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安科瑞企业能耗在线监测系统在纺织行业的应用
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安科瑞任心怡
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重点。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3.194×106kW·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；吸棉风机
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重点部位，并就几种行之有效的节能措施进行讨论。
一、纺纱生产线能耗情况分析
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。
- 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。
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。按工序计算，清梳联工序占比10.9%，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最热月视情况运行，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19.1%，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。
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%~20.6%，说明空调除尘系统的耗电量不可忽视，是节能运行管理的重点。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。
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61.4%~70.8%，配套除尘设备功率占比为29.2%~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，是节能运行管理的重点。二、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第一大户。
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，采用算法更大限度节省电耗。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。
从表4可以看出，频率每降低1Hz，风机实测功率降低0.6kW~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**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高效运行，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4.5×104kW·h，全年可节电5.4×105kW·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，将吸棉风机最小负压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。由表6可以看出，采用单锭监测关联技术对吸棉风机进行改造后，单台细纱机日可平均节电45.25kW·h，全车间节电4344kW·h，全年可节约用电1.52×106kW·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最高负压值下运行，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，对负压值作适量调整，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。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�
