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225管理及其他Management and other金属矿山能耗分析和研究鲜军摘要：金属矿山生产中需要消耗大量能源。随着可持续发展理念的深入，矿山生产必须树立节能降耗的意识，通过对工艺流程优化、机电设备改造等措施达到降耗的目的。本文主要对以公司为例进行能耗分析和探讨，提出节能降耗策略，以期为同行业的电气工作者提供参考。关键词：金属矿山；节能降耗；节能策略根据矿山企业的性质，矿山一般建设周期长、服务年限长，矿山设计时考虑了节能降耗措施，建设完成后原有的节能降耗措施无法满足节能降耗要求，而且在满足生产的情况下，一般很少考虑节能降耗。矿山机电设备采购费用高、使用寿命长、安装较复杂，在能正常使用的情况下一般不进行更换，导致矿山企业能耗高，无法适应现阶段我国能源方面的相关要求。随着国家提出“碳达峰”“碳中和”目标，节能降耗已成为国家对矿山企业的基本要求，行业主管部门出台了一系列引导、扶持矿山企业有效实施能源管理，实施节能减排的政策，但矿山企业管理比较粗放，矿山高能耗设备较多，更换成本高，能源内外流失现象时有发生。因此，矿山设备能耗分析与研究变得尤为重要，能让企业更清晰了解自身能耗情况及存在的问题，便于更好的挖掘节能潜力、寻找节能方向、进一步明确节能目标，完善节能工作保障措施，降低能源消耗和生产成本、提高企业经济和环境效益。1 矿山用能现状公司所属黑牛洞铜矿地处四川省甘孜藏族自治州九龙县南部，矿区海拔高度3000米以上，于2013年4月开工建设，2018年5月正式投入生产，截至2022年，产能已达到设计值约79%。主要产品有铜、锌、硫，主要消耗能源为电能。本项目建设完成到现在仅4年半，系统设计时已充分考虑地形条件、采矿方法、选矿工艺流程等因素并针对性进行节能设计，设备也比较先进，能耗相比同类型矿山有明显降低。如矿山地下开采采用平硐、阶段溜井开拓运输方式，利用矿石高位势能通过溜井从高处溜放到下部，降低矿石运输能耗；选矿厂厂址选择充分利用当地地形，缩小车间之间的物料输送距离和车间内部矿浆输送，形成自流条件；在工艺配置上，力求紧凑、合理，在满足工艺过程要求的同时尽量减少物料的倒运次数，使物料运距短捷，减少能耗，矿浆尽可能实现自流，以减少扬送的能耗；主要变电站布置在用电负荷中心附近，减少送电过程中电力的损失等。近3年生产及能源消耗情况为：2020年原矿处理量29.79万吨，用电2117.5万kWh（折算标煤2602t），生产铜金属5635.31t，其中采掘工序单耗22.57kWh/t原矿，选矿工序单耗39.64kWh/t原矿；2021年原矿处理量33.83万吨，用电2358万kWh（折算标煤2897t），生产铜金属5693.62t，其中采掘工序单耗16.51kWh/t原矿，选矿工序单耗45.09kWh/t原矿；2022年原矿处理量39.18万吨，用电2525.69万kWh（折算标煤3104t），生产铜金属6111.05t，其中采掘工序单耗16.39kWh/t原矿，选矿工序单耗38.94kWh/t原矿。通过分析近三年数据，发现随着原矿处理量增加，总用电量逐渐增加，采选单耗虽有所降低，逐步接近设计采掘工序单耗13.82kWh/t原矿，选矿工序单耗40.18kWh/t原矿，但吨金属产品单耗却逐步增加，严重影响节能降耗工作的开展，增加企业生产成本，更制约了矿山的生存和发展。2 能耗分析和研究产品能耗高和未达产有一定关系，但也充分暴露出管理不到位、运行不科学、生产组织不到位等问题，进一步分析发现设计存在缺陷、部分设备选型不合理。为此，将从以下几个方面对产品单位能耗高的原因进行分析和研究。2.1 设计缺陷（1）前期勘察不到位，地质资料不完善，矿体实际位置与资料显示的位置不相符，导致巷道位置偏离矿体，增加掘进量，同时增加运输距离和局部通风，造成用电量增加。（2）通风设计不合理，根据通风安全规范，为保证通风量，实际生产中增加局部通风，共增加22KW轴流式风机4台，增加负荷88kW。随着生产持续，巷道延伸后需继续增加局扇，增加用电负荷，造成用电量增加。（3）实际用电负荷与设计负荷相差较大。设计总装机容量10093.9kW，工作设备总容量7810.2kW，其中采矿用电设备装机容量4190.5kW，工作设备容量3390.8kW；选226管理及其他Management and other矿用电设备装机容量5903.4kW（含取水系统），工作设备容量4419.4kW。