矿山设备运行能耗分析与研究

王香玲

（太原钢铁(集团)有限公司矿业分公司峨口铁矿，山西代县 034207）

0 前言

节能减排既是我国的国策，也是地方政府对矿山企业的要求，因此国家出台了一系列引导、扶持矿山企业有效实施能源管理，实施节能减排的政策。但因企业的能源管理比较粗放和混乱、责任不清，造成现场设备跑、冒、滴、漏和长流水、长明灯等能源浪费现象较多。矿山设备在能源消耗过程中，能源计量不准确、大马拉小车、高能耗设备投用和能源内外流失等浪费现象经常发生，因此矿山设备能耗分析与研究的首要任务是提高能源计量准确率，减少高能耗设备运转，减少无功损耗和无效空转，明确能源管理职责，杜绝能源流失。实现矿山设备低能耗管理标准化，更好发挥矿山设备运行高效率、低能耗的目标。

1 矿山设备运行高能耗现状

峨口铁矿是太钢不锈钢的一座有50年历史的集采矿、选矿、球团焙烧于一体的联合型国有大型矿山，采矿设备包括穿孔、爆破、铲装、运矿和平峒溜井胶带运输等矿山设备；选矿设备包括四段破碎、三段磨矿、四次分级、五次磁选等矿山设备；球团设备原设计为2台8 m2竖炉焙烧生产，2005年由过去120万t/a竖炉烧结改扩建为200万t/a链蓖机-回转窑-环冷机球团烧结等矿山设备。近年来，由于自产铁精矿不能满足球团烧结生产需求，需外购铁矿粉加工来补充不足。2009年峨口铁矿进行了采选设备扩能改造，扩能后矿山设备处理铁矿石由500万t/a提高到750万t/a，生产铁精矿由120万t/a达到200万t/a以上，完全满足球团烧结的生产要求。采选设备扩能改造工程给峨口铁矿带来了巨大的生机和效益，但随着扩产扩能工程及配套工程的实施和推进，矿山设备能耗结构发生了根本变化，选矿设备旧工序，即铁精矿生产工序能耗指标却从2009年扩能改造前46.08 kg标煤/t铁精矿上升到2017年51.82 kg标煤/t铁精矿，能耗逐年升高，使选矿设备能耗升高较快。能耗升高的原因，主要是治理岗位粉尘，改善职工工作环境而进行的环保设备改造，为提高磨矿产能而进行的大型设备投入，露天剥采原矿质量不均匀而进行的配矿作业，矿山设备选型不合理大马拉小车，生产组织和运行方式不科学，以及现场设备的源跑、冒、滴、漏和长流水、长明灯等能源浪费现象严重，既影响了矿山设备节能降耗工作开展，也制约了矿山企业的生存和发展。

2 矿山设备运行高能耗分析与研究

峨口矿山设备高能耗的原因，一是先天设计缺陷，二是扩产后大型设备投入，但最终还是管理不到位、运行不科学、设备选型不合理、生产组织不切合实际等原因造成。为此，从3个方面对矿山设备运行高能耗原因进行分析和研究。

2.1 先天设计缺陷造成矿山设备运行高能耗

（1）随着采场时空关系的变化，矿石越来越少，采场越来越深凹，运矿车运输矿岩距离近3年来逐年增加，2009年平均运距从原来 0.568 km/t增加到 0.961 km/t，2011年增加到1.276 km/t，2014年增加到 1.466 km/t，2017年平均运距高达1.68 km/t，矿岩运距延长意味着运矿车消耗柴油增加，运距延长还造成了电铲装车待车时间相应延长，无功耗电量增加。

（2）随着峨口铁矿750万t/a扩能改造项目的实施，大型矿山设备逐步投用，平峒运输、破矿能力也相应增加，磨矿设备由过去11台球磨机增加到现在14台球磨机，浮船回水泵站、五道弯泵站、环水泵站相继增加了水泵台数，但是基础贮矿仓3万t的储矿能力没有同步扩容，现有料仓的先天设计局限性致使球磨机缺料、待料现象经常发生，限量生产、限时运行造成球磨机能耗不断增加，因此先天设计缺陷造成了球磨机低效率、高能耗运行。

