摘要：近年來，隨著國家水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構調(diào)整步伐的加快及國家落實節(jié)能減排工作的不斷重視及深入，水泥行業(yè)新型干法生產(chǎn)線配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的越來越多，新建、擴建水泥工程項目應同步配套設計建設或預留其位置，已經(jīng)寫入相關國家標準?，F(xiàn)針對同步配套余熱利用系統(tǒng)的水泥熟料生產(chǎn)線工程項目設計提出了幾項節(jié)能設計方案的優(yōu)化建議，供同行參考。
1 供配電系統(tǒng)的節(jié)能設計方案
對于廣大工礦企業(yè)來說，供配電系統(tǒng)的的節(jié)能設計，必須從全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧，按照負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件，確定合理的供配電方案并且不斷優(yōu)化。同步配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的水泥熟料生產(chǎn)線在該方面更應認真分析論證，力求系統(tǒng)簡單先進可靠，操作安全方便，對于目前的水泥熟料生產(chǎn)線系統(tǒng)技術水平，我們提出如下供配電系統(tǒng)的節(jié)能設計方案：
1.1 盡量提高供配電電壓等級：在企業(yè)用電負荷不變的情況下，如將企業(yè)內(nèi)部供配電系統(tǒng)的電壓提高，通過線路和變壓器的電流將相應減少，電能損耗也就相應的降低，根據(jù)當前我國供電情況應盡可能降低投資的要求，如規(guī)模在5000t/d及以上的水泥熟料生產(chǎn)線并且同步配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的，其供電電源宜選為110KV及以上進線電壓等級，廠區(qū)內(nèi)高壓用電設備（如高壓電動機及余熱利用系統(tǒng)的發(fā)電機）采用10KV電壓等級，淘汰6KV電壓等級。
1.2 盡量減少供電半徑，降低線路損耗：變配電所應盡量靠近負荷中心，建議總降變電所、余熱利用（發(fā)電）房、中控室綜合設計布置它們的位置時應盡量縮短它們之間的空間距離，或干脆建設在一起為一體式建筑，這樣不僅能降低線路損耗還能大大節(jié)省電纜配電柜電氣設備的投資。由于我國水泥熟料生產(chǎn)線所配套的技術先進的余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)大多是后來增加的，同步配套設計建設還是近幾年的事情，總降變電所、余熱利用（發(fā)電）房、中控室的一體化綜合設計布置還不多見，這方面做到完美統(tǒng)一，節(jié)能經(jīng)濟合理，還有比較大的文章可做。
1.3 選用節(jié)能型變壓器，合理配置變壓器容量，由于變壓器的效率還與其負荷率緊密相關，變壓器負荷率宜控制在70%左右，水泥熟料生產(chǎn)線同步配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)后，工廠主變壓器容量和個別車間變壓器的容量要切合實際地進行合理設計調(diào)整，雖然水泥熟料生產(chǎn)線配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的設計前提是在不影響水泥生產(chǎn)的前提下最大限度地利用余熱，同不配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的單純水泥熟料生產(chǎn)線相比，理論上這樣是可以的，但在實際上與水泥生產(chǎn)絕對不爭熱不爭能量、100%絕對只利用余熱是辦不到的，也就是說本來用于水泥生產(chǎn)線的一些設備的負荷率在配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)前后是有很大區(qū)別的，也就決定了給予它們供電的變壓器容量也會隨之改變。
2 無功補償設備的合理選取及節(jié)能設計方案
在水泥行業(yè)最常見無功補償設備無非是高低壓電容器及靜止進相器、旋轉(zhuǎn)式進相機等，并且旋轉(zhuǎn)式進相機現(xiàn)已逐漸被靜止進相器所代替。這幾種無功補償設備應該根據(jù)電機設備選型等因素進行科學選取并確定合理的安裝位置。我們建議采取下列節(jié)能設計方案：
2.1 低壓異步電動機、高壓鼠籠型異步電動機采用高低壓電容器補償，而且盡量多采用就地補償，同時減少變配電室集中補償?shù)臄?shù)量和容量。因為就地補償是在靠近異步電動機附近增設電容無功補償裝置，這是對異步電動機進行無功功率補償最有效的補償方法，其無功補償效果最佳，設計時要注重考慮與需要補償電動機安裝布置空間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，力求美觀安全可靠。
