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工业企业节能综合分析
来源:机械工业技术发展基金会 2018-11-06


 

十九大报告明确指出,我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。不平衡不充分的发展包括对资源的过度消耗,对环境的破坏和污染。在保证人民日益增长的物质文化需求的同时,提高能源、资源的利用效率,显然更加重要。工业企业是能源消耗大户,提高工业企业能源利用率、节能减排是我国可持续发展的有效途径,走节约能源资源的道路已经成为中国经济发展的战略选择。
一 、我国工业企业能源利用状况
1、能耗情况
我国工业能耗占全国总能耗比例近70%,许多经济大省工业能耗占比甚至显著高于70%。工业企业能耗增速也明显领先全国其他行业,2001年到2004年,全国能源消费年均增长率为10.1%,工业部门能源消费年均增长率为12.8%;全国电力消费年均增长率为13%,工业部门电力消费年均增长率为18%。工业部门的能源消费由2000年占全国能源消费的66.58%上升到2004年占68.41%;工业部门的电力消费由2000年占全国电力消费的64.7%上升到2004年占77%。
“十一五”期间,第三产业增加值占国内生产总值的比重低于预期目标,重工业占工业总产值比重由68.1%上升到70.9%,高耗能、高排放产业增长过快,结构节能目标没有实现。能源利用效率总体偏低。我国国内生产总值约占世界的8.6%,但能源消耗占世界的19.3%,单位国内生产总值能耗仍是世界平均水平的2倍以上。2010年全国钢铁、建材、化工等行业单位产品能耗比国际先进水平高出10%-20%。
“十二五”时期,工业能效和水效大幅提升,规模以上企业单位工业增加值能耗累计下降28%,实现节能量6.9亿吨标准煤,单位工业增加值用水量累计下降35%,提前一年完成“十二五”淘汰落后产能任务。
我国工业总体上尚未摆脱高投入、高消耗、高排放的发展方式,资源能源消耗量大,生态环境问题比较突出,形势依然十分严峻,迫切需要加快构建科技含量高、资源消耗低、环境污染少的绿色制造体系。加快推进工业绿色发展,有利于推进节能降耗、实现降本增效。
2、能源管理现状
我国工业企业能源管理正稳步向好发展,大型国有企业响应国家号召,结合自身需求,建立了能源管理体系。比如上海宝钢、上汽大众等企业。这些企业制定有完善的能源管理制度,完善的能源计量网络,结合先进的节能技术改造,能耗利用效率逐年提高。万元产值能耗、产品单耗逐年下降。
一些中小企业能源管理仍不够完善,存在能源浪费的现象。普遍存在的现象有:
(1) 计量器具不完善、不检定;
(2) 没有形成有效的能源管理制度;
(3) 没有专职的能源管理组织机构,责任不明确;
(4) 存在大量淘汰落后设备;
(5) 没有对重点耗能设备进行节能监测;
(6) 用能设备运行、维修、保养较差。
领导层不重视。
二、工业企业节能政策要求
1、法律法规要求
《中华人民共和国节约能源法(2016年修订)》规定:
(1) 禁止使用国家明令淘汰的用能设备、生产工艺。
(2)用能单位应当按照合理用能的原则,加强节能管理,制定并实施节能计划和节能技术措施,降低能源消耗。
(3)用能单位应当建立节能目标责任制,对节能工作取得成绩的集体、个人给予奖励。
(4)用能单位应当定期开展节能教育和岗位节能培训。
(5)用能单位应当加强能源计量管理,按照规定配备和使用经依法检定合格的能源计量器具。
(6)用能单位应当建立能源消费统计和能源利用状况分析制度,对各类能源的消费实行分类计量和统计,并确保能源消费统计数据真实、完整。
(7)国家鼓励工业企业采用高效、节能的电动机、锅炉、窑炉、风机、泵类等设备,采用热电联产、余热余压利用、洁净煤以及先进的用能监测和控制等技术。
