1 水泥行業(yè)電氣節(jié)能技術

　　節(jié)約能源是我國的基本國策，國家制定了“節(jié)能中長期專項規(guī)劃”，為落實此規(guī)劃目標，國家發(fā)改委最近啟動了十大重點節(jié)能工程，包括節(jié)約和替代石油、燃煤工業(yè)(窯爐)改造、區(qū)域熱電聯產、余熱余壓利用、電機系統節(jié)能、能量系統優(yōu)化、建筑節(jié)能、綠色照明、政府機構節(jié)能以及節(jié)能監(jiān)測和技術服務體系建設工程等。作為耗能大戶的水泥行業(yè)是國家宏觀調控的重點，也是節(jié)能的重點行業(yè)，在“十一五”期間國家十大重點節(jié)能工程中和水泥行業(yè)有關的有：燃煤工業(yè)(窯爐)改造、余熱余壓利用、電機系統節(jié)能、能量系統優(yōu)化等項，通過實施專項規(guī)劃，水泥單位產品綜合能耗要求下降20％，生產每噸水泥電耗控制在100kWh內。按我國水泥年產12億噸計算，如達到節(jié)能指標，則每年可節(jié)約百萬噸煤，節(jié)電百億度，并且可使廢氣排放量降低，有利于保護環(huán)境，同時也降低了企業(yè)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(jié)能技術推廣將有助于顯著減少一次能源的消耗和環(huán)境污染。水泥廠電氣節(jié)能的就是要從電網開始，在供、配、用電的各環(huán)節(jié)上挖掘節(jié)電的潛力，其中有：線路和變壓器的節(jié)能，盡量降低供電系統的損耗；電機系統的節(jié)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(jié)能電光源；低溫廢氣的余熱綜合利用，實現純低溫余熱發(fā)電和供熱工程；在運行過程中，還要對整個電網實施在運行管理技術上的節(jié)能技術。

　　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，石灰石皮帶機運輸，一直到水泥散裝發(fā)運為止的主生產流程，以及空壓機、水泵站、水處理、廠前區(qū)、機電修等輔助流程。據常州某5000t／d熟料水泥廠統計：整條生產線總裝機容量約為38000kW，設計計算負荷約26000kW，如功率因數COSΦ以0．92計，視在容量則約28000kVA，為此水泥工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，則用兩臺l6000kVA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某一實例。另據綜合信息，一座5000t／d熟料水泥廠共有電機約700臺左右，雙向運轉電機約為l5臺，閥門數量約為80個，其中電動控制閥門為70臺左右，還有其它用電設備等約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(huán)節(jié)上論述水泥廠電氣節(jié)能的可行性及相應措施，有關純低溫余熱發(fā)電的技術和節(jié)電不在本文討論范圍。水泥工業(yè)節(jié)能和自動化的關系筆者已在其它文章另有論述。

　　2 供配電系統的節(jié)能

　　一個大型干法水泥廠的供配電系統是指從國家電網將高壓引入總降壓變電站到各用電設備間的全部線路、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(jié)能的主要措施，它包括需要增加一定投資對設備進行改造的硬措施，也包含不需增加投資，僅需改善運行管理的軟措施。

　　2．1采用節(jié)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干法水泥廠應直接用110kV或220kV(東北地區(qū)66kV)引入總降壓變電站，取消35kV，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，線損也越低，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l0kV，將傳統的6kV提升了一級，一次投資可能稍有增加，但運行成本將降低。

　　(2)選用節(jié)能型變壓器，合理選擇變壓器的容量

　　水泥廠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(jié)能型變壓器在質量方面已達較高水平，目前新投運水泥廠大多選用S9系列節(jié)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l0％。另外，新型低損耗產品Sll型卷鐵心變壓器以及非晶合金鐵心變壓器已進入市場，由于價格偏高，今后將逐步推廣。

　　合理選擇變壓器的容量，使變壓器的負荷率最佳，其運行效率也最高，損耗則最低。一般認為配電變壓器負荷率為額定容量的70％～80％較合適，而對主變壓器則應盡量按最大需求量選擇容量，并以此來計算基本電費，確保變壓器在經濟、安全可靠的狀態(tài)下運行。

