張 穎，胡培培，劉立燦

（邯鋼能嘉鋼鐵有限公司能源動(dòng)力廠，河北邯鄲 056015）

前言

節(jié)能降碳，是黨和國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略，同時(shí)也是企業(yè)降本增效、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施。鋼鐵冶金企業(yè)作為用電大戶，生產(chǎn)過(guò)程中要消耗大量電能。例如，多數(shù)高爐鼓風(fēng)機(jī)采用大型電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率在幾千甚至幾萬(wàn)千瓦；煉鋼使用的電弧爐是利用電極間電弧的高溫進(jìn)行冶煉，功率也在幾千至幾萬(wàn)千瓦；大型軋鋼機(jī)的功率同樣可達(dá)到幾千甚至幾萬(wàn)千瓦。據(jù)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)工藝流程不同，噸鋼耗電量約為350～600 kWh，約占鋼鐵成本的10%。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力的不斷增大，節(jié)約用電、降低外購(gòu)電費(fèi)是冶金企業(yè)降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要措施。

1 選用節(jié)能型高效電力設(shè)備

隨著材料科學(xué)和節(jié)能技術(shù)的不斷進(jìn)步，電力設(shè)備的能效標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越高，越來(lái)越多的節(jié)能設(shè)備得到應(yīng)用和普及。淘汰高能耗電力設(shè)備，選用節(jié)能型用電設(shè)備，可以為企業(yè)帶來(lái)非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 選用最新能效標(biāo)準(zhǔn)的變壓器

電力變壓器是實(shí)現(xiàn)電壓變換的電力設(shè)備，變壓器在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生一定量的損耗。2020 年5 月29日由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布的《電力變壓器能效限定值及能效等級(jí)》（GB 20052—2020），對(duì)不同電壓等級(jí)的電力變壓器能效等級(jí)及損耗進(jìn)行了限定，這是從國(guó)家層面通過(guò)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)企業(yè)向綠色生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)。

鋼鐵冶金企業(yè)總用電負(fù)荷一般都在幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)千瓦之間，因此供電電源的電壓等級(jí)一般都在35 kV 及以上，負(fù)荷較大的大型鋼鐵企業(yè)電源電壓都采用220 kV 等級(jí)。而用電設(shè)備電壓一般在10 kV、6 kV、380/220 V，需要建設(shè)降壓變電站，將高電壓變換成用電設(shè)備使用的低電壓。通常，鋼鐵冶金企業(yè)還建設(shè)一定數(shù)量的余熱余能回收發(fā)電機(jī)組，對(duì)于大型的發(fā)電機(jī)組，為降低線損，一般使用升壓變壓器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能升壓后和電力系統(tǒng)并網(wǎng)。因此，變壓器在冶金供電系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，對(duì)于大型冶金企業(yè)，變壓器的數(shù)量往往可達(dá)幾百臺(tái)，電力變壓器的節(jié)能改造也會(huì)給企業(yè)帶來(lái)不菲的經(jīng)濟(jì)效益。

以10 kV、1 000 kVA 動(dòng)力變壓器為例，按照《電力變壓器能效限定值及能效等級(jí)》（GB 20052—2020）生產(chǎn)的最新能效的節(jié)能型變壓器，空載損耗不超過(guò)665 W，負(fù)載損耗為7 415 W。而目前使用的S9-1 000/10 型變壓器空載損耗為1 700 W，負(fù)載損耗為10 300 W。

額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，新國(guó)標(biāo)能效的節(jié)能型變壓器與S9型變壓器相比，降低損耗為：

每年按30 天檢修工日、335 天連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)工日計(jì)算，年降低能耗電量：

按每千瓦時(shí)電費(fèi)0.6 元計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)：

因此，使用新能效節(jié)能型變壓器，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

目前，一臺(tái)新國(guó)標(biāo)能效等級(jí)的10 kV、1 000 kVA箱式變壓器價(jià)格約為130 000 元，按照計(jì)算節(jié)約的電費(fèi)：

7 年左右時(shí)間就能購(gòu)買一臺(tái)新能效的同容量變壓器。

很多企業(yè)認(rèn)為變壓器只要能用就可以一直運(yùn)行，卻沒有認(rèn)識(shí)到變壓器自身?yè)p耗的嚴(yán)重性，因此，按照最新國(guó)標(biāo)選用最新能效的變壓器或按照最新國(guó)標(biāo)對(duì)老舊變壓器進(jìn)行節(jié)能改造，是節(jié)約用電的一項(xiàng)重要措施。

