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8“變”3的節(jié)能魔術(shù)——太鋼攜手西門子的一次時(shí)間觀和方之旅

問：8怎么變成3？答：豎著砍掉一半。這是腦筋急轉(zhuǎn)彎的謎底，卻不是太鋼的答案，因?yàn)?，鐵膽雄心的太鋼人顯然要在節(jié)能的數(shù)字之變上制造一個(gè)更大的魔術(shù)。經(jīng)過太鋼和西門子的通力合作，變頻器化身“魔術(shù)師”，成功將燒結(jié)風(fēng)機(jī)中單個(gè)電機(jī)的耗電量從每小時(shí)8千度“變”為3千度。

面積超過600m2的太鋼4號燒結(jié)機(jī)，使用了兩套西門子羅賓康高壓變頻器與高壓電機(jī)。在這座大型不銹鋼企業(yè)里，時(shí)間觀被詮釋為：節(jié)能、生產(chǎn)都是一種與時(shí)間的賽跑。時(shí)間與能效可以“魔術(shù)”置換的感受，尤為強(qiáng)烈。一臺大變頻一個(gè)小時(shí)就能節(jié)電5千度，兩臺大變頻一天可節(jié)電24萬度。如按自供電價(jià)0.4元/度計(jì)算，一年節(jié)約電費(fèi)3000余萬元，18個(gè)月就收回了設(shè)備成本，節(jié)能率可達(dá)40%，使得初始的設(shè)備投資轉(zhuǎn)化為一次成功的戰(zhàn)略性技術(shù)創(chuàng)新。 ①

不銹鋼巨子搭檔節(jié)能伙伴

從神舟一號到神舟十號，每一次飛船升空，都有太鋼不銹鋼產(chǎn)品助力其中。從一角硬幣到火箭衛(wèi)星，從百姓餐桌到三峽大壩，太鋼生產(chǎn)的不銹鋼以其優(yōu)勢占領(lǐng)了國內(nèi)不銹鋼市場近半壁江山。作為不銹鋼熔煉的初始流程，燒結(jié)工序是關(guān)鍵所在。究竟采用哪種變頻驅(qū)動方案，是一個(gè)重大的方向性選擇。

當(dāng)時(shí)準(zhǔn)備上馬的太鋼4號燒結(jié)機(jī)，其規(guī)模當(dāng)屬最大。燒結(jié)面積越大，產(chǎn)量就越高，對風(fēng)機(jī)的要求也越高，因此能源消耗巨大。根據(jù)太鋼3號450m2燒結(jié)機(jī)的實(shí)際工況，太鋼計(jì)劃在600m2大型燒結(jié)風(fēng)機(jī)中采用兩臺大變頻，來控制高壓電機(jī)的轉(zhuǎn)速。盡管采用變頻驅(qū)動風(fēng)機(jī)能夠大幅節(jié)能，且是大勢所趨。然而如此大規(guī)模的應(yīng)用并無先例可循，技術(shù)難度大，投資回報(bào)率未知，沒有十分把握，誰也不敢貿(mào)然行事。

自從有了設(shè)計(jì)中國最大規(guī)模變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)的想法，太鋼煉鐵廠電氣部趙宏部長就時(shí)刻留意各種知識和信息。一天，在與國外專家交流時(shí)，趙部長獲知風(fēng)機(jī)的性能曲線，可以利用主氣流的溫度、壓力以及流量來測算的消息后，如獲至寶。“那正是太鋼需要的曲線，有了這條曲線，風(fēng)機(jī)的控制就更加精確了。”趙部長立馬組織團(tuán)隊(duì)開始技術(shù)研究。

經(jīng)過夜以繼日的計(jì)算和評估，2008年趙部長團(tuán)隊(duì)提交了十幾頁的項(xiàng)目可行性報(bào)告，決定采用變頻調(diào)速技術(shù)。這個(gè)方案前期投資大，但著眼長遠(yuǎn)，兩年之內(nèi)就可以收回全部投資。經(jīng)過對*技術(shù)的研究和嚴(yán)密推理，2009年4月太鋼正式開啟了變頻節(jié)能之路。

太鋼同時(shí)收獲的還有可靠的節(jié)能伙伴。燒結(jié)車間敢于嘗新，采用當(dāng)今*的變頻節(jié)能技術(shù)，這個(gè)過程西門子專家團(tuán)隊(duì)起到了*的作用。由于國內(nèi)沒有可以參考的項(xiàng)目，整體技術(shù)方案必須依靠太鋼和西門子的通力配合，共同摸索?；貞洰?dāng)時(shí)的情景，趙部長坦誠的說：“在最終核算的幾天里，晚上一直睡不著覺，這可是關(guān)系到超過5千萬的投資，一旦誤差過大，怎么向廠里交待！”

