浅谈冶炼厂通用设备运行的节能措施

2017-07-21黄雪霞

中国高新技术企业 2017年12期

关键词：风量变频管路

黄雪霞

（紫金铜业有限公司，福建上杭 364200）

浅谈冶炼厂通用设备运行的节能措施

黄雪霞

（紫金铜业有限公司，福建上杭 364200）

冶炼行业设备的运行成本是企业经营管理的重要指标，如何提高设备的运行效率，对节约电能和降低生产成本有着重大的意义。文章叙述了冶炼厂风机运行中变频调速节能、冶炼厂综合管网主排水设备节能以及冶炼厂压风设备节能措施。

冶炼厂；通用设备；设备运行；节能措施；主排水设备；压风设备

随着国家对环境的重视，为响应国家节能减排要求，中小型冶炼厂、选矿厂、煤厂因传统矿机高能耗、低效率、高运营成本倒闭。取而代之的是企而创新、图而突破的大型企业，并对设备提出了更高的节能环保要求，未来冶炼行业的发展方向是绿色、高效、智能。如今，设备制造企业加大了对高效、节能环保设备的研发和生产力度，采用长寿命、低能耗及减轻重量的设计原则。选矿、冶炼设备是技术要求和集成化程度很高的装备，新设备在开发时就不断将各领域成果融合进来，随着新材料、新工艺、新技术的推广，每一轮产品问世都注入新的技术，零部件的更新周期变短、新设备换代加快，为了使废弃零部件处理的污染最小及综合成本最优化，在设计阶段就考虑使用全生命周期产品。同时这种新型环保节能设备的成本也随着行业规模和技术的进步迅速降低，使得环保节能设备日益凸显优势。这些设备不仅制造上节能环保，同时在运行时也能降低能耗，我司全力推动“向设备要效益”活动，本文着重探讨我司设备运行时的节能措施。

1 冶炼厂风机运行中变频调速节能措施

我国的大型异步电动机应用变频调速虽然才刚刚起步，不过变频调速以其优异的调速、启动和制动性能、高功率因数、高频率、良好的节电效果以及其广泛的适用范围等优点被国内外公认为是最有发展前途的电机运行方式。我司对环保风机的实际运行情况进行了变频技术改造。

1.1 风机的运行工况分析

以我司风机为例，在实际工况运行时，采用进风门阀门调节，大部分的能量都被消耗在阀门上，阀门的开度越小，相应的能耗越高。通常情况下，采用阀门调节的风机实际消耗功率与风量大致成正比，与风门的开度大小成正比。在生产运行中，系统负荷随时发生变动，风机实际风量也随着变化，需要使用阀门调节，这时风量可能只有额定风量的一部分，风机不在额定工况点运行，其实际运行效率较低，调节阀存在大量的节流能耗。

1.2 变频改造的节能分析

从电机学原理可知，变频器的调速是根据电机转速与工作电源输入频率成正比关系，即n＝60f（1－s）/ p，式中：n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差频率、电机磁极对数。通过改变电机工作电源频率达到改变电机转速的目的。

根据流体力学的基本定律，风机的流量Q与电机转速n是成正比关系，风压与转速的平方成正比关系，轴功率P与电机转速的立方成正比关系，即Q∝n、H∝n2、P∝n3。

由图1说明风机的节电原理：

图1

n1为电机额定转速运行特性；n2为电机减速在n2转速运行特性；R1为风机管道阻力最小时的阻力特性；R2为风机管道阻力增大到某一数组时的阻力特性。

其一，风机在工频条件下运行的阀门调节。当风机在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积；当工艺要求减少流量到Q2，工作点位移至B，实际通过管道阀门调节，增加管阻，这时风机所需的功率正比于H2与Q2的乘积；显然风机在B点运行时输出的风量减小，但功率增大，管网阀门产生了大量的能力损失。

其二，采用变频调速运行，风机由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，所需风量达到Q2，风压降至H3，风机变频调速后所需功率正比于H3与Q2的乘积，由图可知风机所需功率明显减少。

1.3 变频调速改造成效

我司风机、循环水泵等原设计为电机工况运行，风（水）量有富余，为满足变负荷生产需要，现场通过阀门调节来控制介质流量，造成巨大的截流损失，能耗大。针对这个问题，公司组织专业人员进行生产工艺调研，分析风机、水泵日常负荷运转规律，复测电机、风机、水泵的运行效率，制定实施电机变频改造方案，增加测点、控制系统，实现电机随介质流量变化自动调节转速，达到节约用电效果。

