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(tǒng)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(jié)能技術改造的重點。提出了一系列措施，包括采用空調風機變頻控制，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，細紗機吸棉風機與單定監(jiān)測系統(tǒng)采用關聯(lián)控制，優(yōu)化集聚紡負壓風機頻率，避峰用電等。采用上述綜合節(jié)能技術措施，全年可節(jié)約用電3.194×106kW·h，實現(xiàn)全廠綜合節(jié)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；吸棉風機

現(xiàn)代新型紡織廠不斷朝著規(guī)模大型化、設備自動化、運行高速化的方向發(fā)展。每萬錠裝機功率達到1100kW以上，具有連續(xù)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(tǒng)計各工序設備的裝機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。本研究根據某新建的現(xiàn)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(tǒng)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(jié)能運行管理的重點部位，并就幾種行之有效的節(jié)能措施進行討論。

一、紡紗生產線能耗情況分析

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(xiàn)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(guī)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(lián)除塵系統(tǒng)9套，精梳吸落棉系統(tǒng)4套，前紡空調系統(tǒng)4套，細紗空調系統(tǒng)8套，絡筒空調系統(tǒng)2套?？諌簷C3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(tǒng)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。

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(lián)工序裝機功率有較大提高。按工序計算，清梳聯(lián)工序占比10.9%，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19.1%，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(xiàn)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(tǒng)用電量進行了實測統(tǒng)計，如表2所示。

從表2中用電量統(tǒng)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?？照{系統(tǒng)采用了空調溫濕度自動控制技術，車間空調系統(tǒng)的耗電量，正常月份仍占車間總用電量13%~13.9%，略小于裝機功率14.7%占比。除塵系統(tǒng)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%~20.6%，說明空調除塵系統(tǒng)的耗電量不可忽視，是節(jié)能運行管理的重點。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(tǒng)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。

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61.4%~70.8%，配套除塵設備功率占比為29.2%~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(jié)能運行管理的重點。二、主要節(jié)能措施研究

2.1空調系統(tǒng)節(jié)能空調系統(tǒng)能耗是繼主機設備后的大戶。

由于空調系統(tǒng)是按車間設備全開、設備發(fā)熱量大、夏季室外溫濕度參數高的狀態(tài)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(tǒng)要隨著車間負荷的變化隨時進行調節(jié)，采用算法更大限度節(jié)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。

從表4可以看出，頻率每降低1Hz，風機實測功率降低0.6kW~1.6kW，符合風機功率與轉速3次方呈正比的基本規(guī)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(guī)運行頻率段，在額定頻率的70%~90%之間，節(jié)能效果明顯。

1. 2除塵系統(tǒng)節(jié)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(tǒng)呈現(xiàn)運行風量偏大，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(tǒng)，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高效運行，可提高濾塵系統(tǒng)設備綜合節(jié)能。采用恒壓變流量自適應控制系統(tǒng)改造，可使清梳聯(lián)除塵系統(tǒng)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(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?？梢圆捎弥鬏o機設備聯(lián)動的形式進行聯(lián)鎖控制，通過聯(lián)鎖電路使輔機設備緊跟主機設備實現(xiàn)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(lián)除塵及精梳吸落棉系統(tǒng)進行恒壓變流量改造，按表3中除塵系統(tǒng)實際能耗，按保守數據15%節(jié)能計算，該車間每月可節(jié)電4.5×104kW·h，全年可節(jié)電5.4×105kW·h。

2.3細紗吸棉風機節(jié)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(jié)能改造經驗，利用主機單錠監(jiān)測裝置，與吸棉風機變頻器進行關聯(lián)，根據斷頭數量來控制吸棉風機的運行頻率，以達到節(jié)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(jiān)測裝置關聯(lián)控制吸棉風機變頻器，控制風機運行頻率，將吸棉風機小負壓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。由表6可以看出，采用單錠監(jiān)測關聯(lián)技術對吸棉風機進行改造后，單臺細紗機日可平均節(jié)電45.25kW·h，全車間節(jié)電4344kW·h，全年可節(jié)約用電1.52×106kW·h。

