矿山企业节能减排的主要途径

Ser i a l N o . 486O c t ober . 2009

现 代 矿 业

M ORDEN M IN ING

总第486期

2009年10月第10期

矿山企业节能减排的主要途径

王荣祥 任效乾

(太原科技大学)

摘 要:简述了节能减排对于国民经济发展的重要性, 指出矿山企业在用电、用水、耗煤和耗油等方面节能减排的主要途径。

关键词:节能减排; 矿山电网; 供排水系统; 可持续发展

中图分类号:F407. 1 文献标识码:A 文章编号:1674-6082(2009) 10-0011-03

M ainW ays of Energy Savi n g and Em ission R educing of M i n e Enterpr ise

W ang Rongx iang R en X iaoqian

(Ta i y uan Un i v ersity of Sc ience and T echnology) Abst ract :It is o f great i m portance of energy sav i n g and e m i s sion reduc i n g to deve lopm ent o f nati o na l econo my . The m a i n w ays of ener gy sav ing and e m i s sion reduc i n g i n utilization of po w er , w ater , coa l and o il f o r m i n e enter prises are po i n ted ou. t K eyw ords :Energy sav ing and e m ission reduc i n g ; M i n e po w er gr i d ; W ater supply and dra i n age sys -te m; Sustainab le deve l o pm ent

进入新世纪以来, 我国政府提出/以人为本, 全

面协调, 可持续发展0的科学发展观, 节能减排、发展循环经济符合可持续发展理念的经济增长模式, 是对/大量生产, 大量消费, 大量废弃0传统增长模式的根本变革, 为解决我国资源状况对经济发展的瓶颈制约具有十分重要的现实意义。

国家已把0节约能源0作为国民经济发展的一项长远战略方针, 明确提出在/十一五0期间, 国民经济(GDP) 万元产值的能耗要下降20%。矿山企业是能源消耗大户, 多年的生产实践证明, 节能工作必须在/减量化用能、提高能源利用率和提高二次能源回收利用水平0三个方面下功夫。矿山生产用电、用水和燃料消耗是企业耗能的主要构成部分。节能工作必须从/管理节能、结构节能、技术节能0三个方面入手, 要根据企业的实际情况制订节能发展计划, 优化用能耗能结构, 进行系统节能减排, 以实现矿山企业利润最大化。1 矿山电网系统的节能降耗措施

矿山企业是用电大户, 随着矿业开发规模的不断增大, 供电负荷迅速增加。因此, 在满足负荷要求的基础上, 减量用电、降低网损和电容器投资, 提高

王荣祥, 男, 教授, 030024山西省太原市。

供电质量, 使矿山电网系统安全经济地运行, 是企业

节能工作应予重视的重要方面。

矿山电网的负荷大, 10kV 低压配电网出线多, 负荷不均匀, 线路损耗较大。其用能简约、无功补偿容量及位置优化, 是一个多目标、多变量、多约束的混合非线性规划问题。矿山生产实践证明, 采用分散补偿法和变压器分接头档位, 是有效的降耗方式。统计数据表明, 在一般情况下, 补偿点越多, 线损减少越多, 网损越小; 如果能够在较大负荷结点配置相应补偿器, 就地进行补偿, 使无功功率不在供电线路上流动, 其补偿效果最好。几个大型矿山电网的经验数据见图1

。

图1 电网补偿点数与线损减少量的关系

图1表明, 如果线路上的补偿点分别为1~10个, 当补偿点为1时, 线损减少量为0. 297, 补偿点为2时, 线损减少量提高到0. 318, 当补偿点多于4个时, 线损减少量基本保持在0. 33左右。由此说明:随着线路上补偿点的增多, 线损减少量增加。但

总第486期 现代矿业 2009年10月第10期随着线路补偿点的进一步增多, 线损减少量的增加幅度将逐渐减少。而且, 补偿点越多, 设备投资成本和设备维护工作量必然越大。矿山生产实践证明, 对于一般电网, 其分散补偿点最好为4~6个。

