铝型材生产企业节电潜力分析方法探讨

李峻毅(佛山市特种设备能效测试研究院广东佛山528000)

1 电能利用状况

1.1 工艺流程

铝型材生产的工艺流程如图1所示：

图1 铝型材生产工艺流程

铝锭在熔炉中受热融化成铝液，加入铝硅合金锭、镁锭等一同熔炼，再铸造成圆型铝棒；铝棒在挤压机上通过模具挤压出各种规格的型材，这些型材称为基材料，基材料可直接作为产品，也可供下一工序继续加工；基材料放进特定的酸碱槽液中，以铝基材为阳极通电氧化，使型材表面形成氧化保护膜，着色采用电解着色工艺，将金属离子（镍离子、亚锡离子）填充到氧化保护膜中，使氧化膜显现出不同的颜色，电泳是把型材放入电泳槽中，通电使丙烯酸树脂附着在型材表面；在基材料上喷上特定粉末，然后加热固化，形成喷涂保护膜，则成为喷涂产品。

1.2 生产用电消耗情况

经对7家铝型材企业的用电情况进行统计，得到各工艺电力消耗占全部生产用电比例情况如下：熔铸占1.13%～15.17%，挤压占 31.53～55.97%，氧化占 30.62%～60.32%，喷涂占1.51～7.10%。可见氧化和挤压是主要耗电环节。

1.3 供电系统及用电设备能效水平

“十一五”期间笔者参加了佛山地区多家铝型材企业的节能监测工作，对部分企业检测数据汇总分析，可以大致了解到铝型材企业供电系统和主要用电设备的能效水平。

（1）线损率（包括变压器和配电线路损耗）：测试七家企业，平均线损率1.80%，最大2.46%，最小1.08%；（2）挤压机效率：测试21台，平均效率53.24%，最高62.72%，最低35.38%；（3）整流装置效率：测试17套，平均效率91.58%，最高96.64%，最低83.50%；（4）模具电加热炉效率：测试4台，平均效率46.81%，最高53.41%，最低43.43%；（5）空气压缩机效率：测试5台，平均效率73.88%，最高78.6%，最低69.74%；（6）制冷机组 EER（单位输入功率制冷量）：平均值3.14，最高3.98，最低2.53。

从上述数据分析：企业线损率均低于3.5%的节能监测合格指标，说明企业电能转换输送效率较高；空气压缩机与制冷机的能效指标基本达到节能监测标准要求；整流装置中，老旧设备的效率偏低；挤压机与模具电加热炉有较大节能空间。

2 节电潜力分析

2.1 企业合理用电的要求

国家标准《评价企业合理用电技术导则》（GB/T3485-1998）规定了企业合理用电的基本要求、评价原则和方法，对企业供电的合理化、电能转换为机械能的合理化、电能转换为热能的合理化、电能转换为化学能的合理化、企业照明的合理化提出了原则要求。

①企业供电的合理化：变配电所的位置应接近负荷中心；按经济电流密度选择导线截面；合理分配与平衡负荷；合理配置无功补偿设备；抑制严重的高次谐波等。

②电能转化为机械能的合理化：在满足电动机安全、起动、制动、调速等方面要求的情况下，以节能的原则来选择合理选择电机功率，使电机工作在经济运行范围内；对机械负载经常变化的电气传动系统，应采用调速运行的方式加以调节，并要合理选择调速运行方式；异步电动机采取合理的就地无功补偿措施等。

③电能转化为热能的合理化：合理选择高效电加热设备；采用先进的电热元件，改善电炉炉壁的性能和形状，合理采用热容小，热导率低的耐火材料和保温材料加强电热设备的密封；改进电炉的升温曲线；电加热设备要选择合理的装炉量；合理回收余热等。

④电能转化为化学能的合理化：严格控制电流效率、平均槽电压、单位产品电耗等技术经济指标；降低直流网络电压损失控制电解槽的泄漏电流；采用高效整流设备；合理选用整流调压装置等。

⑤企业照明的合理化：选用光效高、显色性好的光源及配光合理、安全高效的灯具；合理选择照明控制方式，加强照明设备的运行管理；充分利用天然光等。

2.2 节电潜力分析点的确定

上述5个用电“合理化”基本涵盖了电能在企业内的全部应用，以5个“合理化”为线索逐一分析企业电能利用方面存在的问题，提出相应对策，是全面、系统分析企业节电潜力的有效方法。

结合铝型材生产企业实际，以5个“合理化”要求为主线，筛选出各用电部门的主要节电潜力分析点，见表1。

2.3 现状分析

要挖掘出节电潜力，现状分析是基础，只有摸清企业用电的实际情况，然后分析评价企业用电的合理性，进而与先进水平进行比对，才能提出有针对性的节电措施，也为将来实施节能项目后进行评价提供基础数据。开展企业用电现状分析，需要搜集各工序产量、工艺参数以及用电统计等资料，必要时进行现场测试。