（3）尾矿库浮船水泵回水量的80%回水量用于破碎除尘和20%回水量用于磨选设备冷却，回水管路设计为（浮船—破碎—磨选）串联方式，当3万t料仓储矿满足球磨机磨矿生产需要时，破矿设备可上午停机（3～4）h用于设备日常维护检修，而浮船水泵回水要满足磨选设备冷却需要继续运行，结果是破碎除尘设备在停机期间开动回水设备，这是先天设计不合理造成高能耗的又一原因。

2.2 采选配矿生产造成矿山设备运行高能耗

峨口铁矿采用多采场联合开采的方式，南西、南东、北东、北西等采场按照现有境界连续生产，由于各采场矿源质量不均匀、结晶粒度不一致，含硫量不一样，北东采场存在大量结晶粒度细、含硫量高且难磨难选矿石（工业试验13 min磨矿后铁精矿TFe品位＜62%），如果集中入选会对选矿系统造成铁矿粉品位低、含硫量高，不仅造成球磨机磨矿效率低，而且精矿粉品位也不达标。为此，峨口铁矿出台了各采场配矿管理办法，制定了月度配矿计划及周配矿计划，精细采场配矿工作，对配矿电铲设备进行小时控制，提高难磨难选矿石可控度，确保难磨难选矿合理配入磨矿选别工艺及设备。但配矿带来的2台运输和破矿设备不能满负荷生产，同等用电条件下每小时生产量仅为额定生产量的1/3～1/2，因此矿山设备低效率、高空转率、大马拉小车的配矿生产方式，而造成矿山设备运行时的高能耗。

2.3 环保设备大量投入增加了矿山设备能源消耗

近年来由于国家新环保法实施，极大提高了矿山环保要求及污染排放标准，增加了矿山环保设备设施，也提高了矿山设备总能耗水平。例如，破碎筛分车间由于大块矿石经破碎到细小颗粒及胶带机输送过程中，矿石粉尘悬浮速度大于沉降速度，造成的扬尘弥漫在厂房空气中，岗位粉尘浓度大大高于国家标准2 mg/m3，原有除尘设备不能达标排放，为此峨口铁矿投资500多万元人民币对选矿破碎筛分除尘设备进行改造，安装文丘里湿式除尘器17台，布袋式除尘器2台，新增总负荷达到969 kW；还投资685万元人民币新增烧结球团料仓装车除尘设备，使球团现场环境得到极大地改善等。环保设备的大量投入，在改善工作环境的同时，也新增了矿山设备用电总负荷，提高了矿山设备总能耗水平。

3 矿山设备运行降耗策略

3.1 制定节能降耗管理措施

（1）建立科学合理的设备能耗管理体系，将矿山设备能耗指标按年、季、月100%分解落实到各作业区、各工序和各用能部位，进行逐月比对分析。对完不成指标的单位进行责任制考核，同时制定措施监督执行。

（2）进一步规范转供能源秩序，防止能源对外流失，严格审批用能手续，凭转供双方签字认可的结算单方可结算转供能源数量。要使能源计量设备配备率达到98%，重点结算部位配备率达到100%，确保能源计量设备在有效期内运行，能源计量数据需准确可信。

（3）严格管理，控制非生产设备的能耗，完善用能计量监督管理，对无证使用非生产用电设备进行严格考核。

（4）以点检定修为核心，以TPM管理为手段，通过日常点检、专业检查、监督机制，开展设备“零缺陷”管理、构建矿山设备“零故障”管理模式，确保用电设备满负荷运行，减少设备无功损耗，加大设备故障停机考核力度，完善功能性检修管理，缩减非计划停检。

