鋼鐵企業(yè)供用電系統(tǒng)節(jié)電技術應用實踐

徐建國

（河鋼集團邯鋼公司邯寶能源中心，河北邯鄲 056015）

引言

1 鋼鐵企業(yè)供用電系統(tǒng)存在的主要問題

鋼鐵行業(yè)屬于工業(yè)鏈中高能耗企業(yè)，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)消耗的能源中，電能成本所占比例大致在20%～30%，節(jié)約用電，減少電費支出成為企業(yè)降低成本、提高利潤空間的有效手段。有些企業(yè)供用電系統(tǒng)從設備配置、系統(tǒng)運行以及用電環(huán)節(jié)缺少合理規(guī)劃，用電浪費問題還比較嚴重。邯鋼西區(qū)通過對供用電系統(tǒng)進行內(nèi)部挖潛改造，優(yōu)化供電方式、運行方式以及移峰調(diào)荷等方面的技術攻關，很好的解決了用電浪費問題，綜合降低了企業(yè)的用電成本。

1.1 配置不合理，設備利用效率低

鋼鐵企業(yè)為保證工藝調(diào)整的空間，在設備選型時有意放大了設計裕量，很多配置的變壓器存在容量偏大、負載率低，一些變壓器負載僅達到容量的15%左右，“大馬拉小車”的情況相當普遍。低負載率導致變壓器無功損耗增大，造成了一定的電能浪費。

1.2 電能質(zhì)量差，設備運行綜合損耗高

鋼鐵企業(yè)用電設備種類多，大量使用整流器、變頻器等非線性電力設備，啟動頻繁、負荷變化大，除產(chǎn)生較大的瞬變電壓和浪涌電流外，還會產(chǎn)生大量諧波［1］。很多企業(yè)無功補償裝置和濾波裝置沒有正常投入運行，設備運行功率因數(shù)較低，致使系統(tǒng)電壓和電流波形畸變，不僅降低了電網(wǎng)電能質(zhì)量，也不利于設備的安全運行，增加了供電系統(tǒng)損耗。

1.3 工藝調(diào)整不到位，用電設備能耗高

在鋼鐵企業(yè)用電設備中，泵、壓縮機等二次方律負載機械占有重要地位，而此類設備耗電量較大，設備大多數(shù)在設計頻率（額定頻率）運行，并未完全根據(jù)現(xiàn)場工況、實際所需的壓力和風量進行調(diào)節(jié)，造成了用設備能耗升高。

1.4 未合理利用峰谷電價差異

對于間歇性運行的生產(chǎn)線、生產(chǎn)負荷不飽滿產(chǎn)線，未嚴格執(zhí)行“避峰就谷”的生產(chǎn)運行模式；檢修計劃同樣沒有真正按照就峰檢修谷段生產(chǎn)方式安排，檢修時液壓、風機等輔助設備沒有及時停運，整個生產(chǎn)工序未充分利用峰谷段電價的差異來組織，造成了噸鋼電耗的升高。

1.5 缺少技術手段，供用電系統(tǒng)未做到的精益化管理

未建設電力集控中心的集中監(jiān)控平臺，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、處理和報表；也無法實現(xiàn)電能的綜合平衡、合理分配、優(yōu)化調(diào)度和電耗定額的管理分析，對發(fā)用電系統(tǒng)進行統(tǒng)一的平衡調(diào)整、動態(tài)調(diào)荷避峰移峰；沒有專門的軟件對各種規(guī)格的產(chǎn)品耗電量進行分析和研究，不能有針對性地按照產(chǎn)品的型號和規(guī)格安排“避峰就谷”生產(chǎn)，無法達到節(jié)約用電的目的。

2 節(jié)電技術實施方案及措施

鑒于鋼鐵企業(yè)供用電設備、用電現(xiàn)狀，邯鋼西區(qū)采用供配電系統(tǒng)節(jié)電技術、工藝系統(tǒng)節(jié)電技術以及依托電力集控平臺，規(guī)劃出一整套科學合理、符合生產(chǎn)實際和可實施的技術創(chuàng)新方案，重點從以下幾個方面進行了優(yōu)化和改進。

