水泥廠電氣設(shè)計(jì)節(jié)能措施

李利巧，祁欣欣，孫玉琮

河北省建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北石家莊，050000

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)的不斷變革，我國(guó)綜合國(guó)力得到一定程度的提升，為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)持續(xù)發(fā)展，節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標(biāo)逐漸深化，我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域在發(fā)展過(guò)程中更加重視節(jié)能減排綠色發(fā)展。面對(duì)水泥市場(chǎng)的需求量逐漸增加，在水泥廠中開(kāi)展節(jié)能減排發(fā)展措施已經(jīng)成為當(dāng)下的必然趨勢(shì)，調(diào)整水泥廠生產(chǎn)過(guò)程中的高能耗現(xiàn)象，提升生產(chǎn)技術(shù)水平，加強(qiáng)對(duì)水泥廠電力系統(tǒng)的控制，積極采用節(jié)能型電氣設(shè)備，提升水泥廠管理人員的節(jié)能意識(shí)，優(yōu)化廠房的照明方式，促進(jìn)水泥廠發(fā)展。

1 水泥廠電氣設(shè)計(jì)節(jié)能的發(fā)展現(xiàn)狀

在20世紀(jì)90年代初，我國(guó)水泥廠的發(fā)展在世界具有一定的地位，生產(chǎn)量較大，面向全世界出口，在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，穩(wěn)固我國(guó)世界地位。隨著我國(guó)城市化不斷發(fā)展，建筑工程領(lǐng)域迎來(lái)發(fā)展的新階段，其施工重量以及施工規(guī)格逐漸加大，對(duì)水泥的需求逐漸再加大。為了滿(mǎn)足我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展的需要，加強(qiáng)水泥廠的生產(chǎn)量是關(guān)鍵。國(guó)家對(duì)我國(guó)水泥廠生產(chǎn)的重視程度逐漸提升，為了鼓勵(lì)水泥廠加大生產(chǎn)量，出臺(tái)了一系列的福利措施[1]。

我國(guó)水泥廠原來(lái)在生產(chǎn)過(guò)程中采用傳統(tǒng)的濕法以及立窯的生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)施工技術(shù)手段較為落后，已經(jīng)嚴(yán)重影響當(dāng)前水泥市場(chǎng)的需求量，造成水泥產(chǎn)品供不應(yīng)求的現(xiàn)象，影響我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施以及城市化發(fā)展進(jìn)程。為了改善這一現(xiàn)象，我國(guó)水泥廠管理人員積極引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)手段，提升水泥廠生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)效率，現(xiàn)階段已經(jīng)取得了一定的成績(jī)。目前，我國(guó)水泥主要采用的是新型干法水泥生產(chǎn)工藝流程，水泥廠的生產(chǎn)技術(shù)手段、水泥生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)管理制度、生產(chǎn)資金等達(dá)到了一定水平的提升，將傳統(tǒng)的水泥成生產(chǎn)模式創(chuàng)新完善，提升水泥廠的生產(chǎn)效率[2]。

但是，經(jīng)過(guò)對(duì)水泥市場(chǎng)需求量以及水泥廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在水泥生產(chǎn)過(guò)程中，其消耗的能量較大。為了緩解這一現(xiàn)象，國(guó)家以及水泥廠非常重視，積極開(kāi)展應(yīng)對(duì)措施。首先，國(guó)家針對(duì)水泥廠電氣設(shè)計(jì)消耗過(guò)大，相繼頒布多部相關(guān)法律文件，制定水泥廠生產(chǎn)電能消耗的標(biāo)準(zhǔn)，例如表1所示，水泥廠要基于文件標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展生產(chǎn)工作。制定水泥廠生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的能源消耗指標(biāo)，例如表2所示，對(duì)各個(gè)施工環(huán)節(jié)進(jìn)行明確的規(guī)定，要求水泥廠生產(chǎn)過(guò)程中基于表2進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)，保證水泥廠最大限度地節(jié)省電能消耗。其次，水泥廠內(nèi)部管理人員要提高重視程度，積極調(diào)整水泥廠內(nèi)部的生產(chǎn)模式，積極引進(jìn)節(jié)能設(shè)備以及技能技術(shù)手段，基于各個(gè)流程著手，保證生產(chǎn)力的同時(shí)控制電能消耗[3]。

表1 新建、擴(kuò)建水泥工廠生產(chǎn)線考核時(shí)間內(nèi)的主要能耗設(shè)計(jì)指標(biāo)

表2 新建、擴(kuò)建水泥生產(chǎn)線主要生產(chǎn)工段電耗設(shè)計(jì)指標(biāo)

