龔永波
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行量化分析，以11.52萬錠集聚紡生產線為例，介紹了工藝流程和設備配臺，統計了各工序主輔機、空調、除塵、制冷和照明等設備的總裝機功率，對生產中實際總功率進行了測試，并對各類設備額定功率占比和實測功率占比進行了分析對比，找出無效能耗產生的原因和節能技術改造的項目。提出了一系列措施，包括采用空調風機變頻控制，除塵系統和精梳吸落棉系統采用恒壓變流量系統控制，細紗機吸棉風機與單定監測系統采用關聯控制，優化集聚紡負壓風機頻率，避峰用電等。采用上述綜合節能技術措施，全年可節約用電319.4萬kW?h，實現全廠綜合節電5.7%的目標。
關鍵詞：紡紗廠；能耗；量化分析；主輔機；空調和除塵；額定功率；實測功率
0.引言
現代新型紡織廠不斷朝著規模大型化、設備自動化、運行高速化的方向發展。每萬錠裝機功率達到1100kW以上，具有連續運行、負荷率高的特點。空壓、空調除塵及吸落棉設備裝機功率高，用電負荷大，使實際能耗提高。在運行管理過程中，分析統計各工序設備的裝機功率和實際能耗情況，找出具有節能改造潛力的部位，采用成熟節能技術和有效管理措施，降低無效能源消耗，是企業節能增效的有效途徑。本研究根據某新建的現代化11.52萬錠集聚紡紗生產線的具體情況，通過對主輔機裝機功率統計、實際能耗測試和用能情況分析，理清紡紗車間空調除塵設備的裝機功率與實際功率比，以找出節能運行管理的部位，并就幾種行之有效的節能措施進行討論。
1.紡紗生產線能耗情況分析
紡紗車間能耗主要包括主機生產能耗、輔助空調除塵、空壓冷凍、照明能耗等。具體能耗大小與車間主機工藝配備有關，現以某11.52萬錠集聚紡生產線為例進行分析。
1.1工藝流程與設備配置
該紡紗生產線設計規模11.52萬錠，主機為新型國產設備，主要紡制中細特精梳棉紗，工藝流程和設備配置數量如下。
JWF1012型往復式抓棉機（3臺）→FA103B型雙軸流開棉機（3臺）→JWF1102型單軸流開棉機（3臺）→JWF1026-160-10型多倉混棉機（4臺）→JWF1124C-160型單輥筒清棉機（4臺）→JWF016型異纖機（4臺）→JWF1054型除微塵機（4臺）→JWF1204B型梳棉機（50臺）→JWF1313型并條機（12臺）→JWF1383型條并卷機（6臺）→JWF1278型精梳機（35臺）→JWF1312B型并條機（12臺）→JWF1458A型粗紗機（18臺）→JWF1566JM型細紗機1200錠（96臺）→VCRO-E型自動絡筒機72錠（26臺）。
輔助設備有清梳聯除塵系統9套，精梳吸落棉系統4套，前紡空調系統4套，細紗空調系統8套，絡筒空調系統2套。空壓機3臺，兩用一備，設計供氣量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構，附房采用鋼筋混凝土框架結構。工廠地點在河南某地。
1.2主輔機裝機功率
按照設備銘牌統計設備裝機功率，分工序主輔機設備裝機功率匯總如表1所示。
表1分工序主輔機設備裝機功率一覽表
從表1可以看出，包含制冷設備時，合計總功率13550.6kW，其中各設備裝機功率占比為：主機73.2%，空調14.0%，除塵4.2%，空壓2.1%，制冷5.0%，照明1.5%。由于近年來紡織設備自動化程度不斷提高，清梳聯工序裝機功率有較大提高。按主輔機計算，車間主機設備裝機功率占比73.2%，空調設備占比14%，除塵設備占比4.2%，空壓制冷設備占比7.1%。按工序計算，清梳聯工序占比11%，精并粗工序占比12.7%，細紗工序占比58.7%，絡筒工序占比10.1%。由于制冷設備在夏季*熱月視情況運行，按常年運行設備分類，主機設備裝機功率占比77%，空調除塵裝機占比18.2%，除主機設備外空調除塵是能源消耗大戶。
1.3主輔機實際能耗
根據紡紗各工序設備的具體特點，設備配備功率的保險系數和負荷系數都存在差異，造成設備裝機功率和實際能耗相差較大，運行中各設備的實測用電量真正體現了設備的實際能耗情況。以車間正常滿負荷生產中細特集聚紡紗為基礎，2020年1月至6月我們對車間總用電量和空調除塵系統用電量進行了實測統計，如表2所示。
表2車間總用電和空調除塵用電情況統計
從表2中用電量統計情況可知，在不開制冷機的情況下，由于主機裝機功率大，負荷系數沒有空調除塵設備的高，主機實際功率占比沒有安裝功率占比高。空調系統采用了空調溫濕度自動控制技術，車間空調系統的耗電量，正常月份仍占車間總用電量13%~13.9%，略小于裝機功率14.7%占比。除塵系統由于采用工頻運行，實耗功率占車間總電量的6.5%~6.9%，大于裝機功率4.4%的占比。在沒有開啟制冷的情況下，空調除塵用電量占車間總用電量的18.5%~20.7%，說明空調除塵系統的耗電量不可忽視，是節能運行管理的程序。
為了進一步分析除塵設備和服務主機的能耗情況，對清棉、梳棉、精梳主機設備安裝功率和配套除塵設備功率進行統計，在車間主機設備全開、濾塵設備正常運行的情況下，測定對應的實耗功率，如表3所示。
表3前紡主機與配套濾塵設備的安裝與實耗功率對比
從表3可以明顯看出，主機設備安裝功率比濾塵設備配套功率高，主機安裝功率占比61.4%~70.8%，配套除塵設備功率占比為29.3%~38.6%。但主機實耗功率占比只有41.3%~53.3%，負荷系數為0.374~0.435；由于除塵設備采用設計配套風機參數直接開車，除塵設備實耗功率占比為46.7%~58.7%，設備負荷系數0.791~0.983。說明濾塵設備的負荷系數很大，實耗功率占比提高，能耗較大，是節能運行管理。
2.1空調系統節能
