淺談氧化鋁廠自備電站輸煤系統節能設計

于 歡

(沈陽鋁鎂設計研究院有限公司， 遼寧 沈陽 110001)

0 引言

從20世紀50年代開始，我國的氧化鋁工業已發展60余年。近年來，隨著能源價格的上升，降低能源消耗是降低生產成本中的一種重要方式。為此，工程設計人員可以從降低氧化鋁廠的生產能耗入手，優化工藝設計，大力促進節能減排工作[1-4]。

自備電站是氧化鋁廠的重要組成部分，主要為氧化鋁工藝系統提供生產用蒸汽，其節能設計同時也是氧化鋁廠節能減排的重要工作之一。本文在氧化鋁廠自備電站的許多耗能系統中，選擇了燃料輸送系統作為分析點，通過燃料輸送系統的節能措施，來促使氧化鋁廠綜合能耗的降低。

1 自備電站耗能系統分析

自備電站工藝設計中的耗能系統主要包括有以下幾個系統：

(1)燃料輸送系統

燃料在輸送過程中，各種機械設備電動機的電能消耗，如卸車機械、堆取料機、皮帶輸送機等。

(2)鍋爐相關系統

鍋爐系統在運行過程中會產生熱能消耗，其相關輔助系統會產生電能消耗。相關輔助系統的電能消耗，主要包括給煤系統、制粉系統、煙風系統、除灰渣系統、煙氣處理系統等系統中的設備電能消耗。

(3)汽輪機相關系統

汽輪機與本體熱力系統在運行過程中會產生熱能消耗，其相關輔助系統會產生電能消耗。相關輔助系統的電能消耗，包括凝結水系統、開式冷卻水系統、閉式冷卻水系統、抽真空系統等系統中的設備電能消耗。

(4)電氣相關系統

主要是用電系統在電力調配、輸送時產生的電能損耗。包括合理估算廠用電率、選擇適當的電動機調速方式來配合工藝專業、優化電氣系統及設備的選擇以降低各類損耗、照明系統節能設計等。

(5)水處理系統

主要包括有化學水處理系統、凝結水處理系統、循環冷卻水系統、給排水系統等系統中的設備電能消耗。

(6)其他系統

主要包括有壓縮空氣系統、熱工自動化系統、通風及供暖系統等系統中的設備電能消耗。

本文從燃料輸送系統的節能設計入手，重點分析輸煤系統的流程優化和設備選型，從而降低自備電站的能耗。為了達到輸煤系統的節能，應該對燃煤做好管理，對燃煤的貯存及混煤系統加以優化，匹配好燃煤供給與鍋爐的燃燒，將鍋爐燃燒效率提高[5]。

2 燃料輸送系統的節能設計

自備電站的燃料輸送系統輸送的燃料為煤，輸煤系統包括的主要系統有卸煤系統、貯煤系統、輸送系統、篩分破碎系統、計量系統、采樣系統及其他輔助系統等。包含的設備主要有自卸車、卸船機、堆取料機、抓斗起重機、推煤機、裝載機、帶式輸送機、篩分設備、破碎設備、給煤機等。

2.1 輸煤系統的耗能特點

輸煤系統的耗能點主要集中在卸煤系統、貯煤系統、輸送系統、篩分破碎系統這幾個系統中，各個系統中均包含有機械設備，其中的主要設備和常見節能措施如表1所示。

表1 輸煤系統的耗能設備與節能措施

2.2 輸煤系統的節能設計

2.2.1 主要設計原則

輸煤系統節能設計的主要設計原則是：充分考慮到工程的實際情況，結合廠址規劃和總平面的布置情況，并保證工藝系統的用煤要求和設備的安全運轉，優化系統及總體布置，使系統緊湊、節省體力勞動、確保輸煤路徑合理有效。

2.2.2 工藝流程優化

在保證工藝系統的用煤要求情況下，在總體布置合理的條件下，可通過優化以下環節來降低系統能耗：

(1)減少輸煤系統的轉運環節。通過對輸煤系統轉運環節的優化，降低煤場機械的使用率，可達到系統節能的目的。

(2)縮短輸送的路徑。通過對輸煤路徑的優化，對布置方式的調整，可降低系統的能耗。

(3)降低轉運點高差。合理設計煤流的切換裝置，通過降低轉運站的層高和帶式輸送機的起升高度，有利于減少系統的能耗。

(4)降低運行時間。優化運行模式，合理規劃運行時間，起到節能的作用。

2.2.3 采用變頻調速技術

變頻技術是普遍使用的節能和調速技術，自備電站的輸煤系統中常用到變頻器。

(1)在汽車來煤的自備電站中，常采用給煤機作為卸煤給煤設備。采用變頻調節的給煤機，其出力與輸煤系統出力能更好地匹配。變頻調節技術比傳統調節技術的調節更為方便、效率和靈敏度更高、調節范圍也更大，同時由于其采用改變旋轉磁場同步速度的調速方法，節能效果也更明顯。

