鋼鐵企業(yè)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的一般方法的建設(shè)

1、鋼鐵企業(yè)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的一般方法的建設(shè)0 概述鋼鐵企業(yè)是高能耗產(chǎn)業(yè)，年耗電量占全國(guó)總用電量的8%左右，居各行業(yè)前位，因而鋼鐵企業(yè)的節(jié)能有著十分重要的意義。做為鋼鐵設(shè)計(jì)單位的專業(yè)人員，應(yīng)充分了解、掌握鋼鐵各生產(chǎn)工藝段的工況、過(guò)程、特點(diǎn)，選用最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格貫徹執(zhí)行國(guó)家節(jié)能環(huán)保、減排等產(chǎn)業(yè)政策，為企業(yè)及社會(huì)帶來(lái)明顯效益。本文僅對(duì)鋼鐵企業(yè)電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中常用的節(jié)能措施進(jìn)行一般性闡述，未做深入的理論計(jì)算，目的是為了提高電氣設(shè)計(jì)人員的節(jié)能意識(shí)及業(yè)務(wù)水平，并運(yùn)用在工程實(shí)踐之中。1 電氣主要節(jié)能措施1.1 電力變壓器的節(jié)能電力變壓器既是重要的變電設(shè)備，也是主要的耗電設(shè)備，在電力系統(tǒng)中數(shù)量龐大，占有重

2、要地位，合理地選擇各類變壓器的數(shù)量、型號(hào)、容量、負(fù)載率及運(yùn)行方式等，對(duì)于電氣節(jié)能有著十分重要的意義。1.1.1 變壓器選型油浸式變壓器選用S11系列及以上，干式變壓器選用S10系列及以上的節(jié)能、環(huán)保、低損耗、低噪音型新型變壓器，該類變壓器鐵芯一般均采用高導(dǎo)磁的優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向硅鋼片。同容量S11系列變壓器空載損耗比S9系列降低30%，年綜合電量損耗降低35%以上，節(jié)電效果明顯，采用S11系列變壓器替代S9系列同容量變壓器，設(shè)備投資增加15%20%，一般3年左右通過(guò)節(jié)省的電能費(fèi)用可平衡增加的設(shè)備成本，而變壓器工作年限一般為2530年，因而其運(yùn)行3年后節(jié)電量為凈節(jié)電量。企業(yè)用量龐大的為低壓配電變壓

3、器，如一臺(tái)10/0.4kV 1250kVA的低壓配電變壓器，采用S11系列比采用S9系列年節(jié)省電能約5000kWh，合人民幣3150元（按工業(yè)用電平均0.63元/ kWh計(jì)算），在其正常工作壽命期內(nèi)共節(jié)省電能約125000 kWh，折合人民幣78750元。一個(gè)中型冶金企業(yè)此類配電變壓器數(shù)量一般為幾十臺(tái)，節(jié)電效益明顯。1.1.2 變壓器負(fù)載率變壓器在低負(fù)載率狀態(tài)下不僅造成設(shè)備自身投資增大，而且運(yùn)行功率因數(shù)低，造成較大的有功及無(wú)功損耗，因而當(dāng)變壓器負(fù)載率低于30%時(shí)應(yīng)及時(shí)更換為小容量。變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)為負(fù)載率75%左右，設(shè)計(jì)、選型時(shí)應(yīng)予以考慮。變壓器并非在電氣工作壽命完全終結(jié)時(shí)才予以更換，對(duì)于電

4、氣壽命僅剩余23年時(shí)，應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定是利舊還是更換為新型節(jié)能變壓器。少數(shù)鋼鐵企業(yè)還有鋁芯變壓器運(yùn)行，年代久遠(yuǎn)，從節(jié)能及用電安全角度考慮，應(yīng)予以及時(shí)更換。1.1.3 變壓器工作環(huán)境變壓器工作環(huán)境溫度對(duì)變壓器出力、絕緣、安全運(yùn)行及壽命有著較大的影響。變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行在98時(shí)，使用壽命為20年，當(dāng)長(zhǎng)期運(yùn)行在在104時(shí)，使用壽命為僅為10年。油浸式變壓器只有其上層油溫不超過(guò)85，才能保證其正常的使用壽命。部分鋼鐵企業(yè)總降變電所要求夏季時(shí)在主變壓器室內(nèi)設(shè)置移動(dòng)風(fēng)機(jī)對(duì)主變進(jìn)行散熱冷卻，因而在主變壓器室設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮在滿足主變壓器安裝、進(jìn)出線便利等條件下，盡可能將主變壓器室布置于空氣暢通，少陽(yáng)光直射的

