幾種水泥廠的電氣節(jié)電措施及應(yīng)用

  摘要：熟料綜合電耗是否≤52 kW·h/t熟料、水泥綜合電耗是否≤80 kW·h/t 水泥。有的企業(yè)早已達(dá)到這一水平，而水泥企業(yè)的節(jié)電，主要受益于工藝和裝備技術(shù)以及電氣技術(shù)上的進(jìn)步。本文僅就電氣技術(shù)措施及其運(yùn)用進(jìn)行介紹。

  過去十年，我國水泥工業(yè)在新型干法水泥預(yù)熱預(yù)分解窯節(jié)能煅燒工藝、大型原料預(yù)均化、節(jié)能粉磨、自動控制和環(huán)境保護(hù)等方面從設(shè)計(jì)、裝備制造到工程總承包都接近或達(dá)到了世界先進(jìn)水平，成套裝備和技術(shù)出口到包括歐美等50多個國家和地區(qū)，并已經(jīng)得到業(yè)主的廣泛認(rèn)同。但從目前水泥企業(yè)實(shí)際的熟料綜合電耗和水泥綜合電耗來看，企業(yè)仍有較大的節(jié)電空間。

  水泥企業(yè)的節(jié)電，主要受益于工藝和裝備技術(shù)以及電氣技術(shù)上的進(jìn)步。本文僅就電氣技術(shù)措施及其運(yùn)用進(jìn)行介紹，僅供參考。

  1  三相負(fù)荷平衡的重要性

  在輸配電線路中，因三相負(fù)荷分配的不平衡，因而會造成三相電流或電壓不平衡，并將給系統(tǒng)帶來諸多危害，影響變壓器、電動機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；對供配電系統(tǒng)的相線及低壓供電系統(tǒng)的中性線電能損耗加大； 影響計(jì)算機(jī)正常工作，電壓過高會引起照明燈具、家用電器、壽命縮短乃至損壞，電壓過低則影響家用電器使用效果，造成照度偏低； 對通訊系統(tǒng)干擾增大，影響通訊質(zhì)量。

  為了減少三相負(fù)荷不平衡造成的能耗，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量使三相負(fù)荷平衡，并且在系統(tǒng)運(yùn)行時，需根據(jù)負(fù)荷的變化，及時投切、合理地調(diào)整三相負(fù)荷，使三相負(fù)荷不平衡度符合以下規(guī)程規(guī)定：“ 要求配電變壓器出口處的電流不平衡度小于10%，干線及支線首端的不平衡度小于20%，中性線的電流不超過額定電流的25%”，以及“三相配電干線的各項(xiàng)負(fù)荷宜分配平衡，最大相負(fù)荷不宜超過三相負(fù)荷平均值的115%，最小相負(fù)荷大于三相負(fù)荷平均值的85%”（見《GB50034-2004建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》。

  2 合理選擇變壓器

  科學(xué)、合理地選擇配電變壓器，是企業(yè)節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。

  2.1 合理選擇容量和臺數(shù)

  在選擇配電變壓器容量和臺數(shù)時，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)、運(yùn)行情況綜合考慮一次。

  根據(jù)投資和年運(yùn)行費(fèi)用，對負(fù)荷進(jìn)行合理分配，選用容量與實(shí)際負(fù)荷最接近的變壓器，使變壓器工作在最佳高效區(qū)：當(dāng)負(fù)荷低于30%時，應(yīng)調(diào)整或更換；當(dāng)負(fù)荷超過80%，并經(jīng)過計(jì)算不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時，可放大一級容量選擇變壓器。

  2.2 選用節(jié)能型變壓器

  當(dāng)前應(yīng)選擇S10-M以上系列的新型低損耗節(jié)能型變壓器，并可選用干式節(jié)能型變壓器，老企業(yè)在進(jìn)行技改時，應(yīng)采用新型低損耗節(jié)能型變壓器，替換老式高能耗變壓器，改造后能達(dá)到國家相應(yīng)的能耗標(biāo)準(zhǔn)值：空載損耗為4.5%～6.5%；空載電流在7%以下； 短路損耗達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)；阻抗電壓為4%～4.9%。而空載損耗與變壓器容量有關(guān)。

  2.3  推廣應(yīng)用干式變壓器

  目前，工業(yè)企業(yè)使用變壓器的發(fā)展趨勢為干式變壓器，干式變壓器具有高效節(jié)電、安全可靠、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

  我國的配電變壓器由20世紀(jì)50年代的SJ1系列開始，平均每1 kVA空載損耗5.2 W，負(fù)載損耗17.8 W。上世紀(jì)90年代，S9系列，平均每1 kVA空載損耗1.82 W，負(fù)載損耗10.4 W。兩卷鐵芯式的S11系列變壓器平均每1 kVA空載損耗1.08 W，負(fù)載損耗9.6 W。如果全部使用S11系列變壓器，以目前發(fā)電裝機(jī)容量計(jì)算，每年將節(jié)約空載損耗40.71億千瓦時。若占全部配電變壓器15%的數(shù)量采用S11系列干式變壓器，每年將節(jié)約6億千瓦時的電能，社會效益、經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