2.4集聚紡負壓風機節(jié)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(yǎng)工作量。通過大量試驗，對負壓值作適量調整，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(jié)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。從表7可以看出，通過對集聚紡風機頻率的調節(jié)，在滿足正常生產的情況下，試驗機臺平均可實現(xiàn)每臺降低功率1.5kW，若在全車間推廣，可降功率144kW，全年可實現(xiàn)節(jié)電1.134×106kW·h。

2.5科學調度避峰用電

現(xiàn)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(jié)約電費。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39.73萬元。

三、平臺介紹

 1、安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)概述

  安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質量、產品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產線、班組、重大能耗設備等的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎數據和支持。

2、應用場所

  鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業(yè)、木材、工業(yè)園區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設備、電器產品、工器具制造等離散制造業(yè)。

3、系統(tǒng)結構

  現(xiàn)場通過廠區(qū)局域網和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網聯(lián)通的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

  系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

  現(xiàn)場設備層：主要是連接于網絡中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負著采集數據的重任，這些設備可為本公司各系列帶通訊網絡電力儀表、溫濕度控制器、開關量監(jiān)測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

  網絡通訊層：包含現(xiàn)場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數據，并可進行規(guī)約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

  平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數據服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

  平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

4、工業(yè)企業(yè)能耗監(jiān)測系統(tǒng)功能

  平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業(yè)的生產、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數據化管理。實時監(jiān)測企業(yè)各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數據依據。

（1）平臺登錄

  在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

（2）大屏展示

  用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區(qū)域展示該區(qū)域的分類能耗、產值等相關信息。

（3）首頁

  首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業(yè)級統(tǒng)計數據。

（4）數據監(jiān)控

  對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠實時的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業(yè)削峰填谷、調整負載等技改措施提供數據支撐。

  能源實時監(jiān)控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監(jiān)測，確保用能環(huán)節(jié)的持續(xù)穩(wěn)定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網絡圖、能源計量網絡圖等功能。

  能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗報警提示等；

  配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數、門禁水浸狀態(tài)及能耗數據。

  實時統(tǒng)計：實時統(tǒng)計工廠、車間、工序、設備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

  數據展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區(qū)域、不同設備的不同的能耗參數；

  檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關處理操作，可以對報警參數進行在線設置，當能源參數越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗等報警提示；

（5）視頻監(jiān)控

  接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內實際情況。

（6）變壓器監(jiān)控

  展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規(guī)劃。通過各種運行參數狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據運行模式調整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

（7）儀表實時監(jiān)控

  展示各個水電氣儀表的實時參數變化，以曲線圖的方式展示。

（8）能源中控

  將所有有關能源的能源參數集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個產業(yè)線的對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

（9）用能統(tǒng)計

  從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產工藝、工序、工段時間、設備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

（10）成本分析

  統(tǒng)計各個監(jiān)測節(jié)點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

5.結語

通過對紡紗廠主輔機設備裝機功率統(tǒng)計分析，對主機用電及空調除塵系統(tǒng)用電的測量統(tǒng)計，得知新型紡紗空調除塵系統(tǒng)的裝機功率（不計制冷裝機）達到全廠裝機功率的19.1%，在空調系統(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%，空調系統(tǒng)是節(jié)能管理的關鍵部位。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)輔機和精梳輔機的節(jié)能同樣應該引起重視。對于現(xiàn)代紡紗廠，采用比較成熟的節(jié)能技術，如除塵和精梳吸落棉系統(tǒng)采用恒壓變流量調速控制，細紗吸棉風機采用單錠關聯(lián)技術控制運行頻率，對細紗集聚紡吸風機頻率進行整定優(yōu)化，對于類似前紡清梳聯(lián)等工序科學調度，充分利用峰平谷電價優(yōu)勢，調整生產時間節(jié)點，節(jié)能效果明顯。以本研究所在企業(yè)為例，若全面采用上述技術和管理措施，可實現(xiàn)全廠每年節(jié)電3.194×106kW·h，達到綜合節(jié)電5.7%節(jié)能效果。

參考文獻

［1］鄭州經貿學院趙楠楠、王素英

［2］中原工學院周義德

［3］恒天永安新織造有限公司王朝根

［4］安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版。

作者介紹：

翟雪玲，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事企業(yè)能耗檢測系統(tǒng)的研發(fā)與應用。