1.2 選用節(jié)能型電機(jī)

電機(jī)是電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的統(tǒng)稱，電動(dòng)機(jī)是電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，發(fā)電機(jī)是機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。高效節(jié)能的電機(jī)采用新型電機(jī)設(shè)計(jì)、新工藝及新材料，通過(guò)降低電磁損耗、發(fā)熱損耗和機(jī)械損耗，提高輸出效率。

大型冶金企業(yè)的電機(jī)數(shù)量眾多且裝機(jī)容量非常大，單臺(tái)電機(jī)容量從幾千瓦到幾萬(wàn)千瓦不等，電機(jī)年消耗電量在10～40 億kWh，使用高效節(jié)能電機(jī)能提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2020年5月由國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布的《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》（GB 18613—2020），規(guī)定了不同功率電動(dòng)機(jī)的效率限值。對(duì)于高能耗老舊電機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造，可以明顯降低損耗、節(jié)約電費(fèi)支出。對(duì)于新建設(shè)項(xiàng)目，按照國(guó)家最新電動(dòng)機(jī)能效標(biāo)準(zhǔn)選用高效節(jié)能電機(jī)，有利于進(jìn)一步推進(jìn)企業(yè)綠色、高效生產(chǎn)。

1.3 選用節(jié)能型照明燈具

鋼鐵冶金企業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、路燈等照明用電一般占總用電量的3%～5% 左右。隨著新型節(jié)能光源的推廣普及，LED 照明燈具逐步得到普遍應(yīng)用，價(jià)格也在降低。同等發(fā)光條件下，LED 燈具的耗電量?jī)H為鹵素?zé)舻乃姆种蛔笥?，LED 燈的壽命也長(zhǎng)于鹵素?zé)簟Ｈ嫱茝V使用LED 高效節(jié)能燈具、對(duì)老舊照明燈具進(jìn)行節(jié)能改造，可以節(jié)約大量照明用電。

一個(gè)大型廠房有100 盞鹵素照明燈，每盞燈功率250 W，總照明功率：

如果將50盞鹵素?zé)舾某蒐ED 燈具，每盞燈功率75 W，改造后照明總功率：

鋼鐵冶金企業(yè)都是連續(xù)作業(yè)，廠房照明24 h 工作，電價(jià)按0.6 元/kWh計(jì)算，一個(gè)廠房照明改造后每年節(jié)約電費(fèi)：

以上只是一個(gè)廠房照明節(jié)能改造所節(jié)約的電費(fèi)，對(duì)于擁有眾多廠房的大型鋼鐵冶金企業(yè)而言，工廠照明節(jié)能改造節(jié)約電費(fèi)將非?？捎^。

1.4 選用節(jié)能型用電設(shè)備

除了主體用電設(shè)備外，工廠中還需使用大量空調(diào)、制冷、水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備，以上設(shè)備選用節(jié)能類型也是工廠節(jié)電的重要措施。

2 變頻調(diào)節(jié)技術(shù)節(jié)電

生產(chǎn)過(guò)程中，許多設(shè)備的負(fù)荷變化較大，如部分風(fēng)機(jī)的負(fù)荷率在20%～90%間大幅變化，部分供水泵負(fù)荷率變化也較大。對(duì)于這些負(fù)荷率變化比較大的風(fēng)機(jī)或水泵電動(dòng)機(jī)，加裝變頻調(diào)節(jié)裝置是比較成熟和普遍的節(jié)電做法［1］。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)算和統(tǒng)計(jì)，變頻調(diào)速在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中一般可以節(jié)電30%左右，節(jié)電效益十分明顯。

需要注意的是，變頻節(jié)電只適合運(yùn)行負(fù)荷變化比較大的工況，對(duì)于平穩(wěn)負(fù)荷且接近于滿負(fù)荷工作的設(shè)備，則起不到節(jié)電作用。

