鋼鐵廠風機水泵系統節電運行實踐

李賀昌，楊天亮，李 強

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司能源與環境部，河北唐山 063200）

引言

電力是鋼鐵廠主要消耗的能源之一，據不完全統計，用電成本占能源介質總成本的30%～40%，電機是風機、泵、壓縮機、機床、傳輸帶等各種設備的驅動裝置，是用電量最大的耗電機械。據統計，我國電機總耗電量，占全社會總用電量的64%，其中工業領域電機總用電量約占工業用電的75%。

為貫徹落實國家節能減排規劃和綠色循環經濟理念，鋼鐵行業等高耗能行業尤其需要進行節能減排工作，電動機負載電耗就占能源總成本的30%以上，而風機、水泵是電耗重中之重，因此做好風機、水泵的降耗增效工作就顯得極為重要。

1 鋼鐵廠風機水泵運行現狀

通過調研風機水泵的運行情況，發現部分風機水泵類負載設計裕度偏高，普遍存在大馬拉小車現象，同時由于現場對風壓、風量的需要不夠明確,部分設備實際運行數據不全，管理及運行人員未能將最佳控制點進行有效的調節，具體如下：

（1）傳統風機、水泵流量的設計均以最大需求來設計，采用閥門或風門擋板等方式來調節流量。但實際使用中流量隨各種因素而變化（如季節、溫度、工藝、產量等），往往比最大流量小得多。通過調節擋板或閥門的開度來調節流量，實質是通過改變管網阻力大小來改變流量，這樣一來存在嚴重的節流損失，造成風機水泵的運行點偏離最佳效率點，造成浪費。大部分風機、水泵通過閥門進行流量或壓力調節控制，使得很大一部分能量損耗在調節閥門上。

（2）部分對調節流量或壓力無顯著精度要求的風機、水泵多處于閥門全開，最大流量的工作狀態，并非工作在最佳效能比狀態，造成不必要的能量浪費。

（3）部分設備配有變頻調速系統，而現場僅將變頻運行手段作為調整工況的一種手段，由于缺少經濟運行控制標準，導致運行頻率大部分時間未進行調整，未能有效發揮變頻設備的節電能力。

（4）部分低壓電機Y2、Y3 系列由于效率偏低屬于國家淘汰的電機型號。

（5）由于系統電壓偏高部分風機設備存在過負荷運行的情況，在異步電動機實際使用時，常常會出現過負荷的現象。長期過負荷或過負荷嚴重就會使電動機損壞。造成電機過熱電動機的激磁電流增加很多，定子的銅損，定子與轉子的鐵損也要加大，結果容易使電動機過熱。

雖然設備的運行電流未超過額定電流，由于運行電壓較額定電壓高，因而出現電機過負荷運行的情況，從而對設備的穩定運行造成影響。

2 通過管理措施，優化設備運行狀態

基于鋼鐵廠風機水泵類負載普遍存在大馬拉小車現象，設備實際運行效率偏低的現狀，從優化運行及技術改造兩個方面進行風機水泵系統的節電運行控制：

（1）改善系統電壓避免設備過負荷運行

針對部分設備出現過負荷影響設備穩定經濟運行的情況，可以通過調整系統的電壓，調節110 kV 變壓器有載分接開關檔位來降低10 kV 系統電壓，通過實踐電壓由10.5 kV 降低至10.07 kV，電機的運行電流和有功功率有一定程度的降低，同時設備的穩定運行能力明顯得到改善，具體見表1所示。

表1 降低電壓對設備節能的效果

（2）優化工頻電機運行情況

由于部分工頻風機水泵類負載設計裕度偏高，同時由于現場工藝對風壓、風量的控制不明確，為確保生產穩定，普遍存在用能過剩的情況，導致用電負荷增加，因此可以通過采取調整閥門開度的措施實現節能目標。

