水泥廠電氣設計節(jié)能措施

李利巧，祁欣欣，孫玉琮

河北省建筑材料工業(yè)設計研究院有限公司，河北石家莊，050000

0 引言

隨著我國經(jīng)濟市場的不斷變革，我國綜合國力得到一定程度的提升，為了實現(xiàn)我國持續(xù)發(fā)展，節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標逐漸深化，我國各個領域在發(fā)展過程中更加重視節(jié)能減排綠色發(fā)展。面對水泥市場的需求量逐漸增加，在水泥廠中開展節(jié)能減排發(fā)展措施已經(jīng)成為當下的必然趨勢，調(diào)整水泥廠生產(chǎn)過程中的高能耗現(xiàn)象，提升生產(chǎn)技術水平，加強對水泥廠電力系統(tǒng)的控制，積極采用節(jié)能型電氣設備，提升水泥廠管理人員的節(jié)能意識，優(yōu)化廠房的照明方式，促進水泥廠發(fā)展。

1 水泥廠電氣設計節(jié)能的發(fā)展現(xiàn)狀

在20世紀90年代初，我國水泥廠的發(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，在一定程度上促進了我國經(jīng)濟的發(fā)展，穩(wěn)固我國世界地位。隨著我國城市化不斷發(fā)展，建筑工程領域迎來發(fā)展的新階段，其施工重量以及施工規(guī)格逐漸加大，對水泥的需求逐漸再加大。為了滿足我國基礎設施建設發(fā)展的需要，加強水泥廠的生產(chǎn)量是關鍵。國家對我國水泥廠生產(chǎn)的重視程度逐漸提升，為了鼓勵水泥廠加大生產(chǎn)量，出臺了一系列的福利措施[1]。

我國水泥廠原來在生產(chǎn)過程中采用傳統(tǒng)的濕法以及立窯的生產(chǎn)工藝，其生產(chǎn)施工技術手段較為落后，已經(jīng)嚴重影響當前水泥市場的需求量，造成水泥產(chǎn)品供不應求的現(xiàn)象，影響我國基礎設施以及城市化發(fā)展進程。為了改善這一現(xiàn)象，我國水泥廠管理人員積極引進先進的生產(chǎn)技術手段，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。目前，我國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)技術手段、水泥生產(chǎn)機械設備、生產(chǎn)管理制度、生產(chǎn)資金等達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)過對水泥市場需求量以及水泥廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在水泥生產(chǎn)過程中，其消耗的能量較大。為了緩解這一現(xiàn)象，國家以及水泥廠非常重視，積極開展應對措施。首先，國家針對水泥廠電氣設計消耗過大，相繼頒布多部相關法律文件，制定水泥廠生產(chǎn)電能消耗的標準，例如表1所示，水泥廠要基于文件標準開展生產(chǎn)工作。制定水泥廠生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的能源消耗指標，例如表2所示，對各個施工環(huán)節(jié)進行明確的規(guī)定，要求水泥廠生產(chǎn)過程中基于表2進行生產(chǎn)活動，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，積極引進節(jié)能設備以及技能技術手段，基于各個流程著手，保證生產(chǎn)力的同時控制電能消耗[3]。

表1 新建、擴建水泥工廠生產(chǎn)線考核時間內(nèi)的主要能耗設計指標

表2 新建、擴建水泥生產(chǎn)線主要生產(chǎn)工段電耗設計指標

2 水泥廠生產(chǎn)過程中電氣設計節(jié)能的必要性

在我國經(jīng)濟發(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，國家以及各個領域的企業(yè)開展相關的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標，進行企業(yè)內(nèi)部的改革，實現(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，提升我國可持續(xù)發(fā)展進程。以水泥廠為例，在發(fā)展過程中電能消耗過大，已經(jīng)嚴重與企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略目標相背離，其水泥生產(chǎn)過程中的成本較大，降低企業(yè)的經(jīng)濟效益，因此，企業(yè)開展相對應的電氣設計節(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)過程中的資源耗損，進而提升水泥廠自身的經(jīng)濟效益，增強企業(yè)實力，同時為我國環(huán)境保護作出巨大貢獻，實現(xiàn)雙贏的局面[4]。