3 余熱余能回收再利用節(jié)電

鋼鐵冶金企業(yè)利用余熱余能發(fā)電途徑很多，如煉焦、煉鐵、煉鋼冶煉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量煤氣副產(chǎn)品，這些煤氣成分復(fù)雜，含有一定的顆粒物，不能直接利用，但可以用來(lái)燃燒產(chǎn)生能量，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。通過(guò)回收焦化、燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中的余熱，可以進(jìn)行發(fā)電；利用煉鐵高爐煤氣的壓力，推動(dòng)透平機(jī)也可以進(jìn)行發(fā)電。1 座500 萬(wàn)t 的鋼鐵廠，發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量約300 MW，自發(fā)電比例可以超過(guò)70%，提高自發(fā)電比例，可以大大降低外購(gòu)電費(fèi)，這已經(jīng)成為鋼鐵冶金企業(yè)新的效益增長(zhǎng)點(diǎn)。

近幾年來(lái)，隨著鍋爐技術(shù)的不斷進(jìn)步，效率更高的亞臨界燃?xì)忮仩t和超臨界燃?xì)忮仩t相繼研發(fā)成功［2］。鋼鐵冶金企業(yè)新建的煤氣發(fā)電一般采用高效亞臨界燃?xì)忮仩t或超臨界燃?xì)忮仩t，與普通的高溫高壓鍋爐相比，效率能夠提高30%以上。據(jù)中國(guó)新聞網(wǎng)2022 年4 月2 日?qǐng)?bào)道，世界上首套超臨界燃?xì)忮仩t已經(jīng)在廣西盛隆冶金有限公司投產(chǎn)運(yùn)行，該機(jī)組年發(fā)電量10.6 億kWh，一年可減少二氧化碳排放85.4 萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常可觀。

鋼鐵冶金企業(yè)余熱余能回收發(fā)電成本非常低，僅由人力資源、設(shè)備維修、設(shè)備折舊等費(fèi)用構(gòu)成。因此，許多鋼鐵冶金企業(yè)越來(lái)越重視余熱余能發(fā)電的運(yùn)行和管理，把它作為降低成本、提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要措施。

4 生產(chǎn)管理節(jié)電

4.1 合理利用峰谷電價(jià)差降低電費(fèi)

合理安排生產(chǎn)班次，充分利用峰谷電價(jià)差別，可大幅降低電費(fèi)支出。

大工業(yè)電價(jià)一般采用峰、平、谷段不同電價(jià)結(jié)算，以河北南部電網(wǎng)220 kV 電壓等級(jí)電費(fèi)結(jié)算價(jià)格為例，高峰段電價(jià)為0.733 0 元/kWh，平段電價(jià)為0.531 4 元/kWh，谷段電價(jià)為0.329 8 元/kWh。峰段電價(jià)比谷段電價(jià)高0.403 2 元/kWh。對(duì)于非連續(xù)作業(yè)的軋鋼生產(chǎn)廠，可以通過(guò)合理安排生產(chǎn)班次，使谷段滿負(fù)荷生產(chǎn)，峰段對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。雖然相同產(chǎn)量下消耗的電量不會(huì)降低，但以谷段低電價(jià)計(jì)費(fèi)，可以大大降低電費(fèi)支出和生產(chǎn)成本。

4.2 利用煤氣柜調(diào)節(jié)發(fā)電功率降低外購(gòu)電費(fèi)

充分利用大型煤氣儲(chǔ)柜的調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組發(fā)電功率。谷段時(shí)煤氣柜充柜，峰段時(shí)降低煤氣柜儲(chǔ)量，提高發(fā)電機(jī)組發(fā)電功率，滿負(fù)荷發(fā)電，以減少峰段的外購(gòu)電量，從而實(shí)現(xiàn)降低外購(gòu)電費(fèi)的目的。

4.3 其他管理節(jié)電

加強(qiáng)節(jié)電管理，還需要制定相應(yīng)管理制度，加強(qiáng)制度的檢查監(jiān)督和落實(shí)。室外照明、路燈白天要及時(shí)關(guān)閉，辦公室要人走燈滅、空調(diào)關(guān)閉，合理調(diào)節(jié)辦公室溫度等，培養(yǎng)全體員工的節(jié)電意識(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力的增大，鋼鐵冶金企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到節(jié)約用電、降低外購(gòu)電費(fèi)的重要性。只有將節(jié)電作為一項(xiàng)重要的日常工作常抓不懈，從技術(shù)上和管理上采取多種綜合措施，才能實(shí)現(xiàn)節(jié)電目標(biāo)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

同時(shí)，要定期與同行業(yè)先進(jìn)的生產(chǎn)電耗指標(biāo)對(duì)標(biāo)，找出自身的短板，制定改進(jìn)措施，以實(shí)現(xiàn)噸鋼外購(gòu)電費(fèi)降低，成本降低，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。