淺談現(xiàn)代紡紗廠能耗量化分析與節(jié)能措施

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：為了對紡紗廠能耗情況進(jìn)行量化分析，以11.52萬錠集聚紡生產(chǎn)線為例，介紹了工藝流程和設(shè)備配臺，統(tǒng)計了各工序主輔機(jī)、空調(diào)、除塵、制冷和照明等設(shè)備的總裝機(jī)功率，對生產(chǎn)中實際總功率進(jìn)行了測試，并對各類設(shè)備額定功率占比和實測功率占比進(jìn)行了分析對比，找出無效能耗產(chǎn)生的原因和節(jié)能技術(shù)改造的項目。提出了一系列措施，包括采用空調(diào)風(fēng)機(jī)變頻控制，除塵系統(tǒng)和精梳吸落棉系統(tǒng)采用恒壓變流量系統(tǒng)控制，細(xì)紗機(jī)吸棉風(fēng)機(jī)與單定監(jiān)測系統(tǒng)采用關(guān)聯(lián)控制，優(yōu)化集聚紡負(fù)壓風(fēng)機(jī)頻率，避峰用電等。采用上述綜合節(jié)能技術(shù)措施，全年可節(jié)約用電319.4萬kW•h，實現(xiàn)全廠綜合節(jié)電5.7%的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：紡紗廠；能耗；量化分析；主輔機(jī)；空調(diào)和除塵；額定功率；實測功率

0.引言

現(xiàn)代新型紡織廠不斷朝著規(guī)模大型化、設(shè)備自動化、運(yùn)行高速化的方向發(fā)展。每萬錠裝機(jī)功率達(dá)到1100kW以上，具有連續(xù)運(yùn)行、負(fù)荷率高的特點。空壓、空調(diào)除塵及吸落棉設(shè)備裝機(jī)功率高，用電負(fù)荷大，使實際能耗提高。在運(yùn)行管理過程中，分析統(tǒng)計各工序設(shè)備的裝機(jī)功率和實際能耗情況，找出具有節(jié)能改造潛力的部位，采用成熟節(jié)能技術(shù)和有效管理措施，降低無效能源消耗，是企業(yè)節(jié)能增效的有效途徑。本研究根據(jù)某新建的現(xiàn)代化11.52萬錠集聚紡紗生產(chǎn)線的具體情況，通過對主輔機(jī)裝機(jī)功率統(tǒng)計、實際能耗測試和用能情況分析，理清紡紗車間空調(diào)除塵設(shè)備的裝機(jī)功率與實際功率比，以找出節(jié)能運(yùn)行管理的部位，并就幾種行之有效的節(jié)能措施進(jìn)行討論。

1.紡紗生產(chǎn)線能耗情況分析

紡紗車間能耗主要包括主機(jī)生產(chǎn)能耗、輔助空調(diào)除塵、空壓冷凍、照明能耗等。具體能耗大小與車間主機(jī)工藝配備有關(guān)，現(xiàn)以某11.52萬錠集聚紡生產(chǎn)線為例進(jìn)行分析。

1.1工藝流程與設(shè)備配置

該紡紗生產(chǎn)線設(shè)計規(guī)模11.52萬錠，主機(jī)為新型國產(chǎn)設(shè)備，主要紡制中細(xì)特精梳棉紗，工藝流程和設(shè)備配置數(shù)量如下。

JWF1012型往復(fù)式抓棉機(jī)（3臺）→FA103B型雙軸流開棉機(jī)（3臺）→JWF1102型單軸流開棉機(jī)（3臺）→JWF1026-160-10型多倉混棉機(jī)（4臺）→JWF1124C-160型單輥筒清棉機(jī)（4臺）→JWF016型異纖機(jī)（4臺）→JWF1054型除微塵機(jī)（4臺）→JWF1204B型梳棉機(jī)（50臺）→JWF1313型并條機(jī)（12臺）→JWF1383型條并卷機(jī)（6臺）→JWF1278型精梳機(jī)（35臺）→JWF1312B型并條機(jī)（12臺）→JWF1458A型粗紗機(jī)（18臺）→JWF1566JM型細(xì)紗機(jī)1200錠（96臺）→VCRO-E型自動絡(luò)筒機(jī)72錠（26臺）。

