聶加余

（北京首鋼冷軋薄板有限公司，北京 101304）

供用電

某大型鋼鐵冷軋企業(yè)電能消耗的精細化管理

聶加余

（北京首鋼冷軋薄板有限公司，北京 101304）

概述了某大型鋼鐵冷軋企業(yè)供電系統(tǒng)及電能利用效率偏低情況。從技術(shù)、工藝、管理等三方面闡述了多種降低電能消耗的精細化管理措施。

冷軋企業(yè)；電能消耗；精細化管理

1 引言

生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗、低碳環(huán)保已成為當今企業(yè)關(guān)注的主題之一。作為企業(yè)生產(chǎn)所需的主要能源之一的電力，生產(chǎn)過程中消耗電能所產(chǎn)生的成本——電費，在企業(yè)的各項成本中，已成為緊隨物料成本、人工成本之后的第三或第四大成本。因此，采取措施降低企業(yè)的電能消耗，既能降低生產(chǎn)成本，又是節(jié)能降耗、低碳環(huán)保的重要措施之一。

2 某大型鋼鐵冷軋企業(yè)簡介

該企業(yè)屬鋼鐵深加工的現(xiàn)代制造業(yè)，配置有一條連續(xù)酸洗軋制機組，一條連續(xù)退火機組，兩條連續(xù)熱鍍鋅機組，一條罩式退火機組及為這些機組提供風、水、電、氣、汽等能源介質(zhì)的公輔系統(tǒng)。設(shè)計年產(chǎn)量為170萬t，產(chǎn)品為汽車板、家電板等高端鋼鐵冷軋板。其供電系統(tǒng)由一座110 kV/10 kV的總降壓變電站（以下簡稱“110 kV總降”）及酸洗開關(guān)站、軋機開關(guān)站、連續(xù)退火開關(guān)站、1#連續(xù)熱鍍鋅開關(guān)站、2#連續(xù)熱鍍鋅開關(guān)站、罩式退火開關(guān)站、水處理系統(tǒng)開關(guān)站、氣體系統(tǒng)開關(guān)站等8個10 kV開關(guān)站組成，主變壓器為3×63 MVA，正常時“兩用一冷備用”。110 kV總降接線圖如圖1。

圖1中，110 kV（一）電源通過111開關(guān)帶1#主變及10 kVⅢ母線、10 kVⅣA母線運行，并向各供電區(qū)域10 kV1#電源供電，234母聯(lián)開關(guān)“合位”運行，此為供電1#系統(tǒng)。110 kV（二）電源通過112開關(guān)帶2#主變及10 kVⅣB母線、10 kVⅤ母線運行，并向各供電區(qū)域10 kV2#電源供電，235母聯(lián)開關(guān)“合位”運行，此為供電2#系統(tǒng)。134母聯(lián)開關(guān)“合位”運行，145母聯(lián)開關(guān)、103開關(guān)、203A開關(guān)、203B開關(guān)在“斷位”，3#主變冷備用。8個10 kV開關(guān)站中，其供電接線除軋機開關(guān)站為單母線外，其余各開關(guān)站均為單母線分段，各段母線分別由110 kV總降內(nèi)各供電區(qū)域10 kV1#電源、10 kV2#電源供電，母聯(lián)開關(guān)在“分位”。軋機開關(guān)站由軋機10 kV2#電源供電，軋機10 kV1#電源熱備用。

該企業(yè)的年耗電量約3億kW·h，屬當?shù)氐碾娔芟拇髴?。然而，該企業(yè)于2008年全部生產(chǎn)線投產(chǎn)后，由于技術(shù)、工藝、管理等各方面的原因，電能利用效率偏低，具有較高的節(jié)能潛力。因此，通過技術(shù)、工藝、管理等多種精細化管理的手段，降低該企業(yè)電費支出成本，提高利潤空間，已經(jīng)引起了該企業(yè)的關(guān)注和重視。

3 降低電能消耗的精細化管理措施

3.1 降低電能消耗的技術(shù)措施

圖1 110 kV總降接線圖

（1）工頻運行的水泵改變頻運行

該企業(yè)的水處理系統(tǒng)配置有一循環(huán)水泵站。其功能是為鋼鐵冷軋生產(chǎn)線的各機組提供循環(huán)冷卻水，將各機組運行時所產(chǎn)生的熱量由循環(huán)冷卻水帶走。該泵站內(nèi)設(shè)置有6臺循環(huán)水泵，其電動機電壓為10 kV、容量為800 kW。其中的1#、3#、5#循環(huán)水泵電機由水處理系統(tǒng)10 kV開關(guān)站的10 kVⅠ段母線供電，2#、4#、6#循環(huán)水泵電機由10 kVⅡ段母線供電，10 kVⅠ、Ⅱ段母線為單母線分段運行，母聯(lián)開關(guān)在“分位”。正常時3臺循環(huán)水泵運行，3臺備用。具體配置如圖2。

圖2 水處理系統(tǒng)10 kV開關(guān)站原配置示意圖

設(shè)計單位基于各產(chǎn)線循環(huán)冷卻水需求量較穩(wěn)定的判斷，6臺循環(huán)水泵原設(shè)計均為工頻運行。但鋼鐵冷軋項目投產(chǎn)后，由于市場對不同規(guī)格的鋼鐵冷軋產(chǎn)品的需求不斷變化，導(dǎo)致各鋼鐵冷軋生產(chǎn)線的產(chǎn)量隨著訂單的變化而時常進行調(diào)整，于是，各鋼鐵冷軋生產(chǎn)線對循環(huán)冷卻水流量的需求隨之發(fā)生變化。原設(shè)計工頻運行的循環(huán)水泵在實際運行時存在不能按需調(diào)整供水流量、使用閥門調(diào)整節(jié)流損失大、入口壓力不恒定、機械磨損嚴重、系統(tǒng)效率低、電能浪費高等問題。

既然工頻運行的循環(huán)水泵滿足不了現(xiàn)場對循環(huán)水量時常變化的需求，就須將6臺循環(huán)水泵中的部分水泵由工頻運行改為變頻運行。經(jīng)對現(xiàn)場的仔細調(diào)研及充分的技術(shù)準備后，確定了如圖3的改造方案。

圖3 工頻運行循環(huán)水泵電機改變頻運行示意圖

即利用原有的QF7、QF8兩臺備用開關(guān)，再增加QF9、QF10兩臺開關(guān)，與一臺10 kV變頻器配置，并在QF1、QF2、QF7、QF8、QF9、QF10等6臺開關(guān)的二次系統(tǒng)完成相關(guān)電氣聯(lián)鎖控制技術(shù)改造后，較好解決了由1臺10 kV高壓變頻裝置分別控制不同10 kV母線上的2臺電動機變頻運行的問題，滿足現(xiàn)場對循環(huán)水量時常變化的需求。

2009年底完成技術(shù)改造并投入運行。實踐證明，由原3臺循環(huán)水泵工頻運行方式改為1臺循環(huán)水泵變頻運行與2臺循環(huán)水泵工頻運行的組合運行方式，可以在恒定水壓條件下，根據(jù)現(xiàn)場需求調(diào)節(jié)循環(huán)水量，改善了循環(huán)水工況，提高了系統(tǒng)效率，減少了機械磨損，節(jié)約了電能消耗。經(jīng)測算，將原3臺循環(huán)水泵工頻運行改為2臺工頻運行1臺變頻運行后，月節(jié)約電量約24.564萬kW·h，按0.75元/kW·h計算，每年可節(jié)約電費約221.08萬元。取得了良好的經(jīng)濟效益。

（2）T8型照明燈管改T5型照明燈管

該企業(yè)建設(shè)冷軋項目時，照明燈管均為40 W的T8型燈管。隨著技術(shù)的進步，可將能耗高的T8型燈管改為節(jié)能型28 W的T5燈管。將該企業(yè)的15725支T8型燈管改為T5燈管后，可節(jié)約電力188.7 kW。按每天照明8 h，0.75元/kW·h計算，每年可節(jié)約電費約41.33萬元。

3.2 降低電能消耗的工藝措施

根據(jù)國家發(fā)改委的相關(guān)規(guī)定，北京地區(qū)大工業(yè)動力電價和“提光”電價分別如表1。

由表1可知，“尖峰、高峰”時段的電價明顯高于“平段、谷段”時段電價，在月耗電量一定的情況下，若將“尖峰、高峰”時段負載調(diào)整至“平段、谷段”時段（即“躲峰”用電），經(jīng)濟效益會十分明顯。據(jù)此，對該企業(yè)的生產(chǎn)工藝按照供電公司“尖、峰、平、谷”計費時段的設(shè)置進行了如下調(diào)整：

