(jié)果進(jìn)行了認(rèn)真的分析、計(jì)算。發(fā)現(xiàn)6%的“提光”比例系數(shù)偏高。由表1可知，“提光”電價(jià)明顯高于大工業(yè)動(dòng)力電價(jià)，偏高的“提光”比例系數(shù)對(duì)該企業(yè)是不公平的。依據(jù)掌握的第一手材料，多次與供電公司協(xié)商溝通，并請(qǐng)其到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查核對(duì)。經(jīng)過(guò)努力，供電公司最終同意將“提光”比例系數(shù)由原來(lái)的6%下調(diào)至3%。并于2009年8月重新簽定了“電費(fèi)結(jié)算協(xié)議”?！疤峁狻北壤禂?shù)下調(diào)后，每年可為該企業(yè)節(jié)約電費(fèi)約171.12萬(wàn)元。

（2）提高供電系統(tǒng)月平均功率因數(shù)

以月平均供電系統(tǒng)功率因數(shù)0.90為標(biāo)準(zhǔn)值，供電公司按電力用戶月平均功率因數(shù)的高、低以月電費(fèi)的比例增、減收用戶電費(fèi)，功率因數(shù)越高，減收電費(fèi)的比例越高，功率因數(shù)越低，增收電費(fèi)的比例越高，具體如表3。

因此，想辦法提高該企業(yè)供電系統(tǒng)功率因數(shù)，既可以改善電能質(zhì)量、降低運(yùn)行損耗，又可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

為提高該企業(yè)供電系統(tǒng)功率因數(shù)，由圖1可看出，該企業(yè)110 kV總降內(nèi)供電1#、2#系統(tǒng)的10 kV母線分別配置了一套無(wú)功補(bǔ)償與諧波吸收裝置（簡(jiǎn)稱“FC”裝置），基波補(bǔ)償容量均為11 Mvar，裝置配置如圖8。

表3 按月平均功率因數(shù)增、減收用戶電費(fèi)表

圖8 FC裝置一次主接線示意圖

由于軋機(jī)10 kV開(kāi)關(guān)站為單母線接線，計(jì)算負(fù)荷約33000 kVA，正常時(shí)由供電2#系統(tǒng)供電，而其他10 kV開(kāi)關(guān)站為單母線分段接線，正常時(shí)由供電1#、2#系統(tǒng)向?qū)?yīng)的母線供電，因此，生產(chǎn)時(shí)，存在供電1#系統(tǒng)負(fù)荷小于供電2#系統(tǒng)負(fù)荷情況。由此導(dǎo)致供電1#系統(tǒng)容性無(wú)功過(guò)補(bǔ)而供電2#系統(tǒng)容性無(wú)功欠補(bǔ)。過(guò)補(bǔ)與欠補(bǔ)一樣，電力用戶也將遭受供電公司增收電費(fèi)處罰。為保證該企業(yè)供電系統(tǒng)月平均功率因數(shù)在0.90以上，要求調(diào)度系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)整供電1#、2#系統(tǒng)負(fù)荷，即將供電2#系統(tǒng)所帶的一些空壓機(jī)、循環(huán)水泵等負(fù)載調(diào)整由供電1#系統(tǒng)運(yùn)行，使供電1#、2#系統(tǒng)負(fù)荷基本平衡。并將此辦法以企業(yè)書面文件方式下達(dá)執(zhí)行。經(jīng)過(guò)持之以恒的努力，該企業(yè)月平均功率因數(shù)均在0，90以上，2010年～2013年因功率因數(shù)而減收的電費(fèi)如表4。

表4 某企業(yè)供電系統(tǒng)2010年～2013年因功率因數(shù)而減收的電費(fèi)

（3）調(diào)整部分變壓器運(yùn)行方式

該企業(yè)的部分電力用戶的照明、天車等負(fù)荷的供電方式為兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行的“雙元”制供電，設(shè)計(jì)時(shí)按負(fù)載率40%（即“N-1”原則）確定變壓器容量。數(shù)量為24臺(tái)。但這些變壓器實(shí)際運(yùn)行時(shí)負(fù)載率約20%左右，存在負(fù)荷小、損耗高（鐵損和銅損）等運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。下面以容量為2000 kVA變壓器為例加以說(shuō)明。

由表5可知，24臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行的損耗高于12臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行的損耗。由此，可將為照明、天車等負(fù)荷供電的變壓器的運(yùn)行方式由原來(lái)的兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行的“雙元”制供電調(diào)整為一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)“冷備用”的“單元”制供電，具體調(diào)整方式為“每年的奇數(shù)月1#變壓器運(yùn)行，2#變壓器冷備用；每年的偶數(shù)月2#變壓器運(yùn)行，1#變壓器冷備用”。這些變壓器的運(yùn)行方式調(diào)整后，負(fù)載率由約20%提高到了40%左右，供電損耗降低了16.44 kW，按0.75元/kW·h計(jì)算，每年共計(jì)可節(jié)約電費(fèi)約10.8萬(wàn)元。

Fine Management for Electricity Consum ption of a Cold Rolling Mill

NIE Jiayu
(Beijing Shougang Cold Rolling Co.,Ltd.,Beijing 101304,China)

The paper gives a brief introduction to the electric power supply system and low-efficiency power utilization of a cold rolling steel company.Some fine management measures for reducing power consumption are presented from the aspects of technology,process and management.

cold rolling mill;power consumption;fine management

TK018

B

1006-6764(2014)03-0001-05