钢铁厂风机水泵系统节电运行实践

李贺昌，杨天亮，李 强

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部，河北唐山 063200）

引言

电力是钢铁厂主要消耗的能源之一，据不完全统计，用电成本占能源介质总成本的30%～40%，电机是风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置，是用电量最大的耗电机械。据统计，我国电机总耗电量，占全社会总用电量的64%，其中工业领域电机总用电量约占工业用电的75%。

为贯彻落实国家节能减排规划和绿色循环经济理念，钢铁行业等高耗能行业尤其需要进行节能减排工作，电动机负载电耗就占能源总成本的30%以上，而风机、水泵是电耗重中之重，因此做好风机、水泵的降耗增效工作就显得极为重要。

1 钢铁厂风机水泵运行现状

通过调研风机水泵的运行情况，发现部分风机水泵类负载设计裕度偏高，普遍存在大马拉小车现象，同时由于现场对风压、风量的需要不够明确,部分设备实际运行数据不全，管理及运行人员未能将最佳控制点进行有效的调节，具体如下：

（1）传统风机、水泵流量的设计均以最大需求来设计，采用阀门或风门挡板等方式来调节流量。但实际使用中流量随各种因素而变化（如季节、温度、工艺、产量等），往往比最大流量小得多。通过调节挡板或阀门的开度来调节流量，实质是通过改变管网阻力大小来改变流量，这样一来存在严重的节流损失，造成风机水泵的运行点偏离最佳效率点，造成浪费。大部分风机、水泵通过阀门进行流量或压力调节控制，使得很大一部分能量损耗在调节阀门上。

（2）部分对调节流量或压力无显著精度要求的风机、水泵多处于阀门全开，最大流量的工作状态，并非工作在最佳效能比状态，造成不必要的能量浪费。

（3）部分设备配有变频调速系统，而现场仅将变频运行手段作为调整工况的一种手段，由于缺少经济运行控制标准，导致运行频率大部分时间未进行调整，未能有效发挥变频设备的节电能力。

（4）部分低压电机Y2、Y3 系列由于效率偏低属于国家淘汰的电机型号。

（5）由于系统电压偏高部分风机设备存在过负荷运行的情况，在异步电动机实际使用时，常常会出现过负荷的现象。长期过负荷或过负荷严重就会使电动机损坏。造成电机过热电动机的激磁电流增加很多，定子的铜损，定子与转子的铁损也要加大，结果容易使电动机过热。

虽然设备的运行电流未超过额定电流，由于运行电压较额定电压高，因而出现电机过负荷运行的情况，从而对设备的稳定运行造成影响。

2 通过管理措施，优化设备运行状态

基于钢铁厂风机水泵类负载普遍存在大马拉小车现象，设备实际运行效率偏低的现状，从优化运行及技术改造两个方面进行风机水泵系统的节电运行控制：

（1）改善系统电压避免设备过负荷运行

针对部分设备出现过负荷影响设备稳定经济运行的情况，可以通过调整系统的电压，调节110 kV 变压器有载分接开关档位来降低10 kV 系统电压，通过实践电压由10.5 kV 降低至10.07 kV，电机的运行电流和有功功率有一定程度的降低，同时设备的稳定运行能力明显得到改善，具体见表1所示。

表1 降低电压对设备节能的效果

（2）优化工频电机运行情况

由于部分工频风机水泵类负载设计裕度偏高，同时由于现场工艺对风压、风量的控制不明确，为确保生产稳定，普遍存在用能过剩的情况，导致用电负荷增加，因此可以通过采取调整阀门开度的措施实现节能目标。

举例：炼钢工艺除尘风机（3350 kW），结合生产工艺进行调整节约电耗，将脱硫二次除尘风机风门开度由95.6%调整到85.5%，电流由原来的205.7 A降低至184.6 A，二次除尘风机功率为3350 kW，每月可节约电量22.3万kWh。

（3）优化变频电机运行情况

京唐公司变频电机、软启动电机占总电机数量的20%左右，据现场了解变频运行电机的风门挡板有未全开的情况，且运行频率大部分时间未进行调整，因此仍有部分节能空间，在正常运行时通过开大风门、挡板降低运行电机频率的方式降低电能损耗，在检修过程中停运工频电机，降低变频电机运行频率实现降低电耗。

1#高炉炉前除尘有3 套变频风机，其中1 套额定功率2240 kW，另外两套额定功率1600 kW，变频器频率45 Hz，经与电气专业及炉前岗位班长沟通，有一定降频节电空间，决定将1#高炉一套炉前除尘风机频率由45 Hz 降低到42 Hz，风机风门100%保持不变。降频后，电机电流由60 A 降低到48 A，风机转速由907 r/min 降低到840 r/min，每小时节电140 kWh。

(4)做好检修期间节电工作

各用电单位通过梳理检修期间停运用电设备明细，明确检修期间系统运行状态。为实现检修期间节约用电，针对用电负荷的各类设备包括工频、变频辅助设备、工艺设备运行情况，梳理检修期间设备的启停标准，对于不必要运行的风机、水泵、液压站等进行统计，制定相关规定，做到应停设备及时停运，以达到节约用电的目的。

3 通过技术手段，实现设备经济运行

针对设备运行状态偏离额定的情况，通常采取的节电措施主要有：

（1）通过调节阀门或风门挡板等方式来调节流量。

（2）改造或更换低效率设备，推广新型的高效风机、水泵。

（3）通过变频调速、永磁调速技术来调节电动机的转速。

通过运行分析来看，调节阀门开度实现节流虽然能够降低一定的运行功率但是由于大量能源被阀门消耗，仍需要采取措施。针对工况变化复杂的设备可以通过变频或者永磁调速实现其在满足工况变化的情况下节电运行的目的，但是由于变频设备对系统电压敏感，容易受到电气故障产生的瞬时低电压停机，稳定运行水平不如永磁调速装置；而对于长期运行在稳定工况并且偏离额定值较大的情况可以根据实际运行参数更换为匹配的风机水泵实现其高效运行；同时对于有节能潜力的设备，电机属于淘汰电机的更新为高效电机，提高电机运行效率，此种方法改造相对简单，对于普遍存在大马拉小车的情况能够起到立竿见影的效果。

表2 节电措施优缺点对比

表2就各项节电措施进行比较和分析。

针对实际运行压力、流量与额定偏差较大的设备通过改变风机水泵进行改造或更换为小功率风机水泵，实现运行与额定状态匹配，达到最佳经济运行状态。

举例：对18台工艺循环水泵更换为高效匹配的节能泵，实现年度节电量1500 万kWh。

4 总结

通过精细化管理实现风机水泵系统的优化运行，完成对风机水泵系统的有效控制，对工频风机水泵通过减小阀门开度，降低变频设备运行功率减少用电量为目的，通过管理手段每年可节约电量2000 万kWh以上。通过风机水泵运行实践，表明通过管理节电的潜力非常巨大，建议继续通过以下措施来激励全员的节能意识，真正做到工艺节电、精细管理、点滴节约。

（1）制定节电奖励政策，各单位制定内部节电方案，梳理设备用电情况，优化设备运行标准，明确责任人。

（2）加强用电消耗限额管理，对各工序电耗、重点耗电设备计划兑现情况严格落实专业考核。

（3）各部门推行能源精细化管理，按照主要耗能介质和重点耗能设备分区域建立能源小指标（单耗形式），完善小指标竞赛。