鋁型材生產企業節電潛力分析方法探討

李峻毅(佛山市特種設備能效測試研究院廣東佛山528000)

1 電能利用狀況

1.1 工藝流程

鋁型材生產的工藝流程如圖1所示：

圖1 鋁型材生產工藝流程

鋁錠在熔爐中受熱融化成鋁液，加入鋁硅合金錠、鎂錠等一同熔煉，再鑄造成圓型鋁棒；鋁棒在擠壓機上通過模具擠壓出各種規格的型材，這些型材稱為基材料，基材料可直接作為產品，也可供下一工序繼續加工；基材料放進特定的酸堿槽液中，以鋁基材為陽極通電氧化，使型材表面形成氧化保護膜，著色采用電解著色工藝，將金屬離子（鎳離子、亞錫離子）填充到氧化保護膜中，使氧化膜顯現出不同的顏色，電泳是把型材放入電泳槽中，通電使丙烯酸樹脂附著在型材表面；在基材料上噴上特定粉末，然后加熱固化，形成噴涂保護膜，則成為噴涂產品。

1.2 生產用電消耗情況

經對7家鋁型材企業的用電情況進行統計，得到各工藝電力消耗占全部生產用電比例情況如下：熔鑄占1.13%～15.17%，擠壓占 31.53～55.97%，氧化占 30.62%～60.32%，噴涂占1.51～7.10%。可見氧化和擠壓是主要耗電環節。

1.3 供電系統及用電設備能效水平

“十一五”期間筆者參加了佛山地區多家鋁型材企業的節能監測工作，對部分企業檢測數據匯總分析，可以大致了解到鋁型材企業供電系統和主要用電設備的能效水平。

（1）線損率（包括變壓器和配電線路損耗）：測試七家企業，平均線損率1.80%，最大2.46%，最小1.08%；（2）擠壓機效率：測試21臺，平均效率53.24%，最高62.72%，最低35.38%；（3）整流裝置效率：測試17套，平均效率91.58%，最高96.64%，最低83.50%；（4）模具電加熱爐效率：測試4臺，平均效率46.81%，最高53.41%，最低43.43%；（5）空氣壓縮機效率：測試5臺，平均效率73.88%，最高78.6%，最低69.74%；（6）制冷機組 EER（單位輸入功率制冷量）：平均值3.14，最高3.98，最低2.53。

從上述數據分析：企業線損率均低于3.5%的節能監測合格指標，說明企業電能轉換輸送效率較高；空氣壓縮機與制冷機的能效指標基本達到節能監測標準要求；整流裝置中，老舊設備的效率偏低；擠壓機與模具電加熱爐有較大節能空間。

2 節電潛力分析

2.1 企業合理用電的要求

國家標準《評價企業合理用電技術導則》（GB/T3485-1998）規定了企業合理用電的基本要求、評價原則和方法，對企業供電的合理化、電能轉換為機械能的合理化、電能轉換為熱能的合理化、電能轉換為化學能的合理化、企業照明的合理化提出了原則要求。

①企業供電的合理化：變配電所的位置應接近負荷中心；按經濟電流密度選擇導線截面；合理分配與平衡負荷；合理配置無功補償設備；抑制嚴重的高次諧波等。

②電能轉化為機械能的合理化：在滿足電動機安全、起動、制動、調速等方面要求的情況下，以節能的原則來選擇合理選擇電機功率，使電機工作在經濟運行范圍內；對機械負載經常變化的電氣傳動系統，應采用調速運行的方式加以調節，并要合理選擇調速運行方式；異步電動機采取合理的就地無功補償措施等。

③電能轉化為熱能的合理化：合理選擇高效電加熱設備；采用先進的電熱元件，改善電爐爐壁的性能和形狀，合理采用熱容小，熱導率低的耐火材料和保溫材料加強電熱設備的密封；改進電爐的升溫曲線；電加熱設備要選擇合理的裝爐量；合理回收余熱等。

④電能轉化為化學能的合理化：嚴格控制電流效率、平均槽電壓、單位產品電耗等技術經濟指標；降低直流網絡電壓損失控制電解槽的泄漏電流；采用高效整流設備；合理選用整流調壓裝置等。

⑤企業照明的合理化：選用光效高、顯色性好的光源及配光合理、安全高效的燈具；合理選擇照明控制方式，加強照明設備的運行管理；充分利用天然光等。

2.2 節電潛力分析點的確定

上述5個用電“合理化”基本涵蓋了電能在企業內的全部應用，以5個“合理化”為線索逐一分析企業電能利用方面存在的問題，提出相應對策，是全面、系統分析企業節電潛力的有效方法。

結合鋁型材生產企業實際，以5個“合理化”要求為主線，篩選出各用電部門的主要節電潛力分析點，見表1。

2.3 現狀分析

要挖掘出節電潛力，現狀分析是基礎，只有摸清企業用電的實際情況，然后分析評價企業用電的合理性，進而與先進水平進行比對，才能提出有針對性的節電措施，也為將來實施節能項目后進行評價提供基礎數據。開展企業用電現狀分析，需要搜集各工序產量、工藝參數以及用電統計等資料，必要時進行現場測試。