舉例：煉鋼工藝除塵風機（3350 kW），結合生產工藝進行調整節約電耗，將脫硫二次除塵風機風門開度由95.6%調整到85.5%，電流由原來的205.7 A降低至184.6 A，二次除塵風機功率為3350 kW，每月可節約電量22.3萬kWh。

（3）優化變頻電機運行情況

京唐公司變頻電機、軟啟動電機占總電機數量的20%左右，據現場了解變頻運行電機的風門擋板有未全開的情況，且運行頻率大部分時間未進行調整，因此仍有部分節能空間，在正常運行時通過開大風門、擋板降低運行電機頻率的方式降低電能損耗，在檢修過程中停運工頻電機，降低變頻電機運行頻率實現降低電耗。

1#高爐爐前除塵有3 套變頻風機，其中1 套額定功率2240 kW，另外兩套額定功率1600 kW，變頻器頻率45 Hz，經與電氣專業及爐前崗位班長溝通，有一定降頻節電空間，決定將1#高爐一套爐前除塵風機頻率由45 Hz 降低到42 Hz，風機風門100%保持不變。降頻后，電機電流由60 A 降低到48 A，風機轉速由907 r/min 降低到840 r/min，每小時節電140 kWh。

(4)做好檢修期間節電工作

各用電單位通過梳理檢修期間停運用電設備明細，明確檢修期間系統運行狀態。為實現檢修期間節約用電，針對用電負荷的各類設備包括工頻、變頻輔助設備、工藝設備運行情況，梳理檢修期間設備的啟停標準，對于不必要運行的風機、水泵、液壓站等進行統計，制定相關規定，做到應停設備及時停運，以達到節約用電的目的。

3 通過技術手段，實現設備經濟運行

針對設備運行狀態偏離額定的情況，通常采取的節電措施主要有：

（1）通過調節閥門或風門擋板等方式來調節流量。

（2）改造或更換低效率設備，推廣新型的高效風機、水泵。

（3）通過變頻調速、永磁調速技術來調節電動機的轉速。

通過運行分析來看，調節閥門開度實現節流雖然能夠降低一定的運行功率但是由于大量能源被閥門消耗，仍需要采取措施。針對工況變化復雜的設備可以通過變頻或者永磁調速實現其在滿足工況變化的情況下節電運行的目的，但是由于變頻設備對系統電壓敏感，容易受到電氣故障產生的瞬時低電壓停機，穩定運行水平不如永磁調速裝置；而對于長期運行在穩定工況并且偏離額定值較大的情況可以根據實際運行參數更換為匹配的風機水泵實現其高效運行；同時對于有節能潛力的設備，電機屬于淘汰電機的更新為高效電機，提高電機運行效率，此種方法改造相對簡單，對于普遍存在大馬拉小車的情況能夠起到立竿見影的效果。

表2 節電措施優缺點對比

表2就各項節電措施進行比較和分析。

針對實際運行壓力、流量與額定偏差較大的設備通過改變風機水泵進行改造或更換為小功率風機水泵，實現運行與額定狀態匹配，達到最佳經濟運行狀態。

舉例：對18臺工藝循環水泵更換為高效匹配的節能泵，實現年度節電量1500 萬kWh。

4 總結

通過精細化管理實現風機水泵系統的優化運行，完成對風機水泵系統的有效控制，對工頻風機水泵通過減小閥門開度，降低變頻設備運行功率減少用電量為目的，通過管理手段每年可節約電量2000 萬kWh以上。通過風機水泵運行實踐，表明通過管理節電的潛力非常巨大，建議繼續通過以下措施來激勵全員的節能意識，真正做到工藝節電、精細管理、點滴節約。

（1）制定節電獎勵政策，各單位制定內部節電方案，梳理設備用電情況，優化設備運行標準，明確責任人。

（2）加強用電消耗限額管理，對各工序電耗、重點耗電設備計劃兌現情況嚴格落實專業考核。

（3）各部門推行能源精細化管理，按照主要耗能介質和重點耗能設備分區域建立能源小指標（單耗形式），完善小指標競賽。