輔助設(shè)備有清梳聯(lián)除塵系統(tǒng)9套，精梳吸落棉系統(tǒng)4套，前紡空調(diào)系統(tǒng)4套，細(xì)紗空調(diào)系統(tǒng)8套，絡(luò)筒空調(diào)系統(tǒng)2套?？諌簷C(jī)3臺，兩用一備，設(shè)計供氣量64.4Nm3/min，供氣壓力0.85MPa。車間占地面積40986m2。主車間采用輕鋼門字形結(jié)構(gòu)，附房采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。工廠地點在河南某地。

1.2主輔機(jī)裝機(jī)功率

按照設(shè)備銘牌統(tǒng)計設(shè)備裝機(jī)功率，分工序主輔機(jī)設(shè)備裝機(jī)功率匯總?cè)绫?所示。

表1分工序主輔機(jī)設(shè)備裝機(jī)功率一覽表

從表1可以看出，包含制冷設(shè)備時，合計總功率13550.6kW，其中各設(shè)備裝機(jī)功率占比為：主機(jī)73.2%，空調(diào)14.0%，除塵4.2%，空壓2.1%，制冷5.0%，照明1.5%。由于近年來紡織設(shè)備自動化程度不斷提高，清梳聯(lián)工序裝機(jī)功率有較大提高。按主輔機(jī)計算，車間主機(jī)設(shè)備裝機(jī)功率占比73.2%，空調(diào)設(shè)備占比14%，除塵設(shè)備占比4.2%，空壓制冷設(shè)備占比7.1%。按工序計算，清梳聯(lián)工序占比11%，精并粗工序占比12.7%，細(xì)紗工序占比58.7%，絡(luò)筒工序占比10.1%。由于制冷設(shè)備在夏季*熱月視情況運(yùn)行，按常年運(yùn)行設(shè)備分類，主機(jī)設(shè)備裝機(jī)功率占比77%，空調(diào)除塵裝機(jī)占比18.2%，除主機(jī)設(shè)備外空調(diào)除塵是能源消耗大戶。

1.3主輔機(jī)實際能耗

根據(jù)紡紗各工序設(shè)備的具體特點，設(shè)備配備功率的保險系數(shù)和負(fù)荷系數(shù)都存在差異，造成設(shè)備裝機(jī)功率和實際能耗相差較大，運(yùn)行中各設(shè)備的實測用電量真正體現(xiàn)了設(shè)備的實際能耗情況。以車間正常滿負(fù)荷生產(chǎn)中細(xì)特集聚紡紗為基礎(chǔ)，2020年1月至6月我們對車間總用電量和空調(diào)除塵系統(tǒng)用電量進(jìn)行了實測統(tǒng)計，如表2所示。

表2車間總用電和空調(diào)除塵用電情況統(tǒng)計

從表2中用電量統(tǒng)計情況可知，在不開制冷機(jī)的情況下，由于主機(jī)裝機(jī)功率大，負(fù)荷系數(shù)沒有空調(diào)除塵設(shè)備的高，主機(jī)實際功率占比沒有安裝功率占比高?？照{(diào)系統(tǒng)采用了空調(diào)溫濕度自動控制技術(shù)，車間空調(diào)系統(tǒng)的耗電量，正常月份仍占車間總用電量13%~13.9%，略小于裝機(jī)功率14.7%占比。除塵系統(tǒng)由于采用工頻運(yùn)行，實耗功率占車間總電量的6.5%~6.9%，大于裝機(jī)功率4.4%的占比。在沒有開啟制冷的情況下，空調(diào)除塵用電量占車間總用電量的18.5%~20.7%，說明空調(diào)除塵系統(tǒng)的耗電量不可忽視，是節(jié)能運(yùn)行管理的程序。