（5）严禁设备空负荷、低效率运转，合理匹配开动水泵，杜绝大马拉小车现象，主机停车后，附属用电设备必须停止运行。

（6）科学组织生产，合理配矿，稳定原矿品位，提高精矿产量，实现生产设备的节能。

（7）严格进厂燃料质量把关和过程使用监督工作，提高煤粉燃烧质量，杜绝能源浪费。

（8）严格执行运矿车柴油使用管理制度，按照运矿车运输产量结算柴油和司机绩效工资，杜绝柴油流失和浪费。

（9）生产组织上利用采矿小挖机WJ450专门清理采场边坡和鼓包，利用大挖机WJ1200进行铲装作业，发挥大型设备的产能优势，用大产量带来低能耗。

3.2 采用技术攻关实现节能降耗

（1）矿山改建、扩建工程应提前在可行性研究中对项目能源情况进行评估，将经济利益和能耗损失进行比较，矿山企业在做设备选型配套设计时要提前预防、严格把关，应选择“低能耗、排废少”的高效率设备。例如，新投产的球团烧结工序采用新设备、新工艺能耗指标，从2005年的59.5 kg标煤/t球团降到2017年的22.75 kg标煤/t球团，能耗指标每年下降一个台阶，充分体现了矿山烧结新设备、新工艺等带来低能耗、高效率的优越性。

（2）水泵电机、燃煤锅炉、选别设备和内燃设备，要科学计算检测能耗指标和主要技术性能，对于连续运行的设备，要定期检测工作状态，及时点检和定修，及时排除故障；对于“跑、冒、漏、渗”的设备，要及时进行技术改造，保证设备运行技术性能良好和工作高效。

（3）开创性进行节能技术改造，例如，矿山设备油站原来用水冷却，要逐步推广用空气冷却，既改善冷却效果，又节能减排。因为现在矿山用水成本远比用电成本高，在减量用水的同时，也可降低供水电能。

3.3 实施工艺改造，降低设备运行能耗

（1）将矿山供水高压泵站440 kW，JSQ148-4三相异步电机改造为高效高压永磁电机工艺，单台泵供水电耗由1.45 kWh/t降低到了1.27 kWh/t，综合电耗由1.9 kWh/t下降到了1.88 kWh/t，改造后每台每年可节电16万元人民币，10台每年可节电约近160万元人民币，3.5年可收回电机改造投资成本。

（2）对选矿设备现有工艺流程进行了设备工艺改造，增建1台MQY3200×4500球磨机作为三段磨矿，由两段磨矿改为三段磨矿，二段双螺旋分级机改为FX500mm－GT×4旋流器，旋流器溢流用6台CTB1024磁选机进行二次磁选，二磁精矿用3台CTB1024磁选机进行三次磁选，三精直接泵送到高频细筛，增加2台2SG48—60W—5STK德瑞克细筛作为三段分级设备，筛下物料先用磁团聚选别再进行磁重选别，磁重选精矿再用3台CTB1024磁选机进行第四次选别，既提高了矿山设备原矿处理量，又降低了矿山设备能源消耗。

（3）2016年峨口铁矿又投资增加了提铁降硅淘洗机选别工艺，细碎后干选甩尾工艺，尾矿回收捞选工艺，从尾矿浆中回收铁精矿，节约了资源，提高了设备产能；增加了铁精矿浆过滤干燥工艺，对铁精矿浆进行初滤，经过滤干燥工艺将铁矿浆含水量从70%降到10%，实现高浓度铁精矿浆多输送20 km，降低了输送能耗，而且使综合精矿品位达到了66.40±0.40%的标准。

（4）将运行功率1000 kW大型滑动轴承球磨机，改进为大型滚动轴承球磨机工艺，设备运行降低能耗9%～11%。

（5）电锅炉改为空气能锅炉新工艺，降低运行能耗6%～8%。

综上所述，一系列矿山设备工艺技术改造，极大降低了矿山能源消耗，提高了设备运行效率。

4 结语

矿山设备运行能耗是矿山企业能源管理的核心，做为能耗大户的矿山企业，要坚定不移地走矿产资源节约型、环境友好型可持续发展道路，要做好节能减排工作，要以长远发展的眼光、以科学求实的态度、以真抓实干的作风，大力推行设备节能降耗，要使用节能型新材料，节电型新设备，节煤型新锅炉等矿山设备，全面推广矿山设备低能耗管理的标准化模式。