5、位置。當(dāng)?shù)蛪焊墒脚潆娮儔浩髋c低壓配電柜貼臨布置于低壓配電室內(nèi)時(shí)，由于變壓器均配有IP40等級(jí)防護(hù)外殼，造成其散熱不暢，故在設(shè)計(jì)此類配電房時(shí)可考慮在室內(nèi)配置空調(diào)以降低變壓器溫升，此舉雖增加了部分空調(diào)設(shè)備投資及其耗電量，但卻降低了變壓器工作溫度，從而降低了變壓器阻抗，減少電能損耗、降低變壓器絕緣老化速度，延長(zhǎng)了變壓器使用壽命。1.1.4 變壓器出線線路變壓器與配電裝置應(yīng)盡可能靠近布置，以減少出線線路壓降及節(jié)省電力電纜或銅排等耗材長(zhǎng)度，降低電氣投資。1.2 軟起動(dòng)器的節(jié)能1.2.1 電氣軟起動(dòng)的特點(diǎn)較大容量的電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流大，功率因數(shù)低，無(wú)功需求高，會(huì)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)甚至使母線電壓下降到影

6、響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行及電機(jī)自身的起動(dòng)。采用電氣軟起動(dòng)設(shè)備，可降低起動(dòng)電壓及起動(dòng)電流從而使大容量電動(dòng)機(jī)得以平穩(wěn)起動(dòng)，并且維持系統(tǒng)供電電壓的穩(wěn)定。在此過(guò)程中，軟起動(dòng)器僅起變壓作用，不能進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)。為減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊，可根據(jù)負(fù)載特性選用軟起動(dòng)器功能中的限流型、電壓斜坡型、重載型中一種做為起動(dòng)方式， 軟起動(dòng)設(shè)備一般做僅為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)所用，在其起動(dòng)完畢后做為旁路運(yùn)行，但在電動(dòng)機(jī)設(shè)備負(fù)載率低時(shí)，軟起動(dòng)器輸出較低電壓，減小輸出電流，從而減少電機(jī)的功率損耗，起到節(jié)能作用。1.2.2 電氣軟起動(dòng)器節(jié)能的一般要求軟起動(dòng)器的節(jié)能是有條件的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率小于35%時(shí)，節(jié)電率可達(dá)20%50%，當(dāng)負(fù)載率在35%至

7、50%之間，節(jié)電率顯著減小，僅10%15%，當(dāng)負(fù)載率大于50%時(shí)，節(jié)電率幾乎為零甚至為負(fù)值。如一臺(tái)50kW的電機(jī)采用軟起動(dòng)控制，負(fù)載率在35%時(shí)，年節(jié)電量約3000度，節(jié)省電費(fèi)合人民幣1900元， 4年左右收回軟起動(dòng)裝置投資成本。但選擇容量偏大、負(fù)載率低的軟起動(dòng)器本身也是一種浪費(fèi)，所以利用電氣軟起動(dòng)器節(jié)能不是值得推薦的方式。鋼鐵企業(yè)利用軟起動(dòng)器做為節(jié)能設(shè)備適用的負(fù)荷數(shù)量較少，一般為配套的機(jī)械、加工車間內(nèi)沖床、剪床等。1.3 變頻器節(jié)電技術(shù)1.3.1 鋼鐵企業(yè)適用于變頻調(diào)速的主要負(fù)載變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷將工頻電源變換成其它頻率、電壓電源的電力裝置，是目前最先進(jìn)的異步電機(jī)調(diào)速裝置，能實(shí)