2.1 優(yōu)化供電系統(tǒng)運行方式，降低變壓器空載消耗

遵循用電設備負載特性，調(diào)整變壓器運行方式，減少空載消耗，變壓器損失率的負載特性是一個非線性函數(shù)［2］（見圖1）。

圖1 變壓器損失率隨負載變化的關系曲線

為避免出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，結合邯鋼西區(qū)的各臺變壓器實際運行情況，建立變壓器運行管理制度，杜絕10 kV 電力變壓器長期低負載不經(jīng)濟運行狀態(tài)。在確保變壓器安全運行和生產(chǎn)穩(wěn)定的基礎上，當變壓器負載率長期低于30%以下時，停運一臺變壓器，即變壓器由2 臺并列運行改為一用一備。通過組織實施，總計停運變壓器64 臺，退出變壓器總容量達93 960 kVA。各單位變壓器的負載率也相應提高，其中焦化廠由原來的0.24 提高到0.42，煉鐵廠由原來的0.34提高到0.42，能源中心由原來的0.3提高到0.45。每年節(jié)約電量181.6 萬kWh，節(jié)約電費109 萬元。

從公車后門上車后，我會轉身往車尾走四步，再右轉身面對車窗，然后舉起右手拉住吊環(huán)，穩(wěn)住重心，視線水平朝著窗外。

2.2 調(diào)控功率因數(shù)補償方式，形成就地補償和集中補償?shù)穆?lián)調(diào)機制

邯鋼西區(qū)原有無功補償裝置和濾波裝置共計79 套，由于原設計無功補償裝置容量大、負荷不穩(wěn)定等因素，致使其中30套裝置不能投運。為了降低線路的損耗，根據(jù)現(xiàn)有補償裝置設備參數(shù)和二級配電室負荷性質(zhì)，通過進行運行方式調(diào)整和裝備升級改造，補償裝置全部投運，各單位無功補償裝置投運后功率因數(shù)變化明顯（見表1）。依托集中化監(jiān)控系統(tǒng)，補償方式相應轉變?yōu)橐杂脩艟偷匮a償為主、變電站集中補償為輔，采用實時適量的無功過補償，做到對無功功率實時監(jiān)控調(diào)整，建立聯(lián)動聯(lián)調(diào)機制，讓各段的諧波含量都在可控范圍之內(nèi)，降低了線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，提高了各變電站的功率因數(shù)。［3］

表1 邯鋼西區(qū)各二級廠無功補償裝置投入前后功率因數(shù)及運行電流對比

2.3 制定工藝設備經(jīng)濟運行模式，攻關高耗能設備的節(jié)電

針對不同工藝設備，對全公司范圍內(nèi)的風機、水泵類負載進行運行狀況統(tǒng)計，深度挖掘設備潛能及減少備用安全裕量，對運行模式和參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整。

（1）結合生產(chǎn)和工藝，優(yōu)化焦化煤氣鼓風機循環(huán)管開度，在保障生產(chǎn)的前提下，將開度由原來的30%調(diào)整為20%左右，開度下降10%，2 臺10 kV 的1 000 kW 電機電流全部下降5 A，年節(jié)電約55 萬kWh。

（2）對焦化廠7 臺大型除塵風機高低轉速進行優(yōu)化調(diào)整，運行電流累計下降28 A，年節(jié)電約208 萬kWh（見表2）。

表2 焦化廠風機轉速調(diào)整前后對比

（3）將煉鐵廠出鐵場除塵風機（1 600 kW 電機）的低速參數(shù)由30%逐步調(diào)整為25%，電機轉速下限值變更為375 r/min。經(jīng)實際檢測，電機電流下降6 A 左右，按照2 臺風機低速運行時間30%估算，綜合節(jié)電效率提高13.5%，年節(jié)電約344 萬kWh。

（4）在保障燒結正常生產(chǎn)情況下，根據(jù)負壓和風量兩個參數(shù)變化情況，將燒結主抽風門開度有原來的70%調(diào)整為65%以下，主抽風勵磁系統(tǒng)功率因數(shù)由原來的0.92 調(diào)整到0.98，年節(jié)電480 萬kWh。通過以上兩項主要措施的實施，燒結工藝工序電耗由原來的42 kWh/t降低到37 kWh/t。

