钢铁冶金企业常见节电措施

2023-04-22胡培培刘立灿

冶金动力 2023年6期

张颖，胡培培，刘立灿

（邯钢能嘉钢铁有限公司能源动力厂，河北邯郸 056015）

前言

节能降碳，是党和国家的发展战略，同时也是企业降本增效、提高市场竞争力的重要措施。钢铁冶金企业作为用电大户，生产过程中要消耗大量电能。例如，多数高炉鼓风机采用大型电动机带动，电动机的运行功率在几千甚至几万千瓦；炼钢使用的电弧炉是利用电极间电弧的高温进行冶炼，功率也在几千至几万千瓦；大型轧钢机的功率同样可达到几千甚至几万千瓦。据统计，根据钢铁冶金企业生产工艺流程不同，吨钢耗电量约为350～600 kWh，约占钢铁成本的10%。随着市场竞争压力的不断增大，节约用电、降低外购电费是冶金企业降低生产成本、提高经济效益的重要措施。

1 选用节能型高效电力设备

随着材料科学和节能技术的不断进步，电力设备的能效标准也越来越高，越来越多的节能设备得到应用和普及。淘汰高能耗电力设备，选用节能型用电设备，可以为企业带来非常可观的经济效益。

1.1 选用最新能效标准的变压器

电力变压器是实现电压变换的电力设备，变压器在运行中会产生一定量的损耗。2020 年5 月29日由国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会联合发布的《电力变压器能效限定值及能效等级》（GB 20052—2020），对不同电压等级的电力变压器能效等级及损耗进行了限定，这是从国家层面通过强制性标准，推动企业向绿色生产模式转型升级。

钢铁冶金企业总用电负荷一般都在几万至几十万千瓦之间，因此供电电源的电压等级一般都在35 kV 及以上，负荷较大的大型钢铁企业电源电压都采用220 kV 等级。而用电设备电压一般在10 kV、6 kV、380/220 V，需要建设降压变电站，将高电压变换成用电设备使用的低电压。通常，钢铁冶金企业还建设一定数量的余热余能回收发电机组，对于大型的发电机组，为降低线损，一般使用升压变压器将发电机发出的电能升压后和电力系统并网。因此，变压器在冶金供电系统中应用非常广泛，对于大型冶金企业，变压器的数量往往可达几百台，电力变压器的节能改造也会给企业带来不菲的经济效益。

以10 kV、1 000 kVA 动力变压器为例，按照《电力变压器能效限定值及能效等级》（GB 20052—2020）生产的最新能效的节能型变压器，空载损耗不超过665 W，负载损耗为7 415 W。而目前使用的S9-1 000/10 型变压器空载损耗为1 700 W，负载损耗为10 300 W。

额定负载运行时，新国标能效的节能型变压器与S9型变压器相比，降低损耗为：

每年按30 天检修工日、335 天连续生产作业工日计算，年降低能耗电量：

按每千瓦时电费0.6 元计算，每年可节约电费：

因此，使用新能效节能型变压器，经济效益非常可观。

目前，一台新国标能效等级的10 kV、1 000 kVA箱式变压器价格约为130 000 元，按照计算节约的电费：

7 年左右时间就能购买一台新能效的同容量变压器。

很多企业认为变压器只要能用就可以一直运行，却没有认识到变压器自身损耗的严重性，因此，按照最新国标选用最新能效的变压器或按照最新国标对老旧变压器进行节能改造，是节约用电的一项重要措施。

1.2 选用节能型电机

电机是电动机和发电机的统称，电动机是电能转换成机械能的装置，发电机是机械能转换成电能的装置。高效节能的电机采用新型电机设计、新工艺及新材料，通过降低电磁损耗、发热损耗和机械损耗，提高输出效率。

大型冶金企业的电机数量众多且装机容量非常大，单台电机容量从几千瓦到几万千瓦不等，电机年消耗电量在10～40 亿kWh，使用高效节能电机能提高企业经济效益。

2020年5月由国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会联合发布的《电动机能效限定值及能效等级》（GB 18613—2020），规定了不同功率电动机的效率限值。对于高能耗老旧电机进行节能改造，可以明显降低损耗、节约电费支出。对于新建设项目，按照国家最新电动机能效标准选用高效节能电机，有利于进一步推进企业绿色、高效生产。