為了進(jìn)一步分析除塵設(shè)備和服務(wù)主機(jī)的能耗情況，對清棉、梳棉、精梳主機(jī)設(shè)備安裝功率和配套除塵設(shè)備功率進(jìn)行統(tǒng)計，在車間主機(jī)設(shè)備全開、濾塵設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，測定對應(yīng)的實耗功率，如表3所示。

表3前紡主機(jī)與配套濾塵設(shè)備的安裝與實耗功率對比

從表3可以明顯看出，主機(jī)設(shè)備安裝功率比濾塵設(shè)備配套功率高，主機(jī)安裝功率占比61.4%~70.8%，配套除塵設(shè)備功率占比為29.3%~38.6%。但主機(jī)實耗功率占比只有41.3%~53.3%，負(fù)荷系數(shù)為0.374~0.435；由于除塵設(shè)備采用設(shè)計配套風(fēng)機(jī)參數(shù)直接開車，除塵設(shè)備實耗功率占比為46.7%~58.7%，設(shè)備負(fù)荷系數(shù)0.791~0.983。說明濾塵設(shè)備的負(fù)荷系數(shù)很大，實耗功率占比提高，能耗較大，是節(jié)能運(yùn)行管理。

1. 主要節(jié)能措施研究

2.1空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

空調(diào)系統(tǒng)能耗是繼主機(jī)設(shè)備后的一大戶。由于空調(diào)系統(tǒng)是按車間設(shè)備全開、設(shè)備發(fā)熱量大、夏季室外溫濕度參數(shù)高的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計配套的。運(yùn)行中多數(shù)情況車間冷負(fù)荷小于設(shè)計值，這就要求空調(diào)系統(tǒng)要隨著車間負(fù)荷的變化隨時進(jìn)行調(diào)節(jié)，采用算法準(zhǔn)確的空調(diào)自動控制系統(tǒng)很有必要。在保證車間溫濕度和氣流穩(wěn)定的前提下，把節(jié)能調(diào)節(jié)作為重要考慮因素，利用室外合適的新風(fēng)，以減少風(fēng)機(jī)、水泵運(yùn)行頻率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。在空調(diào)調(diào)節(jié)過程中，自控系統(tǒng)利用熱焓比較，采取新風(fēng)冷量優(yōu)先，分段準(zhǔn)確節(jié)能控制的措施。在水泵和風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)過程中，區(qū)別對待水泵和風(fēng)機(jī)的先后順序，需要降速運(yùn)行時，先降大功率電機(jī)后降小功率電機(jī)。需要升速運(yùn)行時，先小功率電機(jī)后大功率電機(jī)，節(jié)省電耗。為分析風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速的能耗情況，以30kW軸流風(fēng)機(jī)為例，進(jìn)行各頻率段能耗檢測，實測能耗情況如表4所示。

表4風(fēng)機(jī)不同頻率下實測能耗對比

從表4可以看出，頻率每降低1Hz，風(fēng)機(jī)實測功率降低1kW~1.6kW，符合風(fēng)機(jī)功率與轉(zhuǎn)速3次方呈正比的基本規(guī)律。在冬季低速運(yùn)行的情況下，甚至能降到原風(fēng)機(jī)能耗的50%。風(fēng)機(jī)能耗雖然隨著頻率降低下降，但風(fēng)機(jī)低運(yùn)行頻率不宜低于35Hz，否則會大幅降低送風(fēng)量和送風(fēng)壓力，影響車間氣流組織和換氣。表4中35Hz~45Hz為風(fēng)機(jī)設(shè)定的常規(guī)運(yùn)行頻率段，在額定頻率的70%~90%之間，節(jié)能效果明顯。