2.3.1 企业供电现状分析

企业供电系统需要掌握分析的指标有：企业日负荷率、变压器负载系数、功率因数、主要供电线路的线损率、主要谐波含量等。

2.3.2 电能转化为机械能现状分析

（1）熔铸：熔铸部分的主要用电设备是熔铸炉的鼓、引风机和冷却水泵。需要测试出风机及其管网的用电效率、水泵及其输送系统的用电效率，了解风机与水泵在工艺参数要求改变时所采用的调节方式。

（2）挤压：测试挤压机一个工作周期中，不同工作段的用时及该工作段的用电功率，以分析主电机的实际负载率，并掌握电机在低负载和空载段的电力消耗水平。

（3）喷涂：该工序使用的主要电力拖动设备是空气压缩机，需要开展的工作包括测定空压机组用电单耗、测定加卸载荷时间、寻找压缩空气管道泄漏点、了解用气端合理的压力需求等。

2.3.3 电能转化为热能现状分析

铝型材加工企业中，电能转化为热能的设备主要是配套挤压机用的模具电加热炉，对模具电加热炉要测定其升温曲线、测试加工产品的可比用电单耗、测试炉外表面温升等。

表1 节能潜力分析点

2.3.4 电能转化为化学能现状分析

氧化（着色）及电泳是电能转化为化学能的生产工序，为分析其电能利用效率，需要测定整流设备电能利用率、氧化和电泳设备电流效率、氧化和电泳设备平均槽电压等指标。此外，集中安排生产，避免分散小批量的作业，可有效节省用电，因此，在现状分析阶段，也要对安排生产的方式进行调查分析。

2.3.5 照明现状分析

照明现状分析，要掌握企业使用的光源及灯具的类型、数量，统计企业年照明用电量，对照明要求高的场所测定照度或亮度指标，以便更换照明器具后进行对比。

3 铝型材企业主要节电措施

3.1 企业供电系统

由于供电部门执行力率电费，企业对集中无功补偿比较重视，往往忽略了可减少企业内电能损耗的就地无功补偿，对单台容量较大、经常轻载运行的电机装设无功补偿装置，能减少线路损耗和线路压降。

铝型材企业整流设备耗电多，是主要的谐波来源，消除整流谐波，采用无源滤波装置已可取得较好效果，当技术经济比较合理时，也可采用有源滤波装置。

3.2 电能转化为机械能

（1）水泵、风机：在熔铸车间的冷却水泵和熔铸炉风机、挤压车间冷却水泵、氧化车间制冷系统水泵等设备上装设变频控制器，根据负荷变化进行速度调节，减小节流能量损失，是有效的节电措施。

（2）挤压机：铝型材挤压机伺服节能改造是当前比较有效的节电措施，用伺服电机替代主油泵传统配用的异步电机，并通过伺服控制器，在各工作阶段控制伺服电机的运转速度，使油泵提供适当的流量，以此取代高压节流控制方式，从而减少高压节流造成的能量损耗，有明显的节电效果。

（3）压缩空气系统：对空气压缩机安装变频装置，使压缩机根据负荷的变化变速运行，有节能降耗的作用，但由于空压机属恒转矩负载，其功率与转速为近似一次方关系，变频调速的节能效果不如泵、风机类负载明显。实际上，压缩空气系统能效低下往往是由压缩空气的不当使用及管网泄漏等问题造成的，因此可以采取加强检修维护、避免系统压力高于实际需求、合理配置存储容量以减少频繁加卸载等方法来提高能效。

3.3 电能转化为热能

模具加热炉是铝型材企业最主要的电加热设备，除采用加强保温、改进电炉升温曲线、合理安排装炉量等措施节能外，目前不少企业已采用电磁式加热炉取代电阻炉，电磁加热炉具有热效率高、热量散失少、升温时间短等优点，有显著的节电效果。

3.4 电能转化为化学能

选择效率较高的可控硅或高频开关电源，优先选用高频开关电源；减小直流系统各处的接触电阻；控制好溶液成分和温度，降低溶液电阻，提高电流效率。

3.5 企业照明

企业照明的节能改造主要是用节能型光源取代传统光源，现在可供选择的节能照明种类较多，有稀土三基色紧凑型荧光灯、LED灯、无极灯、细管荧光灯等，可根据不同的使用场所经技术经济比较后选用，注意在改造前后测试照明质量参数，保证改造后照明质量不降低。

4 结论

节能减排是国家战略，特别是“十一五”期间开展了“双千节能行动”，许多铝型材生产企业实施了一大批节能技术改造项目，取得了显著的成效。“十二五”时期，国家又启动了“万家企业节能低碳行动”，如何在较高的起点上发掘节能潜力，进一步提高能效，以实现“十二五”节能目标是众多铝型材企业所面临的问题。本文以《评价企业合理用电技术导则》为指引，从企业供电的合理化、电能转化为机械能的合理化、电能转化为热能的合理化、电能转化为化学能的合理化、企业照明的合理化五方面着手，试图为铝型材企业提供一种系统全面的节电潜力分析方法。

[1]《评价企业合理用电技术导则》（GB/T3485-1998）．

[2]《整流设备节能监测》（GB/24566-2009）．

[3]《电解、电镀设备节能监测》（GB/24560-2009）．