燒結釹鐵硼粉末連續(xù)燒結工段的能源管理優(yōu)化

劉 民

（安泰科技股份有限公司，北京 101318）

0 引言

近些年來，隨著我國各項技術的發(fā)展，燒結釹鐵硼已經(jīng)在電機行業(yè)、風力發(fā)電、醫(yī)療器械、電動汽車以及航空航天等許多行業(yè)得到了廣泛應用，是一種性能優(yōu)異的基礎功能材料[1]。但是，隨著國家對節(jié)能環(huán)保的要求逐漸提高，燒結釹鐵硼行業(yè)越來越重視其中能耗較大的、連續(xù)燒結工段的能源消耗問題。燒結工段是燒結釹鐵硼行業(yè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，用于原材料的熔煉[2]。燒結工段的高能耗是一個廣受詬病的問題，所以研究燒結釹鐵硼粉末制備中連續(xù)燒結工段的能源管理優(yōu)化成為目前的熱門。

1 能源管理介紹

1.1 能源管理的內容

所謂能源管理，是指借助科學的手段，針對能源從生產(chǎn)、分配再到轉換和消耗的整個過程，進行能源的規(guī)劃、控制和監(jiān)督等所有的工作[3]。主要包括6方面內容：①制定開發(fā)能源政策，制度科學的節(jié)能政策，不斷制定合理的能源法規(guī)、規(guī)劃，逐步完善能源控制系統(tǒng)，做好能源在工業(yè)和生活方面的生產(chǎn)和分配；②能源設備方面需要加強管理，對一些高耗能的窯爐、鍋爐、電器等不斷開展技術改造和設備更新，保證能源利用率處在較高水平，開展定額能源管理，通過對有效能源消耗和工藝性能源損耗進行計算，核定得到每一項定額能源消耗；③建立能源消耗的經(jīng)濟責任制度，適當進行獎優(yōu)罰劣，將能源消耗定額制度具體到車間、班組甚至是個人，促進企業(yè)整體耗能的降低；④對于能耗較大的企業(yè)、重點能耗項目和設備，要進行定期檢查，督促企業(yè)開展有效利用能源的技術分析，并不斷建立健全企業(yè)的能源管理制度，逐步形成完善的能源管理網(wǎng)；⑤不斷開展員工節(jié)能教育，提高員工節(jié)能意識；⑥相關部門應加強監(jiān)督，嚴格監(jiān)督能源計量技術、標準執(zhí)行情況、統(tǒng)計技術方法，保證企業(yè)在核算能源消耗方面的數(shù)據(jù)準確。

1.2 能源管理的流程

企業(yè)開展能源管理的流程分為3步：第一步要經(jīng)過企業(yè)最高管理機構授權，同意開展能源管理，并設定企業(yè)的能源管理目標，組織建立本企業(yè)完善的能源管理組織；第二步是對企業(yè)能源管理現(xiàn)狀進行分析，制定能源管理工作計劃，回顧本企業(yè)能源結構、限制能源消耗降低的歷史條件，開展能源審計工作，制定出符合本企業(yè)現(xiàn)實情況的節(jié)能計劃和切實可行的實施方案，然后對方案進行評價，保證方案的科學可行性；第三步就是方案執(zhí)行和控制，核準所需的能源資源，分配能源管理的職責和目標，建立能源計量制度，并定期形成能源報告，保證能源措施得到有效實施，并對能源管理實施效果進行評價。

2 能源管理優(yōu)化在燒結釹鐵硼粉末連續(xù)燒結工段的應用

2.1 確定開展能源管理的范圍

燒結釹鐵硼屬于能耗較大的行業(yè)，在日常生產(chǎn)過程中，能源消耗的主要過程是連續(xù)燒結工段。為做好這部分的能源管理，要制定能源計劃，包括用能計劃、消耗記錄、優(yōu)化措施等，并完成計劃的上報、審批和計劃的下發(fā)、實施。首先要確定重點用能工段或用能裝置，以及實際的能耗和生產(chǎn)負荷，然后制定用能計劃。通過用能計劃的優(yōu)化，降低能源消耗成本。以某燒結釹鐵硼企業(yè)的燒結車間為例，有50臺單室燒結爐設備，單室燒結爐的工作過程主要分為：大氣環(huán)境下單爐料入爐、封閉后真空系統(tǒng)運行至高真空環(huán)境、啟動加熱并按工藝曲線保持溫度、加熱結束后風機啟動強制冷卻至200℃以下，開爐門出料（圖1）。在生產(chǎn)過程中，每個爐爐體內的真空和高溫環(huán)境都需要經(jīng)歷1次“建立—保持—破壞”的過程，存在耗能優(yōu)化的余地。

2.2 能源管理設計

圖1 單室燒結爐工作過程

開展能源管理，首先要在管理層級上形成管理閉環(huán)，制定計劃、進行能源監(jiān)控和統(tǒng)計、開展能源績效評價、考核能源管理效果。通過能源管理的開展，使企業(yè)能源管理走向高效、規(guī)范，實現(xiàn)最大化能效、建立可視化能流、實施在線可優(yōu)化。圍繞“計劃—實施—檢查—改進”（Plan，Do，Check，Act，即 PDCA 循環(huán)），不斷優(yōu)化能源管理體系，開展能源的高效管理。