  3 合理設(shè)計(jì)，減少線路損耗

  3.1 優(yōu)化線路敷設(shè)

  在工程設(shè)計(jì)中合理布局配電點(diǎn)，盡量靠近負(fù)荷中心。在生料磨、窯尾、窯頭、水泥磨等負(fù)荷集中的區(qū)域設(shè)電氣室。合理調(diào)配變壓器的負(fù)荷率，使其運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)的區(qū)間段。低壓線路的供電半徑不宜超過200 m，負(fù)荷密集地區(qū)不宜超過100 m，負(fù)荷中等密集地區(qū)不宜超過150 m，少負(fù)荷地區(qū)不宜超過250 m。根據(jù)這個常規(guī)，在設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)優(yōu)化線路敷設(shè)，盡量少走彎路，禁止迂回敷設(shè)管線，以縮短電纜路徑，降低線路損耗。

  3.2 加大導(dǎo)線截面積

  對于較長的線路，在滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護(hù)配合及電壓降要求的前提下，在加大導(dǎo)線截面積時，應(yīng)結(jié)合計(jì)算負(fù)載電流及電壓降兩個因素而定，這種措施，雖然增加了線路投資，但卻節(jié)約了電能。據(jù)測算，在2～3年內(nèi)即可收回因加大導(dǎo)線截面所增加的費(fèi)用。

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  4 設(shè)無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)

  對于企業(yè)的供配電系統(tǒng)進(jìn)行必要的無功補(bǔ)償，可改善電能質(zhì)量，節(jié)能降耗，提高供電能力。數(shù)據(jù)表明：當(dāng)功率因數(shù)由0.7提高到0.9時，線路損耗可減少約40%，功率因數(shù)值的大小既要滿足當(dāng)?shù)毓╇姴块T的要求，同時要為本企業(yè)節(jié)約線損考慮。目前，無功補(bǔ)償有以下三種方法：

  （1） 總降中壓側(cè)，采用固定電容補(bǔ)償裝置，主要是補(bǔ)償高壓線路及主變壓器所需要的無功。

  （2） 在中壓電機(jī)集中的電氣室（如：窯尾及生料磨電氣室、水泥磨電氣室），采用中壓分組投切電容自動補(bǔ)償裝置；對分散的中壓電機(jī)，可根據(jù)電機(jī)功率采用單機(jī)就地電容補(bǔ)償方式；車間變壓器低壓側(cè)，采用低壓分組投切自動補(bǔ)償裝置。

  （3）設(shè)計(jì)中盡可能采用功率因數(shù)較高的用電設(shè)備，如拖動用同步電機(jī)，照明用配有內(nèi)設(shè)補(bǔ)償電容器的電子式熒光燈、節(jié)能電感整流器熒光燈，廠區(qū)道路照明采用LED新型節(jié)能燈具等。

  5 中壓變頻器的應(yīng)用

  變頻器的推廣應(yīng)用，不僅為水泥生產(chǎn)控制帶來了方便，也為水泥企業(yè)帶來了更大的節(jié)電空間。

  我院在廣英水泥公司4 000 t/d熟料生產(chǎn)線技改項(xiàng)目，共有四臺中壓電機(jī)采用中壓變頻器調(diào)速裝置，分別為：窯尾高溫風(fēng)機(jī)：YPTQ800-6，2 800 kW；窯頭煤磨排風(fēng)機(jī)：YPTZ450-4，400 kW；水泥磨循環(huán)風(fēng)機(jī)：YPT560-8，630 kW兩臺，按業(yè)主建設(shè)計(jì)劃進(jìn)度實(shí)施，原料及燒成系統(tǒng)已成投運(yùn)一年多，即窯尾、窯頭兩臺變頻器同時投運(yùn)（水泥磨系統(tǒng)一臺磨已在試生產(chǎn)，另一臺磨電氣設(shè)備正在調(diào)式階段），熟料線投運(yùn)的中壓變頻器總功率為：2 800 kW+400 kW=3 200 kW，窯系統(tǒng)工作制度:每天3班制，每班24小時，每周7天，電機(jī)平均每天按照運(yùn)行24小時計(jì)算：功率按3 200 kW計(jì)算。兩臺電機(jī)一天總功率為：24小時/天×3 200 kW=76 800 kW。 采用中壓變頻器，投運(yùn)一年多來設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，節(jié)電效果明顯，隨風(fēng)機(jī)負(fù)荷變化，節(jié)電率在10%～13%之間，在此取平均值按11.5%計(jì)算，每天節(jié)約用電：76 800 kW×11.5%=8 832 kW。

  按照當(dāng)?shù)毓I(yè)用電每度電價0.6元計(jì)算：每天直接為工廠節(jié)約電費(fèi)：8 832 kW×0.6元/kW=5 299.2元/天；每月按照25天計(jì)算，節(jié)省電費(fèi)25天/月×5 299.2元/天=132 480元/月；每年按照10個月計(jì)算，節(jié)省電費(fèi)132 480元/月×10月/年=1 324 800元/年。