(2)由于輸煤系統中帶式輸送機存在各種不同出力的情況，其驅動裝置可以按較大出力工況配置，同時出力調節時可結合變頻調速裝置進行，有效地避免“大馬拉小車”，有利于促進系統的節能。

2.3 輸送設備的節能設計

自備電站的輸煤設備常采用帶式輸送機，其結構簡單、輸送連續且平穩，運行費用較低。但在實際運行中存在以下問題：啟動時的輸入功率較大，可能帶負載頻繁啟動或者停機；當托輥或者滾筒磨損、減速機瞬間卡頓、皮帶跑偏時，會引起阻力變大，能耗增大。設計中可以采取以下節能技術來減少能源損耗：

(1)液力耦合器軟啟動技術

設計中若采用液力耦合器軟啟動技術，可以使電機的最大扭矩發揮作用，進行重載荷啟動。電動機在啟動瞬間，耦合器的零轉速會導致沒有扭矩產生，此時電動機可認為是空載啟動。當電動機啟動后，轉速逐漸增大，動能隨之增加，直到克服阻力矩時，工作機緩慢啟動。設計中應合理減少裝機功率，減小安全系數，以降低能耗。

(2)采用高性能裝置

設計中若選用高性能的托輥，將旋轉阻力系數降至低于0.02，軸向跳動量穩定在0.5～0.7 mm時，此時帶式輸送機的運行阻力最小，能耗降低。同時設計中可選用高性能的糾偏裝置，減少皮帶跑偏的可能，同樣可減小運行阻力，增加運輸量，也可達到降低能耗的目的。

2.4 貯煤系統的節能設計

貯煤場主要分為露天煤場和封閉式煤場兩種類型，為了節約系統能耗，設計中應優先選擇封閉式煤場，可有效減少煤的流失，避免雨水的侵蝕。

2.5 篩碎系統的節能設計

為了使煤的粒度滿足入料粒度的要求，應根據入廠煤的粒度設置合適的篩碎系統。對于大于入爐煤要求直徑的煤塊，需要提前進行破碎。常用的破碎機有反擊式、錘式、環錘式等，常用的篩分設備有滾筒篩、振動篩等。破碎機的電機功率較大，動平衡需保持良好。如果啟動頻繁會引起能耗增大，同時影響其平衡。因此，在實際的運行過程中，除了其自身保護裝置外，應盡量減少破碎機與其他裝置的聯鎖動作。

篩分設備可安裝在破碎機之前，篩選后符合粒度要求的小顆粒煤被篩出，可以直接送至下一級輸煤系統，不符合粒度要求的大顆粒煤進入破碎機。這樣可以減小破碎機的負荷，降低能耗，同時避免濕度較大的煤堵塞破碎機。

設置合理的篩碎系統可以有效減少能源損耗，設計中可以采取以下節能技術：

(1)篩分裝置可設置在破碎機前，破碎機的出力可根據篩分裝置的效率確定。

(2)設置篩碎旁路，入廠煤的粒度如果可以滿足入料粒度要求，可不經過篩碎裝置，直接進入下一級輸煤系統。

2.6 卸煤系統的節能設計

自備電站廠外來煤的輸送方式一般通過公路、水路或帶式輸送機運輸，各種方式的耗能特點如表2所示。卸煤系統需要根據不同的廠外來煤方式進行設計，通過對比不同輸送方式的耗能特點，選取較為節能的方式。

設計中要充分結合現場的實際情況，經過技術經濟比較后，選擇最優的廠外來煤輸送方式，助力卸煤系統能耗的降低。

3 結語

氧化鋁工藝是需要許多輔助工藝配合的聯合工藝，本文提到的自備電站就是眾多輔助工藝之一。

表2 自備電站廠外來煤輸送方式的耗能特點

因此，氧化鋁廠的節能降耗工作除了氧化鋁工藝外，其他輔助工藝對于全廠能源優化工作也是必不可少的。自備電站輸煤系統的節能設計工作作為全廠節能設計的一部分，通過合理優化燃煤供應和管理系統，匹配好燃煤供應與鍋爐燃燒的關系，可以有效節約能源、降低能耗，推進氧化鋁廠節能減排工作。同時也貫徹了節能工作的發展觀，落實了節約資源的可持續發展理念，帶來了較好的經濟效益。