2.2 高壓繞線式異步電動機采取靜止進相器進行無功就地補償，靜止進相器及電動機起動器的安裝布置位置應盡量靠近電動機，目的是盡量減少電動機的轉(zhuǎn)子回路長度，進而減少轉(zhuǎn)子電線電纜的投資，在主要降低電動機定子回路線路損耗的同時，最大限度降低轉(zhuǎn)子回路線路損耗。
2.3 設計時還應全盤考慮，科學論證，正確利用余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機組的功率因數(shù)調(diào)整作用，即注重與全廠高低壓電容器、靜止進相器、旋轉(zhuǎn)式進相機等其他無功補償設備的合理配合：我們知道，綜合考慮經(jīng)濟合理性，水泥行業(yè)新型干法生產(chǎn)線的用電負荷加裝無功補償后全廠負荷性質(zhì)應該還是電感性的，無功補償設備全部正常投入運行后，全廠功率因數(shù)一般可達0.95以上；水泥余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的能量來源是來自水泥熟料生產(chǎn)線的窯頭和窯尾的廢氣，通過余熱鍋爐、汽輪機和發(fā)電機完成能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電能，電能主要供企業(yè)內(nèi)部使用，不對外部上一級電網(wǎng)供電，即采用“并網(wǎng)不上網(wǎng)” 的運行方式，余熱發(fā)電量一般約占本企業(yè)全部用電量的30%，因此其發(fā)電機不具備利用其“進相運行”方式進行網(wǎng)絡電壓調(diào)節(jié)的能力：在外部電網(wǎng)負荷低谷網(wǎng)絡電壓過高時，吸收電網(wǎng)過多剩余無功功率以便有效抑制電壓升高，而應該主要在遲相運行狀態(tài)下運行，注重和其他無功補償設備的合理配合，及時調(diào)節(jié)發(fā)電機的功率因數(shù)到最佳范圍，提高整個系統(tǒng)綜合運行效率，力爭使系統(tǒng)綜合能效最佳！
3 應采用統(tǒng)一的綜合自動化控制系統(tǒng)（即DCS或中控系統(tǒng)）節(jié)能設計方案
DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)，一些行業(yè)還常習慣稱中央控制系統(tǒng)、中控系統(tǒng)。是一種新型綜合自動化計算機控制系統(tǒng)，1975年問世以來，已經(jīng)經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展歷程。它是在老式集中式控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展、演變而來的。DCS是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。
在系統(tǒng)功能方面，DCS和老式集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大，但在系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方法上卻完全不同。目前在我國水泥行業(yè)，水泥熟料生產(chǎn)線同步配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的生產(chǎn)線，用于水泥生產(chǎn)過程控制的及用于余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的綜合自動化控制系統(tǒng)（即DCS或中控系統(tǒng)）絕大多數(shù)是采用各自的單獨控制系統(tǒng)，并且多是設立單獨的中央控制室，這樣相互之間是獨立的，空間上也是分離的，我們認為這樣做是缺乏全局統(tǒng)一觀念、是極其浪費和不合理的，一些軟硬件設備重復配置，不能使設備資源充分利用。
主要原因是受到行業(yè)（水泥行業(yè)，電力行業(yè)）傳統(tǒng)習慣思維的影響，相互溝通融合不夠。通盤考慮，科學分析，二者應該高效融合，完全可以采用統(tǒng)一的一套綜合自動化控制系統(tǒng)（即DCS或中控系統(tǒng)）節(jié)能設計方案，采用一個中央控制室進行中控操作，把水泥生產(chǎn)和余熱利用發(fā)電看成一個統(tǒng)一的生產(chǎn)整體，每個環(huán)節(jié)只是這一整體的一個生產(chǎn)工序，做到各個環(huán)節(jié)中控操作相互之間最佳配合，對水泥生產(chǎn)線、余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)全面、可靠、合理、完善的監(jiān)視、測量與控制，并具有與電力部門調(diào)度端調(diào)度自動化系統(tǒng)交換信息的能力，使水泥單一生產(chǎn)系統(tǒng)與余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)達到工藝上相互配合及控制上的完美統(tǒng)一，還會大大節(jié)省建筑和設備投資，節(jié)約能源。