在确定补偿设备数量和容量时应该注意:由于大多数矿山的供电线路具有分支路多、导线型号多和配电点多的特点, 其负荷分配多是不均匀的。所以, 在计算时必须将负荷非均匀分布的导线长度, 换算为均匀分布的长度, 并进行无功电流分布的折算。矿山生产设备(特别是大型设备), 大多数采用电机拖动, 其转速调控是必需的。采用变频器调速技术是目前发展趋势, 变频调速系统的工作原理见图2。它是集自动控制、电力电子等技术于一体的高科技装置。采用变频器驱动的电动机系统与传统调速设施相比, 可节能20%~25%, 而且调控方便, 维护简单。但是, 由于变频器中普遍使用了晶闸管或整流二级管等非线性整流器件, 其产生的谐波对电网将产生传导干扰, 引起电网电压畸变(畸变率为10%~40%), 影响电网的供电质量。此外, 变频器的输出部分一般采用I GBT 等开关器件, 在输出能量的同时将在输出线上产生较强的电磁幅射干扰, 影响临近电器的正常工作, 使得电网中的电器元件损耗增加, 并传导干扰到电源, 通过配电网络传导给其他设备,

降低输变电及用电设备的效率。

以, 节水就是节电。

联合国能源组织确定:人均水资源占有量低于3

1700m 的国家, 为用水紧张国家, 而我国的人均水资源占有量还不足世界平均水平的1/4。国家有关部门预测:水资源问题将在未来10a 中对GDP 增长率影响1. 5~1. 9个百分点, 水资源状况将是制约国民经济发展的瓶颈问题之一。矿业开发是国民经济的基础产业, 是实现全面小康社会不可缺少的物质基础。但应看到, 矿山生产是能源消耗量很大的行业。其中生产工艺用水、设备冷却用水、除尘洗涤用水和疏排废弃物用水, 数量都是很大的。节约用水是降低矿山生产成本的主要途径之一。我国一些矿山企业水源单一, 保障性较差; 循环水系统与生产能力不匹配, 串级系统及水闭路循环不完善, 大量废水外排, 造成用水浪费; 部分建矿时间较长的老企业, 管网设施严重老化, 跑冒泄漏严重, 并且随着矿山生产规模的扩大, 管路已不堪重负。这些都是亟待解决的问题。我国冶金矿山近几年的用水及废水治理情况见表1。

表1 近几年冶金矿山的用水及废水处理情况*

年度[***********]072008

工业水重复铁铜耗水量铁铜外排废利用率/%/(m 3/t) 水量/(m3/t)

69. 0870. 5573. 7376. 2879. 1582. 13

16. 1814. 58

12. 8110. 279. 118. 65

11. 1210. 11

7. 816. 145. 854. 91

企业废水总处理率/%

70. 1875. 2381. 5583. 4785. 3687. 16

*50个企业平均值

矿山生产节水, 首先应做到源头用水减量化。

图2 交流变频调速系统原理图

要改变/按需供水0的观念, 采用节水型生产工艺技术和生产装备, 如钻孔供水节流、爆后喷水雾化、袋式除尘器和过滤回水设备等, 使工艺源头用水量降至最少。由于源头用水点往往在地势较高处, 减量用水, 也可降低供排水的电能消耗。

矿山空气压缩机站、无轨设备修理站、机修站、选矿厂和工业锅炉房等, 其冷却系统用水量很大, 而且计算方法比较保守, 浪费较多。为了改变这种粗放用水状态, 在条件允许的情况下, 可以逐步推广高效空冷设备、气化冷却设备和节水喷雾型冷却设备等, 既能改善冷却效果, 又能节约用水。

矿山生产工艺产生的废水, 往往与涌出的地下水混流排放, 造成水资源浪费。要改变/只抓生产效率, 不管开源节流0的传统观念, 在发展生产规模的同时, 要加强废水回收处理技术及其相关设备的开发应用。首先要提高用水效率, 强化串级用水和

为了抑制变频器产生的干扰谐波电流, 改善网路的功率因数, 可给变频器加装交流电抗器。这一措施可使电网电压畸变率降低30%~50%。在条件具备或要求产生谐波较小的情况下, 可以采用多相整流的方法。经实验表明, 18相脉冲整流的电压畸变率可降为3%~8%。当系统的抗干扰能力要求较高时, 为减少对电源的干扰, 可在电源输入端加装电源滤波器。采用这一措施后, 可使满载设备进线中的电压畸变率降至5%~10%, 从而保证变频器的良好节能效果。

2 矿山生产流程的节水技术及其管理措施

矿山生产全流程几乎都离不开用水, 从探矿、开拓、采矿、选矿到烧结, 各工艺环节都需要消耗大量的水资源。供排水系统的运行, 必然消耗电能, 所

王荣祥 任效乾:矿山企业节能减排的主要途径 闭路多用等有效措施。有些山地矿山, 根据地势条件, 可以在合适的地点构筑储水池或小水库, 配以合适的水处理设备, 完善循环供水设施, 提高用水循环率, 减少循环系统的废水排放量。同时, 实行工业水、过滤水、软化水和纯净水分制系统管理, 做到科学简约用水, 使有限水资源促进矿山可持续发展。

矿山企业要树立/资源有限, 节约无限, 管理出效益0的创新思维, 紧紧依靠技术创新、管理创新和观念创新, 工序优化整合, 用水源头减量, 节水和环保并行, 循环系统科学管理控制。要加强对重点用水系统的平衡测试工作, 明确用水量的分布。通过对用水量的分析, 掌握对供排水总量影响较大的用户, 对其进行技术分析和经营分析, 有针对性地提出节水措施, 细化单元用水。要经常对用水情况进行检查和严格考核; 重点用水系统和有关设备应配置计量水表和控制仪表, 明确计量和控制精度, 完善部门之间的计量系统, 为节水技术工作和管理工作提供更准确的数据。积极建立推广用水和节水计算机管理系统; 根据企业实际条件, 鼓励采用高氨氮及高COD 等废水处理、含油高盐废水处理回用等技术, 争取在节约用水方面有更大突破。

总之, 矿山企业节水工作的核心是提高用水效率和用水效益, 要与企业的节能减排和循环经济发展紧密结合。要坚持/节约与开源并重, 节流优先, 治污为本0的用水原则。关注并利用好国家鼓励企业进行节水技术改造的政策, 新建、改建、扩建节水减排建设项目, 配套节水设施; 应用经济杠杆激发企业各部门的节水积极性, 使节水设施发挥最大经济效益和社会效益。

3 矿山生产用油及燃煤系统的管理

矿山生产消耗大量油料和煤炭等能源物资。矿山企业所购入的能源材料, 在运输过程中肯定会存在物资损失情况。因此, 国家有关部门规定, 散装煤炭、细砂、矿粉和水泥运输过程中的物资亏损在2%以内视为合理值, 可以充销企业帐目。

矿山企业所需要的能源材料, 在一般场地堆放, 会受到日晒、风吹、腐蚀和雨水冲刷等自然作用的影响。例如, 日晒会使物料中的水份蒸发1%~2%; 日晒和风吹会使油料挥发0. 5%~1. 0%。更有甚者, 有些地段公路边设有汽车运煤充水点; 这使企业所购煤炭含水量大幅度增加, 煤炭到场后水份大量流失和蒸发, 造成严重亏吨。

矿山企业所购入的某些油料和煤炭, 可能有掺假成份, 其燃烧值或发热量达不到要求, 同样使企业

2009年10月第10期

蒙受能源利用方面的损失。比如虚报油料牌号, 其组成成份和纯度不符合要求; 煤炭掺入矸石, 使其热能指标和含硫量不符合要求等, 不但给企业造成能源亏损, 严重时还会影响正常生产。

上述表明, 矿山企业的能源亏损是确实存在的。据国家有关部门统计, 近年来矿山企业的实际能源亏损值一般在6%~7%, 亏损较多的达到9%~10%, 较好的企业控制在5%左右。因此, 加强能源材料的购入、储存和消耗管理工作, 是不容忽视的重大问题。

矿山企业应强化能源材料采购、质检和使用部门的统一协调管理; 要有订货进厂数量、实际应用数量、质量标准相互确认的合理运行机制; 建立起日清、月结、年合计的统计制度。当出现误差时, 在合理范围内进行冲销; 如果存在争议, 要认真进行分析、协调和公正处理。

为了避免订货数量及质量与到货数量及质量出现超标差异, 企业应建立相对稳定的、能够供应大宗货物的能源材料基地, 少去选购不稳定的小矿点和小货场的物资。对于进货数量、重量和质量, 要按照行规标准进行严格检验, 不得任意确定检验批次、频次和取样点。

