胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

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3.194×106kW·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；吸棉風機

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重點部位，并就幾種行之有效的節能措施進行討論。

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。

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。按工序計算，清梳聯工序占比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最熱月視情況運行，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。

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%~20.6%，說明空調除塵系統的耗電量不可忽視，是節能運行管理的重點。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，是節能運行管理的重點。二、主要節能措施研究

2.1空調系統節能空調系統能耗是繼主機設備后的第一大戶。

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，采用算法更大限度節省電耗。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。

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**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，節能效果明顯。

1. 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高效運行，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4.5×104kW·h，全年可節電5.4×105kW·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，將吸棉風機最小負壓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，采用單錠監測關聯技術對吸棉風機進行改造后，單臺細紗機日可平均節電45.25kW·h，全車間節電4344kW·h，全年可節約用電1.52×106kW·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最高負壓值下運行，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，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，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，可降功率144kW，全年可實現節電1.134×106kW·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。

三、平臺介紹

 1、安科瑞企業能源管控系統概述

  安科瑞企業能源管控系統采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理，監測企業電、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計、同環比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節能潛力、節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、木材、工業園區、醫院、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。

3、系統結構

  現場通過廠區局域網和平臺通訊，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。

  系統可分為三層：即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

  現場設備層：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：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，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、工業企業能耗監測系統功能

  平臺采用自動化、信息化技術和集中管理模式，對企業的生產、輸配和消耗環節實行集中扁平化的動態監控和數據化管理。實時監測企業各類能源的消耗情況，通過數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業加強能源管理，提高能源利用效率和節能潛力，為節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，展示企業及各區域的能耗折標、產值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區域展示該區域的分類能耗、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、分類能耗等企業級統計數據。

（4）數據監控

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

  能源實時監控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監測，確保用能環節的持續穩定運行，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、門禁水浸狀態及能耗數據。

  實時統計：實時統計工廠、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、系統彈窗等報警提示；

（5）視頻監控

  接入攝像頭，實時掌控企業內實際情況。

（6）變壓器監控

  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劃。通過各種運行參數狀態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，實現各個產業線的對比，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）用能統計

  從能源使用種類、監測區域、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用能統計、同比、環比分析、實績分析，折標對比、單位產品能耗、單位產值能耗統計，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

  統計各個監測節點（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。

（11）產品單耗統計

  與企業MES系統對接，通過產品產量以及系統采集的能耗數據，在產品單耗中生成產品單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析。同時將產品單耗與行業/國家/國際指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

（12）績效分析

  對各類能源使用、消耗、轉換，按班組、區域、車間，產線、工段、設備等進行日、周、月、年、**時段績效統計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業了解內部能效水平和節能潛力，評定能源消耗是否合理。

（13）運行監測

  系統對區域、工段、設備能源消耗進行數據采集，監測設備及工藝運行狀態，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統一次運行監視。可直接從動態監測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數據，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關能源用量。

（14）自定義能耗報表

  用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產各種報表，查看企業各個節點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環比報表，支持導出報表。

（15）同比、環比

  提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環比分析，分類、分時段、分項（地點、機構、設備）統計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環比

（16）分析報告

  以年、月、日對企業的能源利用情況、線路損耗情況、設備運行情況、運維情況等進行仔細的統計分析，讓用戶更加了解系統的運行情況，并為用戶提供數據基礎，方便用戶發現設備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節能潛力。

（17）能耗設備用能

  監控耗能設備運行、停機及異常狀態，及時解決設備故障停運導致無法正常生產。

（18）線損分析

  根據節點、能源分類，查詢各個節點線路上的能源損耗數據，及時發現能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。

（19）碳排放管理

  按照區域對碳排放總量的變化趨勢進行統計，并進行同環比分析。對單位產值碳排放量進行計算，并結合減排指標實現超標預警，提升區域減排水平，促進碳達峰目標實現。

（20）電能質量監測

  實時監測諧波含量、三相不平衡度、功率因數等，確保功率因數不低于考核指標，避免被罰款和設備出現故障。

（21）運維管理

  系統支持設備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執行巡檢、完成工單、巡檢發現問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設備維修保養需要。

（22）報警管理

  針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業提前預警，避免發生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發與閉環處理。

（23）能耗抄表

  可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

（24）能耗分析自定義時間抄表

  可自定義時間段內各個拓撲節點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

（25）容需量報表

  提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業實現容改需，降低基本電費。

（26）復費率報表

  對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統計分析，為企業分時用電，優化成本效益提供數據支持。

（27）文檔管理

  對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關文檔。對儀表臺賬進行系統管理，支持文件的上傳和下載。

（28）3D可視化大屏

  對場景進行虛擬仿真，展示各區域運行及能源消耗情況，可實現分層預覽、轉場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監測點位的自定義綁定。

（29）3D子系統

  對各動力子系統進行虛擬仿真，展示子系統的動力管線、設備的實時狀態及能源消耗情況，可實現動態的能源流向效果。

（30）工業組態

  可通過圖形化的編輯方式自定義組態圖，展示設備運行狀態及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監測數據。

（31）自定義駕駛艙

  可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數據及各類統計數據，數據源包括API、數據庫查詢、MQTT、Excel等方式。

（32）基礎數據管理

  對系統的項目、探測器、設備型號、電參量、節點、能源、公示、及相關參數進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權管理、合同管理。

（33）手機APP

     APP支持Android、iOS操作系統，方便用戶按能源分類、區域、車間、工序、班組、設備等不同維度掌握企業能源消耗、產線比對、效率分析、同環比分析、能耗折標、事件記錄、運行監視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

（34）知識產權證書

5.系統硬件配置

1. 結語

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19.1%，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，節能效果明顯。以本研究所在企業為例，若全面采用上述技術和管理措施，可實現全廠每年節電3.194×106kW·h，達到綜合節電5.7%節能效果。

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］安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版。