  以上數(shù)據(jù)表明，在現(xiàn)代水泥生產(chǎn)線的窯尾、窯頭、水泥磨系統(tǒng)的中壓風(fēng)機(jī)，推廣使用中壓變頻器調(diào)速，具有保障生產(chǎn)線可靠運(yùn)行、提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率、節(jié)省電耗、降低企業(yè)生產(chǎn)成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益等諸多優(yōu)勢。

  6 采用新型高效節(jié)電裝置

  工程中采用高效節(jié)電裝置，能有效地抑制電網(wǎng)諧波，改善電能質(zhì)量，減少電能損耗。

  6.1 抑制諧波危害

  諧波電流的存在不僅增加了供配電系統(tǒng)的電能損耗，而且對供配電線路及用電設(shè)備產(chǎn)生危害。

  為了抑制諧波，提高供電質(zhì)量，降低電能損耗，需在變壓器低壓側(cè)或用電設(shè)備處設(shè)置有源濾波器、無源濾波器，或采用高效節(jié)電裝置。

  6.2 高效節(jié)電裝置

  在供配電系統(tǒng)中，電壓不穩(wěn)定、三相電壓不平衡、電動機(jī)沖擊電流過大和高次諧波干擾等原因，造成了較大的電能損耗，縮短了電氣設(shè)備使用壽命。為解決這些問題，近年來，人們研制出了一種新型高效節(jié)電裝置。 該裝置具有以下功能和特點(diǎn)：

  （1）調(diào)節(jié)諧波電壓幅值及穩(wěn)壓。該裝置采用了最新的電磁平衡原理來調(diào)整用電設(shè)備電壓的平衡度和穩(wěn)定性，在裝置內(nèi)部并聯(lián)了一個自藕固定式調(diào)壓器，調(diào)壓器具有調(diào)節(jié)電壓幅值的功能，將較高的電壓值調(diào)整到合理的范圍內(nèi)，使其三相電壓保持平衡。給企業(yè)的生產(chǎn)動力設(shè)備和照明系統(tǒng)用電提供了優(yōu)質(zhì)、可靠的電源，并具有明顯的節(jié)電效果。

  （2）平衡三相電壓。通過裝置調(diào)節(jié)其內(nèi)部的電感量，利用磁電交換、磁勢再分配有效減少三相電壓的不平衡度，使線電壓、線電流的不平衡度減少至2% 以下，從而使三相電壓基本平衡。

  （3）降低電動機(jī)的啟動電流。通過磁力作用及節(jié)電裝置內(nèi)部串聯(lián)電抗器，可對電動機(jī)的啟動電流起到一定的抑制作用，可將啟動電流減少到2~3倍的額定電流。如果群控多臺小型電動機(jī)，其節(jié)電效果更為明顯。

  （4）抑制高次諧波。電源中的高次諧波一部分由市電產(chǎn)生，近年來水泥企業(yè)在窯系統(tǒng)采用了不少數(shù)量的中壓變頻器和低壓變頻器, 是高次諧波的引發(fā)源。這些諧波的存在不僅破壞電能質(zhì)量，引起電能浪費(fèi)，而且造成變壓器因渦流及損耗的加大而過熱、電動機(jī)過熱及轉(zhuǎn)矩下降，并會造成低壓電容器過熱、中性線電流增大等嚴(yán)重后果。為抑制高次諧波，該裝置內(nèi)部并聯(lián)了一個消除線圈，它可以阻止諧波源的高次諧波，同時能抑制低壓電氣設(shè)備及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流，以獲得較好的節(jié)電效果。

  （5）降低電氣設(shè)備銅損。諧波頻率上升，電流逐步加大，導(dǎo)致交流電阻增大，線損增加，由于該裝置平衡三相電壓，抑制了高次諧波，可以降低線路、變壓器、電動機(jī)繞組的銅耗。按公式P=I2R來計(jì)算，減少電流值及電阻值對銅耗有明顯的降低。

  （6）改善功率因數(shù)。節(jié)電裝置依靠線圈移相，調(diào)整組別結(jié)線方式，調(diào)整各相輸出電流與電壓相位，從而提高了功率因數(shù)，降低了用戶的電氣損耗。

  7 結(jié)束語

  水泥企業(yè)節(jié)電，最直接的是以指標(biāo)來認(rèn)定，熟料綜合電耗是否≤52 kW?h/t熟料、水泥綜合電耗是否≤80 kW?h/t 水泥。有的企業(yè)早已達(dá)到這一水平，這主要受益于其先進(jìn)的工藝和裝備，受益于科學(xué)的電氣設(shè)計(jì)和電氣節(jié)能設(shè)備的運(yùn)用，受益于其科學(xué)的企業(yè)管理水平。本文所論述的，僅是電氣設(shè)計(jì)和電氣節(jié)能設(shè)備方面的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)企業(yè)可從多方面入手，選擇、使用先進(jìn)的行之有效的綠色環(huán)保的節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品，以確保實(shí)現(xiàn)增收節(jié)支、節(jié)能減排的目標(biāo)。