(8)重点用能单位应当每年向管理节能工作的部门报送上年度的能源利用状况报告。能源利用状况包括能源消费情况、能源利用效率、节能目标完成情况和节能效益分析、节能措施等内容。
(9)重点用能单位应当设立能源管理岗位,在具有节能专业知识、实际经验以及中级以上技术职称的人员中聘任能源管理负责人,并报管理节能工作的部门和有关部门备案。
2.政策性要求
《工业节能管理办法》规定:
(1)重点用能工业企业应当根据能源消费总量和生产场所集中程度、生产工艺复杂程度,设立能源统计、计量、技术和综合管理岗位,任用具有节能专业知识、实际工作经验及中级以上技术职称的企业高级管理人员担任能源管理负责人,形成有岗、有责、全员参与的能源管理组织体系。
(2)鼓励重点用能工业企业开展能源审计,并根据审计结果制定企业节能规划和节能技术改造方案,跟踪、落实节能改造项目的实施情况。
(3)重点用能工业企业应当每年向有关的工业和信息化主管部门报送上年度的能源利用状况报告。能源利用状况报告包括能源购入、加工、转换与消费情况,单位产品能耗、主要耗能设备和工艺能耗、能源利用效率,能源管理、节能措施、节能效益分析、节能目标完成情况以及能源消费预测等内容。
(4)重点用能工业企业应当积极履行社会责任,鼓励重点用能工业企业定期发布包含能源利用、节能管理、员工关怀等内容的企业社会责任报告。
(5)重点用能工业企业应当开展能效水平对标达标活动,确立能效标杆,制定实施方案,完善节能管理,实施重大节能技术改造工程,争创能效“领跑者”。
(6)鼓励重点用能工业企业建设能源管控中心系统,利用自动化、信息化技术,对企业能源系统的生产、输配和消耗实施动态监控和管理,改进和优化能源平衡,提高企业能源利用效率和管理水平。
(7)重点用能工业企业应当建立能源管理体系,采用先进节能管理方法与技术,完善能源利用全过程管理,促进企业节能文化建设。
三、工业企业节能途径
1、管理节能
1.1 外部管理
能源审计:
企业应积极参加节能主管部门组织开展的能源审计工作,通过专业第三方节能机构的审查,发现自身的不足。通过完善能源管理制度、实施节能项目改造,实现企业节能降耗的目的。
能源审计是依据国家有关的节能法规和标准,对企业和其它用能单位能源利用的物理过程和财务过程进行的检验、核查和分析评价,是一种加强企业能源科学管理和节约能源的有效手段和方法,具有很强的监督与管理作用。
能源审计工作程序:
(a) 分析能源利用状况;
(b) 查找存在的问题和漏洞;
(c) 挖掘存在的节能潜力;
(d) 提出切实可行的节能措施和建议;
(e) 编写节能规划和整改方案;
(f) 实施节能整改方案,提高能效水平;
(g) 实现节能目标。
1.2 内部管理
建立一套行之有效的能源管理制度,设置专业的能源管理岗位负责人。从能源的采购运输、贮存、加工转换、输送及终端使用等几个方面对能源的流入进行系统的把控。
通过例行节能监测、能效对标、内部审核、组织能耗计量与测试、组织能量平衡统计、管理评审、自我评价、节能技改、节能考核等措施,不断提高能源管理体系持续改进的有效性,实现能源管理方针和承诺并达到预期的能源消耗或使用目标。
2、技术节能
2.1 空压机系统
压缩空气是仅次于电力的普及能源之一,是流程工业中应用最为广泛的第四大能源。空压系统电能消耗占工业能耗的8~10%左右,全国空压机耗电量约为2140亿kWh/a,其中有效能耗只占60%,其余40%的能量(约860亿kWh/a)被白白浪费掉,空压系统的节能亟待高效开展。大量的数据表明,压缩空气系统的主要费用都耗费在运行环节上,在其生命周期中,运行费用占据的比例高达70~80%,节能潜力巨大。可以采取的节能技术手段如下:
(1)主机高效化技术
通过在线测量手段,分析空压机的运行效率,将效率低的空压机更换成高效空压机。同时结合局部增压技术和高效分级技术,实现主机高效化。
(2)高效分级输送技术
根据用户压力需求,合理规划输送管网的压力等级。通过铺设不同压力等级的空压管网,来实现压缩空气的高效分级输配。管网压力每降低1公斤,系统能效提升3~8%。
