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    浅谈现代纺纱厂能耗量化分析与节能措施

    发布时间: 2024-03-05  点击次数: 146次

    黄琴

    安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

    摘要:为了对纺纱厂能耗情况进行量化分析,以11.52万锭集聚纺生产线为例,介绍了工艺流程和设备配台,统计了各工序主辅机、空调、除尘、制冷和照明等设备的总装机功率,对生产中实际总功率进行了测试,并对各类设备额定功率占比和实测功率占比进行了分析对比,找出无效能耗产生的原因和节能技术改造的项目。提出了一系列措施,包括采用空调风机变频控制,除尘系统和精梳吸落棉系统采用恒压变流量系统控制,细纱机吸棉风机与单定监测系统采用关联控制,优化集聚纺负压风机频率,避峰用电等。采用上述综合节能技术措施,全年可节约用电319.4万kW•h,实现全厂综合节电5.7%的目标。

    关键词:纺纱厂;能耗;量化分析;主辅机;空调和除尘;额定功率;实测功率

    0.引言

    现代新型纺织厂不断朝着规模大型化、设备自动化、运行高速化的方向发展。每万锭装机功率达到1100kW以上,具有连续运行、负荷率高的特点。空压、空调除尘及吸落棉设备装机功率高,用电负荷大,使实际能耗提高。在运行管理过程中,分析统计各工序设备的装机功率和实际能耗情况,找出具有节能改造潜力的部位,采用成熟节能技术和有效管理措施,降低无效能源消耗,是企业节能增效的有效途径。本研究根据某新建的现代化11.52万锭集聚纺纱生产线的具体情况,通过对主辅机装机功率统计、实际能耗测试和用能情况分析,理清纺纱车间空调除尘设备的装机功率与实际功率比,以找出节能运行管理的部位,并就几种行之有效的节能措施进行讨论。

    1.纺纱生产线能耗情况分析

    纺纱车间能耗主要包括主机生产能耗、辅助空调除尘、空压冷冻、照明能耗等。具体能耗大小与车间主机工艺配备有关,现以某11.52万锭集聚纺生产线为例进行分析。

    1.1工艺流程与设备配置

    该纺纱生产线设计规模11.52万锭,主机为新型国产设备,主要纺制中细特精梳棉纱,工艺流程和设备配置数量如下。

    JWF1012型往复式抓棉机(3台)→FA103B型双轴流开棉机(3台)→JWF1102型单轴流开棉机(3台)→JWF1026-160-10型多仓混棉机(4台)→JWF1124C-160型单辊筒清棉机(4台)→JWF016型异纤机(4台)→JWF1054型除微尘机(4台)→JWF1204B型梳棉机(50台)→JWF1313型并条机(12台)→JWF1383型条并卷机(6台)→JWF1278型精梳机(35台)→JWF1312B型并条机(12台)→JWF1458A型粗纱机(18台)→JWF1566JM型细纱机1200锭(96台)→VCRO-E型自动络筒机72锭(26台)。

    辅助设备有清梳联除尘系统9套,精梳吸落棉系统4套,前纺空调系统4套,细纱空调系统8套,络筒空调系统2套。空压机3台,两用一备,设计供气量64.4Nm3/min,供气压力0.85MPa。车间占地面积40986m2。主车间采用轻钢门字形结构,附房采用钢筋混凝土框架结构。工厂地点在河南某地。

    1.2主辅机装机功率

    按照设备铭牌统计设备装机功率,分工序主辅机设备装机功率汇总如表1所示。

    表1分工序主辅机设备装机功率一览表

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    从表1可以看出,包含制冷设备时,合计总功率13550.6kW,其中各设备装机功率占比为:主机73.2%,空调14.0%,除尘4.2%,空压2.1%,制冷5.0%,照明1.5%。由于近年来纺织设备自动化程度不断提高,清梳联工序装机功率有较大提高。按主辅机计算,车间主机设备装机功率占比73.2%,空调设备占比14%,除尘设备占比4.2%,空压制冷设备占比7.1%。按工序计算,清梳联工序占比11%,精并粗工序占比12.7%,细纱工序占比58.7%,络筒工序占比10.1%。由于制冷设备在夏季*热月视情况运行,按常年运行设备分类,主机设备装机功率占比77%,空调除尘装机占比18.2%,除主机设备外空调除尘是能源消耗大户。

    1.3主辅机实际能耗

    根据纺纱各工序设备的具体特点,设备配备功率的保险系数和负荷系数都存在差异,造成设备装机功率和实际能耗相差较大,运行中各设备的实测用电量真正体现了设备的实际能耗情况。以车间正常满负荷生产中细特集聚纺纱为基础,2020年1月至6月我们对车间总用电量和空调除尘系统用电量进行了实测统计,如表2所示。

    表2车间总用电和空调除尘用电情况统计

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    从表2中用电量统计情况可知,在不开制冷机的情况下,由于主机装机功率大,负荷系数没有空调除尘设备的高,主机实际功率占比没有安装功率占比高。空调系统采用了空调温湿度自动控制技术,车间空调系统的耗电量,正常月份仍占车间总用电量13%~13.9%,略小于装机功率14.7%占比。除尘系统由于采用工频运行,实耗功率占车间总电量的6.5%~6.9%,大于装机功率4.4%的占比。在没有开启制冷的情况下,空调除尘用电量占车间总用电量的18.5%~20.7%,说明空调除尘系统的耗电量不可忽视,是节能运行管理的程序。

    为了进一步分析除尘设备和服务主机的能耗情况,对清棉、梳棉、精梳主机设备安装功率和配套除尘设备功率进行统计,在车间主机设备全开、滤尘设备正常运行的情况下,测定对应的实耗功率,如表3所示。

    表3前纺主机与配套滤尘设备的安装与实耗功率对比

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    从表3可以明显看出,主机设备安装功率比滤尘设备配套功率高,主机安装功率占比61.4%~70.8%,配套除尘设备功率占比为29.3%~38.6%。但主机实耗功率占比只有41.3%~53.3%,负荷系数为0.374~0.435;由于除尘设备采用设计配套风机参数直接开车,除尘设备实耗功率占比为46.7%~58.7%,设备负荷系数0.791~0.983。说明滤尘设备的负荷系数很大,实耗功率占比提高,能耗较大,是节能运行管理。

    1. 主要节能措施研究

    2.1空调系统节能

    空调系统能耗是继主机设备后的一大户。由于空调系统是按车间设备全开、设备发热量大、夏季室外温湿度参数高的状态进行设计配套的。运行中多数情况车间冷负荷小于设计值,这就要求空调系统要随着车间负荷的变化随时进行调节,采用算法准确的空调自动控制系统很有必要。在保证车间温湿度和气流稳定的前提下,把节能调节作为重要考虑因素,利用室外合适的新风,以减少风机、水泵运行频率,达到节能降耗的目的。在空调调节过程中,自控系统利用热焓比较,采取新风冷量优先,分段准确节能控制的措施。在水泵和风机的调节过程中,区别对待水泵和风机的先后顺序,需要降速运行时,先降大功率电机后降小功率电机。需要升速运行时,先小功率电机后大功率电机,节省电耗。为分析风机变频调速的能耗情况,以30kW轴流风机为例,进行各频率段能耗检测,实测能耗情况如表4所示。

    表4风机不同频率下实测能耗对比

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    从表4可以看出,频率每降低1Hz,风机实测功率降低1kW~1.6kW,符合风机功率与转速3次方呈正比的基本规律。在冬季低速运行的情况下,甚至能降到原风机能耗的50%。风机能耗虽然随着频率降低下降,但风机低运行频率不宜低于35Hz,否则会大幅降低送风量和送风压力,影响车间气流组织和换气。表4中35Hz~45Hz为风机设定的常规运行频率段,在额定频率的70%~90%之间,节能效果明显。

    2.2除尘系统节能

    一般设计人员依据主机设备厂家提供的除尘排风量、压力参数,适当乘以安全系数来进行除尘设备和风机风量和压力的配备。在实际运行中多数系统呈现运行风量偏大,压力较高的现象,造成系统无效能耗增加。从表3可以看出,除尘设备的实际能耗接近于主机设备的实耗功率,是一个不容忽视的问题。

    采用恒压变流量控制自适应除尘系统,通过保证主要吸风口负压的方法,适应不同品种、不同运行情况下除尘及吸落棉设备的运行,可提高滤尘系统设备综合节能。采用恒压变流量自适应控制系统改造,可使清梳联除尘系统在主机正常运行的情况下主风机实耗功率下降25%以上。降低除尘吸落棉系统无用能耗,是滤尘吸落落棉系统节能改造的有效方法。

    另外,把控好滤尘和吸落棉等辅机设备的开关车时间,做到紧跟车间主机设备停开车,减少辅机设备无用能耗时间,杜绝电能浪费。可以采用主辅机设备联动的形式进行联锁控制,通过联锁电路使辅机设备紧跟主机设备实现先开后停,减少辅机设备开车过早、停车过晚造成的电能浪费。

    以本案为例,若对清梳联除尘及精梳吸落棉系统进行恒压变流量改造,按表3中除尘系统实际能耗,按保守数据15%节能计算,该车间每月可节电4.5万kW·h,全年可节电54万kW·h。