空調系統能耗是繼主機設備后的一大戶。由于空調系統是按車間設備全開、設備發熱量大、夏季室外溫濕度參數高的狀態進行設計配套的。運行中多數情況車間冷負荷小于設計值，這就要求空調系統要隨著車間負荷的變化隨時進行調節，采用算法準確的空調自動控制系統很有必要。在保證車間溫濕度和氣流穩定的前提下，把節能調節作為重要考慮因素，利用室外合適的新風，以減少風機、水泵運行頻率，達到節能降耗的目的。在空調調節過程中，自控系統利用熱焓比較，采取新風冷量優先，分段準確節能控制的措施。在水泵和風機的調節過程中，區別對待水泵和風機的先后順序，需要降速運行時，先降大功率電機后降小功率電機。需要升速運行時，先小功率電機后大功率電機，節省電耗。為分析風機變頻調速的能耗情況，以30kW軸流風機為例，進行各頻率段能耗檢測，實測能耗情況如表4所示。
表4風機不同頻率下實測能耗對比
從表4可以看出，頻率每降低1Hz，風機實測功率降低1kW~1.6kW，符合風機功率與轉速3次方呈正比的基本規律。在冬季低速運行的情況下，甚至能降到原風機能耗的50%。風機能耗雖然隨著頻率降低下降，但風機低運行頻率不宜低于35Hz，否則會大幅降低送風量和送風壓力，影響車間氣流組織和換氣。表4中35Hz~45Hz為風機設定的常規運行頻率段，在額定頻率的70%~90%之間，節能。
2.2除塵系統節能
一般設計人員依據主機設備廠家提供的除塵排風量、壓力參數，適當乘以安全系數來進行除塵設備和風機風量和壓力的配備。在實際運行中多數系統呈現運行風量偏大，壓力較高的現象，造成系統無效能耗增加。從表3可以看出，除塵設備的實際能耗接近于主機設備的實耗功率，是一個不容忽視的問題。
采用恒壓變流量控制自適應除塵系統，通過保證主要吸風口負壓的方法，適應不同品種、不同運行情況下除塵及吸落棉設備的運行，可提高濾塵系統設備綜合節能。采用恒壓變流量自適應控制系統改造，可使清梳聯除塵系統在主機正常運行的情況下主風機實耗功率下降25%以上。降低除塵吸落棉系統無用能耗，是濾塵吸落落棉系統節能改造的有效方法。
另外，把控好濾塵和吸落棉等輔機設備的開關車時間，做到緊跟車間主機設備停開車，減少輔機設備無用能耗時間，杜絕電能浪費。可以采用主輔機設備聯動的形式進行聯鎖控制，通過聯鎖電路使輔機設備緊跟主機設備實現先開后停，減少輔機設備開車過早、停車過晚造成的電能浪費。
以本案為例，若對清梳聯除塵及精梳吸落棉系統進行恒壓變流量改造，按表3中除塵系統實際能耗，按保守數據15%節能計算，該車間每月可節電4.5萬kW·h，全年可節電54萬kW·h。
2.3細紗吸棉風機節能試驗
一般細紗吸棉風機都是以50Hz額定頻率工作，無論斷頭多少，吸棉風機一直高速運行。參考細紗吸棉風機節能改造經驗，利用主機單錠監測裝置，與吸棉風機變頻器進行關聯，根據斷頭數量來控制吸棉風機的運行頻率，以達到節能降耗的目的。以1070錠118﹟細紗機為例，吸棉風機7.5kW，紡紗品種JC9.8tex，錠速20000r/min，落紗長度5717m。利用單錠監測裝置關聯控制吸棉風機變頻器，控制風機運行頻率，將吸棉風機低頻率設定為35Hz，工頻運行時少斷頭根數為50根，每個頻率段運行試驗6h，在車間生產不受影響的情況下吸棉風機能耗試驗結果如表5所示。
表5吸棉風機不同頻率能耗試驗
從表5可以看出，以工頻50Hz運行時實耗功率大，為4.84kW。在保證工藝要求前提下，采用吸風機頻率與單錠監測關聯技術，依據細紗機斷頭數量來控制風機變頻器，吸棉風機實際功率有大幅度降低。在保證笛管吸棉口小負壓450Pa的條件下，經過長期運行試驗，實測吸棉風機功率為2.40kW，與50Hz工頻運行相比，單臺功率降低2.44kW。考慮到品種、配棉、吸棉管狀態、風箱花清掏等情況，將吸棉風機低值設定為40Hz，笛管吸棉口小負壓600Pa，對不同品種多臺細紗機進行試驗，日單臺用電量如表6所示。
表6不同品種吸棉風機與單錠監測關聯后節能比較
由表6可以看出，采用單錠關聯技術對吸棉風機進行改造，單臺細紗機平均日可平均節電45.25kW?h，全車間節電4344kW?h，全年可節約用152萬kW?h。
2.4集聚紡負壓風機節能試驗
細紗集聚紡負壓風機都是在高負壓值下運行，這樣不但能耗較高，電器設備長期滿負荷運行，大大縮短了使用周期，增加了保養工作量。通過大量試驗，把負壓值做適量調整，在滿足生產工藝要求的情況下，可以降低負壓風機的運行頻率，達到減負降耗的目的。在滿足工藝生產的情況下，對兩個品種10臺集聚紡負壓風機頻率進行了調節試驗，細紗機301#~305#紡JC11.8tex，208#~212#紡JC9.8tex，具體能耗比較如表7所示。
表7集聚紡負壓風機頻率調節試驗對比
從表7可以看出，通過對集聚紡風機頻率的調節，在滿足正常生產的情況下，試驗機臺平均可實現每臺降低功率1.5kW，若在全車間推廣，可降低功率144kW，全年可實現節電113.4萬kW?h。
2.5科學調度避峰用電
現在國家電網供電，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，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。一般清梳生產能力較大，主要以“保供應”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，節約電費。以本車間為例，清梳聯實際功率788.2kW，若按平均每天峰、平段各減少運行1.5h，每天峰段、平段可分別少用電1182.3kW?h，每年可節約電費39.73萬元。
3.1概述