（5）煉鋼二次除塵風機運行從原來兌鐵到出鋼都為高速調(diào)整為轉爐兌鐵和出鋼的時高速，吹煉時中速，其余時間低速。通過運行并觀測，電機電流下降20 A左右，此項措施年節(jié)電約573 萬kWh。

（6）精細化操作流程，合理控制鼓風機工作點與放風線的距離，逐步調(diào)整鼓風機靜葉角度，靜葉角開度由54%調(diào)整為52%，放風量由900 m3/min 減為800 m3/min，電機功率下降0.5 MW。

2.4 優(yōu)化生產(chǎn)節(jié)奏、設備運行方式，積極推進“避峰就谷”節(jié)電

（1）優(yōu)化焦化煤后皮帶系統(tǒng)運行時間段，調(diào)整后每天高峰段運行區(qū)間由原來的3 h 減少為現(xiàn)在的1 h，平段運行區(qū)間由原來的8 h 減少到7 h，同時通過調(diào)整配煤量，皮帶總運行時間縮短3 h，每天節(jié)約電費峰段4 338.6 元，平段1 521.45 元，全天合計5 860.05元。

（2）合理組織燃料破碎時間，優(yōu)化布袋除塵運行方式，由原來的24 h 運行改為谷段運行、峰段停車，每天分兩次停車，每天可停車8 h，每月可節(jié)電約9 萬kWh。

（3）高爐煤粉系統(tǒng)執(zhí)行避峰就谷生產(chǎn)安排，上煤系統(tǒng)全天峰段停產(chǎn)8 h，平段停產(chǎn)2 h，谷段全開，制粉系統(tǒng)全天峰段停產(chǎn)8 h。

（4）繼續(xù)協(xié)調(diào)和推進煉鋼廠簡易線生產(chǎn)，走簡易線的比例已由去年的8%上升到現(xiàn)在的15%，月節(jié)約用電可達100 萬kWh 左右；嚴格執(zhí)行3 吹2 模式，優(yōu)化調(diào)整3 吹2 時間，由以前的18∶00-24∶00 提前至16∶00-20∶00，有效減少了峰段的用電量。

（5）精整車間的生產(chǎn)線（剪切線和平整線）第一選擇在22∶00-8∶00的谷段時間進行生產(chǎn)，合同緊張時可選擇11∶00-16∶00 的平段生產(chǎn)，杜絕16∶00-22∶00 峰段組織生產(chǎn)；酸軋線運輸鏈控制在晚10 點以后的谷段時間從熱軋接卷。

2.5 優(yōu)化檢修計劃安排，實現(xiàn)就峰檢修谷段生產(chǎn)

（1）軋線的日修及各生產(chǎn)班組的檢調(diào)時間必須安排在峰段（8∶00-11∶00 或16∶00-21∶00）進行，夏季6、7、8 月份（18∶00-21∶00）、冬季（17∶00-19∶00）有尖峰段，優(yōu)先安排在尖峰段進行檢修。

（2）合理安排連鑄機計劃停澆及換段時間，爭取在峰段（8∶00-11∶00 或16∶00-21∶00）停澆，組織準備下一個澆次計劃或進行換段，平谷段進行生產(chǎn)。

（3）根據(jù)周計劃合理安排檢修，按照如下時間段組織∶

8 h計劃∶13∶00-21∶00進行（5 h峰段或2 h峰段和3 h尖峰段）

10 h 計劃∶11∶00-21∶00 進行（5 h 峰段或2 h 峰段和3 h尖峰段）

12 h計劃∶9∶00-21∶00進行（6 h峰段或3 h峰段和3 h尖峰段）

（4）18 h 以上的高爐定修計劃，按照6∶00-24∶00（8 h平段、8 h峰段和2 h谷段）安排檢修。

2.6 依托電力集控平臺，實時動態(tài)調(diào)整發(fā)電、用電負荷

精細化分解、建立全體系工序電耗指標及峰谷用電指標，強化全過程跟蹤、監(jiān)管和掌控用電狀況，見表3。

表3 工序電耗指標及峰谷用電量化指標分解 單位∶萬kWh

實時跟蹤用電、發(fā)電負荷潮流分布，在能源網(wǎng)中建立用電量自動采集系統(tǒng)，上傳的相關數(shù)據(jù)，生成日電力報表和峰平谷用電報表，見表4。