1 供配電系統(tǒng)的節(jié)能設計方案
對于廣大工礦企業(yè)來說，供配電系統(tǒng)的的節(jié)能設計，必須從全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧，按照負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件，確定合理的供配電方案并且不斷優(yōu)化。同步配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的水泥熟料生產(chǎn)線在該方面更應認真分析論證，力求系統(tǒng)簡單先進可靠，操作安全方便，對于目前的水泥熟料生產(chǎn)線系統(tǒng)技術水平，我們提出如下供配電系統(tǒng)的節(jié)能設計方案：
1.1 盡量提高供配電電壓等級：在企業(yè)用電負荷不變的情況下，如將企業(yè)內(nèi)部供配電系統(tǒng)的電壓提高，通過線路和變壓器的電流將相應減少，電能損耗也就相應的降低，根據(jù)當前我國供電情況應盡可能降低投資的要求，如規(guī)模在5000t/d及以上的水泥熟料生產(chǎn)線并且同步配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的，其供電電源宜選為110KV及以上進線電壓等級，廠區(qū)內(nèi)高壓用電設備（如高壓電動機及余熱利用系統(tǒng)的發(fā)電機）采用10KV電壓等級，淘汰6KV電壓等級。
1.2 盡量減少供電半徑，降低線路損耗：變配電所應盡量靠近負荷中心，建議總降變電所、余熱利用（發(fā)電）房、中控室綜合設計布置它們的位置時應盡量縮短它們之間的空間距離，或干脆建設在一起為一體式建筑，這樣不僅能降低線路損耗還能大大節(jié)省電纜配電柜電氣設備的投資。由于我國水泥熟料生產(chǎn)線所配套的技術先進的余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)大多是后來增加的，同步配套設計建設還是近幾年的事情，總降變電所、余熱利用（發(fā)電）房、中控室的一體化綜合設計布置還不多見，這方面做到完美統(tǒng)一，節(jié)能經(jīng)濟合理，還有比較大的文章可做。
1.3 選用節(jié)能型變壓器，合理配置變壓器容量，由于變壓器的效率還與其負荷率緊密相關，變壓器負荷率宜控制在70%左右，水泥熟料生產(chǎn)線同步配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)后，工廠主變壓器容量和個別車間變壓器的容量要切合實際地進行合理設計調(diào)整，雖然水泥熟料生產(chǎn)線配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的設計前提是在不影響水泥生產(chǎn)的前提下最大限度地利用余熱，同不配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的單純水泥熟料生產(chǎn)線相比，理論上這樣是可以的，但在實際上與水泥生產(chǎn)絕對不爭熱不爭能量、100%絕對只利用余熱是辦不到的，也就是說本來用于水泥生產(chǎn)線的一些設備的負荷率在配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)前后是有很大區(qū)別的，也就決定了給予它們供電的變壓器容量也會隨之改變。
2 無功補償設備的合理選取及節(jié)能設計方案
在水泥行業(yè)最常見無功補償設備無非是高低壓電容器及靜止進相器、旋轉(zhuǎn)式進相機等，并且旋轉(zhuǎn)式進相機現(xiàn)已逐漸被靜止進相器所代替。這幾種無功補償設備應該根據(jù)電機設備選型等因素進行科學選取并確定合理的安裝位置。我們建議采取下列節(jié)能設計方案：
2.1 低壓異步電動機、高壓鼠籠型異步電動機采用高低壓電容器補償，而且盡量多采用就地補償，同時減少變配電室集中補償?shù)臄?shù)量和容量。因為就地補償是在靠近異步電動機附近增設電容無功補償裝置，這是對異步電動機進行無功功率補償最有效的補償方法，其無功補償效果最佳，設計時要注重考慮與需要補償電動機安裝布置空間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，力求美觀安全可靠。