管理三步走，節(jié)能一大步

*步，充分識別和挖掘太鋼隱藏的節(jié)能潛力。

能量流怎么識別呢？首先得給所有的設(shè)備能耗照張“X光片”，哪個(gè)設(shè)備能耗大，哪個(gè)能耗小，哪些能耗有用，哪些沒用，都能看個(gè)一清二楚。只有掌握了較長時(shí)間段內(nèi)，電能、水能、熱能的消耗數(shù)據(jù)，才能進(jìn)一步改造、優(yōu)化。

西門子專家團(tuán)隊(duì)首先以未使用變頻調(diào)速的3號450m2燒結(jié)機(jī)作為樣本，記錄車間和系統(tǒng)中的能源消耗。經(jīng)過分析，燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)的電耗一般占整個(gè)生產(chǎn)線的50%，而風(fēng)量控制準(zhǔn)確程度直接決定成品的質(zhì)量、產(chǎn)量。

第二步，評估車間和系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)的成本，計(jì)算出具體應(yīng)用的節(jié)能潛力和可行措施的成本效益。

能量流透明了，確定了最大的能耗設(shè)備——燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)之后，“評估”階段著手計(jì)算具體的節(jié)能潛力，考量潛在措施的經(jīng)濟(jì)性，這是做出決策的關(guān)鍵一步。這個(gè)步驟就像全科醫(yī)生拿著X光片和多種化驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)行病理分析，給出診斷結(jié)果的過程。

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動越快，送風(fēng)量就越多，但是能耗也隨之成倍增長。如果轉(zhuǎn)速下降，能耗也會翻倍減少。經(jīng)過反復(fù)論證，在同樣產(chǎn)品、同樣產(chǎn)量的條件下，變頻調(diào)速等于時(shí)時(shí)刻刻都在節(jié)能，即使在整個(gè)燒結(jié)廠滿負(fù)荷生產(chǎn)的情況下，保守估算節(jié)能率也將在35%以上。 ②

第三步，采取有針對性的措施，將節(jié)能潛力變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，大約2/3的工業(yè)能源由驅(qū)動系統(tǒng)消耗，而將整個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)的能耗，降低40-50%是十分具有操作性的。

憑借醫(yī)生的診斷報(bào)告，接下來就是對癥下藥了，藥品可靠、藥力持久，病痛才能一掃而光。在考察了多種變頻方案之后，太鋼最終決定選用兩臺西門子羅賓康高壓大功率變頻器，輸出電壓為10KV。變頻器采用水冷工藝，其內(nèi)部采用去離子水循環(huán)冷卻，外部采用工業(yè)冷卻水二次冷卻。與空冷型變頻器相比，不需要額外的空調(diào)等冷卻設(shè)備，變頻器噪音低，受周圍環(huán)境的影響小，變頻室整潔、干凈。此外，西門子羅賓康高壓變頻器還具備“飛車啟動”功能，縮短了風(fēng)機(jī)每次起、停接近50分鐘的等待時(shí)間，從而大大節(jié)省了能耗和時(shí)間成本。

將能效與時(shí)效劃上等號

當(dāng)風(fēng)機(jī)在變頻工況下順利啟動的那一刻，看到現(xiàn)場的有功功率僅為3000KW，遠(yuǎn)低于不使用變頻器的8000KW，趙部長團(tuán)隊(duì)那顆懸著的心才真正踏實(shí)。數(shù)據(jù)驗(yàn)證前期測算非常準(zhǔn)確，在變頻工況下工作，電機(jī)啟動電流小、轉(zhuǎn)速低、振動小，風(fēng)量調(diào)節(jié)平穩(wěn)，潛在的附加經(jīng)濟(jì)效益不可*。

程海峰是太鋼煉鐵廠電氣作業(yè)區(qū)的點(diǎn)檢員，他也是在4號燒結(jié)機(jī)從事巡檢工作的工程師，平常電氣室內(nèi)無人值守，只有另一名同事在中控室監(jiān)控。每天早上9點(diǎn)他準(zhǔn)時(shí)到4燒變頻室一圈，檢查有無異常情況，已經(jīng)接近4年。

邁入變頻室的大門，比想象得更為安靜和清爽。程工的喜悅溢于言表：“使用水冷大變頻，噪音小，沒有風(fēng)冷的粉塵污染。同事們的工作量有所減輕，工作環(huán)境也有所改善，不用像3燒那樣頻繁的操作風(fēng)門擋板。90%的現(xiàn)場數(shù)據(jù)在中控室就可以直觀顯示，維護(hù)量小，運(yùn)行穩(wěn)定。”