矿山企业在做设备选型配套设计时要严格考核把关, 应选择/低耗能、排废少0的设备。特别是内燃机驱动的无轨设备、水混流矿物选别设备和燃煤锅炉等, 要科学仔细地检测耗能指标和主要技术性能。对于使用时间较长的设备, 要定期检测工作状况, 及时排除故障和维修; 对于/跑、冒、漏、渗0严重的设备, 要及时进行技术改造, 保证生产设备经常处于技术性能良好和节能减排的工作状态。这是持续的、大面积的节能工作, 应予足够重视。

矿山机械设备投入生产运行之后, 其燃料系统、润滑系统、冷却系统和保护系统即开始陆续产生大量废油。例如, 轴径为230~300mm 的滑动轴承, 其油池容量为8kg , 每两个月需更换一次油, 除摩擦消耗外, 每年产生废油约为30kg ; 油池容量为1100~1200kg 的齿轮传动装置, 每年共产生废油约750kg 。随便遗弃废油, 将污染环境和恶化土壤; 如果把废油再生利用, 对提高经济效益和社会效益都具有重大意义。目前, 我国的工矿机械废油再生利用常采用的方法有/硫酸-白土法0、/溶剂萃取-白土精制法0和/有机絮凝法0。国外常见的方法有/(法国) REG

法0、/(意大利) SP 法0和/(美国) 季铵盐净化法0等。这些方法各有利弊, 只要根据(下转第54页)

总第486期 现代矿业 2009年10月第10期变化规律相似。由图6可以看出, 岩石密度变化对K Ñ(t ) 、K Ò(t ) 动态应力强度因子的峰值没有影响,

后续动态应力强度因子峰值随密度的增大出现滞后,

可见密度越小越易扩展。

4 结 语

通过有限元分析软件ANSYS 数值模拟手段, 研究了在爆破荷载作用下, 荷载作用时间以及岩石物理力学参数对裂纹尖端动态应力强度因子的影响, 得到了以下一些结论。

(1) K Ñ(t ) 动态应力强度因子随着荷载时间的增加其最大峰值变化不大, 但曲线驼峰增宽, 可见荷载作用时间越长, 对裂纹的扩展贡献越大。

(2) 相比而言, K Ñ(t ) 动态应力强度因子对裂纹扩展贡献占主要作用, 而K Ò(t ) 动态应力强度因子是由应力波在自由表面反射引起裂纹尖端上下错动造成的。

(3) 岩石泊松比的变化对K Ñ(t ) 、K Ò(t ) 动态应力强度因子的峰值以及曲线形态都没有影响; 岩石(上接第13页) 不同的废油合理选择相适应的再生工艺方法, 就会获得可观的经济效益和社会效益。4 结 语

我国政府明确提出, 要把发展循环经济作为调整经济结构、实现经济增长方式转变的重大举措, 国家正在加大促进各行各业节能减排工作的力度。矿弹性模量改变裂纹的起裂时间; 岩石密度越小越易扩展。

参 考 文 献:

[1] 白志勇, 黄素珍, 鲁 勉. 爆破对边坡岩体稳定性的影响[J ].

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[2] 张永哲, 甄胜利. 漫湾电站开挖爆破对高边坡动力稳定影响的

分析研究[J].工程爆破, 1996, 2(1):1~11.

[3] 严晓新, 李玉河. 爆破动力对岩石边坡稳定性影响[J].隧道建

设, 2003, 23(6):15~17.

[4] 马建军, 蔡路军, 叶洲元等. 高陡边坡爆破减震问题的探讨

[J].有色金属(矿山部分), 2002, (2):23~25.

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值研究[J].岩石力学与工程学报, 2007, 26(1):51~56

(收稿日期2009-08-13)

山企业是耗能排废大户, 有责任、有义务为国家分忧解难。要做好节能减排工作, 首先要摸清家底, 掌握企业用能、节能的真实情况, 建立比较完善实用、科

学合理的规章制度, 不断创新, 不懈追求, 坚定不移地走资源节约型、环境友好型的可持续发展之路。

(收稿日期2009-04-27)