一、钢铁厂节电概述
钢铁行业是高耗能行业,2000年钢铁工业总能耗占全国总能耗的10%,用电占全国总用电量的8.36%左右;大型钢铁企业能源成本占总生产成本的30%左右,其中电能成本占总生产成本的10%左右;2000年全国重点企业吨钢可比能耗为784kg标煤/t,综合耗电752kWh/t。长期以来钢铁企业重视发展规模效益，高速发展产能产量，节能降耗工作一直没有排在首位。随着全球性经济调整，各个钢厂也进入精细化管理阶段，节能降耗也成为各个企业的重点。
钢铁厂内部一般分为炼铁厂、炼钢厂、轧钢厂、制氧厂、烧结厂等。用电设备众多，其中大量的冷却水泵和除尘风机，大部分采取阀门调节。我们重点对这些设备进行分析。
二、炼铁厂的一些节电解决方案
1、高炉除尘风机
1）、设备运行情况
设备运行情况 炼铁炉设有一个出铁口。当炼铁炉出铁时，高温的铁水会同空气发生剧烈的化学反应，产生大量的烟气。一方面影响现场操作工人的健康，另外一方面也对环境造成了巨大的污染，所以在出铁时需要进行风机除尘。而当炼铁炉不出铁时，其产生的烟气又很少，这时需要的除尘量很小。除尘风机一般功率都很大，不可能频繁起停，除尘风机的绝大部分风量都白白的浪费掉。
2）、存在问题
高炉除尘风机主要是为了出铁时除尘使用，每次出铁的时间大约40分钟以上。开始出铁的时候烟尘量比较大，需要大量除尘。出铁中期铁水流量比较稳定，烟尘量也相对较小。而出铁后期，烟尘量又比较大，此时需要大量除尘。
出铁结束,泥炮封堵后，此时处于清渣状态，大约时间为20分钟左右，此时仅需较小的除尘风量即可满足要求。
3）、解决方案
高炉除尘风机采取现场安装红外温度传感器，通过感应出铁口的温度确定是否在出铁状态，如发现温度高于2000°C，可认为出铁口已经钻开，铁水已经开始溢出，此时启动除尘风机高频风量45HZ。如果探测到温度低于1000°C，则可认为出铁过程已经结束，此时启动除尘风机低频风量系统35HZ。
除尘管道内安装高温烟尘传感装置，以管道内的烟尘量作为第二判断依据辅助红外温度传感器获得的信号。同时在启动高频风量后，立即根据烟尘量两段信号，烟尘量大于设定值，维持45HZ不变，烟尘量小于设定值，降低频率至40HZ。
高炉除尘风机变频采取声光报警，提示位于高压变频除尘室内操作，操作人员可以手动切换至工频运行。
2、槽上除尘系统
1）、设备概况
槽上除尘风机主要是为消除烧结料输送带系统中产生的粉尘而设计。采取就地控制方式，根据中控室指令人工操作伺服电机带动风门挡板转动，从而控制抽风量。一般情况下，对工艺变化不大，风门仅开一半就可以使用。
2）、存在问题
槽下除尘风机作为输送配料阶段的皮带槽除尘，主要受配料影响，但就目前情况来说开启60%风门基本就能满足需求，而且现场风门固定后便不作调整。当风机的风门开度很小时，大量的电能消耗到风机挡板上。
3）、解决措施
槽下除尘风机采用风压传感器/手动设定两种方式，根据风压来调节运行频率。风道内的风压大小决定所需风量大小，当灰尘量小，同时除尘器内积尘不多时则风压处于高位值，此时则可适当降低电机频率，这样减小了风机的吸风量；反之当风压提高则代表灰尘量增加、布袋式除尘器内积尘过多，这时需要风机的吸风量，提升变频器的频率。如果系统自动不符合现场需要，可以采取手动方式控制。
3、冲渣泵系统
1）、设备情况
在炼铁炉出铁除铁后，高炉内进行放渣，这时需要利用水的冲击力进行冲渣工作。高炉不放渣，则不需要冲渣。无论高炉是否放渣，冲渣泵系统长时间工作。
2）、存在问题
高炉放渣时要求水量大，冲渣泵工作在满负荷状态。其他时候没有水流量，但是冲渣泵依然满负荷工作，造成管网压力提升，不但大量的电能浪费掉，同时使管网承受更大的压力，减少管网寿命。
3）、解决措施