以我司2台阳极炉燃烧风机为例以每天各一炉铜计算：每台阳极炉每天约有6小时风量在2500～4000Nm3/ h，约有18小时风量在6000～8000Nm3/h；2台阳极炉一起用风时最大用风量在15000Nm3/h左右，远低于设计的38000Nm3/h，所以燃烧风机近一半的功率是多余的；在一台阳极炉还原、另一台低油量保温时（总供风量低于6000Nm3/h时），燃烧风机会产生喘振的情况，对风机本身产生影响。两台风机各自采用变频从50Hz降至45Hz，根据工段工况自动调节风量，保证正常运行，节能约27.1%，单台日节能110kW*24h*27.1%＝715.44kW/h，公司通过本项技术改造每年节约电50万度电。

2 综合管网主排水设备运行时的节能措施

综合管网主排水设备的电耗量在我司生产费用占相当的比重，所以能使主排水设备运行时节能降耗，对整个冶炼厂生产具有很重要的意义。经实践发现，通过以下三种措施能够降低主排水设备的运行能耗：

2.1 采用无底阀排水

取消底阀能够减小吸水管的阻力，使得吸水管路阻力系数降低，气蚀工况点向大流量区移动，增大了水泵的安全工作区，能够有效地防治气蚀的产生，保证水泵的安全运行；与此同时，采用无底阀排水不仅能够提高排水管路效率，降低电耗，还能够避免泥沙对底阀造成堵塞故障。

2.2 选用效率高的水泵

有些企业仍用老型号的水泵，其检修安装质量不高，导致机械损失、水利损失以及容积损失加大，使其效率明显降低；有些水泵虽然本身效率较高，但运行工况效率低，主要是由于选用的水泵的扬程过高或流量过大，使其运行工况点偏离了工业利用的经济合理性，没有充分发挥出水泵的利用价值。

对于这两种情况，我们一般会选用高效泵代替老型号的低效泵或者设备选型时，根据公司实际运行工况来选择泵，去除水泵的富裕扬程，合理调节水泵运行工况点。

2.3 选用效率高的管路

如果排水管路和水泵匹配不合理，管径偏小或管路阻力偏大，在整个排水系统中都会增加能耗的，所以光靠提高水泵的效率是远远不够的，水泵和排水管路在选型时不仅要符合整个厂区排水工况，同时还要选择相互匹配的水泵和排水管路。

排水管路内部结晶严重的话也会使管路阻力增大，使得管路效率大大降低，所以需要定期对排水管路内部污垢进行清理。

3 压风设备运行时的节能措施

压风设备也是耗电量较大的设备之一，其运行成本高、使用效率低，因此如何提高压风设备运行效率，对节约电能和降低生产成本意义重大。

3.1 提高压风机的运行效率

3.1.1 首先将一些老旧风机更新成高效的压风机，在选择高效压风机的时候，保证风量不变的情况下，要合理选用压风机。例如，在需风量都为20m3/s的前提下，开动1台新的4L-20/8型压风机（效率80%，功率130kW），比开动两台3L-10/8型压风机（效率80%，功率75kW）节电20kW，这样一年就能节约10万kWh电力。

3.1.2 加强设备的维护保养，保证控制阀门的工作状态良好，不跑风漏风；填料箱、汽缸盖、活塞与气缸壁之间不漏气；同时观察压风机的冷却效果，进气温度不宜过高。实践显示，每升高3℃，压风机的工作效率就会降低1%。

3.2 减少压缩空气管路的损失

3.2.1 根据工作使用要求，空气压缩机站就近建设，能够减少管路的压力损失，受压缩空气输送位置和管路控制的影响，在管路中安装一些管件、阀门等附件，避免附件压力损失，要尽量减少使用。

3.2.2 做好管道水力计算，选择大直径风管，减少压力损失，减轻压风机的负担，同时加强管路维护，保证管道接口、附件使用正常，不泄漏。

3.3 加强对用风设备的管理

加强对用风设备的管理，对搞好压风机的经济运行，降低生产成本有很大的作用。定期对用风设备进行维护和检修，需要风量少而散的风动机械尽量少用，能用电动机的地方尽量用电动机。

3.4 减少或取消压风设备

尽量减少或取消压风设备，采用液压式或电动设备。虽然压风机有被取消的趋势和可能，但目前和以后一定时期内，压缩空气其特有的特点仍然是冶炼供气系统不可缺少的一种原动力。从长远看，进一步减少和取代压风机，直接利用电能或其他能源达到节约措施。