2.2除塵系統(tǒng)節(jié)能

一般設(shè)計人員依據(jù)主機(jī)設(shè)備廠家提供的除塵排風(fēng)量、壓力參數(shù)，適當(dāng)乘以安全系數(shù)來進(jìn)行除塵設(shè)備和風(fēng)機(jī)風(fēng)量和壓力的配備。在實際運(yùn)行中多數(shù)系統(tǒng)呈現(xiàn)運(yùn)行風(fēng)量偏大，壓力較高的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)無效能耗增加。從表3可以看出，除塵設(shè)備的實際能耗接近于主機(jī)設(shè)備的實耗功率，是一個不容忽視的問題。

采用恒壓變流量控制自適應(yīng)除塵系統(tǒng)，通過保證主要吸風(fēng)口負(fù)壓的方法，適應(yīng)不同品種、不同運(yùn)行情況下除塵及吸落棉設(shè)備的運(yùn)行，可提高濾塵系統(tǒng)設(shè)備綜合節(jié)能。采用恒壓變流量自適應(yīng)控制系統(tǒng)改造，可使清梳聯(lián)除塵系統(tǒng)在主機(jī)正常運(yùn)行的情況下主風(fēng)機(jī)實耗功率下降25%以上。降低除塵吸落棉系統(tǒng)無用能耗，是濾塵吸落落棉系統(tǒng)節(jié)能改造的有效方法。

另外，把控好濾塵和吸落棉等輔機(jī)設(shè)備的開關(guān)車時間，做到緊跟車間主機(jī)設(shè)備停開車，減少輔機(jī)設(shè)備無用能耗時間，杜絕電能浪費(fèi)?？梢圆捎弥鬏o機(jī)設(shè)備聯(lián)動的形式進(jìn)行聯(lián)鎖控制，通過聯(lián)鎖電路使輔機(jī)設(shè)備緊跟主機(jī)設(shè)備實現(xiàn)先開后停，減少輔機(jī)設(shè)備開車過早、停車過晚造成的電能浪費(fèi)。

以本案為例，若對清梳聯(lián)除塵及精梳吸落棉系統(tǒng)進(jìn)行恒壓變流量改造，按表3中除塵系統(tǒng)實際能耗，按保守數(shù)據(jù)15%節(jié)能計算，該車間每月可節(jié)電4.5萬kW·h，全年可節(jié)電54萬kW·h。

2.3細(xì)紗吸棉風(fēng)機(jī)節(jié)能試驗

一般細(xì)紗吸棉風(fēng)機(jī)都是以50Hz額定頻率工作，無論斷頭多少，吸棉風(fēng)機(jī)一直高速運(yùn)行。參考細(xì)紗吸棉風(fēng)機(jī)節(jié)能改造經(jīng)驗，利用主機(jī)單錠監(jiān)測裝置，與吸棉風(fēng)機(jī)變頻器進(jìn)行關(guān)聯(lián)，根據(jù)斷頭數(shù)量來控制吸棉風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。以1070錠118﹟細(xì)紗機(jī)為例，吸棉風(fēng)機(jī)7.5kW，紡紗品種JC9.8tex，錠速20000r/min，落紗長度5717m。利用單錠監(jiān)測裝置關(guān)聯(lián)控制吸棉風(fēng)機(jī)變頻器，控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率，將吸棉風(fēng)機(jī)低頻率設(shè)定為35Hz，工頻運(yùn)行時少斷頭根數(shù)為50根，每個頻率段運(yùn)行試驗6h，在車間生產(chǎn)不受影響的情況下吸棉風(fēng)機(jī)能耗試驗結(jié)果如表5所示。

表5吸棉風(fēng)機(jī)不同頻率能耗試驗

從表5可以看出，以工頻50Hz運(yùn)行時實耗功率大，為4.84kW。在保證工藝要求前提下，采用吸風(fēng)機(jī)頻率與單錠監(jiān)測關(guān)聯(lián)技術(shù)，依據(jù)細(xì)紗機(jī)斷頭數(shù)量來控制風(fēng)機(jī)變頻器，吸棉風(fēng)機(jī)實際功率有大幅度降低。在保證笛管吸棉口小負(fù)壓450Pa的條件下，經(jīng)過長期運(yùn)行試驗，實測吸棉風(fēng)機(jī)功率為2.40kW，與50Hz工頻運(yùn)行相比，單臺功率降低2.44kW?？紤]到品種、配棉、吸棉管狀態(tài)、風(fēng)箱花清掏等情況，將吸棉風(fēng)機(jī)低值設(shè)定為40Hz，笛管吸棉口小負(fù)壓600Pa，對不同品種多臺細(xì)紗機(jī)進(jìn)行試驗，日單臺用電量如表6所示。

