鋁型材生產(chǎn)企業(yè)節(jié)電潛力分析方法探討

李峻毅(佛山市特種設(shè)備能效測(cè)試研究院廣東佛山528000)

1 電能利用狀況

1.1 工藝流程

鋁型材生產(chǎn)的工藝流程如圖1所示：

圖1 鋁型材生產(chǎn)工藝流程

鋁錠在熔爐中受熱融化成鋁液，加入鋁硅合金錠、鎂錠等一同熔煉，再鑄造成圓型鋁棒；鋁棒在擠壓機(jī)上通過(guò)模具擠壓出各種規(guī)格的型材，這些型材稱為基材料，基材料可直接作為產(chǎn)品，也可供下一工序繼續(xù)加工；基材料放進(jìn)特定的酸堿槽液中，以鋁基材為陽(yáng)極通電氧化，使型材表面形成氧化保護(hù)膜，著色采用電解著色工藝，將金屬離子（鎳離子、亞錫離子）填充到氧化保護(hù)膜中，使氧化膜顯現(xiàn)出不同的顏色，電泳是把型材放入電泳槽中，通電使丙烯酸樹(shù)脂附著在型材表面；在基材料上噴上特定粉末，然后加熱固化，形成噴涂保護(hù)膜，則成為噴涂產(chǎn)品。

1.2 生產(chǎn)用電消耗情況

經(jīng)對(duì)7家鋁型材企業(yè)的用電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到各工藝電力消耗占全部生產(chǎn)用電比例情況如下：熔鑄占1.13%～15.17%，擠壓占 31.53～55.97%，氧化占 30.62%～60.32%，噴涂占1.51～7.10%。可見(jiàn)氧化和擠壓是主要耗電環(huán)節(jié)。

1.3 供電系統(tǒng)及用電設(shè)備能效水平

“十一五”期間筆者參加了佛山地區(qū)多家鋁型材企業(yè)的節(jié)能監(jiān)測(cè)工作，對(duì)部分企業(yè)檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總分析，可以大致了解到鋁型材企業(yè)供電系統(tǒng)和主要用電設(shè)備的能效水平。

（1）線損率（包括變壓器和配電線路損耗）：測(cè)試七家企業(yè)，平均線損率1.80%，最大2.46%，最小1.08%；（2）擠壓機(jī)效率：測(cè)試21臺(tái)，平均效率53.24%，最高62.72%，最低35.38%；（3）整流裝置效率：測(cè)試17套，平均效率91.58%，最高96.64%，最低83.50%；（4）模具電加熱爐效率：測(cè)試4臺(tái)，平均效率46.81%，最高53.41%，最低43.43%；（5）空氣壓縮機(jī)效率：測(cè)試5臺(tái)，平均效率73.88%，最高78.6%，最低69.74%；（6）制冷機(jī)組 EER（單位輸入功率制冷量）：平均值3.14，最高3.98，最低2.53。

從上述數(shù)據(jù)分析：企業(yè)線損率均低于3.5%的節(jié)能監(jiān)測(cè)合格指標(biāo)，說(shuō)明企業(yè)電能轉(zhuǎn)換輸送效率較高；空氣壓縮機(jī)與制冷機(jī)的能效指標(biāo)基本達(dá)到節(jié)能監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求；整流裝置中，老舊設(shè)備的效率偏低；擠壓機(jī)與模具電加熱爐有較大節(jié)能空間。

2 節(jié)電潛力分析

2.1 企業(yè)合理用電的要求

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T3485-1998）規(guī)定了企業(yè)合理用電的基本要求、評(píng)價(jià)原則和方法，對(duì)企業(yè)供電的合理化、電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的合理化、電能轉(zhuǎn)換為熱能的合理化、電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的合理化、企業(yè)照明的合理化提出了原則要求。

①企業(yè)供電的合理化：變配電所的位置應(yīng)接近負(fù)荷中心；按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面；合理分配與平衡負(fù)荷；合理配置無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備；抑制嚴(yán)重的高次諧波等。

②電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的合理化：在滿足電動(dòng)機(jī)安全、起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速等方面要求的情況下，以節(jié)能的原則來(lái)選擇合理選擇電機(jī)功率，使電機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍內(nèi)；對(duì)機(jī)械負(fù)載經(jīng)常變化的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，應(yīng)采用調(diào)速運(yùn)行的方式加以調(diào)節(jié)，并要合理選擇調(diào)速運(yùn)行方式；異步電動(dòng)機(jī)采取合理的就地?zé)o功補(bǔ)償措施等。

③電能轉(zhuǎn)化為熱能的合理化：合理選擇高效電加熱設(shè)備；采用先進(jìn)的電熱元件，改善電爐爐壁的性能和形狀，合理采用熱容小，熱導(dǎo)率低的耐火材料和保溫材料加強(qiáng)電熱設(shè)備的密封；改進(jìn)電爐的升溫曲線；電加熱設(shè)備要選擇合理的裝爐量；合理回收余熱等。