表1 北京地區(qū)大工業(yè)動力電價和“提光”電價 元/kW·h

（1）根據(jù)生產(chǎn)計劃，在尖、峰時段，盡量安排冷軋產(chǎn)線停機檢修、水系統(tǒng)停止補水操作；

（2）冷軋產(chǎn)線的啟車、大功率高壓電動機的啟動操作躲開尖、峰時段；

（3）低谷時段，冷軋產(chǎn)線開足馬力生產(chǎn)，水系統(tǒng)充分補水；

（4）在保證冷軋產(chǎn)線生產(chǎn)順穩(wěn)的前提下，盡量將噸鋼耗電量高的產(chǎn)品安排在低谷時段生產(chǎn)。

為了將噸鋼耗電量高的產(chǎn)品安排在低谷時段生產(chǎn)，必須測定不同規(guī)格冷軋產(chǎn)品生產(chǎn)時的噸鋼耗電量。于是，對連續(xù)酸洗軋制機組生產(chǎn)不同規(guī)格冷軋產(chǎn)品時的耗電量開展了測定。將測得的結(jié)果與不同冷軋產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)之間的關(guān)系進行分析后，發(fā)現(xiàn)它們之間存在如圖4關(guān)系。

圖4 噸鋼電耗與壓下率的散點圖

由圖4可以看出，當壓下率增大時，噸鋼電耗有明顯的升高趨勢，成正比例線性關(guān)系。特別是當壓下率大于75%以上時，噸鋼耗電量較大。

圖5 噸鋼電耗與屈服強度的關(guān)系

由圖5可以看出，當屈服強度升高時，噸鋼電耗有一定的升高趨勢。當生產(chǎn)高強鋼時，特別是屈服強度大于250 MPa以上時，噸鋼耗電量較大。

由圖6可以看出，噸鋼電耗與原料寬度無明顯的比例線性關(guān)系，噸鋼電耗不受原料寬度的影響。

由圖7可以看出，噸鋼電耗與原料厚度無明顯的比例線性關(guān)系，噸鋼電耗不受原料厚度的影響。

圖6 噸鋼電耗與原料帶鋼寬度的關(guān)系

基于上述結(jié)論，在安排生產(chǎn)計劃時，盡量將壓下率大、屈服強度高的產(chǎn)品安排在低谷時段生產(chǎn)。

這些措施落實后，在不影響冷軋公司產(chǎn)量、質(zhì)量的情況下，“躲峰”用電效果非常明顯。表2為2012年該企業(yè)“躲峰”用電情況。

圖7 噸鋼電耗與原料帶鋼厚度的關(guān)系

表2 某鋼鐵冷軋企業(yè)2012年“躲峰”用電情況

從表2可知，通過調(diào)整生產(chǎn)工藝，按“躲峰”用電原則組織生產(chǎn)，年可節(jié)約電費109.4萬元。

3.3 降低電能消耗的管理措施

（1）降低“提光”比例系數(shù)

由于該企業(yè)冷軋生產(chǎn)線為新建項目，供電公司向110 kV總降送電前，該企業(yè)必須與供電公司簽訂電費結(jié)算協(xié)議。該協(xié)議中有一項“提光”（即“非居民照明用電”）比例系數(shù)（即每月非居民照明用電量占總耗電量的比例）需要確認。由于當時現(xiàn)場用電設(shè)備未全部安裝，故該協(xié)議中“提光”比例系數(shù)暫定為6%。

冷軋項目各產(chǎn)線全部投產(chǎn)后，按照供電公司確定的“提光”比例原則對全廠2431臺動力設(shè)備裝機容量和15725支照明設(shè)備裝機容量進行了認真細致的普查，結(jié)合該企業(yè)每月的耗電量情況對普查結(jié)果進行了認真的分析、計算。發(fā)現(xiàn)6%的“提光”比例系數(shù)偏高。由表1可知，“提光”電價明顯高于大工業(yè)動力電價，偏高的“提光”比例系數(shù)對該企業(yè)是不公平的。依據(jù)掌握的第一手材料，多次與供電公司協(xié)商溝通，并請其到現(xiàn)場進行檢查核對。經(jīng)過努力，供電公司最終同意將“提光”比例系數(shù)由原來的6%下調(diào)至3%。并于2009年8月重新簽定了“電費結(jié)算協(xié)議”?！疤峁狻北壤禂?shù)下調(diào)后，每年可為該企業(yè)節(jié)約電費約171.12萬元。