2.2 高壓繞線式異步電動機采取靜止進相器進行無功就地補償，靜止進相器及電動機起動器的安裝布置位置應盡量靠近電動機，目的是盡量減少電動機的轉(zhuǎn)子回路長度，進而減少轉(zhuǎn)子電線電纜的投資，在主要降低電動機定子回路線路損耗的同時，最大限度降低轉(zhuǎn)子回路線路損耗。
2.3 設計時還應全盤考慮，科學論證，正確利用余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機組的功率因數(shù)調(diào)整作用，即注重與全廠高低壓電容器、靜止進相器、旋轉(zhuǎn)式進相機等其他無功補償設備的合理配合：我們知道，綜合考慮經(jīng)濟合理性，水泥行業(yè)新型干法生產(chǎn)線的用電負荷加裝無功補償后全廠負荷性質(zhì)應該還是電感性的，無功補償設備全部正常投入運行后，全廠功率因數(shù)一般可達0.95以上；水泥余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的能量來源是來自水泥熟料生產(chǎn)線的窯頭和窯尾的廢氣，通過余熱鍋爐、汽輪機和發(fā)電機完成能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電能，電能主要供企業(yè)內(nèi)部使用，不對外部上一級電網(wǎng)供電，即采用“并網(wǎng)不上網(wǎng)” 的運行方式，余熱發(fā)電量一般約占本企業(yè)全部用電量的30%，因此其發(fā)電機不具備利用其“進相運行”方式進行網(wǎng)絡電壓調(diào)節(jié)的能力：在外部電網(wǎng)負荷低谷網(wǎng)絡電壓過高時，吸收電網(wǎng)過多剩余無功功率以便有效抑制電壓升高，而應該主要在遲相運行狀態(tài)下運行，注重和其他無功補償設備的合理配合，及時調(diào)節(jié)發(fā)電機的功率因數(shù)到最佳范圍，提高整個系統(tǒng)綜合運行效率，力爭使系統(tǒng)綜合能效最佳！
3 應采用統(tǒng)一的綜合自動化控制系統(tǒng)（即DCS或中控系統(tǒng)）節(jié)能設計方案
DCS是分布式控制系統(tǒng)的英文縮寫（Distributed Control System），在國內(nèi)自控行業(yè)又稱之為集散控制系統(tǒng)，一些行業(yè)還常習慣稱中央控制系統(tǒng)、中控系統(tǒng)。是一種新型綜合自動化計算機控制系統(tǒng)，1975年問世以來，已經(jīng)經(jīng)歷了三十多年的發(fā)展歷程。它是在老式集中式控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展、演變而來的。DCS是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。
在系統(tǒng)功能方面，DCS和老式集中式控制系統(tǒng)的區(qū)別不大，但在系統(tǒng)功能的實現(xiàn)方法上卻完全不同。目前在我國水泥行業(yè)，水泥熟料生產(chǎn)線同步配套余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的生產(chǎn)線，用于水泥生產(chǎn)過程控制的及用于余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)的綜合自動化控制系統(tǒng)（即DCS或中控系統(tǒng)）絕大多數(shù)是采用各自的單獨控制系統(tǒng)，并且多是設立單獨的中央控制室，這樣相互之間是獨立的，空間上也是分離的，我們認為這樣做是缺乏全局統(tǒng)一觀念、是極其浪費和不合理的，一些軟硬件設備重復配置，不能使設備資源充分利用。
主要原因是受到行業(yè)（水泥行業(yè)，電力行業(yè)）傳統(tǒng)習慣思維的影響，相互溝通融合不夠。通盤考慮，科學分析，二者應該高效融合，完全可以采用統(tǒng)一的一套綜合自動化控制系統(tǒng)（即DCS或中控系統(tǒng)）節(jié)能設計方案，采用一個中央控制室進行中控操作，把水泥生產(chǎn)和余熱利用發(fā)電看成一個統(tǒng)一的生產(chǎn)整體，每個環(huán)節(jié)只是這一整體的一個生產(chǎn)工序，做到各個環(huán)節(jié)中控操作相互之間最佳配合，對水泥生產(chǎn)線、余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)全面、可靠、合理、完善的監(jiān)視、測量與控制，并具有與電力部門調(diào)度端調(diào)度自動化系統(tǒng)交換信息的能力，使水泥單一生產(chǎn)系統(tǒng)與余熱利用（發(fā)電）系統(tǒng)達到工藝上相互配合及控制上的完美統(tǒng)一，還會大大節(jié)省建筑和設備投資，節(jié)約能源。