以燒結釹鐵硼企業(yè)為例，開展能源管理，首先要得到企業(yè)領導的同意，確定能源管理者代表，作為管理工作的總負責人，然后組織建立企業(yè)能源管理體系，逐步開展能源管理工作。

2.3 現(xiàn)有能源消耗分析

實現(xiàn)能源消耗分析首先要完成能源消耗統(tǒng)計，分析現(xiàn)有的能源消耗情況是必不可少的。首先要做好“手里有本賬”，對現(xiàn)有能源產(chǎn)耗數(shù)據(jù)進行收集和確認，然后對應車間的生產(chǎn)、供應和消耗的整個過程，對運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和歸類，核算能源消耗。通過對歷史能源消耗情況進行調查，可以詳細了解到能源利用的趨向，在進一步確定能源管理目標時，可以作為參考基準，也能提供能源管理改進的方向。調查數(shù)據(jù)的來源可以有電費賬單、生產(chǎn)統(tǒng)計、生產(chǎn)記錄或其他可以使用的資料。

燒結釹鐵硼工業(yè)中，主要耗能工段的燒結過程的能源為電能。燒結爐工作過程中加熱與維持、抽真空與維持、強制冷卻3個過程耗電量大，其中以加熱功率為主。按普通工藝燒結的單爐（300 kg）平均用電量約為720 kW·h（不含回火）。

2.4 確定能源計量措施

采用科學、合理的能源計量措施是保證能源管理有效的基礎。本部分的主要目的是開展科學的能源計量，從而理清能源消耗情況。對能源計量的統(tǒng)計儀表數(shù)量、數(shù)值進行記錄，方便進行能源消耗核算和能源節(jié)省的數(shù)值核算。在燒結釹鐵硼粉末制備中，前面分析了其主要的耗能階段在燒結工段，而燒結工段的耗能主要為電能，所以采用的計量方式是電量消耗。電能計量措施為通過每臺燒結爐上的電表讀數(shù)，每月讀取電度數(shù)，再根據(jù)當月生產(chǎn)的爐數(shù)計算每爐的用電量，并主要以此跟蹤能耗變化和設備的狀況。

2.5 設備優(yōu)化

通過設備優(yōu)化以及舊的耗能設備的替換是能源管理的一個重要方法，對于燒結釹鐵硼粉末制備中的燒結爐的高耗能情況，前面分析得到現(xiàn)有能源消耗情況。因此，針對企業(yè)的這種耗能情況，有針對性地開展能源管理。原有單室燒結爐存在能耗高的問題，所以通過引進新的節(jié)能設備達到能耗降低的目的。新引進八室連續(xù)燒結爐，替代現(xiàn)有的8臺單室燒結爐（圖2）。引進新形式的燒結爐，主要考慮2個因素：一是加熱段功率，正常工作狀態(tài)下，連續(xù)爐每個室維持在燒結環(huán)境（溫度和真空度），在轉爐過程中，溫升梯度較小，加熱時間大幅縮短，節(jié)約能耗；二是保溫段功率，連續(xù)爐高溫段相連，溫差小，并且規(guī)避了單室爐的爐門和風機側的跑熱問題，因此總體保溫效果加強，在保溫段維持功率大幅降低，降低能耗。

2.6 燒結過程消耗效益分析

現(xiàn)有能源消耗：普通單室爐平均用電量約720 kW·h/爐，共8臺爐。

圖2 8室連續(xù)燒結爐工作過程

設備優(yōu)化后的能源消耗：1臺8室連續(xù)燒結爐的電能消耗為440 kW·h，設備優(yōu)化后由于設備集成度高，單班只需要設備操作及巡檢人員1人，碼料等操作集中在白班完成，并省去中間轉料操作，較8臺單室燒結爐可達到節(jié)省操作工人10人（雙班）；而且還可以通過人力資源管理的優(yōu)化進一步調整人員的節(jié)省，有巨大節(jié)約空間。

考慮回火因素，每臺單室爐每年生產(chǎn)相當于300爐料。通過計算，本項目每年可節(jié)電672 000 kW·h。

估算設備優(yōu)化的項目投資為1000萬元人民幣左右，主要為八室連續(xù)燒結爐的設備購置費。本項目每年可節(jié)省電能672 000 kW·h，電費按1.00人民幣元（kW·h）計算，每年節(jié)約電費約67.2萬元人民幣。雙班節(jié)約用工10人，按人均企業(yè)支出6萬元人民幣計算，約合人工費60萬元人民幣。不包括工藝質量提升帶來的效益，合計直接經(jīng)濟效益約127.2萬元人民幣，投資回收期約7.8 a。因此，實施能源管理的效益非?？捎^。

3 結論

燒結釹鐵硼粉末為我國的經(jīng)濟建設提供了支持，但同時也消耗了相當多的能源，所以在這個行業(yè)進行能源管理，提高能源利用率，降低單位產(chǎn)品的能源效率，是一項提高經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的有力措施。通過上述分析可以得出，通過能源管理的實施，每年可以給燒結釹鐵硼粉末企業(yè)帶來127.2萬元人民幣的直接經(jīng)濟效益。因此，在高耗能行業(yè)開展能源管理是非常有必要的。僅以制備燒結釹鐵硼粉末中連續(xù)燒結工段為例進行了能源管理的介紹，還存在許多不足之處，在后續(xù)的研究中會繼續(xù)完善，以借助能源管理持續(xù)優(yōu)化能源消耗，提高能源使用效率。