经统计，现场实际用电设备总装机容量12697kW，工作设备容量9852.05W，其中采矿用电设备装机容量3899kW，工作设备容量3242kW；选矿用电设备装机容量8797kW（含取水系统），工作设备容量6610.05kW。装机容量增加，导致近三年实际年用电量超过设计年用电量1948万kWh。（4）环保设备大量投入增加了能源消耗。随着国家近年来对环保及污染排放标准的要求越来越严格，原设计的碎矿除尘系统不满足生产要求。更换除尘设备和增加环保设备设施，导致电能消耗增加。如：更换粗碎、中细碎、筛分的湿式除尘器，共增加负荷100kW；2#、3#、4#、5#皮带通廊各增加一套湿式除尘器，增加负荷300kW。环保设备的大量投入，在改善工作环境的同时，也新增了矿山设备用电总负荷，提高了矿山设备总能耗水平。2.2 设备选型不合理（1）选硫浮选机设计选用自吸式机械搅拌SF-8浮选机（配备30kW电机），根据实际情况，选硫采用自吸式机械搅拌SF-4浮选机（配备15kW电机）即可满足生产要求，造成电能浪费。（2）井下照明和厂区照明均采用金属卤素灯，办公区采用日光灯，耗能较高，如更换为LED灯，将有效减少电能消耗。（3）变压器富余量较大，在用变压器22台，合计容量约14000kVA，实际最高负荷约5500kW，富余量超过40%。如总降主变选用10000kVA变压器，实际负荷约5500kW，负荷率55%；生活区箱变选用1600kVA变压器，实际负荷不到200kW，负荷率12.5%；相比变压器最佳负荷率65%75%，负荷率严重偏低，造成铁损、铜损等损耗增加。（4）选锌浮选机电机设计选用7.5kW电机，根据实际生产需要，需采用11kW电机方能满足要求,14台共增加负荷49kW，造成实际用电量相比设计有所增加。2.3 组织管理不到位（1）员工节能意识淡薄，节能减排定额考核不够细化，相关责任不明确，导致生产现场常出现跑、冒、滴、漏及长流水、长明灯等浪费能源现象。（2）由于目前未达产，井下供矿不均衡，选矿系统无法保证连续生产，常出现开着设备等供矿，或停机等矿的情况，导致选矿系统频繁启停设备和空载率较高，造成产品单位能耗增高。3 节能降耗策略探讨3.1 完善节能制度，制定管理措施（1）成立节能降耗领导小组，负责建立能源管理体系，完善节能减排制度，编制年度节能计划，并对落实情况进行检查和督导，并将检查情况纳入部门和个人年度考核。（2）加强员工培训，提高员工节能意识，调动员工参与能源管理和控制的积极性，实现能源的合理分配使用，对生产过程中的挖潜降耗先进经验要予以总结推广，降低能源消耗。（3）科学组织生产，各部门积极协调配合，合理配矿，避免频繁启停设备，降低设备空载率，全力保证设备连续稳定高效运行。（4）严格控制非生产用能，完善用能计量监督管理。提高能源计量设备配备率，重点部位配备率达到100%。3.2 采用技术攻关降低能耗（1）优化变配电系统。根据用电负荷，计算后合理选用电缆和变压器，选用低阻值电缆、选用S11及以上型号变压器，减少电缆发热和变压器损耗造成的无功耗能。将变电站或变压器靠近负荷中心，缩短供电线路距离，减少电能损耗。在变电站或变电所配备无功补偿装置，提高输送电压，提高功率因数，减少无功损耗，在总降或用电负荷高的配电所配备10KV高压补偿装置，在其他配电所配备低压补偿装置,高低压补偿装置配合使用，功率因数达到0.95以上。（2）改变电动机原有启动方式。将部分直接启动、自耦降压启动、星三角启动的设备升级为软启动、变频启动，减小启动电流，延长设备使用年限，同时降低电能损耗。近几年，公司投入资金将所有离心式水泵由星三角启动升级为软启动，将风机由自耦降压启动升级为变频启动，将渣浆泵由直接启动升级为变频启动，节能效果明显。（3）优化井下生产供水系统。充分利用井下涌水，在水量较大的涌水点建立水仓，采取就近供水方式，改变原设计雅砻江取水方式（海拔高差1600m），在解决井下生产用水的同时富余水采取自流方式接入高位水池，作为选矿生产用水。因地形和海拔因素，矿山用水成本远高于用电成本，改变供水方式极大的减少用电量。（4）优化破碎系统。原系统根据多碎少磨、节约能耗的原则及入选原矿最大块度，碎矿流程采用三段一闭路破碎筛分流程，最终产品粒度为0 15mm。因使用溢流型球磨机加水力旋流器组合，与设备厂家和设计院沟通后，确定磨矿粒度0 12mm可极大提高磨矿效率。