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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kW·h（折算标煤2602t），生产铜金属5635.31t，其中采掘工序单耗22.57kW·h/t原矿，选矿工序单耗39.64kW·h/t原矿；2021年原矿处理量33.83万吨，用电2358万kW·h（折算标煤2897t），生产铜金属5693.62t，其中采掘工序单耗16.51kW·h/t原矿，选矿工序单耗45.09kW·h/t原矿；2022年原矿处理量39.18万吨，用电2525.69万kW·h（折算标煤3104t），生产铜金属6111.05t，其中采掘工序单耗16.39kW·h/t原矿，选矿工序单耗38.94kW·h/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13.82kW·h/t原矿，选矿工序单耗40.18kW·h/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kW·h。
（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2×160kW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kW·h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管理及其他浪费，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二〇三五年远景目标纲要》，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。
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