節約能源是我國的基本國策,國家制定了“節能中長期專項規劃”,為落實此規劃目標,國家發改委最近啟動了十大重點節能工程,節能工程包括節約和替代石油、燃煤工業(窯爐)改造、區域熱電聯產、余熱余壓利用、電機系統節能、能量系統優化、建筑節能、綠色照明、政府機構節能及節能監測和技術服務體系建設工程等。作為耗能大戶的水泥行業是國家宏觀調控的重點,也是節能的重點行業,在“十一五”期間國家重點節能工程中和水泥行業有關的有:燃煤工業(窯爐)改造、余熱余壓利用、電機系統節能、能量系統優化等項,通過實施專項規劃,水泥單位產量綜合能耗要求下降20%,生產每噸水泥電耗控制在100kWh內,如按我國水泥年產12億噸計算,達到節能指標,則每年可節約百萬噸煤,節電百億kWh,并且可使廢氣排放量降低,有利于保護環境,同時也降低了企業成本。電能是各種能源中最為經濟實用、清潔方便,且容易傳輸、控制和轉換的能源,電氣節能技術推廣將有助于減少一次能源的消耗和環境污染。水泥廠電氣節能就是要從電網開始,在供、配、用電的各環節上挖掘節電的潛力。其中線路和變壓器的節能,盡量降低供電系統的損耗;電機系統的節能,采用高效的傳動系統,提高電動機系統的效率;大力推廣“綠色照明工程”,使用高效節能電光源;低溫廢氣的余熱綜合利用,實現純低溫余熱發電和供熱工程;在運行過程中,還要對整個電網實施管理技術上的節能。
如:一條5000t/d新型干法水泥熟料生產線,主要用電包括石灰石礦山,皮帶機運輸機械,一直到水泥散裝發運的主要生產流程,及空壓機、水泵站、水處理、機電維修等輔助流程。據常州某5000t/d水泥熟料生產線統計:整條生產線總裝機38000kW,設計計算負荷約26000kW,如功率因數以0.92計算,容量則約28000kVA,為此水泥廠必須設置總降壓變電站,選用一臺容量為35000kVA主變壓器,如雙電源進線,則需兩臺16000kVA變壓器。由于每條水泥熟料生產線接入的電網和工藝狀況不同,上述數據和配置則是其中一例。另據綜合信息,一條5000t/d水泥熟料生產線共有電機約700臺左右,雙向運轉電機約為15臺,閥門數量約為80個,其中電動控制閥門為70臺左右,還有其他用電設備約300臺組。由總降壓變電站接入的電能,必須經由若干個開關站點和馬達控制中心組成的供配電系統才能輸送到各用電設備。本文將從水泥生產線供、配、用的各環節,簡述水泥廠電氣節能的可行性及相應措施。
供配電系統的節能
一個大型水泥企業的供配電系統,是指從國家電網將高壓電引入總降壓變電站到各用電設備間的全部線路,包括變壓器、開關、控制和保護裝置等設備,要設法降低供配電的線路與變壓器的損耗是其節能的主要措施。
1.采用節能型的供配電設備
①合理選擇供配電電壓。在額定電壓允許情況下,提高引入的高壓電電壓等級,是降低線損率的有效措施,一般在35kV及以上供電電網中,每提高運行電壓1%,可降損1.2%,5000t/d干法水泥生產線應直接用110kV或220kV引入總降壓變電站,它既可提高輸送容量,又可大大降低線損率。對于配電網,供電電壓等級越高,線損就越低,而線損是隨電壓平方成反比而下降,目前有些新建的水泥廠已將供電電壓升為10kV,將傳統的6kV提升了一級,一次性投資可能稍有增加,但運行成本將降低。
②選用節能型變壓器,合理選擇變壓器的容量。水泥企業每個電力室設置變壓器若干臺,在傳遞功率過程中要產生損耗,分別為空載損耗和負載損耗,在確保變壓器安全和可靠運行的基礎上,要選用損耗低的變壓器。我國節能型變壓器在質量方面已達到較高水平,目前新建的水泥廠大多選用了S9系列節能變壓器,其損耗值與S7系列相比,空載損耗可降低10%,負載損耗可降低10%,另外,新型低損耗產品S11型卷鐵心變壓器及非晶合金鐵心變壓器都已進入市場,但價格還偏高,今后將逐步推廣。
③采用節能型無功補償裝置,實現無功分散和就地補償。無功補償就是借助于無功補償設備提供必要的無功功率,以提高系統的功率因數,降低能耗。為改善電網電壓質量,電力部門對水泥企業總降壓變電站功率因數有總體要求,目前大多數水泥廠的無功補償設備做到了分級補償和集中補償,但分散就地補償還不夠,如有些負荷波動較大的用電設備未裝就地補償裝置。
現在新型的節能型無功補償裝置已開始應用,如SVC型無功補償裝置,它可根據實際需要自動投入等量或不等量電容,實現三相對稱或不對稱補償功能,另外它帶有RC吸收回路,能濾除高次諧波。
2.運行管理的電氣節能
對已投入運行的水泥企業,供配電系統的經濟運行是降低系統損耗和節能的有效途徑,通過合理的運行管理方式使電網的損耗降為最低。
①調整系統總體負荷平衡,配電系統負荷應做到總體和分級的逐級平衡。變壓器的三相負荷不平衡時,特別是低壓網絡,有的相電流較小,有的相電流接近甚至超過額定電流,這是三相電流不平衡,在這種情況下,不僅影響變壓器的安全經濟運行,而且造成有功功率的損失,必須定期進行三相負荷測定和調整,力求變壓器三相電流的平衡。在高壓系統中,如輥壓機系統負荷波動較大,易引起三相電流的不平衡,建議裝配無功動態補償裝置。
②減少空載損耗,對暫不用供電回路,應及時斷開電源線路,以減少線路上的空載運行損耗,一般可達3%~5%。
③實行經濟調度,提高變壓器運行效率。變壓器消耗的無功功率一般約為其額定容量的10%~15%,它的空載無功功率約為滿載時的1/3,為改善水泥廠的功率因數,應使變壓器的負荷率最佳,實現經濟調度。
④實現全集成能源管理,近年來電力行業各級調度都采用了電網調度自動化系統,它就要求各級變電站具備相應的系統與之配套,