　　(3)采用節(jié)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，電力部門對水泥廠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，如有的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(jié)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。

　　(4)用節(jié)能型金具，合理選擇導線截面

　　一個非節(jié)能型金具可引起的損耗約為10～15W，一個大的水泥廠配電網絡上的連接金具數以千計，由金具造成的損失是非?？捎^的，因此在配電網絡中，采用節(jié)能型金具是一個有效的技術措施。對溫度差異大或過高的連接點應處理、改進或更換節(jié)能型金具。

　　2．2運行管理的電氣節(jié)能

　　對已投運的水泥廠，供配電系統的經濟運行是降低系統損耗和節(jié)能的有效途徑，通過合理的運行管理和方式使電網的損耗降至最低。

　　(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，這就是三相電流不平衡。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，如輥壓機系統等負荷波動較大，易引起三相電流的不平衡，建議裝設就地無功動態(tài)補償裝置。

　　(2)合理利用峰谷電力資源

　　所謂負荷率是平均負荷與最大負荷之比，提高負荷率是電力系統重要指標，電力部門實行峰谷不同電價，就是為了降低電能損耗，一般峰時電價是谷時電價的3倍，如山東省峰時電價為每度0．72元，谷時電價為每度0．24元。水泥廠應合理安排用電時間，將水泥磨系統生產盡量安排在谷時，既節(jié)省了成本，又節(jié)約了電能。

　　(3)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％。

　　(4)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％～l5％，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。各電力室的配電變壓器的負荷率在設計時已基本確定，經濟調度的重點應是一些非連續(xù)運行的用電設備、輔助流程的用電設備以及照明、空調等。

　　(5)實現全集成能源管理如電站綜合自動化系統

　　近年來電力行業(yè)各級調度都采用了電網調度自動化系統，要求各級變電站具備相應的系統與之通訊，在各級調度站能監(jiān)控企業(yè)變電站的運行情況。在這大環(huán)境中，現新建水泥廠采用電站綜合自動化系統，這種系統除前臺裝有各種形式的綜合保護器外，還有后臺監(jiān)控系統，保護定值在后臺系統修改，可以方便地對水泥廠各個配電站的定值進行修改。另外對電機的保護功能大大加強，充分體現系統調度功能的優(yōu)越性。目前國外有些公司提出了全集成能源管理，如西門子公司推出了TIP的理念，實際操作是選用智能、節(jié)能、效率高、損耗低的變壓器、開關、控制和保護裝置等設備，通過各級通信，傳遞運行信息，并有一優(yōu)化控制軟件，實現電能全集成管理，這也是我們今后努力的方向。

　　(6)加強計量管理

　　已采用電站綜合自動化系統的水泥廠，主要工作是及時查找電量損失原因，進行局部和全面的統計分析；未采用電站綜合自動化系統的應加大計量裝置的投入，提高計量精度，保證計量的準確性，并定期校驗電能表。

　　3 選用節(jié)能型用電設備

　　水泥廠電動機的裝機容量占全廠總裝機容量的90％以上，電動機系統的節(jié)能包括電動機本體的節(jié)能和電動機傳動系統的節(jié)能。例如風機、水泵類變頻調速系統節(jié)能，采用高效的傳動系統，如高效的減速機以及適合于各種主設備的傳動系統，如大型磨機的雙傳動系統等。水泥廠的照明也占有一定負荷，選用節(jié)能型用電設備對水泥廠整體節(jié)能有舉足輕重的影響。