2 水泥廠生產(chǎn)過(guò)程中電氣設(shè)計(jì)節(jié)能的必要性

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展飛速的背景下，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已經(jīng)提上日程，國(guó)家以及各個(gè)領(lǐng)域的企業(yè)開(kāi)展相關(guān)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部的改革，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，將高消耗低產(chǎn)量的形式轉(zhuǎn)化成低能耗高產(chǎn)量發(fā)展，提升我國(guó)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。以水泥廠為例，在發(fā)展過(guò)程中電能消耗過(guò)大，已經(jīng)嚴(yán)重與企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)相背離，其水泥生產(chǎn)過(guò)程中的成本較大，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此，企業(yè)開(kāi)展相對(duì)應(yīng)的電氣設(shè)計(jì)節(jié)能措施是非常重要的，降低水泥廠電能消耗，提升資源的利用率，減少水泥廠生產(chǎn)過(guò)程中的資源耗損，進(jìn)而提升水泥廠自身的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)企業(yè)實(shí)力，同時(shí)為我國(guó)環(huán)境保護(hù)作出巨大貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)雙贏的局面[4]。

3 水泥廠生產(chǎn)中電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的強(qiáng)化措施分析

3.1 水泥廠配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)分析

電能為我國(guó)發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)，為人們的日常生活提高光照，為企業(yè)發(fā)展提供動(dòng)力。電能源于其他能源相比具有一定的清潔性以及傳輸性，能夠被人們所控制，將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)企業(yè)機(jī)械設(shè)備等穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，為了提升人們對(duì)電能源的控制力度，加強(qiáng)建設(shè)供配電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，對(duì)電能源的消耗有著直接影響[5]。在水泥廠發(fā)展中，由于對(duì)電能源的需求量較大，為了保證水泥廠的穩(wěn)定生產(chǎn)，其水泥廠的供配電系統(tǒng)是將國(guó)家電網(wǎng)高壓引入變電站中，將電源輸送到水泥廠各個(gè)電氣系統(tǒng)設(shè)備當(dāng)中，控制電壓，保證電能源能夠穩(wěn)定地傳輸?shù)缴a(chǎn)設(shè)備當(dāng)中，保證水泥廠生產(chǎn)的穩(wěn)定開(kāi)展。水泥廠供配電系統(tǒng)是由眾多的子系統(tǒng)組合而成的，在眾多子系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，促使供配電系統(tǒng)在水泥廠中運(yùn)行。在水泥廠供配電系統(tǒng)中，子系統(tǒng)之間緊密相連，子系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)是水泥廠電氣配電持續(xù)發(fā)電的重要保障，是降低水泥廠電能消耗過(guò)大的重要手段。因此，在水泥廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，將各個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)位置盡量緊湊，防止出現(xiàn)線路過(guò)長(zhǎng)造成電能源浪費(fèi)的現(xiàn)象。水泥廠在生產(chǎn)過(guò)程中，要基于實(shí)際情況，使用合理的變壓器，根據(jù)水泥廠實(shí)際情況控制電壓的大小，當(dāng)水泥廠生產(chǎn)淡季時(shí)，變壓器能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低電壓，在水泥廠生產(chǎn)旺季時(shí)，適當(dāng)提升電壓。通過(guò)變壓器設(shè)備的作用，使水泥廠生產(chǎn)靈活多變，從根本上節(jié)省能源消耗。其次，對(duì)水泥廠生產(chǎn)的配套設(shè)施進(jìn)行管控，基于水泥廠以及供配電系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析，合理配置變壓器的數(shù)量[6]。

3.2 加強(qiáng)對(duì)電線電能消耗管控

在水泥廠生產(chǎn)過(guò)程中，其電路的長(zhǎng)度對(duì)能源消耗的總量具有直接的聯(lián)系，電線的線路越長(zhǎng)，電阻越大進(jìn)而在水泥廠生產(chǎn)過(guò)程中消耗的電能越多。經(jīng)過(guò)對(duì)我國(guó)部分水泥廠進(jìn)行實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)，在水泥廠生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)械化水平較高，機(jī)械設(shè)備對(duì)電能源的需求較大，因此為了保證各個(gè)設(shè)備能夠與電源連接，電線設(shè)計(jì)比較長(zhǎng)。例如我國(guó)某家水泥廠生產(chǎn)中，一個(gè)生產(chǎn)量不到5000噸的生產(chǎn)線，其電線高達(dá)20~25萬(wàn)米之間。基于以上數(shù)據(jù)可以看出該水泥廠的電能消耗龐大，因此，為了實(shí)現(xiàn)水泥廠電氣設(shè)計(jì)節(jié)能目標(biāo)，積極開(kāi)展電線節(jié)能措施是非常必要的。水泥廠管理人員一定要重視電線能源消耗問(wèn)題，加強(qiáng)對(duì)水泥廠內(nèi)部的勘察工作，設(shè)計(jì)科學(xué)合理的電線長(zhǎng)度，在保證水泥廠穩(wěn)定生產(chǎn)的同時(shí)縮短電線的長(zhǎng)度，降低水泥廠的電能消耗，優(yōu)化水泥廠電機(jī)的選擇，通過(guò)減小電流以及電線長(zhǎng)度的方式開(kāi)展節(jié)能工作，目前水泥廠電纜大部分選用銅芯電纜，采用銅芯電纜減少線纜損耗，并合理選擇導(dǎo)線截面，使一次投資及年運(yùn)行費(fèi)用最低。