（2）提高供電系統(tǒng)月平均功率因數(shù)

以月平均供電系統(tǒng)功率因數(shù)0.90為標準值，供電公司按電力用戶月平均功率因數(shù)的高、低以月電費的比例增、減收用戶電費，功率因數(shù)越高，減收電費的比例越高，功率因數(shù)越低，增收電費的比例越高，具體如表3。

因此，想辦法提高該企業(yè)供電系統(tǒng)功率因數(shù)，既可以改善電能質(zhì)量、降低運行損耗，又可獲得可觀的經(jīng)濟效益。

為提高該企業(yè)供電系統(tǒng)功率因數(shù)，由圖1可看出，該企業(yè)110 kV總降內(nèi)供電1#、2#系統(tǒng)的10 kV母線分別配置了一套無功補償與諧波吸收裝置（簡稱“FC”裝置），基波補償容量均為11 Mvar，裝置配置如圖8。

表3 按月平均功率因數(shù)增、減收用戶電費表

圖8 FC裝置一次主接線示意圖

由于軋機10 kV開關(guān)站為單母線接線，計算負荷約33000 kVA，正常時由供電2#系統(tǒng)供電，而其他10 kV開關(guān)站為單母線分段接線，正常時由供電1#、2#系統(tǒng)向?qū)?yīng)的母線供電，因此，生產(chǎn)時，存在供電1#系統(tǒng)負荷小于供電2#系統(tǒng)負荷情況。由此導(dǎo)致供電1#系統(tǒng)容性無功過補而供電2#系統(tǒng)容性無功欠補。過補與欠補一樣，電力用戶也將遭受供電公司增收電費處罰。為保證該企業(yè)供電系統(tǒng)月平均功率因數(shù)在0.90以上，要求調(diào)度系統(tǒng)隨時調(diào)整供電1#、2#系統(tǒng)負荷，即將供電2#系統(tǒng)所帶的一些空壓機、循環(huán)水泵等負載調(diào)整由供電1#系統(tǒng)運行，使供電1#、2#系統(tǒng)負荷基本平衡。并將此辦法以企業(yè)書面文件方式下達執(zhí)行。經(jīng)過持之以恒的努力，該企業(yè)月平均功率因數(shù)均在0，90以上，2010年～2013年因功率因數(shù)而減收的電費如表4。

表4 某企業(yè)供電系統(tǒng)2010年～2013年因功率因數(shù)而減收的電費

（3）調(diào)整部分變壓器運行方式

該企業(yè)的部分電力用戶的照明、天車等負荷的供電方式為兩臺變壓器同時運行的“雙元”制供電，設(shè)計時按負載率40%（即“N-1”原則）確定變壓器容量。數(shù)量為24臺。但這些變壓器實際運行時負載率約20%左右，存在負荷小、損耗高（鐵損和銅損）等運行不經(jīng)濟問題。下面以容量為2000 kVA變壓器為例加以說明。

由表5可知，24臺變壓器同時運行的損耗高于12臺變壓器同時運行的損耗。由此，可將為照明、天車等負荷供電的變壓器的運行方式由原來的兩臺同時運行的“雙元”制供電調(diào)整為一臺運行一臺“冷備用”的“單元”制供電，具體調(diào)整方式為“每年的奇數(shù)月1#變壓器運行，2#變壓器冷備用；每年的偶數(shù)月2#變壓器運行，1#變壓器冷備用”。這些變壓器的運行方式調(diào)整后，負載率由約20%提高到了40%左右，供電損耗降低了16.44 kW，按0.75元/kW·h計算，每年共計可節(jié)約電費約10.8萬元。

Fine Management for Electricity Consum ption of a Cold Rolling Mill

NIE Jiayu
(Beijing Shougang Cold Rolling Co.,Ltd.,Beijing 101304,China)

The paper gives a brief introduction to the electric power supply system and low-efficiency power utilization of a cold rolling steel company.Some fine management measures for reducing power consumption are presented from the aspects of technology,process and management.

cold rolling mill;power consumption;fine management

TK018

B

1006-6764(2014)03-0001-05