2.3.1 企業供電現狀分析

企業供電系統需要掌握分析的指標有：企業日負荷率、變壓器負載系數、功率因數、主要供電線路的線損率、主要諧波含量等。

2.3.2 電能轉化為機械能現狀分析

（1）熔鑄：熔鑄部分的主要用電設備是熔鑄爐的鼓、引風機和冷卻水泵。需要測試出風機及其管網的用電效率、水泵及其輸送系統的用電效率，了解風機與水泵在工藝參數要求改變時所采用的調節方式。

（2）擠壓：測試擠壓機一個工作周期中，不同工作段的用時及該工作段的用電功率，以分析主電機的實際負載率，并掌握電機在低負載和空載段的電力消耗水平。

（3）噴涂：該工序使用的主要電力拖動設備是空氣壓縮機，需要開展的工作包括測定空壓機組用電單耗、測定加卸載荷時間、尋找壓縮空氣管道泄漏點、了解用氣端合理的壓力需求等。

2.3.3 電能轉化為熱能現狀分析

鋁型材加工企業中，電能轉化為熱能的設備主要是配套擠壓機用的模具電加熱爐，對模具電加熱爐要測定其升溫曲線、測試加工產品的可比用電單耗、測試爐外表面溫升等。

表1 節能潛力分析點

2.3.4 電能轉化為化學能現狀分析

氧化（著色）及電泳是電能轉化為化學能的生產工序，為分析其電能利用效率，需要測定整流設備電能利用率、氧化和電泳設備電流效率、氧化和電泳設備平均槽電壓等指標。此外，集中安排生產，避免分散小批量的作業，可有效節省用電，因此，在現狀分析階段，也要對安排生產的方式進行調查分析。

2.3.5 照明現狀分析

照明現狀分析，要掌握企業使用的光源及燈具的類型、數量，統計企業年照明用電量，對照明要求高的場所測定照度或亮度指標，以便更換照明器具后進行對比。

3 鋁型材企業主要節電措施

3.1 企業供電系統

由于供電部門執行力率電費，企業對集中無功補償比較重視，往往忽略了可減少企業內電能損耗的就地無功補償，對單臺容量較大、經常輕載運行的電機裝設無功補償裝置，能減少線路損耗和線路壓降。

鋁型材企業整流設備耗電多，是主要的諧波來源，消除整流諧波，采用無源濾波裝置已可取得較好效果，當技術經濟比較合理時，也可采用有源濾波裝置。

3.2 電能轉化為機械能

（1）水泵、風機：在熔鑄車間的冷卻水泵和熔鑄爐風機、擠壓車間冷卻水泵、氧化車間制冷系統水泵等設備上裝設變頻控制器，根據負荷變化進行速度調節，減小節流能量損失，是有效的節電措施。

（2）擠壓機：鋁型材擠壓機伺服節能改造是當前比較有效的節電措施，用伺服電機替代主油泵傳統配用的異步電機，并通過伺服控制器，在各工作階段控制伺服電機的運轉速度，使油泵提供適當的流量，以此取代高壓節流控制方式，從而減少高壓節流造成的能量損耗，有明顯的節電效果。

（3）壓縮空氣系統：對空氣壓縮機安裝變頻裝置，使壓縮機根據負荷的變化變速運行，有節能降耗的作用，但由于空壓機屬恒轉矩負載，其功率與轉速為近似一次方關系，變頻調速的節能效果不如泵、風機類負載明顯。實際上，壓縮空氣系統能效低下往往是由壓縮空氣的不當使用及管網泄漏等問題造成的，因此可以采取加強檢修維護、避免系統壓力高于實際需求、合理配置存儲容量以減少頻繁加卸載等方法來提高能效。

3.3 電能轉化為熱能

模具加熱爐是鋁型材企業最主要的電加熱設備，除采用加強保溫、改進電爐升溫曲線、合理安排裝爐量等措施節能外，目前不少企業已采用電磁式加熱爐取代電阻爐，電磁加熱爐具有熱效率高、熱量散失少、升溫時間短等優點，有顯著的節電效果。

3.4 電能轉化為化學能

選擇效率較高的可控硅或高頻開關電源，優先選用高頻開關電源；減小直流系統各處的接觸電阻；控制好溶液成分和溫度，降低溶液電阻，提高電流效率。

3.5 企業照明

企業照明的節能改造主要是用節能型光源取代傳統光源，現在可供選擇的節能照明種類較多，有稀土三基色緊湊型熒光燈、LED燈、無極燈、細管熒光燈等，可根據不同的使用場所經技術經濟比較后選用，注意在改造前后測試照明質量參數，保證改造后照明質量不降低。

4 結論

節能減排是國家戰略，特別是“十一五”期間開展了“雙千節能行動”，許多鋁型材生產企業實施了一大批節能技術改造項目，取得了顯著的成效。“十二五”時期，國家又啟動了“萬家企業節能低碳行動”，如何在較高的起點上發掘節能潛力，進一步提高能效，以實現“十二五”節能目標是眾多鋁型材企業所面臨的問題。本文以《評價企業合理用電技術導則》為指引，從企業供電的合理化、電能轉化為機械能的合理化、電能轉化為熱能的合理化、電能轉化為化學能的合理化、企業照明的合理化五方面著手，試圖為鋁型材企業提供一種系統全面的節電潛力分析方法。

[1]《評價企業合理用電技術導則》（GB/T3485-1998）．

[2]《整流設備節能監測》（GB/24566-2009）．

[3]《電解、電鍍設備節能監測》（GB/24560-2009）．