8、現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起、軟停、無(wú)極調(diào)速、特殊增、減速功能，具有顯著的節(jié)能效果。鋼鐵企業(yè)適用于變頻器控制的主要為風(fēng)機(jī)及水泵類負(fù)載如高爐出鐵場(chǎng)風(fēng)機(jī)、高爐沖渣泵、電站鍋爐送、引風(fēng)機(jī)、鍋爐給水泵、轉(zhuǎn)爐一次除塵風(fēng)機(jī)等，該類負(fù)荷一般為高壓負(fù)荷，電動(dòng)機(jī)容量大，電氣特性為：流量與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，電氣轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速為正比平方關(guān)系，軸輸出功率與轉(zhuǎn)速為正比立方關(guān)系。變頻器通過(guò)改變自身的輸出頻率、電壓，從而改變風(fēng)機(jī)、水泵等負(fù)荷電氣轉(zhuǎn)矩及軸輸出功率，在低負(fù)載率時(shí)變頻器降低其輸出頻率、電壓從而降低輸出功率，達(dá)到節(jié)能的目的。如當(dāng)變頻器輸出頻率為40Hz時(shí)，其輸出功率只有額定功率的51.2%，具有非常明顯的節(jié)能作用（但做為變速調(diào)節(jié)作用的

9、如軋機(jī)系統(tǒng)用變頻器其節(jié)能效果有限）。1.3.2 變頻器節(jié)電效果采用變頻控制的風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載一般節(jié)電率均在25%30%左右。如一臺(tái)9000kW高爐電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)采用變頻控制后，其平均功率為5000kW左右，年節(jié)電量約2400萬(wàn)度，折合人民幣約1600萬(wàn)元，而一臺(tái)9000kW合資品牌變頻器設(shè)備投資約550萬(wàn)元左右。一臺(tái)中等容量如10kV 400kW除塵風(fēng)機(jī)采用變頻控制，年節(jié)省電能約60萬(wàn)度，折合人民幣40萬(wàn)元，該變頻器設(shè)備投資24萬(wàn)元。變頻設(shè)備在一年左右就能回收成本，余下年份為凈節(jié)電量，數(shù)量巨大，效益十分可觀。1.4 無(wú)功補(bǔ)償及濾波節(jié)電技術(shù)無(wú)功補(bǔ)償及濾波技術(shù)是電力節(jié)能的一項(xiàng)重要措施，在各工業(yè)行業(yè)生產(chǎn)

10、中應(yīng)用十分廣泛，采用該技術(shù)，既可節(jié)省大量有功損耗，又可改善電能質(zhì)量，節(jié)能效果十分明顯。1.4.1 高壓濾波補(bǔ)償技術(shù)在635kV供電母線裝設(shè)電容器、電抗器元件，構(gòu)成高次諧波的低阻抗通道，濾除諧波的同時(shí)，補(bǔ)償無(wú)功，有效地濾除電網(wǎng)中的高次諧波，減小電網(wǎng)元件的附加諧波損耗，降低線路和變壓器因輸送無(wú)功功率造成的電能損耗從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在負(fù)荷平穩(wěn)的用電場(chǎng)合可以實(shí)現(xiàn)供電母線月平均功率因數(shù)≥0.92。根據(jù)負(fù)荷大小和性質(zhì)，確定裝置的容量，一套裝置投資一般在60150萬(wàn)元。因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，投資相對(duì)較低，可在負(fù)荷平穩(wěn)的用電場(chǎng)合加以應(yīng)用。1.4.2 低壓濾波補(bǔ)償技術(shù)主要是在配電變壓器或整流變壓器二次側(cè)0.

11、41kV電壓母線裝設(shè)電容器、電抗器元件，實(shí)現(xiàn)低壓側(cè)就地濾波補(bǔ)償功能。采用接觸器投切或晶閘管過(guò)零投切方式，在負(fù)載處就地解決諧波濾波和無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題，大大降低諧波和無(wú)功通過(guò)變壓器造成的損耗，適合在負(fù)荷容量較小的場(chǎng)合，單套安裝容量1001000kVAR，投資在430萬(wàn)元。1.4.3 高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償（SVC）技術(shù)利用晶閘管串聯(lián)、相控技術(shù)，快速調(diào)節(jié)相控電抗器的感性無(wú)功功率的大小，使動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)載無(wú)功的變化，實(shí)現(xiàn)供電母線的無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償。減少供電系統(tǒng)向用電負(fù)荷提供無(wú)功功率。響應(yīng)時(shí)間≤10ms。在負(fù)荷沖擊較大、對(duì)電能質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合（如電弧爐、精煉爐、直流傳動(dòng)和交交變頻傳動(dòng)軋機(jī)等），應(yīng)用動(dòng)補(bǔ)系統(tǒng)