3 水泥廠生產(chǎn)中電氣節(jié)能設計的強化措施分析

3.1 水泥廠配電系統(tǒng)的節(jié)能設計分析

電能為我國發(fā)展作出巨大貢獻，為人們的日常生活提高光照，為企業(yè)發(fā)展提供動力。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)化為動力驅(qū)動企業(yè)機械設備等穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。因此，為了提升人們對電能源的控制力度，加強建設供配電網(wǎng)系統(tǒng)設計是關鍵，對電能源的消耗有著直接影響[5]。在水泥廠發(fā)展中，由于對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)是將國家電網(wǎng)高壓引入變電站中，將電源輸送到水泥廠各個電氣系統(tǒng)設備當中，控制電壓，保證電能源能夠穩(wěn)定地傳輸?shù)缴a(chǎn)設備當中，保證水泥廠生產(chǎn)的穩(wěn)定開展。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、相互運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，促使供配電系統(tǒng)在水泥廠中運行。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大的重要手段。因此，在水泥廠供配電系統(tǒng)設計過程中，將各個系統(tǒng)的建設位置盡量緊湊，防止出現(xiàn)線路過長造成電能源浪費的現(xiàn)象。水泥廠在生產(chǎn)過程中，要基于實際情況，使用合理的變壓器，根據(jù)水泥廠實際情況控制電壓的大小，當水泥廠生產(chǎn)淡季時，變壓器能夠進行調(diào)節(jié)，降低電壓，在水泥廠生產(chǎn)旺季時，適當提升電壓。通過變壓器設備的作用，使水泥廠生產(chǎn)靈活多變，從根本上節(jié)省能源消耗。其次，對水泥廠生產(chǎn)的配套設施進行管控，基于水泥廠以及供配電系統(tǒng)的實際情況進行分析，合理配置變壓器的數(shù)量[6]。

3.2 加強對電線電能消耗管控

在水泥廠生產(chǎn)過程中，其電路的長度對能源消耗的總量具有直接的聯(lián)系，電線的線路越長，電阻越大進而在水泥廠生產(chǎn)過程中消耗的電能越多。經(jīng)過對我國部分水泥廠進行實地勘察發(fā)現(xiàn)，在水泥廠生產(chǎn)過程中的機械化水平較高，機械設備對電能源的需求較大，因此為了保證各個設備能夠與電源連接，電線設計比較長。例如我國某家水泥廠生產(chǎn)中，一個生產(chǎn)量不到5000噸的生產(chǎn)線，其電線高達20~25萬米之間?；谝陨蠑?shù)據(jù)可以看出該水泥廠的電能消耗龐大，因此，為了實現(xiàn)水泥廠電氣設計節(jié)能目標，積極開展電線節(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題，加強對水泥廠內(nèi)部的勘察工作，設計科學合理的電線長度，在保證水泥廠穩(wěn)定生產(chǎn)的同時縮短電線的長度，降低水泥廠的電能消耗，優(yōu)化水泥廠電機的選擇，通過減小電流以及電線長度的方式開展節(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，并合理選擇導線截面，使一次投資及年運行費用最低。

3.3 優(yōu)化水泥廠供配電設備性能

當今時代，人們的生活以及企業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)離不開電的使用，水泥廠電氣供配電設備的運行，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)過對水泥廠電氣配置進行調(diào)查發(fā)展，水泥廠各個電力系統(tǒng)中，配電設備的數(shù)量眾多，保證電能的穩(wěn)定傳輸[8]。但是，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的配電設計在運行過程中消耗的電能較大，增加水泥廠節(jié)能戰(zhàn)略落實的壓力，為了改善配電設備能源消耗較大的現(xiàn)象，水泥廠管理人員積極開展應對措施，引進先進的節(jié)能型水泥廠配電設備，降低其運行中產(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。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”的現(xiàn)象，保證設備的穩(wěn)定運行。在水泥廠生產(chǎn)過程中，基于電能消耗的資金費用控制當變壓器的調(diào)試，將經(jīng)濟側(cè)重點放在生產(chǎn)設備中，對于水泥廠中非必要運行的電氣設備例如空調(diào)等裝置適當控制。