通过技术227管理及其他Management and other攻关，更换圆振动筛筛网，调节中细碎给料，将破碎最终产品粒度控制在0 12mm。在破碎闭路循环矿石量增加虽然导致用电量有一定增加，但有效提高了磨矿效率、降低磨矿总耗能，提高了产量。3.3 实施技术改造，降低设备运行能耗（1）选硫系统改造。通过计算矿浆浓度和流量，满足生产需求条件下将现有的2套选硫系统改造为1套系统，2#选硫系统设备全部停用，将2#选锌系统的尾流矿浆经旋流器分级，提高矿浆浓度，然后引入1#选硫系统，共计减少自吸式机械搅拌SF-8浮选机（配备30kW电机）14台，XBT-2500提升搅拌槽1台（配备30kW电机），减少负荷450kW，年节约用电350万度。（2）空压机及压风管道改造。通过变频控制技术，调整空压机实际产气量，将原有5台空压机实现连锁控制，减少空压机频繁出现卸载工况，提高系统效率。在压风管道各支管处安装电动气门，根据各中段生产情况调节气门，减少风的损耗，同时避免空压机频繁加载、卸载。对压风管道漏风处进行修补，减少压缩空气泄漏造成能源浪费。通过技改，在供风量相同情况下大大减少空压机加载运行时间，提高运行效率，减少电能消耗。（3）选矿系统自动化改造。引进现在成熟的选矿自动化控制技术，利用在PLC技术、线粒度分析仪、自动取样机、矿浆pH分析仪、超声波浓度计等实现选矿流程远程启停、连锁开停机、破碎机挤满给料、球磨机恒定给矿和比例给水、浮选机液位和充气量自动控制、pH在线监测、自动加药等功能，使设备高效运行，减少电能的损耗，同时降低了现场作业人员工作强度。（4）主风机改造。2022年公司投入资金将原2160kW主风机电机更换为280kW，增加变频启动和远程控制系统，增加通讯、监控系统等，实现由中控室远程控制风机启停、变频调速、风速风压数据查看、视频监控等功能。通风效率提高约40%，同时减少主风机负荷40kW，减少作业面局部通风22kW轴流式风机4台，共计减少负荷128kW，减少电能使用量；将启动方式调整为变频启动，减少启动电流，降低电能损耗；可根据生产需要调节风机转速，如下井作业人员较少，可降低风机频率，减少用电量。预计每年减少用电量100万kWh以上，可持续10年以上。达到降低人员工作强度和节能降耗的目的。（5）生产用水系统自动化控制改造。利用PLC、网桥无线传输等技术，将生产用水各水池与水泵连锁，实现取水系统无人值守，避免因人工疏忽导致水池溢流造成能源浪费，同时减少人工投入、降低劳动强度，保证了生产高效、稳定。通过技术改造后，提高回水系统运行效率，基本不用补充新水即可满足生产需要，减少新水一级取水泵1台（500kW）、二级取水泵1台（250kW），年节约用电量200万度。（6）照明系统改造。将井下和厂区照明的金属卤素灯，办公区的日光灯等全部更换为更加高效节能的LED灯，减少负荷约150kW，增加时控、光控开关，避免长明灯现象，每年节约用电超过100万度。（7）永磁变频直流电机改造。选矿厂主要用能设备破碎机、球磨机、浮选机等用能较多，原使用的异步电机效率低、能耗高。公司正在与中国中车合作，计划将选矿厂主要设备电机更换为永磁变频直流电机，将皮带或减速机、液力耦合器等传动装置拆除，使永磁电机与设备主机直接耦合，即永磁电机直接驱动设备，同时配置变频控制器对永磁电机进行变频控制。减少传动损耗、提高设备运行效率，设备节电率可达10%以上，减少用电量，达到节能目的。（8）优化选硫、选锌流程。原系统需将选铜后的锌硫混合精矿再磨至-325目，经分离浮选(选锌矿物采用一粗一扫五精)得到锌精矿。选矿厂通过技术攻关，取消再磨，在选铜后矿浆粒度情况下，通过一粗一扫三精选出锌精矿，减少再磨系统球磨机1台（75kW）、渣浆泵1台（15kW）、浮选机2台（11kW），共计装机容量112kW，年减少用电量88万度，同时缩短工艺流程，减少运行人员。综上，引进新技术、新工艺、新设备，提高了生产效率，极大降低了能源消耗，为公司绿色矿山、智能矿山建设打下坚实基础。4 结语各级政府相继下发 国民经济和社会发展第十四个五年规划和二三五年远景目标纲要，对节能环保提出更高的要求。作为高耗能的有色金属矿山企业必须转变思想、提高认识、加强管理、明确责任、加大投入，改变高能耗现状，加快淘汰落后生产能力、工艺、技术和设备，围绕资源高效循环利用，积极引进新设备、新工艺、新技术，突破制约企业发展的技术瓶颈，通过机械化减人、自动化换人逐步推进智能矿山建设，实现企业可持续发展。（作者单位：九龙县雅砻江矿业有限责任公司）