12、可有效抑制電壓波動(dòng)和閃變，濾除諧波，使電能質(zhì)量指標(biāo)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，供電母線月平均功率因數(shù)≥0.95，且無(wú)功不倒送。根據(jù)安裝容量的大小和電壓等級(jí)的不同，投資約1501000萬(wàn)元。經(jīng)過(guò)測(cè)算，節(jié)能所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益可在一至二年內(nèi)收回投資。1.4.4 低壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償（SVC）技術(shù)是對(duì)高壓動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)的小型化和簡(jiǎn)單化。在0.41kV電壓等級(jí)的配電變壓器或整流變壓器二次側(cè)，通過(guò)對(duì)無(wú)功功率的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)地補(bǔ)償無(wú)功。在低壓負(fù)載端進(jìn)行電能質(zhì)量的治理，減小配電變壓器或整流變壓器的諧波損耗和無(wú)功損耗，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，增加電機(jī)的出力。在小容量的應(yīng)用中可發(fā)揮其簡(jiǎn)單可靠的優(yōu)勢(shì)。單套投資在

13、2050萬(wàn)元。1.4.5 高壓無(wú)功發(fā)生器（SVG）技術(shù)運(yùn)用瞬時(shí)無(wú)功功率理論，應(yīng)用全控型電力電子器件，使電壓源逆變器輸出電壓的相位和幅度可控，從而輸出感性或容性的無(wú)功功率。是SVC技術(shù)的升級(jí)。響應(yīng)時(shí)間≤5ms。應(yīng)用于電壓波動(dòng)較大，安裝面積較小的場(chǎng)合，與濾波補(bǔ)償裝置配合使用可有效抑制電壓波動(dòng)和閃變，濾除諧波，供電母線月平均功率因數(shù)≥0.95，且無(wú)功不倒送。減小由供電系統(tǒng)輸送無(wú)功功率造成的損耗，同時(shí)也降低了諧波損耗。投資約2001200萬(wàn)元。1.4.6 低壓無(wú)功發(fā)生器（SVG）技術(shù)在0.41kV電壓等級(jí)的配電變壓器或整流變壓器二次側(cè)應(yīng)用SVG技術(shù)，就地補(bǔ)償無(wú)功。可與其它電氣柜布置在同一配

14、電室內(nèi)，就近治理電壓波動(dòng)和諧波等問(wèn)題，對(duì)單臺(tái)變壓器負(fù)荷的效果尤為明顯。單套投資在3060萬(wàn)元。1.5 低壓接觸器節(jié)電技術(shù)低壓交流接觸器在電氣系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，數(shù)量十分龐大，是除低壓斷路器外應(yīng)用的最多的低壓電氣元件，但其有噪聲大、電耗大、鐵芯溫度高等諸多缺點(diǎn)。永磁式接觸器是稀土永磁應(yīng)用技術(shù)與智能型微電子技術(shù)有機(jī)結(jié)合，較普通產(chǎn)品節(jié)電99.9%以上，產(chǎn)品運(yùn)行無(wú)噪音，工作時(shí)既不受網(wǎng)電壓波動(dòng)的干擾，也不會(huì)對(duì)周圍電子設(shè)備造成影響。臨界吸合釋放動(dòng)作一次完成。無(wú)振顫現(xiàn)象，觸頭接通分?jǐn)嗨俣缺入姶攀浇涣鹘佑|器提高3-5倍。同時(shí)還具有對(duì)外無(wú)漏磁，線圈工作時(shí)無(wú)溫升等諸多優(yōu)點(diǎn)。是傳統(tǒng)交流接觸器的較好替代產(chǎn)品。一臺(tái)傳統(tǒng)的低