3.3 優(yōu)化水泥廠供配電設(shè)備性能

當(dāng)今時(shí)代，人們的生活以及企業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)離不開(kāi)電的使用，水泥廠電氣供配電設(shè)備的運(yùn)行，在一定程度上影響著人們的日常生活以及企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量以及效率。經(jīng)過(guò)對(duì)水泥廠電氣配置進(jìn)行調(diào)查發(fā)展，水泥廠各個(gè)電力系統(tǒng)中，配電設(shè)備的數(shù)量眾多，保證電能的穩(wěn)定傳輸[8]。但是，經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的配電設(shè)計(jì)在運(yùn)行過(guò)程中消耗的電能較大，增加水泥廠節(jié)能戰(zhàn)略落實(shí)的壓力，為了改善配電設(shè)備能源消耗較大的現(xiàn)象，水泥廠管理人員積極開(kāi)展應(yīng)對(duì)措施，引進(jìn)先進(jìn)的節(jié)能型水泥廠配電設(shè)備，降低其運(yùn)行中產(chǎn)生的電能消耗，與節(jié)能型變壓器相結(jié)合，控制電能浪費(fèi)。在水泥廠變壓器的選擇中，選用高性能的節(jié)能型S13變壓器，以減少變壓器自身的損耗，并合理選擇變壓器容量，杜絕“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。在水泥廠生產(chǎn)過(guò)程中，基于電能消耗的資金費(fèi)用控制當(dāng)變壓器的調(diào)試，將經(jīng)濟(jì)側(cè)重點(diǎn)放在生產(chǎn)設(shè)備中，對(duì)于水泥廠中非必要運(yùn)行的電氣設(shè)備例如空調(diào)等裝置適當(dāng)控制。

3.4 優(yōu)化水泥廠配電系統(tǒng)功率因數(shù)

在電力系統(tǒng)中功率因數(shù)占據(jù)非常重要的地位，水泥廠要想實(shí)現(xiàn)節(jié)能發(fā)展，優(yōu)化水泥廠供配電系統(tǒng)功率因數(shù)是非常必要的。功率因數(shù)與水泥廠電線電能的消耗有著緊密關(guān)聯(lián)，因此，要加強(qiáng)對(duì)水泥廠配電系統(tǒng)功率因數(shù)的調(diào)試，降低水泥廠電能的消耗。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中要基于水泥廠生產(chǎn)的實(shí)際情況出發(fā)，保證安全穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，提高配電系統(tǒng)功率因數(shù)。一般，在電氣設(shè)計(jì)中，水泥廠采用集中和分散相結(jié)合的功率因數(shù)補(bǔ)償方式，降低無(wú)功損失，使全廠補(bǔ)償后功率因數(shù)達(dá)0.95以上。在水泥廠總降變電所10kV母線側(cè)裝設(shè)電容補(bǔ)償裝置，在廠區(qū)磨機(jī)、破碎機(jī)等大型高壓繞線型電動(dòng)機(jī)裝設(shè)就地?zé)o功補(bǔ)償裝置，隨機(jī)投入和切除；在各廠區(qū)內(nèi)車(chē)間設(shè)備配電電力室0.4kV母線設(shè)置了低壓功率因數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償裝置，使系統(tǒng)的功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，減少了系統(tǒng)無(wú)功損耗。基于水泥廠配電系統(tǒng)的全方面進(jìn)行控制，保證水泥廠電氣設(shè)備節(jié)能發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.5 優(yōu)化水泥廠電機(jī)設(shè)備