    2.3细纱吸棉风机节能试验

    一般细纱吸棉风机都是以50Hz额定频率工作,无论断头多少,吸棉风机一直高速运行。参考细纱吸棉风机节能改造经验,利用主机单锭监测装置,与吸棉风机变频器进行关联,根据断头数量来控制吸棉风机的运行频率,以达到节能降耗的目的。以1070锭118﹟细纱机为例,吸棉风机7.5kW,纺纱品种JC9.8tex,锭速20000r/min,落纱长度5717m。利用单锭监测装置关联控制吸棉风机变频器,控制风机运行频率,将吸棉风机低频率设定为35Hz,工频运行时少断头根数为50根,每个频率段运行试验6h,在车间生产不受影响的情况下吸棉风机能耗试验结果如表5所示。

    表5吸棉风机不同频率能耗试验

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    从表5可以看出,以工频50Hz运行时实耗功率大,为4.84kW。在保证工艺要求前提下,采用吸风机频率与单锭监测关联技术,依据细纱机断头数量来控制风机变频器,吸棉风机实际功率有大幅度降低。在保证笛管吸棉口小负压450Pa的条件下,经过长期运行试验,实测吸棉风机功率为2.40kW,与50Hz工频运行相比,单台功率降低2.44kW。考虑到品种、配棉、吸棉管状态、风箱花清掏等情况,将吸棉风机低值设定为40Hz,笛管吸棉口小负压600Pa,对不同品种多台细纱机进行试验,日单台用电量如表6所示。

    表6不同品种吸棉风机与单锭监测关联后节能比较

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    由表6可以看出,采用单锭关联技术对吸棉风机进行改造,单台细纱机平均日可平均节电45.25kW•h,全车间节电4344kW•h,全年可节约用152万kW•h。

    2.4集聚纺负压风机节能试验

    细纱集聚纺负压风机都是在高负压值下运行,这样不但能耗较高,电器设备长期满负荷运行,大大缩短了使用周期,增加了保养工作量。通过大量试验,把负压值做适量调整,在满足生产工艺要求的情况下,可以降低负压风机的运行频率,达到减负降耗的目的。在满足工艺生产的情况下,对两个品种10台集聚纺负压风机频率进行了调节试验,细纱机301#~305#纺JC11.8tex,208#~212#纺JC9.8tex,具体能耗比较如表7所示。

    表7集聚纺负压风机频率调节试验对比

    从表7可以看出,通过对集聚纺风机频率的调节,在满足正常生产的情况下,试验机台平均可实现每台降低功率1.5kW,若在全车间推广,可降低功率144kW,全年可实现节电113.4万kW•h。

    2.5科学调度避峰用电

    现在国家电网供电,一般采用峰平谷电价阶梯供电,峰平谷每个时段各占8h,以平段电价为基础,峰段电价是平段电价的1.5倍,谷段电价只是平段电价一半。一般清梳生产能力较大,主要以“保供应"为主,利用谷段、平段低电价时段,前纺多做储备,减少峰段开车时间,节约电费。以本车间为例,清梳联实际功率788.2kW,若按平均每天峰、平段各减少运行1.5h,每天峰段、平段可分别少用电1182.3kW•h,每年可节约电费39.73万元。

    3.安科瑞建筑能耗分析系统

    3.1概述

    Acrel-5000web建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统,在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析,通过对用户端所有能耗进行细分和统计,以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况,便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯,有效节约能源,为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源计算,分析现状,查找问题,挖掘节能潜力,提出切实可行的节能措施,并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。

    3.2应用场所

    适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、企业等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。

    3.3系统功能

    3.3.1系统概况

    平台运行状态,当月能耗折算、地图导航,各能耗逐时、逐月曲线,当日,当月能耗同比分析滚动显示。

    3.3.2用能概况

    对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比,支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。

    3.3.3用能统计

    对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计,支持报表数据导出EXCEL,支持选择建筑数据进行生成柱状图。

    3.3.4复费率统计

    复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到EXCEL。

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    3.3.5同比分析

    对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。

    3.3.6能源流向图

    能源流向图展示单栋建筑时段内各类能源从源头到末端的的能源流向,支持按原始值和折标值查看。

    3.3.7夜间能耗分析

    夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在时段工作时间与非工作时间用能统计对比,支持导出报表。

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    3.3.8设备管理

    设备管理包括,设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备,确保设备的运行。

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    3.3.9用户报告

    用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势,并提供简单的能耗分析结果,针对用电提供单独的复费率用能分析,报告可编辑。