15、壓115A交流接觸器年耗電量約661kWh，而同樣載流量的節(jié)能型永磁接觸器年耗電量?jī)H2.3kWh，節(jié)電658.7 kWh，一臺(tái)傳統(tǒng)的低壓400A交流接觸器年耗電量約1649.7kWh，而同樣載流量的節(jié)能型永磁接觸器年耗電量?jī)H2.3kWh，節(jié)電1647.4 kWh。1.6 照明節(jié)電技術(shù)鋼鐵企業(yè)照明系統(tǒng)耗電量占鋼鐵企業(yè)總用電量比例不大，但仍有一定數(shù)量規(guī)模，照明節(jié)電符合國(guó)家節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策，也是國(guó)家節(jié)能措施審查的主要內(nèi)容之一。1.6.1 工業(yè)廠房照明用電量占企業(yè)全部照明用電量的比例最大，傳統(tǒng)的金屬鹵化物燈具等采用電感式鎮(zhèn)流器能耗高，新型節(jié)能型工礦燈具均采用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，熒光燈具采用節(jié)能型電子鎮(zhèn)流

16、器，使得鎮(zhèn)流器節(jié)電率達(dá)燈具額定功率的10%12%，同時(shí)延長(zhǎng)燈具使用壽命及降低了環(huán)境溫度。1.6.2 LED燈具為半導(dǎo)體節(jié)能型新型光源，是一種廉價(jià)的發(fā)光二極管材料，能耗極低，其照明效率為傳統(tǒng)鎢絲燈泡的12倍，熒光燈的3倍，其持續(xù)點(diǎn)燃時(shí)間為10萬(wàn)小時(shí)，且無(wú)頻閃?？蓱?yīng)用于鋼鐵企業(yè)辦公樓、輔助間等層高不高場(chǎng)所及民用、市政及家庭場(chǎng)所，但由于光通量有限，在工業(yè)廠房?jī)?nèi)暫未推廣應(yīng)用。1.6.3 鋼鐵企業(yè)道路照明可逐步推廣采用太陽(yáng)能光伏照明燈具，最大限度利用光能，節(jié)省電能，太陽(yáng)能燈具一般5年左右收回投資成本，但光伏產(chǎn)業(yè)面臨著投入成本高、環(huán)境污染問(wèn)題。1.6.4 照明設(shè)計(jì)應(yīng)充分利用自然光，大面積照明區(qū)域采用分區(qū)照

17、明控制方式，滿足國(guó)家照明標(biāo)準(zhǔn)。1.7 節(jié)能型電機(jī)應(yīng)用技術(shù)節(jié)能型電機(jī)的選用在鋼鐵企業(yè)自身及設(shè)計(jì)單位均未得到足夠的重視及推廣，這與Y系列電機(jī)在鋼鐵企業(yè)的廣泛使用現(xiàn)狀及企業(yè)業(yè)主、設(shè)計(jì)單位對(duì)國(guó)家、地方相關(guān)政策的不清晰、不了解有較大關(guān)系，國(guó)家、地方均已出臺(tái)須采用新型節(jié)能電機(jī)的規(guī)定。Y系列電機(jī)已被國(guó)家明文規(guī)定為淘汰型電機(jī)，生產(chǎn)廠家不允許再生產(chǎn)，銷售商不得再銷售，現(xiàn)有運(yùn)行的Y系列電機(jī)須逐步淘汰。新型節(jié)能電機(jī)如YX、HJN、XYT系列比現(xiàn)在廣泛使用的Y系列電機(jī)效率約提高2%5%，對(duì)一臺(tái)長(zhǎng)期運(yùn)行的電機(jī)，年節(jié)電量可觀。如一臺(tái) 90kW異步電動(dòng)機(jī)采用節(jié)能型，其效率比Y系列提高3%，按年工作6500h計(jì)，節(jié)電達(dá)17000kW，合人民幣11000元，一年之內(nèi)可收回兩種電機(jī)差價(jià)成本。新建工程項(xiàng)目應(yīng)選用節(jié)能型電機(jī)而不再采用Y系列電機(jī)，這在總承包工程中更應(yīng)引起重視，以免引起總包方與甲方間由于驗(yàn)收問(wèn)題產(chǎn)生糾紛。1.8 其它電氣節(jié)能措施電氣節(jié)能的措施是多樣的，上述各項(xiàng)措施不能一一概全，還有其它電氣節(jié)能措施如電力電纜合理布局敷設(shè)、節(jié)能橋架應(yīng)用、電能的分時(shí)、分地計(jì)量等，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇性選用，使電氣設(shè)計(jì)真正達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保要