④電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的合理化：嚴(yán)格控制電流效率、平均槽電壓、單位產(chǎn)品電耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；降低直流網(wǎng)絡(luò)電壓損失控制電解槽的泄漏電流；采用高效整流設(shè)備；合理選用整流調(diào)壓裝置等。

⑤企業(yè)照明的合理化：選用光效高、顯色性好的光源及配光合理、安全高效的燈具；合理選擇照明控制方式，加強(qiáng)照明設(shè)備的運(yùn)行管理；充分利用天然光等。

2.2 節(jié)電潛力分析點(diǎn)的確定

上述5個(gè)用電“合理化”基本涵蓋了電能在企業(yè)內(nèi)的全部應(yīng)用，以5個(gè)“合理化”為線索逐一分析企業(yè)電能利用方面存在的問(wèn)題，提出相應(yīng)對(duì)策，是全面、系統(tǒng)分析企業(yè)節(jié)電潛力的有效方法。

結(jié)合鋁型材生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際，以5個(gè)“合理化”要求為主線，篩選出各用電部門(mén)的主要節(jié)電潛力分析點(diǎn)，見(jiàn)表1。

2.3 現(xiàn)狀分析

要挖掘出節(jié)電潛力，現(xiàn)狀分析是基礎(chǔ)，只有摸清企業(yè)用電的實(shí)際情況，然后分析評(píng)價(jià)企業(yè)用電的合理性，進(jìn)而與先進(jìn)水平進(jìn)行比對(duì)，才能提出有針對(duì)性的節(jié)電措施，也為將來(lái)實(shí)施節(jié)能項(xiàng)目后進(jìn)行評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。開(kāi)展企業(yè)用電現(xiàn)狀分析，需要搜集各工序產(chǎn)量、工藝參數(shù)以及用電統(tǒng)計(jì)等資料，必要時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

2.3.1 企業(yè)供電現(xiàn)狀分析

企業(yè)供電系統(tǒng)需要掌握分析的指標(biāo)有：企業(yè)日負(fù)荷率、變壓器負(fù)載系數(shù)、功率因數(shù)、主要供電線路的線損率、主要諧波含量等。

2.3.2 電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能現(xiàn)狀分析

（1）熔鑄：熔鑄部分的主要用電設(shè)備是熔鑄爐的鼓、引風(fēng)機(jī)和冷卻水泵。需要測(cè)試出風(fēng)機(jī)及其管網(wǎng)的用電效率、水泵及其輸送系統(tǒng)的用電效率，了解風(fēng)機(jī)與水泵在工藝參數(shù)要求改變時(shí)所采用的調(diào)節(jié)方式。

（2）擠壓：測(cè)試擠壓機(jī)一個(gè)工作周期中，不同工作段的用時(shí)及該工作段的用電功率，以分析主電機(jī)的實(shí)際負(fù)載率，并掌握電機(jī)在低負(fù)載和空載段的電力消耗水平。

（3）噴涂：該工序使用的主要電力拖動(dòng)設(shè)備是空氣壓縮機(jī)，需要開(kāi)展的工作包括測(cè)定空壓機(jī)組用電單耗、測(cè)定加卸載荷時(shí)間、尋找壓縮空氣管道泄漏點(diǎn)、了解用氣端合理的壓力需求等。

2.3.3 電能轉(zhuǎn)化為熱能現(xiàn)狀分析

鋁型材加工企業(yè)中，電能轉(zhuǎn)化為熱能的設(shè)備主要是配套擠壓機(jī)用的模具電加熱爐，對(duì)模具電加熱爐要測(cè)定其升溫曲線、測(cè)試加工產(chǎn)品的可比用電單耗、測(cè)試爐外表面溫升等。

表1 節(jié)能潛力分析點(diǎn)

2.3.4 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能現(xiàn)狀分析

氧化（著色）及電泳是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的生產(chǎn)工序，為分析其電能利用效率，需要測(cè)定整流設(shè)備電能利用率、氧化和電泳設(shè)備電流效率、氧化和電泳設(shè)備平均槽電壓等指標(biāo)。此外，集中安排生產(chǎn)，避免分散小批量的作業(yè)，可有效節(jié)省用電，因此，在現(xiàn)狀分析階段，也要對(duì)安排生產(chǎn)的方式進(jìn)行調(diào)查分析。

2.3.5 照明現(xiàn)狀分析

照明現(xiàn)狀分析，要掌握企業(yè)使用的光源及燈具的類型、數(shù)量，統(tǒng)計(jì)企業(yè)年照明用電量，對(duì)照明要求高的場(chǎng)所測(cè)定照度或亮度指標(biāo)，以便更換照明器具后進(jìn)行對(duì)比。

3 鋁型材企業(yè)主要節(jié)電措施

3.1 企業(yè)供電系統(tǒng)