表6不同品種吸棉風(fēng)機(jī)與單錠監(jiān)測關(guān)聯(lián)后節(jié)能比較

由表6可以看出，采用單錠關(guān)聯(lián)技術(shù)對吸棉風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造，單臺細(xì)紗機(jī)平均日可平均節(jié)電45.25kW•h，全車間節(jié)電4344kW•h，全年可節(jié)約用152萬kW•h。

2.4集聚紡負(fù)壓風(fēng)機(jī)節(jié)能試驗

細(xì)紗集聚紡負(fù)壓風(fēng)機(jī)都是在高負(fù)壓值下運(yùn)行，這樣不但能耗較高，電器設(shè)備長期滿負(fù)荷運(yùn)行，大大縮短了使用周期，增加了保養(yǎng)工作量。通過大量試驗，把負(fù)壓值做適量調(diào)整，在滿足生產(chǎn)工藝要求的情況下，可以降低負(fù)壓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行頻率，達(dá)到減負(fù)降耗的目的。在滿足工藝生產(chǎn)的情況下，對兩個品種10臺集聚紡負(fù)壓風(fēng)機(jī)頻率進(jìn)行了調(diào)節(jié)試驗，細(xì)紗機(jī)301#~305#紡JC11.8tex，208#~212#紡JC9.8tex，具體能耗比較如表7所示。

表7集聚紡負(fù)壓風(fēng)機(jī)頻率調(diào)節(jié)試驗對比

從表7可以看出，通過對集聚紡風(fēng)機(jī)頻率的調(diào)節(jié)，在滿足正常生產(chǎn)的情況下，試驗機(jī)臺平均可實現(xiàn)每臺降低功率1.5kW，若在全車間推廣，可降低功率144kW，全年可實現(xiàn)節(jié)電113.4萬kW•h。

2.5科學(xué)調(diào)度避峰用電

現(xiàn)在國家電網(wǎng)供電，一般采用峰平谷電價階梯供電，峰平谷每個時段各占8h，以平段電價為基礎(chǔ)，峰段電價是平段電價的1.5倍，谷段電價只是平段電價一半。一般清梳生產(chǎn)能力較大，主要以“保供應(yīng)"為主，利用谷段、平段低電價時段，前紡多做儲備，減少峰段開車時間，節(jié)約電費(fèi)。以本車間為例，清梳聯(lián)實際功率788.2kW，若按平均每天峰、平段各減少運(yùn)行1.5h，每天峰段、平段可分別少用電1182.3kW•h，每年可節(jié)約電費(fèi)39.73萬元。

3.安科瑞建筑能耗分析系統(tǒng)

3.1概述

Acrel-5000web建筑能耗分析系統(tǒng)是用戶端能源管理分析系統(tǒng)，在電能管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了對水、氣、煤、油、熱(冷)量等集中采集與分析，通過對用戶端所有能耗進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各類能源的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的耗能習(xí)慣，有效節(jié)約能源，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。用戶可按照國家有關(guān)規(guī)定實施能源計算，分析現(xiàn)狀，查找問題，挖掘節(jié)能潛力，提出切實可行的節(jié)能措施，并向縣級以上管理節(jié)能工作的部門報送能源計算報告。

3.2應(yīng)用場所

適用于公共建筑、集團(tuán)公司、工業(yè)園區(qū)、大型物業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)等不同行業(yè)的能耗監(jiān)測與管理的系統(tǒng)設(shè)計、施工和運(yùn)行維護(hù)。

