一项降低高能耗产品生产成本的新技术

 

一、 前言

电能是高能耗产品主要消耗的能源之一，资料显示，吨电解铝生产需消耗1.5万kwh电能，锰铁合金也高达4000kwh∕吨。据统计，在高能耗产品的成本中电费至少要占到20%以上，*高的硅铁成本中电费竞占到70%。可见，电能是钢铁、电力、水泥、煤炭、化工、焦化、铁合金等高能耗行业生产的命脉。怎样通过采用新技术、新工艺、新设备，改造传统产业，降低产品吨电能消耗量，减少度电价支出，是高能耗企业降低生产成本和提高市场竞争的主要因素和生存发展的关键。因此，解决企业自备电厂非并网（即孤网）运行，直供高能耗项目用电，充分发挥自备电厂发电设备的效能，降低度电成本就势在必行。

山西博赛克电力技术有限公司发明的负荷调节系统专利技术（发明专利号：ＺＬ200610065761.0；实用新型专利号：ＺＬ200620008044.Ｘ）。是专门针对企业的自备电厂，在与系统弱联系或者根本无法并网的状况下，彻底解决这些企业自备电厂不能发电，或虽然能勉强发电，但因电力负荷的波动冲击使发电机组不能稳定运行的问题，成功实现企业自备电厂非并网（即孤网）运行，降低了度电价成本，直供高能耗产品项目用电。该专利技术综合应用自动控制、电能热能转换、储能、循环利用等各项新技术，不仅解决了企业自备电厂负荷波动调节的自动控制，而且彻底解决了高能耗项目生产工艺中大功率负荷频繁投切引起的负荷波动调节问题，能够使发电机组安全稳定运行，同时可直接向高能耗项目提供与大电网同等质量的电能，满足生产、生活的用电需求。

二、负荷调节系统专利技术成功应用案例及经济效益分析

负荷调节系统专利技术，发明于2005年度，当年就在长治地区的沁新煤焦股份有限公司6000kw×2煤矸石自备电厂和12Mw×2余热自备电厂，孤网直供棕刚玉、电石冶炼项目和焦化项目中成功应用，至今已无故障平稳运行三年半的时间，年均增加利润3000余万元；2008年度又在内蒙古太西煤50mw×2煤矸石自备电厂孤网直供硅铁冶炼项目和太原清徐港源焦化6000kw×2余热自备电厂孤网直供硅铁冶炼项目中成功应用，也已无故障运行近一年；介休山西晋铝兴业冶金材料有限公司余热自备电厂的负荷调节系统项目正在紧张施工。

上述企业自备电厂采用非并网(即孤网)运行，不仅充分发挥了企业自备电厂的设备效能，而且有效地降低了产品的冶炼成本，在节能降耗方面取得了明显效果。硅铁70%的成本是电费，据硅铁项目客户自己说，如果每度电成本能降低1分钱，每吨硅铁成本则相应降低100元。以上两户企业的自备电厂采用我公司负荷调节系统技术实施孤网运行，度电成本降低1角钱左右，即吨硅铁成本将降低1000元左右。如能将余热再循环利用发电，经济效益将更加显著。

俗话说省下的就是赚下的，以内蒙古太西煤的50mw×2煤矸石自备电厂的发电机组为例：该机组一年发电量约为八亿度，向电网公司买这些电量，每度电至少要比自己企业自备电厂发电的运行成本多掏0.20元，那就是0.20元×8亿度＝1亿6千万元。对高能耗的项目来说，这就是挣下的纯利润。

企业自备电厂实现非并网（即孤网）运行，其负荷处于所在地而不存在线路损耗，无需支付电网输电费用，并可以保证企业生产的可靠供电和根据企业生产特点实现资源的综合利用；如能将企业生产过程中产生的余热、余汽再用于自备电厂发电，经济效益会更加显著。同时自备电厂自发自用的自主性很强，完全不用受制于电网公司要求用电户错峰、避峰的用电调控。据我们调研，我公司发明的负荷调节系统专利技术，完全适用于企业自备电厂非并网（即孤网）直供各种高能耗项目用电。

三、山西博赛克公司解决孤网运行的工作原理和控制策略

3.1、汽轮机的调速系统是一次调频系统的保障手段

调速系统应采用有差调节,以实现一次调频;在孤网中各机组调速系统有相同的不等率,通常取4.5%-5%,以适应负荷分配的需要,一次调频的实施范围应涵盖油动机全行程,调速系统的迟缓率应符合IEC规定,不应另设调频死区。调频系统应具有良好的稳定性和动态响应特性。