在冲渣时工作在49.5Hz，在不冲渣时工作在25Hz，考虑到工艺对调速精度要求不是很高，本系统只采用开环控制并在高炉值班室操作，需冲渣时给调节系统一个“1”的信号，电机高速运行，不需冲渣时将此信号取消，电机低速运行，取得了很好的节能效果。因冲渣水含有大量的炉渣，原系统管道和阀门在含渣水的高速冲刷下，很短时间内管壁就会变薄、阀门密封损坏须重新更换，每年需维修费用很高。经变频调速改造后，有一半时间内管道的水流速度降低，磨擦减少，管道和阀门的使用寿命大大延长。冲渣泵采用开环控制并在高炉值班室操作，需冲渣时给调节系统一个“1”的信号，电机高速运行，不需冲渣时将此信号取消，电机低速运行。
4、供高炉冷却、供热风炉冷却水泵系统
1）、设备情况
高炉和供应高炉热风的热风炉在工作的时候需要进行循环水冷却降温。过高的温度降低镁铝耐火材料的使用寿命，造成对炉壁的损害。
2）、存在问题
冷却循环系统需要不断带走的热风炉工作时产生的热量。热风炉产生的热量常年保持一致，但是不同气候下冷却效果不同。当外界温度低时（例如冬季），冷却下降的温度多，当外界温度高时（例如夏季）冷却下降的温度就少。实际上冷却水温度低则使热风炉不经济，冷却水温度高则造成冷却效果不好。
3）、解决措施
测定回水温度和出水温度，确定冷却量情况，冷却效果不足，提升水泵转速，冷却效果超过需要，降低转速。采用变频控制系统控制一台供应高炉水泵。根据循环系统的回水与出水温度之差，反应了需要进行交换的热量多少。监测回水和出水温度差，控制循环水的速度来控制热交换的热量的吸收，在满足实际需要的前提下，达到节电的目的。温差大说明用户端需要的制冷量大，通过加快循环水的速度来提高热交换的速度；温差小，说明用户端需要的制冷量小，可降低水泵的循环速度。可编程控制器（PLC）将传感器检测到的温差信号同设定温差比较后，控制变频器调整电机的运转速度。本系统在制冷主机制冷负荷不需要100%时，根据出水和回水的温度差，动态地调整电机转速，并以最小的电能提供实际所需的水流量。
5煤气加压机系统
1）、设备情况
煤气加压机其工艺要求上是给煤气管网配比转炉煤气，混合后煤气供给炼钢、煤气发电、高炉和中板等多处同时供应煤气，用户较多而需求量变化较大，同时受焦炉煤气供给量的限制，使得加压机调节量较频繁。
2）、设备存在问题
煤气加压机改造前是通过调节机后挡板来实现，当挡板调到50％以下时，由于气流不均，管道将会有喘振现象，管道震动加大，所以在机后挡板开到一定开度必须打开回流挡板，使一部分煤气再流回煤气柜，这将浪费一部分电能；同时用挡板调节流量时，是人为地增加了管网阻力，也将会多消耗一部分电能。
原有风机靠手动调整风门的开口大小来调节用风量，浪费了大量的电能，而且操作很不方便。根据流体力学我们可以知道，在风门没有完全开放的状态下，大量的动能损失在风门挡板中，尤其是风机风门开度大约60%，风门状态几乎处于全关的状况，在这种情况下，大量的电能白白地被损失在了风门挡板中。
风机电机采用直接启动，在启动时电流对电网冲击很大；原有风机在工作时只能进行简单的电气保护，不能完全保证安全运行，增加了设备维护量；原有风机工作时噪音较大，对现场工作人员影响较大，严重影响了设备寿命，
3）、解决措施
煤气加压机采用节能控制系统与加压机控制系统用1对1方式连接。管路上安装防爆型压力变送器，采样的信号经过变送进入控制中心。保留原控制系统，节能控制系统与原来的控制柜互为冗余备用系统。这样如果设备出问题可以自动（或手动）转换到原控制系统从而保证生产的正常进行。
节电设备软起动加压机，采用矢量方式启动，使启动平稳快速。设备稳定运行后根据系统运行压力值与目标压力值进行比较，采用逻辑预算计算出加压机最佳的功率输出，在满足供气要求下消耗最小的电能。运行时检测喘振点，采用跳频的方式进行调解。系统设有下限值保证最低压力。