(3)空压机变频优化控制技术
通过变频调速手段来调整空压机的产气量,使得产气量和用气量相匹配,最大限度降低空压机的卸载。变频调速可将空压机的出口压力稳定在给定值附近,避免管网压力过大而造成空压机效率降低和管网泄漏增大等问题。
(4)空压机智能群控技术
通过配置完善的传感器网络系统,在线采集压缩空气的压力、流量、温度、露点、压缩机功率和电机频率等各项运转数据,并通过空气压缩机优化调度算法,实现压缩机组的节能优化运行。
(5)压缩空气后处理节能技术
采用压缩空气自身的热量对干燥机进行再生,使得再生过程不消耗任何压缩空气,实现压缩空气干燥过程的零气耗和零电耗。
(6)压缩空气余热回收技术
采用高效换热器回收空压机润滑油和压缩空气中的热量,在保证空压机正常工作的前提下,生产60~90℃的高温热水。空气压缩机余热回收制取的能量可以直接应用于生产和生活用热。
(7)管网泄漏智能检测技术
管网泄漏智能检测技术,通过在线与离线相结合的方式进行泄漏点检测,及时发现漏点,将跑冒滴漏的损耗最小化。举例:6Bar压缩空气的管道出现一个4毫米圆孔,按8000h的年运行时间,0.60RMB/kWh的电价计算,每年会浪费31200RMB。
(8)终端设备高效化技术
通过智慧阀门、气体回收阀和高效喷嘴等设备,大幅降低终端设备的用气量,从源头上减少压缩空气。
2.2 空调系统
中央空调控制方法:
目前,国内的中央空调系统,由于没有先进的技术手段支持,基本上都采用传统的定流量控制方式,即空调冷冻水流量、冷却水流量和冷却风风量都是恒定的。也就是说,只要起动空调主机,冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、末端风机都在50Hz工频状态下运行。
定流量控制方式的特征是系统的循环水量保持定值不变,当负荷变化时,通过改变供水或回水温度来匹配。定流量供水方式的优点是系统简单,不需要复杂的自控设备。但这种控制方式存在以下问题:
(1)无论末端负荷大小如何变化,空调系统均在设计的额定状态下运行,系统能耗始终处于设计的最大值,能源浪费很大。实际上由于受多种因素不断变化的影响,中央空调系统的负荷是一个始终变量。
空调负荷的这种不恒定性,决定了系统对空调冷量的需求也是一个随机变化的量。若不论空调负荷大小如何变化,系统都在设计的额定状态下运行,势必造成大量的能源浪费。
(2)舒适性中央空调系统是一个多参量、非线性、时变性的复杂系统,由于末端负荷的频繁波动,必然造成系统循环溶液(冷冻水、冷却水、制冷剂溶液)的运行参量偏离空调主机的最佳工作状态,导致主机热转换效率(COP值)降低,系统长期在低效率状态下运行,也会增加系统的能源消耗。
(3)在工频状态下启停大功率水泵和风机,冲击电流大,不利于电网的安全运行,且水泵、风机等机电设备长期在工频额定状态下高速运行,机械磨损严重,导致设备故障增加和使用寿命缩短。


提高空调能源利用效率,我们可通过改善以下几个方面来提高空调能源利用效率:
(1)改善建筑的隔热性能
房间内冷量的损失通过房间的墙体、门窗等传递出去的。改善建筑的隔热性能可以直接有效地减少建筑物的冷负荷。改善建筑的隔热性能可以从以下几个方面着手:确定合适的窗墙面积比例。合理设计窗户遮阳。充分利用保温隔热性能好的玻璃窗。单层玻璃采用贴膜技术。
(2)选择合理的室内参数
人体感觉舒适的室内空气参数区域,大约是空气温度13℃~23℃,空气相对湿度20%~80%。如果设计温度太低,会增加建筑的冷负荷。在满足舒适要求的条件下,要尽量提高室内设计温度和相对湿度。
①局部热源就地排除:
在发热量比较大的局部热源附近设置局部排风机,将设备散热量直接排出室外,以减少夏季的冷负荷。
②合理使用室外新风量:
由于新风负荷占建筑物总负荷的20~30%,控制和正确使用新风量是空调系统最有效的节能措施之一。除了严格控制新风量的大小之外,还要合理利用新风,新风阀门采用焓差法自动控制,根据室内外空气的焓差值自动调节新风阀门的开度。
(3)提高冷源效率,可采取以下一些措施:
①降低冷凝温度:
由于冷却水温度越低,冷凝温度越低,冷机的制冷系数越高。降低冷却水温度需要加强运行管理,停止的冷却塔的进出水管的阀门应该关闭,否则,来自停开的冷却塔的温度较高的水使混合后的水温提高,冷机的制冷系数就减低了。冷却塔、冷凝器使用一段时间后,应及时检修清洗。
对于风冷主机,主机应尽量安装在通风性能良好的场所,或增加排风机将冷凝废热抽到室外,或增加喷淋装置实现部分水冷效果。
②提高蒸发温度:
由于冷冻水温度越高,蒸发温度越高,冷机的制冷效率越高,所以在日常运行中不要盲目降低冷冻水温度。不要设置过低的冷机冷冻水设定温度;关闭停止运行的冷机的水阀,防止部分冷冻水走旁通管路,经过运行中的冷机的水量较少,冷冻水温度被冷机降低到过低的水平。蒸发器注意清洗,保持高的热转换系数。
③制冷设备优选:
要选用能效比高的制冷设备,不但要注意设计工况下制冷设备能量特性,还要注意部分负荷工况下的能量特性,选用是要统筹考虑。
④利用自然冷源:
比较常见的自然冷源主要有两种,一种是地下水源及土壤源,另一种是春冬季的室外冷空气。地下水及地下土壤常年保持在20℃左右的温度,所以地下水可以在夏季可作为冷却水为空调系统提供冷量,也就是地温式空调的使用。第二种较好的自然冷源是春冬季的室外冷空气,当室外空气温度较低时,可以直接将室外低温空气送至室内,为室内降温。对于全新风系统而言,排风的温度、湿度参数是室内的空调设计参数,通过全热交换器,将排风的冷量传递给新风,可以回收排风冷量的70~80%左右,有明显的节能作用。
(4)减少水系统泵机的电耗
空调系统中的水泵耗电量也非常大。空调水泵的耗电量占建筑总耗电量的8%~16%,占空调系统耗电量的15%~30%,所以水泵节能非常重要,节能潜力较大。减少空调水泵电耗方式:
①减小阀门、过滤网阻力:
阀门和过滤器是空调水管路系统中主要的阻力部件。在空调系统的运行管理过程中,要定期清洗过滤器,如果过滤器被沉淀物堵塞,空调循环水流经过滤器的阻力会增加数倍。
阀门是调节管路阻力特性的主要部件,不同支路阻力不平衡时主要靠调节阀门开度来使各支路阻力平衡,以保证各个支路的水流量满足需要。由于阀门的阻力会增加水泵的扬程和电耗,所以应尽量避免使用阀门调节阻力的方法。
②提高水泵效率:
水泵效率是指由原动机传到泵轴上的功率被流体利用的程度。水泵的效率随水泵工作状态点的不同从0~最大效率(一般80%左右)变化。同等用水量的前提下,水泵的效率越低,就需要较大的输入功率,水泵的能耗就会越大。因此,空调系统设计时要选择型号规格合适的水泵,使其工作在高效率状态点。空调系统运行管理时,也要注意让水泵工作在高效率状态点。
③设定合适的空调系统水流量
空调系统的水流量是由空调冷负荷和空调水供回水温差决定的,空调水供回水温差越大,空调水流量越小,从而水泵的耗电量越小。但是空调水流量减少,流经制冷机的蒸发器时流速降低,引起换热系数降低,需要的换热面积增大,金属耗量增大。所以经过技术经济比较,空调冷冻水的供回水温差4~6℃较经济合理,大多数空调系统都按照5℃的冷冻冷却供回水温差工况设计。
空调循环水泵的耗电量跟流量的3次方成正比,实际工程中有很多空调系统的供回水温差只有2~3℃,如果将供回水温差提高到5℃,水流量将减少到原来的50%左右,所以如果水流量减少50%,水泵耗电量将减少87.5%,节能效果非常明显。
2.3 动力系统
①电机变频器节能