3.2、用负载调节系统替代电网并且实时调整电网频率

由于单机运行或孤网运行时,电源频率随负荷变动而变动,导致负荷变动时,网频波动量大,机组不能正常稳定工作。当负荷波动量为△W时,如果有一个能够存储和释放△Wx电功率的装置,并联在孤网运行的电网中,实时调整△Wx使其与负荷波动量AW相当,即可使汽轮发电机组按原先设置的等功率发电量运行,电源网频就不存在变化。这样就根本上解决了网频随负荷变化而变化的问题。

由于负荷的波动是一个电能的波动问题,或者说是一个拥有很大能量且长期源源不断进行输送的一种能量,固定的负荷装置是不能长期容纳这么大能量的,即使可承载额定容量,长期运行也会发生“爆炸”。山西博赛克电力技术有限公司采用了随进随出的设计思想,将流入负荷调节系统的能量随时转化为其它形式的能量,同时接纳新的电能。这样就产生了可长期稳定运行的负荷调节装置。

3.3、关于能量储存问题：

众所周知,大功率交流电是不能储存的,现在国外一种新技术能将小功率电能转化为磁能进行储存,但对大容量电能是无能为力的。我公司发明的专利技术，采用能量循环综合利用办法进行调节负荷,即 热 电厂  电 负荷波动热 贮能电厂   电。既不浪费能源,又能解决负荷波动时,发电机组的稳定运行，更重要的是可以解决负荷频繁、大范围波动时发电机组稳定运行问题。真可谓一举两得，无网支撑,无忧运行,能量循环,经济保障。

四、相关技术指标简述

4.1、当感性负荷或阻性负荷突甩时，在1s时间范围内，负荷调节系统是否能瞬时准确投入负荷，以维持发电机的周波在50HZ±1HZ。当负荷突增感性负荷或阻性负荷时，在锅炉汽轮机系统汽压和燃气轮机进气气压允许范围内，系统是否能准确切出负荷，以保证发电机系统周波在50HZ±1HZ范围内。上述两种情况，在负荷调节系统专利技术的实际应用中已经得到证实：大负荷变动时，周波频率变化一般小于1HZ，正常小于0.5HZ。

4.2、在正常工况下，即没有大功率负荷投切冲击的情况下,系统按照下列设定的各项指标进行调节，负荷调节系统应随机自动调节负荷平衡，保证发电机周波频率在50HZ±1HZ范围内。

1)设计负荷调节容量250kw～600mw均可；

2)负荷调整分辨率250KW；

3)控制指令执行时间小于350MS；

4)负荷波动，切换时间小于1S；

5)操作台具有手动/自动功能，操作台具有故障指示和状态显示功能；

6)操作界面人性化设计，便于操作，可任意设置负荷功率；

7)具有实时存储数据，绘制时段负荷曲线功能。 

4.3、负荷调节系统容量是方案设施的重要环节，容量的大小直接决定孤网运行的成败和使用单位的投资大小。

负荷调节系统的一项重要指标就是能够调节多大容量的负荷，其规模大小、投资多少与其调节容量有直接关系。因此，如何确定负荷调节系统的调节容量就显得尤为重要。负荷调节系统调节容量的大小主要由用电设备的总容量与用电设备突变容量两大部分来确定。对于解列运行的发电机组来说，发电机组发电量与用电设备用电量应保持一致，即：发电机组总发电量＝稳定用电设备用电量＋突变用电设备用电量。若要保证发电机组的稳定运行，就要要求发电机组在某一时间段内，其总发电量保持恒定。因此就要求负荷调节系统能对突变用电设备的用电量进行调节，即:负荷调节系统调节容量应略大于突变用电设备的用电量。

4.4、从发电系统来说，理论值是负荷波动小于8%时，汽轮发电机组是可以承受的，不会引起汽机危急保安系统的动作，也不会引起发电机组的特殊电压变化；但在试验和实际应用于自备电厂的非并网（即孤网）运行结果是——负荷波动绝不能≧5%。对于单机带厂用电机组，考虑到负荷的调整平滑性，调整率越小越好，而考虑到控制策略和投资大小，应越大越好，根据我公司技术论证，选取250KW负荷分辨率，效果*为合理。

4.5、控制系统执行时间的快慢，直接决定负荷调节系统的运行是否有效，是能否解决大负荷变动和小负荷波动时及时调节的决定性因素，即控制系统的实时性能。从我公司设计经验及技术来讲，指令执行时间不大于350MS，而执行机构控制动作时间，一般小于0.5S。通过以往成功运行的案例证明，这个周期时间是较为合理的，实际执行时间要比这个时间快的多。从用户角度来说，主要是看负荷变化时，周波频率的变化大小。

4.6、关于计算机DCS控制系统界面技术：

我公司根据负荷调节系统技术方案在运行过程中的实际操作实践，对其予以合理修订调整，并对该系统操作界面进行了人性化设计，更便于维护和用户使用，具有很好的实用性和很强的数据处理能力。

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