　　3．1選用節(jié)能型高效電動機

　　目前我國水泥廠主要采用Y系列和Y2系列電動機，其平均效率分別是87．3％和86．3％，平均功率因數分別是0．84和0．846，基本符合國家標準GBl8613—2002《中小型三相異步電動機能效限定值及節(jié)能評價值》中能效限定值的要求。而有些外資水泥廠采用ABB或SIEMENS技術引進的高效電動機，其效率能提高2％～3％，損耗可下降20％左右，雖然價格要高出約30％，但對于年運行時間超過5000h、負荷率大于70％的負荷電動機，采用高效電動機還是合算的。據統計，某廠裝機2萬kW電動機，如改用平均效率提高1％的節(jié)能型高效電動機，年平均運行時間按5000h計，年節(jié)電可達100萬度。我國新研發(fā)的YX、Y2-E系列高效電動機與Y系列相比損耗可下降20％～30％，效率提高1％～3％，相信不久的將來我國水泥廠在工藝改革前提下，也會逐漸使用節(jié)能型高效電動機。

　　3．2交流變頻調速系統節(jié)能

　　(1)大功率高壓變頻器

　　一條新型干法生產線風機的耗電量約占整個廠用電量的30％，另外增壓水泵和循環(huán)水泵的裝機容量也不小。由于風機和水泵是屬于平方率負載，如換成交流調速系統，把消耗在檔板和閥門上的能量節(jié)省下來，節(jié)能效果是很可觀的，據統計平均節(jié)能在20％左右。由于控制要求不高，只要選型正確，各類變頻器都可用于泵類和風機中。目前小功率通用型變頻器在國內水泥廠已普遍應用，大功率高壓的泵類和風機負載也開始采用了大功率高壓變頻器，如有的5000t／d水泥廠功率為2500kW窯尾高溫風機也采用了高壓變頻器。高壓變頻器可供選用的方案有幾種，選用原則是可靠安全，對電網產生諧波干擾小，價格適中。根據一些信息反饋，采用由低壓半導體器件組成功率單元串聯的高壓變頻器是較理想的，如西門子下屬的羅賓康型高壓變頻器。對于啟動轉矩大、運行時轉矩變化大的負荷如窯傳動，筆者認為沒有必要采用高壓變頻器。

　　(2)交流調速裝置應用事項

　　a交流變頻調速傳動裝置對電網會產生諧波干擾，應按中國的諧波標準GB／Tl4549—93加諧波濾波器或電抗器，使其對電網干擾最小。

　　b為使變頻調速器受外界干擾影響最小，控制電纜、電源電纜與電動機的連接電纜的走線必須相互隔離。不要把它們放在一個電纜線槽中或電纜架上，輸入和輸出信號回路必須用屏敝對絞線，根據需要還可考慮加隔離變壓器和進線電抗器，使其受干擾影響最小。

　　c在低速運行時，須防止軸系的震蕩；在高速運行時，須防止超速。

　　3．3推廣應用節(jié)能型照明電器

　　綠色照明的核心是推廣和應用高效節(jié)能型照明電器，在辦公樓、電力室、控制室、中控等推廣使用自整流式緊湊型熒光燈，取代白熾燈，如采用T8型熒光燈取代Tl2型熒光燈，節(jié)約能耗及電費約20％，若采用節(jié)能型電感整流器，節(jié)能效果也十分明顯；在水泥廠廠區(qū)則應積極推廣高壓鈉燈和節(jié)能燈。在推廣節(jié)能型照明電器的同時，也應加強照明設施的維護管理，大力做好節(jié)電宣傳等。

　　純低溫余熱發(fā)電是國家重點扶植的項目，“十一五”期間實現低溫余熱水泥生產線將達40％，它對水泥廠節(jié)能、降低成本、清潔生產有十分重要的作用。此專題在各種場合已有很多論述，本文就不再贅述了。

　　4 結束語

　　水泥行業(yè)面臨宏觀調控，也面臨GDP能耗降低20％的硬指標，在環(huán)保和保護生態(tài)方面也有較大壓力，為此水泥行業(yè)應把節(jié)能降耗作為很重要的工作去實施。

　　電能是最經濟實用、清潔方便且容易傳輸、控制和轉換的能源形式，水泥廠電氣節(jié)能技術的推廣將有助于顯著減少一次能源的消耗和環(huán)境污染，也有助于降低水泥廠的運行成本。