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山东节能协会

改造矿热炉系实现节能降损

来源：时间：2016-04-19

铁合金冶炼用矿热炉系是一种耗电量巨大的工业电炉，又称电弧电炉。它主要用以从矿石中将主要元素还原，主要电器设备包括炉壳、炉盖、炉衬、短网、水冷系统、排烟系统、除尘系统、电机壳、电极压放及升降系统、上下料系统、把持器、烧穿器、液压系统、矿热炉变压器及各种电器设备。矿热炉用变压器的低压侧为典型的“低电压、大电流”短网供电，一般来说，对于工业电炉的改造，用户更关注的是电力节能和电能节能两个方面，鉴于矿热炉特性，节能专家认为对铁合金冶炼用矿热炉系的短网进行节能改造是实现节能降损重点任务。
稷山东方铁合金公司作为运城地区耗能大户，2015年在节能专家的指导下对所属两个冶炼分厂进行了节能改造，成效显著。节能专家通过对该公司三个冶炼厂调研后发现，第三冶炼分厂为新上110kV生产矿热炉，其能效情况较好，不在节能考虑范围内。而第一冶炼分厂、第二冶炼分厂（简称一冶厂、二冶厂）的供电系统相对而言就比较老旧，另外用于全厂供水系统、空气压缩机系统的动力厂（1号站）及硅粉厂的供电系统也很老旧。根据一冶厂、二冶厂供电现状，专家诊断出该企业的能源成本占全厂大概为50%，而无论是在三个分厂，还是全厂的能源消耗中，电耗均占全部能耗和水耗总成本的77%，足可见，节能是该厂降低能耗的主要部分。
首先，针对该企业电气主接线，专家通过能耗诊断，制定出对该厂节能降损的改造重点。一是电气主接线。节能专家通过对该企业的元件层、运行层、综合指标层统计分析，绘出了一冶厂和二冶厂的电气主接线图。

（a）一冶厂电气主接线图（b）二冶厂电气主接线图

其次，进行能耗诊断。节能专家通过查看各计量点表计情况，诊断出2013年主要耗能设备为1号、2号熔炼炉，这两个熔炼炉耗电量共占总耗电量的97.9%，动力厂的供水耗电占总量的1.1%，硅粉厂的耗电占总量的1.1%。为此，节能专家提出了对一冶厂和二冶厂的矿热炉的短网损耗进行节能降损系统改造。主要节能措施：一是，降低二冶厂矿热炉的短网损耗。二冶厂的矿热炉的供电线路由于在一些接触点上电阻较高，造成了很高的电量损失。实际运行过程中，通过测温，在一些连接点上的温度甚至高达80℃。为此，专家提议通过扩大连接点的截面积，并对接触点进行抛光及镀锡后，可使这部分降损节电，通过计算，每年节约人民币700万元，电能采购减少1750万kWh/年，节约耗电成本700万元/年。二是，降低一冶厂矿热炉的短网损耗。一冶厂的矿热炉由一个集中的三相变压器供电。集中的三相变压器二次供电侧的电线很长，这样的长线路导致了很高的电量损失。针对一冶炼厂问题，专家提议通过将三相变压器供电改为分散的单相变压器，这样就可缩短供电线路的长度。通过计算，每年可减少2000万kWh的电量损失，每年可节约耗电成本800万元，减少电能采购2000万kWh/年，节约耗电成本800万元/年。三是，对二冶厂的无功补偿装置改造。二冶厂的电炉变压器的二次出口侧已有无功补偿设备，实际运行过程中，专家发现采用标准低压无功补偿设备（额定电压230V，单只铭牌容量20kvar），运行电压只有190V，所以无功补偿严重不足，出力仅13.6kvar。补偿后功率因数为0.80左右，为了满足力率调整电费要求，只能在高压进线侧进行重复补偿。但这样补偿的缺点造成了很高的电量损失及变压器不必要的高负载。针对这个缺点，专家提出了对单台电炉变压器无功补偿装置进行升级改造。若功率因数由0.8升为1.0，需增大补偿容量0.75万kvar，铭牌容量1.1万kvar。这样无功补偿后，变压器容量负载率可降至80%，降低变压器损耗300万kWh，节约电费120万元，减少电量采购303万kWh/年，节约耗电成本121万元/年。四是，一冶厂加装无功补偿装置。由上面的电气主接线图可以看出，目前一冶厂的113、114及3520供电线路上没有采取无功补偿装置。功率因数仅为0.70，低功率因数造成了供电线路及电炉变压器不必要的高负载和损失电量。通过加装无功补偿装置后，每年可节电1万MWh，相当于每年节约人民币400万元，电能采购减少1000万kWh/年；节约耗电成本400万元/年。五是，优化供电线路。113、114线路的供电电压目前为10kV，所以，通过提高供电电压可以将一次侧母线的线损降低到原来的10%左右。由于目前已有110kV的母线及变电站，所以可以用很少的投资将上述两条母线升级。通过电压升级每年可节电80万kWh，相当于每年节约人民币32万元，电能采购减少80万kWh/年；节约耗电成本32万元/年。六是，更新变压器。因为电炉变压器的额定电压为39kV，虽然3518、3519线路的额定电压为35kV，但他们实际运行的电压却为40kV。这样直接导致了很高的功率损失和过高的二次电压，配电线路的实际电压高达420V。由于配电线路及所有相连的耗电设备的额定电压均为380V，所以高电压的长期运行严重缩短了设备的使用寿命，而且长期超出额定电压运行也会引发很多安全问题。如果更换为额定电压较低的电炉变压器，可以将母线的电压降到额定电压。通过降低损耗，可节约成本84万元，减少电量采购210万kWh/年，节约耗电成本84万元/年。
通过节能改造后，截止2015年6月份，稷山东方铁合金公司节约将近4970万元人民币，相当于目前一冶厂、二冶厂、粉尘厂及动力厂所有能源及水的消耗的12.6%。效果非常显著。目前，该节能技术在运城地区铁合金企业节能改造中得到广泛的推广与应用。