3.3系統(tǒng)功能

3.3.1系統(tǒng)概況

平臺運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)月能耗折算、地圖導(dǎo)航，各能耗逐時、逐月曲線，當(dāng)日，當(dāng)月能耗同比分析滾動顯示。

3.3.2用能概況

對建筑、部門、區(qū)域、支路、分類分項等用能進(jìn)行對比，支持當(dāng)日逐時趨勢、當(dāng)月逐日趨勢曲線、分時段能耗統(tǒng)計對比、總能耗同環(huán)比對比。

3.3.3用能統(tǒng)計

對建筑、區(qū)域、分項、支路等結(jié)構(gòu)按日、月、年報表的形式統(tǒng)計對分類能源用能進(jìn)行統(tǒng)計，支持報表數(shù)據(jù)導(dǎo)出EXCEL，支持選擇建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行生成柱狀圖。

3.3.4復(fù)費(fèi)率統(tǒng)計

復(fù)費(fèi)率報表按日、月、年統(tǒng)計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費(fèi)用進(jìn)行統(tǒng)計分析。支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL。

3.3.5同比分析

對建筑、分項、區(qū)域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結(jié)合的方式進(jìn)行用能數(shù)據(jù)同比分析。

3.3.6能源流向圖

能源流向圖展示單棟建筑時段內(nèi)各類能源從源頭到末端的的能源流向，支持按原始值和折標(biāo)值查看。

3.3.7夜間能耗分析

夜間能耗以表格、曲線、餅圖等形式對選擇支路分類能源在時段工作時間與非工作時間用能統(tǒng)計對比，支持導(dǎo)出報表。

3.3.8設(shè)備管理

設(shè)備管理包括，設(shè)備類型、設(shè)備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設(shè)備，確保設(shè)備的運(yùn)行。

3.3.9用戶報告

用戶報告針對選定的建筑自動統(tǒng)計各能源的月使用的同環(huán)比趨勢，并提供簡單的能耗分析結(jié)果，針對用電提供單獨的復(fù)費(fèi)率用能分析，報告可編輯。

4.系統(tǒng)硬件配置

1. 結(jié)語

通過對紡紗廠主輔機(jī)設(shè)備裝機(jī)功率統(tǒng)計分析，對主機(jī)用電及空調(diào)除塵系統(tǒng)用電的測量統(tǒng)計，得知新型紡紗空調(diào)除塵系統(tǒng)的裝機(jī)功率（不計制冷裝機(jī)）達(dá)到全廠裝機(jī)功率的18.2%，在空調(diào)系統(tǒng)采用自動控制系統(tǒng)的情況下，平均實耗功率占全廠功率的20.2%，空調(diào)系統(tǒng)是節(jié)能管理的關(guān)鍵部位。對清梳聯(lián)配套的除塵系統(tǒng)和精梳配套的吸落棉系統(tǒng)實際用電測試統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，除塵系統(tǒng)和吸落棉系統(tǒng)實際用電功率占總用電功率46.7%~58.7%，清梳聯(lián)輔機(jī)和精梳輔機(jī)的節(jié)能同樣應(yīng)該引起重視。

對于現(xiàn)代紡紗廠，采用比較成熟的節(jié)能技術(shù)，如除塵和精梳吸落棉系統(tǒng)采用恒壓變流量調(diào)速控制，細(xì)紗吸棉風(fēng)機(jī)采用單錠關(guān)聯(lián)技術(shù)控制運(yùn)行頻率，對細(xì)紗集聚紡吸風(fēng)機(jī)頻率進(jìn)行整定優(yōu)化，對于類似前紡清梳聯(lián)等工序科學(xué)調(diào)度，充分利用峰平谷電價優(yōu)勢，調(diào)整生產(chǎn)時間節(jié)點，節(jié)能效果明顯。以本研究所在企業(yè)為例，采用上述技術(shù)和管理措施，可實現(xiàn)全廠每年節(jié)電319.4萬

kW•h，達(dá)到綜合節(jié)電5.7%節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

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作者介紹：

任運(yùn)業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為建筑能耗系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。