合同能源管理在煉鋼廠節能改造中的應用

施處良

（中天鋼鐵集團有限公司，江蘇 常州 213011

1 項目建設的必要性

中天鋼鐵集團有限公司第一煉鋼廠原設3臺除塵電動機，其中1號風機和2號風機并管運行，為二次除塵，實現同步調速，其電動機型號與參數如表1。

表1 電動機型號與參數

1號風機和2號風機由液力耦合器驅動進行調速。由于液力耦合器自身的局限性，轉速不穩定，不適應頻繁地啟作調速，造成電能大量浪費，液力耦合器的局限性表現如下：

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

（2）液力耦合器本身控制精度差，調速范圍窄，通常在40%～90%之間。

（3）電動機直接啟動時，沖擊電流較大，影響電網的穩定性。

（4）在高速運行時，液力耦合器有丟轉現象。

（5）液力耦合在調速運行時產生機械損耗和轉差損耗，效率較低，造成電能浪費。

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

（7）液力耦合器故障時，無法再用其它方式使其拖動的風機運行，必須停機檢修。

（8）耦合器運行時間稍長，會漏油嚴重，對環境污染大，地面被油污蝕嚴重。

（9）風機和電動機的運行噪音大，達到90 dB

左右，嚴重影響操作人員的身體健康。

2 項目建設內容

經過對1號、2號除塵風機系統分析，

2009年8月，分別在2臺風機電力側上單獨安裝電能表和累時器，經過一個多月穩定運行，計算出變頻改造前的小時耗電量作為基礎用電數據。拆除系統的液力耦合器，重新澆鑄電動機混凝土底座基座，在電動機與風機之間用一連接軸連接，安裝變頻設備，由變頻器對電動機進行智能控制，根據電爐冶煉工藝和煙塵情況自動調速，滿足生產工況需求，再次計算改造后的小時耗電量，分析節電效益。

根據電動機與風機的參數，考慮到運行中加速時間的響應要求，使變頻器具備一定的系統適應能力，所以確認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。

采用的變頻設備是安川電機公司的進口設備，其特點是：節能，響應快；穩定，采用獨有的“風洞式空冷方案”與“特殊涂膜的日本原裝控制系統”；經濟，使用壽命長，備件互換性強，成本低；節電率高。

正常運行時，2臺除塵風機用電動機的6 kV電源經變頻裝置與變頻器出線旁路手動刀閘驅動除塵風機電動機，工頻旁路系統中用軟啟動裝置2個出線刀閘各與對應變頻器出線刀閘機械互鎖。6 kV電源還可以經旁路軟啟動裝置與對應旁路刀閘啟動對應除塵風機電動機。

3“節能控制”功能特點及項目節能效果

3.1“節能控制”的特點

圖1 轉差與轉矩的關系

由圖1可見，通常情況感應電動機的最大效率η1，大體上是在額定轉差S1時。

實際應用中，當負載減輕時TL2，電動機的轉差減小S2，最大效率從A點移到B點，電動機的效率也會相應下降。

降低電壓，使轉矩從TM1移至TM2，轉差又回到S1，最大效率點也隨之移到A點。

根據 η＝F（f，s）（電動機效率是頻率與轉差的函數），無論負載如何變動，通過調整電動機電壓，總將電動機保持在最大效率點運行時的轉差上。

所以，變頻器在實際運行時：

（1）當變頻器加速到目標頻率后，通過變頻器的內部計算供給電動機的有效功率。

（2）根據檢測到的有效功率，以變頻器內部的電動機參數為基礎，算出目標頻率時最大效率轉差，并算出和輸出達到此轉差的最佳電壓。

（3）為防止轉差隨電動機溫升而變化，使用最佳運行點偏移，達到穩定運行狀態后，由試運行擺動調整電壓，保持最佳運行點。

因此，無論負載如何變動，變頻器都可以運行在最大效率點上。

3.2 實際節能效果

根據單獨計量的電能表和累時器，規定每月同一時間進行抄見，計算節電量，效果非常明顯。從2009年11月到2010年10月，經統計，技術改造前1號風機電動機小時耗電量為1 232.21 kWh，改造后小時耗電量900 kWh，每小時節電332.21 kWh，節電率27%。技改前2號風機電動機小時耗電量1 081.74 kWh，改造后小時耗電量820 kWh，每小時節電261.74 kWh，節電率24.2%。1號、2號除塵電動機高壓變頻節電4 244 976.87 kWh，1號除塵風機變頻運行時間為8 274.02 h，2號除塵風機變頻運行時間為8 290.03 h，1號、2號風機平均運行8 282.025 h，按平均電價0.588元/kWh計算，全年可節約電費249.60萬元，節煤1 528.2 tce。具體數據見表2。

表2 改造后1、2號風機電動機節電數據

4 節能項目能源管理模式及效益分享

4.1 能源管理模式

電爐除塵風機2×1 250 kW電動機高壓變頻技術改造項目總投資約450萬元，采用合同能源管理模式運作，由第三方負責提供節能改造的可行性研究報告、節能改造所需的全部資金，負責項目設計、采購、施工、安裝、調試及員工操作培訓，形成節能效益保障機制，并對設備進行長期跟蹤，提供日常維護。在保障電動機穩定運行的前提下，中天鋼鐵集團有限公司與合同能源管理第三方以2∶8的比例獲取項目節電效益，分享期限為42個月，期滿后，變頻設備無償歸中天鋼鐵集團有限公司所有。

4.2 項目節能效益分享

采用合同能源管理模式對電爐高壓電動機變頻技術改造項目進行管理，節電效益由中天鋼鐵集團有限公司和常州萬控科技有限公司雙方共享。按合同規定，常州萬控科技有限公司獲得節電效益的80%，中天鋼鐵集團有限公司獲得20%的節電效益，中天鋼鐵集團有限公司每月對電動機變頻的節電效益進行計算，并按合同規定要求常州萬控科技有限公司開具17%的增值稅發票，然后中天鋼鐵集團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能所得效益。變頻設備正常投運后全年節約電量424.5萬kWh，年節約電費249.60萬元，其中常州萬控科技有限公司全年獲得199.68萬元節電效益，中天鋼鐵集團有限公司年節電收益49.92萬元。在確保電動機穩定運行的前提下，按照合同約定，電爐除塵高壓電動機每年運行時間不少于7 200 h，并正常運行42個月，合同期滿后，變頻設備無償歸中天鋼鐵集團有限公司所有，常州萬控科技有限公司不再享受節能效益分享。

5 結束語

電動機高壓變頻技術是國家重點推廣的節能技術，中天鋼鐵集團有限公司積極運用新技術、新設備，對電爐除塵風機2×1 250 kW電動機進行高壓變頻技術改造，并且運用合同能源管理模式，年節電424.5萬kWh，節能效益明顯。