由于供電部門(mén)執(zhí)行力率電費(fèi)，企業(yè)對(duì)集中無(wú)功補(bǔ)償比較重視，往往忽略了可減少企業(yè)內(nèi)電能損耗的就地?zé)o功補(bǔ)償，對(duì)單臺(tái)容量較大、經(jīng)常輕載運(yùn)行的電機(jī)裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，能減少線路損耗和線路壓降。

鋁型材企業(yè)整流設(shè)備耗電多，是主要的諧波來(lái)源，消除整流諧波，采用無(wú)源濾波裝置已可取得較好效果，當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時(shí)，也可采用有源濾波裝置。

3.2 電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

（1）水泵、風(fēng)機(jī)：在熔鑄車(chē)間的冷卻水泵和熔鑄爐風(fēng)機(jī)、擠壓車(chē)間冷卻水泵、氧化車(chē)間制冷系統(tǒng)水泵等設(shè)備上裝設(shè)變頻控制器，根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，減小節(jié)流能量損失，是有效的節(jié)電措施。

（2）擠壓機(jī)：鋁型材擠壓機(jī)伺服節(jié)能改造是當(dāng)前比較有效的節(jié)電措施，用伺服電機(jī)替代主油泵傳統(tǒng)配用的異步電機(jī)，并通過(guò)伺服控制器，在各工作階段控制伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使油泵提供適當(dāng)?shù)牧髁浚源巳〈邏汗?jié)流控制方式，從而減少高壓節(jié)流造成的能量損耗，有明顯的節(jié)電效果。

（3）壓縮空氣系統(tǒng)：對(duì)空氣壓縮機(jī)安裝變頻裝置，使壓縮機(jī)根據(jù)負(fù)荷的變化變速運(yùn)行，有節(jié)能降耗的作用，但由于空壓機(jī)屬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其功率與轉(zhuǎn)速為近似一次方關(guān)系，變頻調(diào)速的節(jié)能效果不如泵、風(fēng)機(jī)類負(fù)載明顯。實(shí)際上，壓縮空氣系統(tǒng)能效低下往往是由壓縮空氣的不當(dāng)使用及管網(wǎng)泄漏等問(wèn)題造成的，因此可以采取加強(qiáng)檢修維護(hù)、避免系統(tǒng)壓力高于實(shí)際需求、合理配置存儲(chǔ)容量以減少頻繁加卸載等方法來(lái)提高能效。

3.3 電能轉(zhuǎn)化為熱能

模具加熱爐是鋁型材企業(yè)最主要的電加熱設(shè)備，除采用加強(qiáng)保溫、改進(jìn)電爐升溫曲線、合理安排裝爐量等措施節(jié)能外，目前不少企業(yè)已采用電磁式加熱爐取代電阻爐，電磁加熱爐具有熱效率高、熱量散失少、升溫時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，有顯著的節(jié)電效果。

3.4 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

選擇效率較高的可控硅或高頻開(kāi)關(guān)電源，優(yōu)先選用高頻開(kāi)關(guān)電源；減小直流系統(tǒng)各處的接觸電阻；控制好溶液成分和溫度，降低溶液電阻，提高電流效率。

3.5 企業(yè)照明

企業(yè)照明的節(jié)能改造主要是用節(jié)能型光源取代傳統(tǒng)光源，現(xiàn)在可供選擇的節(jié)能照明種類較多，有稀土三基色緊湊型熒光燈、LED燈、無(wú)極燈、細(xì)管熒光燈等，可根據(jù)不同的使用場(chǎng)所經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選用，注意在改造前后測(cè)試照明質(zhì)量參數(shù)，保證改造后照明質(zhì)量不降低。

4 結(jié)論

節(jié)能減排是國(guó)家戰(zhàn)略，特別是“十一五”期間開(kāi)展了“雙千節(jié)能行動(dòng)”，許多鋁型材生產(chǎn)企業(yè)實(shí)施了一大批節(jié)能技術(shù)改造項(xiàng)目，取得了顯著的成效。“十二五”時(shí)期，國(guó)家又啟動(dòng)了“萬(wàn)家企業(yè)節(jié)能低碳行動(dòng)”，如何在較高的起點(diǎn)上發(fā)掘節(jié)能潛力，進(jìn)一步提高能效，以實(shí)現(xiàn)“十二五”節(jié)能目標(biāo)是眾多鋁型材企業(yè)所面臨的問(wèn)題。本文以《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》為指引，從企業(yè)供電的合理化、電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的合理化、電能轉(zhuǎn)化為熱能的合理化、電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的合理化、企業(yè)照明的合理化五方面著手，試圖為鋁型材企業(yè)提供一種系統(tǒng)全面的節(jié)電潛力分析方法。

[1]《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T3485-1998）．

[2]《整流設(shè)備節(jié)能監(jiān)測(cè)》（GB/24566-2009）．

[3]《電解、電鍍?cè)O(shè)備節(jié)能監(jiān)測(cè)》（GB/24560-2009）．