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聯(lián)，因此，要加強對水泥廠配電系統(tǒng)功率因數(shù)的調(diào)試，降低水泥廠電能的消耗。設計人員在設計過程中要基于水泥廠生產(chǎn)的實際情況出發(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，在電氣設計中，水泥廠采用集中和分散相結(jié)合的功率因數(shù)補償方式，降低無功損失，使全廠補償后功率因數(shù)達0.95以上。在水泥廠總降變電所10kV母線側(cè)裝設電容補償裝置，在廠區(qū)磨機、破碎機等大型高壓繞線型電動機裝設就地無功補償裝置，隨機投入和切除；在各廠區(qū)內(nèi)車間設備配電電力室0.4kV母線設置了低壓功率因數(shù)自動補償裝置，使系統(tǒng)的功率因數(shù)達到0.95以上，減少了系統(tǒng)無功損耗。基于水泥廠配電系統(tǒng)的全方面進行控制，保證水泥廠電氣設備節(jié)能發(fā)展目標的實現(xiàn)。

3.5 優(yōu)化水泥廠電機設備

在水泥廠電氣配電系統(tǒng)中，電機設備具有關鍵性地位，電機是保證水泥廠生產(chǎn)穩(wěn)定的關鍵，但是電機在運行過程中會消耗大量的電能，增加水泥廠節(jié)能的壓力。因此，優(yōu)化水泥廠電機設備選型是實現(xiàn)電氣設備節(jié)能的關鍵環(huán)節(jié)之一。在水泥廠開展電氣設計節(jié)能方案時，提高對電機節(jié)能的重視程度，降低水泥廠電機高能耗的現(xiàn)狀。首先，從生產(chǎn)工藝上采用的各種設備等均進行認真仔細的設計選型計算，以確保設備在最佳的效率點運行，設備選用國家推薦的節(jié)能產(chǎn)品。對于風機電動機類型設備，采用全數(shù)字變頻裝置對大功率風機進行調(diào)速，從而實現(xiàn)對風機風量的控制，節(jié)省電能；對于中小型電機均選用高性能系列節(jié)能型電動機，并且采取直接起動，減少因采用起動裝置起動的電能損耗。對于水泥廠區(qū)高壓繞線電機，比如原料磨、水泥磨主電機，選用液體變阻器作為起動裝置，既改善了電機的起動特性，又節(jié)省因采用頻敏變阻器起動帶來的較大能量損耗。目前部分電機選用永磁直驅(qū)電機，如輸送機、提升機等，此類電機使整個驅(qū)動高效、節(jié)能、低噪音點，達到節(jié)能減排的目標。合理確定各用電設備的容量類型及合理確定設備的起動方式，對水泥廠電氣設備節(jié)能具有明顯的效果。

3.6 水泥廠光照節(jié)能設計分析

首先，在水泥廠施工建設過程中重視光照節(jié)能，積極將自然光源引入水泥廠操作室中，降低光照設備的投入使用。施工設計人員積極對水泥廠的實際情況進行分析，將自然光與廠房布局相結(jié)合，降低電燈設備的使用，進而減少電能的消耗，在水泥廠設計過程中，可以將廠棚頂安裝透光板，最大限度地利用自然光源。其次，選擇合理的光照設計方案，基于水泥廠的實際情況，對不同的操作廠房實行具有針對性的光照標準，在保證廠房內(nèi)部視覺要求的同時降低電能源的使用，其中不能盲目地降低光照標準，在保證生產(chǎn)安全穩(wěn)定進行的基礎上節(jié)省電能源消耗。積極應用節(jié)能型的光照設備，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、強化照明等，在水泥廠實際生產(chǎn)過程中，基于不同的操作需求啟用不同的照明方式，進而提升電能的利用率，防止電能浪費的現(xiàn)象。另外，優(yōu)化電燈開關控制方式，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)中安裝聲控開關，通過聲源控制照明，廠區(qū)道路照明應設置節(jié)能自控裝置等，進而節(jié)省水泥廠電能消耗。

4 結(jié)語

通過上述分析可以看出，水泥廠對我國社會的發(fā)展具有重要意義，在保證我國經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的同時提升國際地位，而電能消耗過大成為限制水泥廠發(fā)展的重要因素，為了實現(xiàn)節(jié)能減排的發(fā)展戰(zhàn)略，促進水泥廠的可持續(xù)發(fā)展，加強對水泥廠電氣節(jié)能設計是重要舉措。基于水泥廠的實際情況，對水泥廠生產(chǎn)電氣設備、供配電系統(tǒng)、電線及功率因數(shù)等方面開展節(jié)能措施，進而降低我國水泥廠電能源的消耗，緩解水泥廠經(jīng)濟壓力的同時實現(xiàn)環(huán)境保護的目標，對我國社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。