在水泥廠電氣配電系統(tǒng)中，電機(jī)設(shè)備具有關(guān)鍵性地位，電機(jī)是保證水泥廠生產(chǎn)穩(wěn)定的關(guān)鍵，但是電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)消耗大量的電能，增加水泥廠節(jié)能的壓力。因此，優(yōu)化水泥廠電機(jī)設(shè)備選型是實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在水泥廠開(kāi)展電氣設(shè)計(jì)節(jié)能方案時(shí)，提高對(duì)電機(jī)節(jié)能的重視程度，降低水泥廠電機(jī)高能耗的現(xiàn)狀。首先，從生產(chǎn)工藝上采用的各種設(shè)備等均進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的設(shè)計(jì)選型計(jì)算，以確保設(shè)備在最佳的效率點(diǎn)運(yùn)行，設(shè)備選用國(guó)家推薦的節(jié)能產(chǎn)品。對(duì)于風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)類(lèi)型設(shè)備，采用全數(shù)字變頻裝置對(duì)大功率風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的控制，節(jié)省電能；對(duì)于中小型電機(jī)均選用高性能系列節(jié)能型電動(dòng)機(jī)，并且采取直接起動(dòng)，減少因采用起動(dòng)裝置起動(dòng)的電能損耗。對(duì)于水泥廠區(qū)高壓繞線電機(jī)，比如原料磨、水泥磨主電機(jī)，選用液體變阻器作為起動(dòng)裝置，既改善了電機(jī)的起動(dòng)特性，又節(jié)省因采用頻敏變阻器起動(dòng)帶來(lái)的較大能量損耗。目前部分電機(jī)選用永磁直驅(qū)電機(jī)，如輸送機(jī)、提升機(jī)等，此類(lèi)電機(jī)使整個(gè)驅(qū)動(dòng)高效、節(jié)能、低噪音點(diǎn)，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。合理確定各用電設(shè)備的容量類(lèi)型及合理確定設(shè)備的起動(dòng)方式，對(duì)水泥廠電氣設(shè)備節(jié)能具有明顯的效果。

3.6 水泥廠光照節(jié)能設(shè)計(jì)分析

首先，在水泥廠施工建設(shè)過(guò)程中重視光照節(jié)能，積極將自然光源引入水泥廠操作室中，降低光照設(shè)備的投入使用。施工設(shè)計(jì)人員積極對(duì)水泥廠的實(shí)際情況進(jìn)行分析，將自然光與廠房布局相結(jié)合，降低電燈設(shè)備的使用，進(jìn)而減少電能的消耗，在水泥廠設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將廠棚頂安裝透光板，最大限度地利用自然光源。其次，選擇合理的光照設(shè)計(jì)方案，基于水泥廠的實(shí)際情況，對(duì)不同的操作廠房實(shí)行具有針對(duì)性的光照標(biāo)準(zhǔn)，在保證廠房?jī)?nèi)部視覺(jué)要求的同時(shí)降低電能源的使用，其中不能盲目地降低光照標(biāo)準(zhǔn)，在保證生產(chǎn)安全穩(wěn)定進(jìn)行的基礎(chǔ)上節(jié)省電能源消耗。積極應(yīng)用節(jié)能型的光照設(shè)備，例如在辦公室以及生活區(qū)域，采用電子鎮(zhèn)流器控制光照設(shè)備。優(yōu)化水泥廠的照明方式，將其分為局部照明、普通照明、強(qiáng)化照明等，在水泥廠實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，基于不同的操作需求啟用不同的照明方式，進(jìn)而提升電能的利用率，防止電能浪費(fèi)的現(xiàn)象。另外，優(yōu)化電燈開(kāi)關(guān)控制方式，基于節(jié)能理念，積極采用節(jié)能型控制手段，例如在水泥廠照明控制系統(tǒng)中安裝聲控開(kāi)關(guān)，通過(guò)聲源控制照明，廠區(qū)道路照明應(yīng)設(shè)置節(jié)能自控裝置等，進(jìn)而節(jié)省水泥廠電能消耗。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以看出，水泥廠對(duì)我國(guó)社會(huì)的發(fā)展具有重要意義，在保證我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的同時(shí)提升國(guó)際地位，而電能消耗過(guò)大成為限制水泥廠發(fā)展的重要因素，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)水泥廠的可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)對(duì)水泥廠電氣節(jié)能設(shè)計(jì)是重要舉措。基于水泥廠的實(shí)際情況，對(duì)水泥廠生產(chǎn)電氣設(shè)備、供配電系統(tǒng)、電線及功率因數(shù)等方面開(kāi)展節(jié)能措施，進(jìn)而降低我國(guó)水泥廠電能源的消耗，緩解水泥廠經(jīng)濟(jì)壓力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)，對(duì)我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。