Acrel-5000web建筑能耗分析系統是用戶端能源管理分析系統，在電能管理系統的基礎上增加了對水、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行細分和統計，以直觀的數據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慣，有效節約能源，為用戶進一步節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。用戶可按照國家有關規定實施能源計算，分析現狀，查找問題，挖掘節能潛力，提出切實可行的節能措施，并向縣級以上管理節能工作的部門報送能源計算報告。
3.2應用場所
適用于公共建筑、集團公司、工業園區、大型物業、學校、醫院、企業等不同行業的能耗監測與管理的系統設計、施工和運行維護。
3.3系統功能
3.3.1系統概況
平臺運行狀態，當月能耗折算、地圖導航，各能耗逐時、逐月曲線，當日，當月能耗同比分析滾動顯示。
3.3.2用能概況
對建筑、部門、區域、支路、分類分項等用能進行對比，支持當日逐時趨勢、當月逐日趨勢曲線、分時段能耗統計對比、總能耗同環比對比。
3.3.3用能統計
對建筑、區域、分項、支路等結構按日、月、年報表的形式統計對分類能源用能進行統計，支持報表數據導出EXCEL，支持選擇建筑數據進行生成柱狀圖。
3.3.4復費率統計
復費率報表按日、月、年統計對單棟建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析。支持數據導出到EXCEL。
3.3.5同比分析
對建筑、分項、區域、支路等用能按日、月、年以圖形和報表結合的方式進行用能數據同比分析。
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計對比，支持導出報表。
3.3.8設備管理
設備管理包括，設備類型、設備臺賬、維保記錄等功能。輔助用戶合理管理設備，確保設備的運行。
3.3.9用戶報告
用戶報告針對選定的建筑自動統計各能源的月使用的同環比趨勢，并提供簡單的能耗分析結果，針對用電提供單獨的復費率用能分析，報告可編輯。
4.系統硬件配置
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應用場景 |
型號 |
圖 片 |
保護功能 |
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建筑能耗管理系統 |
Acrel-5000web |
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采用泛在物聯、云計算、大數據、移動通訊、智能傳感等技術手段可為用戶提供能源數據采集、統計分析、能效分析、用能預警、設備管理等服務，平臺可以廣泛應用于多種領域。 |
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智能網關 |
ANet-1E2S1 |
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采用嵌入式硬件計算機平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網絡接口，作為信息采集系統中采集終端與平臺系統間的橋梁，能夠根據不同的采集規約進行水表、氣表、電表、微機保護等設備終端的數據采集匯總，并使用相應的規約轉發現場設備的數據給平臺系統。 |
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高壓重要回路或低壓進線柜 |
APM810 |
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具有全電量測量，電能統計，電能質量分析及網絡通訊等功能，主要用于對電網供電質量的綜合監控診斷及電能管理。該系列儀表采用了模塊化設計，當客戶需要增加開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出，SD卡記錄，以太網通訊時，只需在背部插入對應模塊即可。 |
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APM520 |
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三相全電量測量，2-63次諧波，不平衡度，支持付費率，越限告警，SOE,4-20mA輸出。 |
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低壓聯絡柜、出線柜 |
AEM96 |
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三相多功能電能表，均集成三相電力參數測量及電能計量及考核管理，提供上24時、上31日以及上12月的電能數據統計。具有63次分次諧波與總諧波含量檢測，帶有開關量輸入和繼電器輸出可實現“遙信”和“遙控”功能，并具備告警輸出，可廣泛應用于多種控制系統，SCADA系統和能源管理系統中。 |
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動力柜 |
ACR120EL |
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測量所有的常用電力參數，如三相電流、電壓，有功、無功功率，電度，諧波等，并具備完善的通信聯網功能，非常適合于實時電力監控系統。 |
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DTSD1352 |