1.3 选用节能型照明灯具

钢铁冶金企业厂房、仓库、路灯等照明用电一般占总用电量的3%～5% 左右。随着新型节能光源的推广普及，LED 照明灯具逐步得到普遍应用，价格也在降低。同等发光条件下，LED 灯具的耗电量仅为卤素灯的四分之一左右，LED 灯的寿命也长于卤素灯。全面推广使用LED 高效节能灯具、对老旧照明灯具进行节能改造，可以节约大量照明用电。

一个大型厂房有100 盏卤素照明灯，每盏灯功率250 W，总照明功率：

如果将50盏卤素灯改成LED 灯具，每盏灯功率75 W，改造后照明总功率：

钢铁冶金企业都是连续作业，厂房照明24 h 工作，电价按0.6 元/kWh计算，一个厂房照明改造后每年节约电费：

以上只是一个厂房照明节能改造所节约的电费，对于拥有众多厂房的大型钢铁冶金企业而言，工厂照明节能改造节约电费将非常可观。

1.4 选用节能型用电设备

除了主体用电设备外，工厂中还需使用大量空调、制冷、水泵、风机等设备，以上设备选用节能类型也是工厂节电的重要措施。

2 变频调节技术节电

生产过程中，许多设备的负荷变化较大，如部分风机的负荷率在20%～90%间大幅变化，部分供水泵负荷率变化也较大。对于这些负荷率变化比较大的风机或水泵电动机，加装变频调节装置是比较成熟和普遍的节电做法［1］。经过实际测算和统计，变频调速在实际生产运行中一般可以节电30%左右，节电效益十分明显。

需要注意的是，变频节电只适合运行负荷变化比较大的工况，对于平稳负荷且接近于满负荷工作的设备，则起不到节电作用。

3 余热余能回收再利用节电

钢铁冶金企业利用余热余能发电途径很多，如炼焦、炼铁、炼钢冶炼过程中会产生大量煤气副产品，这些煤气成分复杂，含有一定的颗粒物，不能直接利用，但可以用来燃烧产生能量，带动发电机发电。通过回收焦化、烧结生产过程中的余热，可以进行发电；利用炼铁高炉煤气的压力，推动透平机也可以进行发电。1 座500 万t 的钢铁厂，发电机组的装机容量约300 MW，自发电比例可以超过70%，提高自发电比例，可以大大降低外购电费，这已经成为钢铁冶金企业新的效益增长点。

近几年来，随着锅炉技术的不断进步，效率更高的亚临界燃气锅炉和超临界燃气锅炉相继研发成功［2］。钢铁冶金企业新建的煤气发电一般采用高效亚临界燃气锅炉或超临界燃气锅炉，与普通的高温高压锅炉相比，效率能够提高30%以上。据中国新闻网2022 年4 月2 日报道，世界上首套超临界燃气锅炉已经在广西盛隆冶金有限公司投产运行，该机组年发电量10.6 亿kWh，一年可减少二氧化碳排放85.4 万t，经济效益和社会效益非常可观。

钢铁冶金企业余热余能回收发电成本非常低，仅由人力资源、设备维修、设备折旧等费用构成。因此，许多钢铁冶金企业越来越重视余热余能发电的运行和管理，把它作为降低成本、提高产品市场竞争力的重要措施。

4 生产管理节电

4.1 合理利用峰谷电价差降低电费

合理安排生产班次，充分利用峰谷电价差别，可大幅降低电费支出。

大工业电价一般采用峰、平、谷段不同电价结算，以河北南部电网220 kV 电压等级电费结算价格为例，高峰段电价为0.733 0 元/kWh，平段电价为0.531 4 元/kWh，谷段电价为0.329 8 元/kWh。峰段电价比谷段电价高0.403 2 元/kWh。对于非连续作业的轧钢生产厂，可以通过合理安排生产班次，使谷段满负荷生产，峰段对设备进行维护保养。虽然相同产量下消耗的电量不会降低，但以谷段低电价计费，可以大大降低电费支出和生产成本。