三、炼钢厂的一些节电解决方案
1、炼钢厂喷淋供水泵
1）、设备情况
喷淋供水泵主要为冷却喷淋使用。冷却的用水量是不停波动的，而水泵都保持着一样的工作状态，造成管网压力波动较大。另外夏季能够满足冷却作用，（浊环吸水池的水温为40℃左右），那么冬季（浊环吸水池的水温为20℃左右）必定造成较大余量。
2）、解决措施
首先介绍喷淋泵系统，冷却泵供水系统与此类似。采用一套变压力恒压供水系统。该系统由压力传感器、变频器、智能压力控制器、低压电器等组成。根据压力传感器检测到的管网压力值，经调节控制器计算后，通过变频器调整喷淋供水系统各电机的工作状态，精确地控制管网中的水的压力，在保证用水的情况下, 同时也延长供水系统寿命，并大幅度地节约电能。
该系统可以人为设定多个压力值，根据各单位的设备特点人为设定调整，使用非常方便。该系统在不同时间段内，根据用户用水量自动调整输出水量，使管网压力波动减少，防止由于用户端用水量变化而压力升高和降低。该系统有通讯接口，可以同现有的监控系统通讯交换信息，联网运行。
3）、效果分析
采用变压力控制节能技术，精确控制出水压力，在保证冷却需要的情况下，降低电能损耗。综合节电率在30%以上，设有水泵运行下限，节电效果显著；实现了电机的软启动，避免了对电网的冲击和对电机的电流冲击，延长了电机的使用寿命。避免了对水泵的机械冲击，延长了水泵的使用寿命；降低了设备的故障率，提高自动化程度，减少了人员工作强度；具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能；具有电源指示、运行指示、频率显示等功能；预留通讯接口，可以与原系统或后期系统联系。
2、结晶器冷却水泵
1）、设备情况
结晶器冷却水泵是给钢水结晶进行冷却作用。结晶器水泵压力要求10公斤，出口温度要求40—50摄氏度，温度差为8摄氏度。
2）、改造建议
测定回水温度和出水温度，确定冷却量情况，冷却效果不足，提升水泵转速，冷却效果超过需要，降低转速。采用变频控制系统控制一台结晶水泵。根据循环系统的回水与出水温度之差，反应了需要进行交换的热量多少。监测回水和出水温度差，控制循环水的速度来控制热交换的热量的吸收，在满足实际需要的前提下，达到节电的目的。可编程控制器（PLC）将传感器检测到的温差信号同设定温差比较后，控制变频器调整电机的运转速度。本系统在制冷主机制冷负荷不需要100%时，根据出水和回水的温度差，动态地调整电机转速，并以最小的电能提供实际所需的水流量。
四、轧钢厂的节电解决方案介绍
1、煤气加热炉鼓风机系统
1）、设备运行情况
煤气加热炉采用一套鼓风系统，。鼓风机的风量分为几条管道（例如分成3个加热室，使预加热的型材分别通过3个加热室逐步加热），即分别送往煤气加热炉的加1室、加2室和加3室。风道阀门开度由煤气加热炉的DCS系统进行控制。
2）、存在问题
鼓风机为三个燃烧室提供风量，但根据燃烧情况来看，除了加2室需求风量最大外，其他两个室需求风量相当小。DCS控制的风门开度为，加1室0%，加2室22%，加3室2.2%。也就是说，整个鼓风机启动后，大约只开启了25%的风门就够用了。
原有风机靠电动调整风门的开口大小来调节用风量，浪费了大量的电能，而且操作很不方便。根据流体力学我们可以知道，在风门没有完全开放的状态下，大量的动能损失在风门挡板中，尤其是风机风门开度小于60%。
风机电机采用自耦降压启动，在启动时电流对电网冲击还是很大；原有风机在工作时只能进行简单的电气保护，不能完全保证安全运行，增加了设备维护量；原有风机工作时噪音较大，对现场工作人员影响较大，严重影响了设备寿命。
3）、解决措施
采取变频方式，将鼓风风机频率控制信号线引入DCS控制系统中，改变DCS控制阀门为控制电机频率。同时设置变频故障直接切入工频保险装置，防止因变频故障造成生产停滞。