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DIN35mm導軌式安裝結構，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數設置，精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業標準DL/T614-2007對電能表的各項技術要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現數據交換。 |
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AEW100 |
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三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
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照明箱 |
DTSD1352 |
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DIN35mm導軌式安裝結構，體積小巧，能測量電能及其他電參量，可進行時鐘、費率時段等參數設置，精度高、可靠性好、性能指標符合國標GB/T17215-2002、GB/T17883-1999和電力行業標準DL/T614-2007對電能表的各項技術要求，并且具有電能脈沖輸出功能；可用RS485通訊接口與上位機實現數據交換。 |
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DDSD1352 |
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DDSD1352單相電子式電能表主要用于計量低壓網絡的單相有功電能，同時可測量電壓、電流、功率等電量，具有紅外通訊功能，并可選配RS485通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量，統計和分析。 |
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DDS1352 |
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單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計量，紅外及RS485通訊，電流規格10（60）A，有功電能精度1級。無功精度2級，尺寸:1P |
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ADW300/4G |
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計量低壓網絡的三相有功電能，具有RS485通訊和470MHz無線通訊功能，方便用戶進行用電監測、集抄和管理。可靈活安裝于配電箱內，實現對不同區域和不同負荷的分項電能計量，統計和分析。 |
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ARCM300T-Z-4G |
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三相全電量測量，剩余電流、2-63次諧波，支持付費率，量值、電纜溫度，可選2G/4G通訊。 |
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給水管道 |
水表 |
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計量流經給水管道用水的體積總量，適用于單向水流，采用電子直讀技術，通過RS485總線直接輸出表盤數據。 |
通過對紡紗廠主輔機設備裝機功率統計分析，對主機用電及空調除塵系統用電的測量統計，得知新型紡紗空調除塵系統的裝機功率（不計制冷裝機）達到全廠裝機功率的18.2%，在空調系統采用自動控制系統的情況下，平均實耗功率占全廠功率的20.2%，空調系統是節能管理的關鍵部位。對清梳聯配套的除塵系統和精梳配套的吸落棉系統實際用電測試統計發現，除塵系統和吸落棉系統實際用電功率占總用電功率46.7%~58.7%，清梳聯輔機和精梳輔機的節能同樣應該引起重視。
對于現代紡紗廠，采用比較成熟的節能技術，如除塵和精梳吸落棉系統采用恒壓變流量調速控制，細紗吸棉風機采用單錠關聯技術控制運行頻率，對細紗集聚紡吸風機頻率進行整定優化，對于類似前紡清梳聯等工序科學調度，充分利用峰平谷電價優勢，調整生產時間節點，節能。以本研究所在企業為例，采用上述技術和管理措施，可實現全廠每年節電319.4萬
kW?h，達到綜合節電5.7%節能效果。
參考文獻
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[3]趙楠楠，王素英，周義德，王朝根.現代紡紗廠能耗量化分析與節能措施[J].
[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.
作者簡介：
龔永波，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電，Email: 28801392115@qq.com手機：18702101301 QQ:2881392115