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    4.系统硬件配置

    应用场景

    型号

    图 片

    保护功能

    建筑能耗管理系统

    Acrel-5000web

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    采用泛在物联、云计算、大数据、移动通讯、智能传感等技术手段可为用户提供能源数据采集、统计分析、能效分析、用能预警、设备管理等服务,平台可以广泛应用于多种领域。

    智能网关

    ANet-1E2S1

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    采用嵌入式硬件计算机平台,具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口,作为信息采集系统中采集终端与平台系统间的桥梁,能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总,并使用相应的规约转发现场设备的数据给平台系统。

    高压重要回路或低压进线柜

    APM810

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    具有全电量测量,电能统计,电能质量分析及网络通讯等功能,主要用于对电网供电质量的综合监控诊断及电能管理。该系列仪表采用了模块化设计,当客户需要增加开关量输入输出,模拟量输入输出,SD卡记录,以太网通讯时,只需在背部插入对应模块即可。

    APM520

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    三相全电量测量,2-63次谐波,不平衡度,支持付费率,越限告警,SOE,4-20mA输出。

    低压联络柜、出线柜

    AEM96

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    三相多功能电能表,均集成三相电力参数测量及电能计量及考核管理,提供上24时、上31日以及上12月的电能数据统计。具有63次分次谐波与总谐波含量检测,带有开关量输入和继电器输出可实现“遥信"和“遥控"功能,并具备告警输出,可广泛应用于多种控制系统,SCADA系统和能源管理系统中。

    动力柜

    ACR120EL

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    测量所有的常用电力参数,如三相电流、电压,有功、无功功率,电度,谐波等,并具备完善的通信联网功能,非常适合于实时电力监控系统。

    DTSD1352

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    DIN35mm导轨式安装结构,体积小巧,能测量电能及其他电参量,可进行时钟、费率时段等参数设置,精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求,并且具有电能脉冲输出功能;可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。

    AEW100

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    三相全电量测量,剩余电流、2-63次谐波,支持付费率,量值、电缆温度,可选2G/4G通讯。

    照明箱

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    DIN35mm导轨式安装结构,体积小巧,能测量电能及其他电参量,可进行时钟、费率时段等参数设置,精度高、可靠性好、性能指标符合国标GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和电力行业标准DL/T614-2007对电能表的各项技术要求,并且具有电能脉冲输出功能;可用RS485通讯接口与上位机实现数据交换。

    DDSD1352

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    DDSD1352单相电子式电能表主要用于计量低压网络的单相有功电能,同时可测量电压、电流、功率等电量,具有红外通讯功能,并可选配RS485通讯功能,方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内,实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量,统计和分析。

    DDS1352

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    单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量,正反向电能计量,红外及RS485通讯,电流规格10(60)A,有功电能精度1级。无功精度2级,尺寸:1P

    ADW300/4G

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    计量低压网络的三相有功电能,具有RS485通讯和470MHz无线通讯功能,方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内,实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量,统计和分析。

    ARCM300T-Z-4G

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    三相全电量测量,剩余电流、2-63次谐波,支持付费率,量值、电缆温度,可选2G/4G通讯。

    给水管道

    水表

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    计量流经给水管道用水的体积总量,适用于单向水流,采用电子直读技术,通过RS485总线直接输出表盘数据。

    1. 结语

    通过对纺纱厂主辅机设备装机功率统计分析,对主机用电及空调除尘系统用电的测量统计,得知新型纺纱空调除尘系统的装机功率(不计制冷装机)达到全厂装机功率的18.2%,在空调系统采用自动控制系统的情况下,平均实耗功率占全厂功率的20.2%,空调系统是节能管理的关键部位。对清梳联配套的除尘系统和精梳配套的吸落棉系统实际用电测试统计发现,除尘系统和吸落棉系统实际用电功率占总用电功率46.7%~58.7%,清梳联辅机和精梳辅机的节能同样应该引起重视。

    对于现代纺纱厂,采用比较成熟的节能技术,如除尘和精梳吸落棉系统采用恒压变流量调速控制,细纱吸棉风机采用单锭关联技术控制运行频率,对细纱集聚纺吸风机频率进行整定优化,对于类似前纺清梳联等工序科学调度,充分利用峰平谷电价优势,调整生产时间节点,节能效果明显。以本研究所在企业为例,采用上述技术和管理措施,可实现全厂每年节电319.4万

    kW•h,达到综合节电5.7%节能效果。

    参考文献

    [1]高龙,周义德.现代纺织空调工程[M].北京:中国纺织出版社,2018:41-56.

    [2]赵荣义,简明空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998:59-60.

    [3]赵楠楠,王素英,周义德,王朝根.现代纺纱厂能耗量化分析与节能措施[J].

    [4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.

    作者介绍:

    黄琴,女,本科,安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为建筑能耗系统的设计与应用。


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