在交流异步电动机的诸多调速方法中,变频调速的性能最好,调速范围大,稳定性好,运行效率高。采用通用变频器对笼型异步电动机进行调速控制,由于使用方便、可靠性高并且经济效益显著,所以逐步得到推广。变频器用于电动机调速、负载功率变化的场合,如注塑机、各类泵(风机、空压机等)、电机拖动系统、桥式起重机。一般开环控制的电动机由于不能感知外部负载的变化只能以恒功率的方式运行,存在能源浪费。而由变频器拖动的电机,可实现闭环控制,由传感器感知外部负荷和速度的变化,然后交计算机处理,通过计算机控制变频器来调节电动机的转速和功率输出,始终一最优化的方式来控制电动机的功率输入,从而达到节能的目的。变频器的节电率一般可达到23%~40%,并延长电机寿命2~4倍以上。
②电机相控器节能
在中国,有近10亿台交流电机在使用之中。60%的工业电机消耗了约70%的电网电能,电机的耗能在电力工业中占主足轻重的地位。
电机在额定负载状态下,其机电转换效率可达95%,但当电机在轻载状态下运行时,其机电转换效率可低至20%。
美国国家电力研究所(EPRI)的研究表明:60%的交流电动机是在其设计额定负荷的55%或更低状态下运行。在此状态下,电机消耗的电能中有相当部分是以发热、铁损、噪音与振动等形式浪费掉。
造成轻载运行电机效率很低的主要原因是电机偏离最佳效率的额定功率运行,且无论电机负载怎么变化,电机与电网之间的电压和频率不可调节的硬性供电方式所致。
在电机与电网之间加上一能量管理控制器,通过实时检测电机运行的电压和电流及其相位角的大小,判断电机所处运行负荷和效率状态;当电机在低效率轻载状态下运行时,通过优化运算决策实时调节加于电机的电压和电流的大小,以调整对电机的功率的输入,保证电机的输出转矩与负荷需求精确匹配,实现“所供即所需”的柔性化能量管理模式(达到软启动和节能效果)。不仅可以节省部分励磁损耗和负载损耗,提高功率因数,改善电机运行状态和电网运行品质,而且具有软启动功能,是一种不同于变频器的电机节能产品。
这种电机的输入功率和电压能自动跟随电机负载的动态变化的模式,是一种柔性化电力能量管理新模式,也就是相控技术设计理念的精髓。
2.4 照明系统
2.4.1促进电气照明设备节电的因素
①提高灯的效率
②减少照明时间
③适当降低照度
④减少灯数
⑤提高利用系数
⑥提高维护系数
2.4.2保证电气照明设备经济运行的措施
(1)提高灯的效率的措施
①采用高效光源
②采用低损耗镇流器
③采用晶闸管调光器
(2)减少照明时间的措施
①合理设计照明控制系统
②加强管理,随手关灯
③室外照明系统采用光电控制器,楼道、走廊照明可采用光控、声控或延时自停开关。
(3)提高维护系数的措施
①采用效率逐年降低比例较小的照明灯具
②定期清扫灯具,保持照明的高效率
③定期更换灯泡
④定期维修室内表面,提高反射率。
2.5 供热系统
2.5.1 提高热源效率
(1)提高锅炉运行效率,降低热损耗。
燃煤锅炉常用省煤器对烟气热量加以回收,产生蒸汽的锅炉往往还使用空气预热器对进风空气加以预热,从而达到节能效果。然而燃煤锅炉与燃气锅炉相比,烟气中的水蒸气份额并不大,这部分水蒸气凝结后释放的热量不能使热效率提高多少。通过加装烟气回收装置,可节能约3—7%。其中,回水温度越低,烟气中水蒸气越易冷凝,从热回收装置中得到的热量就越多。国外常用冷凝式锅炉,即锅炉和热回收装置一体,对解决上述问题更加有效,从而更有利于节能。例如普通高效锅炉燃烧天然气时,如果在无过量空气的条件下运行,锅炉热效率按燃料低位发热量计算即90%;使用冷凝式锅炉后,排烟温度降低到30℃,效率则会提高到107.6%。
(2)改造管网保温
热力网管道地下敷设时,应优先采用直埋管,但产品和施工质量要求过硬,能够经久耐用。保温层设计应优先采用经济保温厚度,阀门、法兰等部位宜采用可拆卸式保温结构。
(3)太阳能加蓄热器供生活热水
利用锅炉房屋顶安装太阳能集热装置,与燃气锅炉生活热水系统并联,晴天采用太阳能供热,并加装蓄热器延续热水使用时间,阴天利用锅炉供热。这一做法,充分利用了可再生资源,是国家最为提倡的节能措施,并解决了生活热水供应单位普遍亏损的局面。





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