2、煤气加热炉引风机系统
1）、设备运行情况
煤气加热炉的引风机系统共有两套：1套为供气废气风系统，另1套为煤气废气系统。两套系统均为单独管道，单独系统。由三条独立的管路通往加1室、加2室和加3室。拥有两道风道阀门系统，第一道出风管风门控制，第二道为至各燃烧室风门控制。风道阀门开度全部由煤气加热炉的DCS进行系统。
2）、存在问题
供气废气引风系统和煤气废气引风系统全部是为燃烧室提供向服务，设根据燃烧情况，供气废气引风机风门开度为：总管30%，加1室3%，加2室37%，加3室23%。煤气废气引风机为：总管35%，加1室3%，加2室32%，加3室14%。由上可见，两套引风的风门系统开度都非常小，大量能量被浪费在风门挡板上。
3）、解决措施
采取变频方式，将供气废气、煤气废气引风机频率控制信号线引入DCS控制系统中，改变DCS控制阀门为控制电机频率。同时设置变频故障直接切入工频保险装置，防止因变频故障造成生产停滞。
3、精轧净环水泵，稀油净环水泵、二次浊环水泵、粗轧冷却水泵等
1）、设备运行情况
精轧净环水泵，稀油净环水泵、二次浊环水泵、粗轧冷却水泵，在工作的时候需要进行降温冷却，延长耐火材料的使用寿命，降低炉内的温度过高对炉壁的损害，以及对其他设备的影响。
2）、存在问题
冷却循环系统需要冷却带走的热量常年保持一致，不同气候下冷却效果不同，测定回水温度和出水温度，确定冷却量情况，冷却效果不足，提升水泵转速，冷却效果超过需要，降低转速。
3）、解决措施
针对冷却循环水泵我们采取恒温差控制和压力下限值保护方式进行控制。采用节能变频控制系统控制一台精轧净环水泵，一台稀油净环水泵、一台二次浊环水泵、一台粗轧冷却水泵。根据循环系统的回水与出水温度之差，反应了需要进行交换的热量多少。监测回水和出水温度差，控制循环水的速度来控制热交换的热量的吸收，在满足实际需要的前提下，达到节电的目的。温差大说明用户端需要的冷却水量大，通过加快循环水的速度来提高热交换的速度；温差小，说明用户端需要的冷却水量小，可降低水泵的循环速度。可编程控制器（PLC）将传感器检测到的温差信号同设定温差比较后，控制变频器调整电机的运转速度。本系统在冷却负荷不需要100%时，根据出水和回水的温度差，动态地调整电机转速，并以最小的电能提供实际所需的水流量。
另外每套系统都有下限值保护，即节能系统调节的下限值不低于冷却系统要求的压力下限值。这样在节约电能的基础上，保证系统的稳定性。另外设置声光报警装置，发生故障进行声光报警，提示操作工人注意异常情况。
4、高压除鳞供水系统
1）、存在问题 一般采用大功率柱塞泵向高压容器供水，采用高压或低压电动机拖动，压力为130Kg/cm2左右，排水时间2min左右，间隔时间10min左右，因此蓄水与排水过程短促。柱塞泵频繁全压启动，造成对电网的频繁冲击；并且使机械部分经受不起冲击，频繁检修更换备件。
2）、改造方案 为改善高压除鳞供水系统的运行条件，将该系统改造为变频调速恒压供水方式。改造后柱塞泵达到压力设定值即自动降低输出频率至维持压力转速，限制了水泵的过、欠压运行，缩短了水泵升速过程。当高压水排放后，新的一个蓄水打压过程开始。由于水泵输出转矩的平方正比于压力，功率等于转矩与转速的乘积，从而可知变频调速恒压供水是一既节约电能又保证设备安全长期运行的科学方式。
3）、实际效果
从实际运行的综合效果来看：电网的冲击负荷消失了，机械频繁检修更换备件的现象没有了，噪音和大强度的检修工作没有了。
五、小结
钢厂的节能降耗工作是非常有必要的，但是进行节能改造要根据钢厂特点。钢铁企业对于设备稳定性要求很高，从设备选型及元器件选择上尤其注意。华亿公司几年来对十余家钢厂进行改造，节电效果明显，受到客户的好评。