“水冷變頻作為大型燒結(jié)風(fēng)機(jī)的系統(tǒng)驅(qū)動，在大型鋼廠是首次應(yīng)用，吸引了多家企業(yè)前來太鋼取經(jīng)?？吹轿覀兊挠泄β屎妥冾l器水冷溫度，同行都非常贊嘆。”趙部長指著變頻室的人機(jī)界面說，“能效與時(shí)效本質(zhì)相同，只是很少有人意識到而已。”

4號燒結(jié)機(jī)的節(jié)能故事只是能源管理的一個(gè)縮影。它的意義在于，其實(shí)每一件事幾乎都有昂貴的和便宜的解決方法，但是經(jīng)濟(jì)性的事實(shí)卻往往被“迷霧”遮蓋。只有評估整個(gè)產(chǎn)品生命周期的能效，才能做出正確的決策。

能源對于重型工業(yè)來說，是巨大的費(fèi)用因素。根據(jù)德國聯(lián)邦統(tǒng)計(jì)局2008年的數(shù)據(jù)顯示，能耗在德國各個(gè)行業(yè)整個(gè)生命周期的成本中占據(jù)很高比例，如鋁業(yè)的能耗占57%，水泥占47%，鋼鐵占36%，制漿造紙占29%，基礎(chǔ)化工占27%。對于電氣傳動系統(tǒng)，能源消耗至少占到生命周期成本的80%。

在太鋼構(gòu)建資源節(jié)約型企業(yè)過程中，通過使用西門子變頻驅(qū)動解決方案、全集成自動化、奧鋼聯(lián)*的鋼鐵工藝等，保障產(chǎn)量年年增長，耗能卻逐年遞減。太鋼總經(jīng)理高祥明先生談到：“2011年與2005年相比，太鋼噸鋼綜合能耗下降22.9%；噸鋼新水消耗下降91%；二次能源年回收占總能耗的45%以上，達(dá)到行業(yè)*水平。”

這就是太鋼與西門子共同制造的奇幻魔術(shù)。在一連串?dāng)?shù)字的背后，真實(shí)可感的是能耗的減少和環(huán)境的改善。鐵水奔流，風(fēng)云靜好?，F(xiàn)在的太鋼廠區(qū)，金屬質(zhì)感的廠房間點(diǎn)綴著綠樹碧草，成為一座名副其實(shí)的現(xiàn)代化花園式工廠。

西門子正在努力幫助千百個(gè)像太鋼這樣的企業(yè)，實(shí)踐綠色工業(yè)。西門子（中國）有限公司執(zhí)行副總裁，西門子?xùn)|北亞區(qū)工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域總裁吳和樂博士說：“除了需要在設(shè)備層面有節(jié)能的風(fēng)范，比如高效電機(jī)、變頻器等，要把眼光放遠(yuǎn)，跨越產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)實(shí)施以及服務(wù)的整個(gè)生命周期，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。”西門子的節(jié)能產(chǎn)品與解決方案、能源管理咨詢、節(jié)能改造服務(wù)，合同能源管理以及融資租賃服務(wù)，將工業(yè)企業(yè)的節(jié)能夢想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

由8變3，是一個(gè)開端，也是一個(gè)宣言。站在創(chuàng)新科技的舞臺，太鋼與西門子將攜手合作、迎風(fēng)而立，繼續(xù)施展將能效數(shù)字由腐朽變神奇的魔術(shù)，創(chuàng)造鋼鐵未來的科技感性時(shí)代！

① 所節(jié)省的電能是在特定的條件下得到的。燒結(jié)風(fēng)機(jī)在投產(chǎn)前幾年一般都達(dá)不到滿產(chǎn)，因此，給采用變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能提供了空間。尤其是在經(jīng)濟(jì)大環(huán)境對冶金行業(yè)產(chǎn)生巨大影響的情況下，降低產(chǎn)能時(shí)能同時(shí)降低生產(chǎn)成本尤其重要。

②通常來講，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)指的是額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，變頻調(diào)速起不到節(jié)能的作用，變頻器本身也有損耗。只有當(dāng)選用的風(fēng)機(jī)有一定的裕度，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn) ≠ 額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，例如：90%轉(zhuǎn)速時(shí)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量等于系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的滿負(fù)荷風(fēng)量時(shí)，變頻調(diào)速可實(shí)現(xiàn)節(jié)能27.1%。而太鋼燒結(jié)風(fēng)機(jī)的裕度超過10%。