【分　 类】 化工与理学
【关 键 词】 工业硅 能耗  节能方向和途径
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正文：

3 工业硅能耗分析
通过对公司的综合能源消耗、电和电极单耗分析可知，与国际先进水平有一定的差距，特别是电单耗与国内外的先进水平还有近1500kWh的差距。为了查找企业的节能潜力，为企业自身加强能源管理、挖掘节能潜力等提供科学的依据，我们应用系统工程的原理和方法研究工业硅生产的能耗问题，对影响工业硅能源消耗的原燃料条件、产品结构、工艺装备、工艺操作、能源利用、能源管理等因素进行了进一步分析。
3.1 原燃料条件
（1）硅石
理论上生产1吨工业硅需要消耗2.14t石（纯度为100%），而该公司2005年的实际单耗在2.637t硅石，过高的原材料消耗不仅增加了生产成本，而且也造成了还原剂和电极消耗增加。
硅石单耗高的主要原因一方面是公司的硅石纯度不稳定，有部分硅石原料SiO₂纯度不到98%，冶炼工业硅的原料纯度，决定了工业硅产品中杂质的含量；另一方面是在实际生产过程中操作不当，致使死料过多。如果硅石的纯度都能达到99%以上，每吨工业硅消耗的原材料硅石能够下降50kg，根据该公司2006年能源消耗以及生产现状，通过计算得到能耗能够降低近120kgce。
（2）煤和油焦
公司消耗的煤和油焦的工业分析见表3。
表3 油焦和煤的工业分析 （%）
Table3 Proximate analysis of coke and  coal

项目	固定碳	Fe2O3	Al2O3	CaO	灰分	挥发分	水分
油焦	80.29	0.03	0.03	0.01	1.26	8.63	9.75
煤	61.40	0.26	0.68	0.25	9.20	18.07	10.14

还原剂的消耗过高，首先是石油焦和煤的固定碳低，只有80.29%和61.40%，固定碳致使其发热值过低，增加消耗。其次是还原剂的杂质高，特别是精煤的铁、铝和钙元素含量偏高，各种还原剂的灰分中，不可避免地会带入炉内。在炉内冶炼时，均有不同程度的还原而进入硅中，原料中杂质含量高，还原的机率大，工业硅产品中杂质就高。所以，提高还原剂煤和油焦的质量，是保证工业硅产品质量的重要途径之一。通过计算得到提高还原剂的质量可降低工序能耗约30kgce。
3.2 工艺装备
尽管恒盛公司工业硅的整体生产工艺与国际先进水平的差距明显，主要是炉子容量小，还有部分设备是属于非节能设备，如各台炉子所用的动力变压器，属于国家规定的淘汰产品；控制设备落后，整个生产几乎谈不上自动控制。
3.3 产品结构
2006年，公司化学硅产品的比例过低，只有19.94%，公司生产不同等级的产品在能源消耗上几乎没有差距，而等级高的产品利润要比低等级产品高得多。公司在工业硅产品的深加工不够，产业链没有延伸，虽然深加工会带来能耗的增加，但产品的附加值更高，会使万元产值能耗下降2~3倍。
3.4 工艺操作
工业硅冶炼电炉中，电能转变为热能的途径有两条：一是电流通过电极—炉料—电极三角回路产生的电阻热；二是电流通过电极—电弧—熔池星形回路产生的电弧热。二者强弱受炉料结构的影响又影响着冶金过程。目前，现场操作人员在出现死料或刺火现象时，电炉的电压和电流调整严重滞后，造成电炉的电极上、下侧与电极的分支电流过大，致使电极—电弧—熔池的主电流减小，造成电力的浪费。
由于在长时间的生产过程中，炉膛四周和炉底粘有一定的熔体，使炉膛容积不断减小，然而极心园直径很少进行相应的调整，最终结果是炉子的产能不断降低，也直接影响熔炼的正常进行，致使原料、电极消耗增加和还原剂的浪费。
配料不合理：第一，硅石粒度没有控制好，大于80mm的硅石比例至少有10%以上，大颗粒的硅石难以反应彻底，造成原料浪费，同时会使生产失调，造成料轻和料重现象。第二，在生产过程中出现刺火时，很少技术人员根据实际生产的情况加料，配料比例仍然不变，造成还原剂浪费。
3.5 工业硅电炉的余热利用
公司工业硅电炉都为敞开式，这不仅污染环境，而且也浪费大量热能。如果实现电炉的密闭化并采用水冷式矮烟罩，这样可以回收冶炼过程中电炉排放出大量高温烟气产生的余热，利用余热进行发电。
3.6 工业硅电炉的短网问题
由于工业硅电炉二次电流高达几万安培，短网上的损耗非常大的，公司的短网损失达到8-10%，而国外先进的厂家只有3.5%。
3.7 能源利用
从该公司的电能利用情况来看，主要耗电设备集中在电炉，和动力机械的电机上。从现场测试来看，该公司的电能利用主要存在以下问题：
（1）部分风机和水泵的电机负载率过低，从而导致电能利用率过低。如果对负荷低、负荷变动大、电能利用率低的电机实行变频调速等改造，这些设备可节电30%左右。
（2）该公司有一部分电机为直接启动，出现启动电流过大，对整个电网的电力质量造成一定的影响，同时也会引起电机的温度升高，缩短电机寿命。有一部分电机存在三相不平衡现象。
5.9 能源管理
从对公司的能源审计来看，该公司在能源管理方面存在问题是：统计计量仪表配备率不够，能源的购入储存、生产使用的数据相差较大；计量数据获取的主要手段是通过人工报表实现的，避免不了人工干预，缺乏应有的监督机制。
4 工业硅企业节能方向和途径
4.1 节能方向
(1) 降低非能源和能源物质的实物量消耗
首先，要降低硅石消耗，是降低工业硅生产的能源消耗和提高工业硅质量的重要保证。其次，要降低电能和固体燃料（煤和油焦）的消耗。
(2) 充分回收和利用二次能源（包括余热余能）
实现电炉的密闭化并采用水冷式矮烟罩，可以回收冶炼过程中电炉排放出大量高温烟气产生的余热，利用余热发电。采用此方案可以增加余热发电量31.2×108kWh，完全可以满足除电炉以外其他辅助设施的动力及照明用电。其节电效果相当可观的。在国外已有这样的电炉在生产。如前办联的IIPKO-16.5KPLII型工业硅电炉。在余热利用方面我国西北某镁厂已有成功应用的先例。

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