表4 2021年11月29日邯鋼西區(qū)主要生產(chǎn)廠峰平谷電量統(tǒng)計表 單位∶kWh

通過動態(tài)分析各單位峰平谷用電數(shù)據(jù)，確保每日完成20 萬kWh 峰谷差指標，在此基礎上，合理調(diào)整發(fā)電、用電負荷，減少檢修期間的返送電量，折合節(jié)約用電費86.5 萬元/月。

2.7 在軋鋼系統(tǒng)（熱軋和冷軋）建立數(shù)學模型，實現(xiàn)避峰就谷生產(chǎn)

建立軋鋼系統(tǒng)不同規(guī)格產(chǎn)品與用電量對應的數(shù)學模型，找出用電量和鋼種、規(guī)格（厚度，寬度，重量）關系，指導生產(chǎn)按照“避峰就谷”原則進行組織生產(chǎn)。通過后臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，建立電量和產(chǎn)品對應數(shù)據(jù)庫、運行趨勢，利用專門的分析軟件，總結出各品種的電耗情況，將電耗較高的品種安排在谷段或平段生產(chǎn)，電耗低的品種安排在峰段生產(chǎn)。

圖2 是熱軋系統(tǒng)借助后臺數(shù)據(jù)庫采集系統(tǒng)，搭建用電量統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫，形成每天用電實績趨勢圖。

圖2 熱軋系統(tǒng)日用電實績趨勢圖

圖中包含了峰平谷用電量信息，用于每天峰谷用電的監(jiān)督和鋼種、規(guī)格調(diào)整，月累計和年累計用于電量分析和計量。

搭建熱軋機軋制實績數(shù)據(jù)庫，其意義在于可以統(tǒng)計峰平谷產(chǎn)量和規(guī)格，小時過鋼的塊數(shù)、重量、平均寬度和平均厚度等關鍵信息，生成軋制品種規(guī)格棒圖（見圖3），時時掌握生產(chǎn)狀況。

圖3 熱軋系統(tǒng)峰平谷段對應產(chǎn)品規(guī)格棒圖

編寫軟件生成Excel 報表，報表中統(tǒng)計天實際、月累計和年累計，統(tǒng)計軋制實績的峰平谷用電量、產(chǎn)量、平均寬度和平均厚度等關鍵信息（見表5），用于每天軋制品種規(guī)格與峰谷用電的綜合分析。

此項措施突破了傳統(tǒng)的節(jié)電理念，通過用電量數(shù)據(jù)庫和軋制數(shù)據(jù)庫的科學統(tǒng)計手段，定性和定量的分析出了不同產(chǎn)品規(guī)格和用電關系的信息，為真正實行峰谷生產(chǎn)、降低單位電價提供了科學依據(jù)。

3 實施效果

通過各項節(jié)電技術、優(yōu)化措施的實施，邯鋼西區(qū)整體用電得到了顯著改善，在確保供用電系統(tǒng)長周期安全穩(wěn)定運行的同時，提高了供用電系統(tǒng)的整體經(jīng)濟效益。2021 年同口徑噸鋼單耗比2020 年降低了6.06%，峰谷實際指標達到峰段32.449%，谷段34.180%，與公司“1∶1.02∶1.04”的峰平谷指標相比，峰段比例下降0.23%，谷段比例上升0.19%。全年邯鋼西區(qū)優(yōu)化節(jié)約電費約6 000 萬元，為公司節(jié)省了大量的用電成本。

表5 熱軋系統(tǒng)品種規(guī)格與峰平谷用電量統(tǒng)計

4 結束語

鋼鐵企業(yè)節(jié)電工作存在著較大潛力，在當前電力供應緊張和電價上漲的大環(huán)境的驅動下，企業(yè)各生產(chǎn)工序將會進一步推廣節(jié)電技術的應用，加強和優(yōu)化節(jié)電管理，降低供用電系統(tǒng)損耗，提高電能綜合利用效率，以此有效降低企業(yè)的用電成本。