劉華平,張雨生
(1.鑫緣繭絲綢集團股份有限公司,江蘇 海安 226600;2.海安縣發展與改革委員會,江蘇 海安 226600)
絲綢企業節約用電的有效途徑和措施
劉華平1,張雨生2
(1.鑫緣繭絲綢集團股份有限公司,江蘇 海安 226600;2.海安縣發展與改革委員會,江蘇 海安 226600)
簡介了絲綢企業電能利用情況,結合目前國內外在節約用電方面所采用的技術及措施,針對企業特點和存在問題,提出了在絲綢企業開展節約用電的有效途徑和措施。
絲綢企業;節約用電;途徑;措施
電能是由一次能源(煤、石油、天然氣、水利資源等)轉換而成的二次能源(包括電能、汽油、柴油、液化石油氣和氫能等),耗電量的減少可以使發電、輸變電所需要的設備容量減少,節約能源方面的投資。節約用電還可以使用戶減少電費支出,降低生產成本,促進生產工藝和設備的改造,促進新技術的發展和企業管理水平的提高。因此,節約用電對發展國民經濟有著非常重要的意義,節約用電的途徑和措施包括采用有效的節電技術和加強節電管理兩方面。本文主要從采用有效的節電技術方面著手,將絲綢企業節約用電工作的現狀、有效途徑和措施與同行作交流和探討。
20世紀80年代初期,制絲企業生產生絲的耗電量平均在3 533 kW·h/t左右,先進管理水平的企業生產生絲的耗電量平均在3 000 kW·h/t左右,中等管理水平的企業平均在3 600 kW·h/t左右,低等管理水平的企業平均在4 000 kW·h/t左右。
通過20多年的發展,中國制絲行業電能利用率提高了約10 %。目前,制絲企業生產生絲的耗電量平均為3 200 kW·h/t左右,其中先進企業、中等水平企業和低等水平企業生產生絲的電耗分別為2 800,3 200,3 500 kW·h/t左右。
20世紀80年代初期,絹紡企業全流程生產(一般包括原料預處理、制綿、粗紡、精紡、后整理工序)絹絲的耗電量平均在11 000 kW·h/t左右,先進管理水平的企業生產絹絲的耗電量平均在9 000 kW·h/t左右,中等管理水平的企業平均在11 000 kW·h/t左右,低等管理水平的企業平均在13 000 kW·h/t左右。
目前,絹紡企業生產絹絲的電耗平均為9 000 kW·h/t左右,其中先進企業、中等水平企業和低等水平企業分別為7 000,9 000,11 000 kW·h/t左右,電能利用率提高了約10 %。
目前,絲綢織造企業坯綢生產的耗電量平均在60 kW·h/100m左右,先進管理水平的企業生產坯綢的耗電量平均在40 kW·h/100m左右,中等管理水平的企業平均在60 kW·h/100m左右,低等管理水平的企業平均在80 kW·h/100m左右。與20世紀80年代初期相比,生產百米坯綢的電耗先進企業、中等水平企業和低等水平企業都變化不大。
目前,絲綢染整企業采用的生產工藝有紗線染色、筒子紗染色后進行織造(色織)的生產方式,有采用坯綢進行染色整理工藝的生產方式。根據國家發展和改革委員會公布的《印染行業清潔生產評價指標體系(試行)》[1]中規定,印染企業定量評價指標項目中的能源指標為單位產品耗電量1 795 kW·h/t,該指標是指全流程(一般包括前處理、印染、后整理工序)生產工藝的用電量。一般情況下,絲綢染整行業的用電量在1 700~2 100 kW·h/t,先進管理水平的企業染整坯綢的耗電量平均在1 700 kW·h/t左右,中等管理水平的企業平均在1 900 kW·h/t左右,低等管理水平的企業平均在2 100 kW·h/t左右。與20世紀80年代初期相比,染整相同坯綢的電耗先進企業、中等水平企業和低等水平企業都變化不大。
通過以上對比和分析可以看出,絲綢行業雖然在過去的20多年時間內通過采用新工藝、新技術、新材料、新設備等技術改造措施,使電能利用效率有所提高,但在行業內先進企業與落后企業之間還存在差距。為此,筆者走出絲綢行業尋找差距并加以研究時發現,在節約用電方面有以下許多新技術及措施可以借鑒。
絲綢企業節約用電途徑及措施主要包括:變頻調速節電技術及應用、中央空調節電技術及措施、配電系統節電技術及措施、通用用電設備運行節能技術及措施、綠色照明節電技術及措施等。
2.1.1 變頻調速節電技術
變頻調速技術,是一種以改變電機頻率和改變電壓來達到電機調速目的的技術,而機械調速都是通過控制電機來實現的。從大范圍來分,電機有直流電機和交流電機。由于直流機調速容易實現,過去的調速多數用直流電機,但直流機的滑環和碳刷要經常拆換,給人們帶來太大的麻煩。后來把可靠簡單的籠式交流電機用來調速,出現了錠子調速、變極調速、滑差調速、轉子串電阻調速、串極調速、液力偶和調速等交流調速方式。隨之也出現了滑差電機、繞線式電機、同步機,這些都是交流電機。
到20世紀80年代,由于電力電子技術、微電子技術和信息技術的發展,出現了對交流機來說更好的變頻調速技術,并以其優異的性能逐步取代其他交流電機調速方式,乃至直流電機調速,而成為電氣傳動的中樞。變頻調速技術是基于電力電子、微電子、信息技術發展的產物,一是它的逆變部分,即直流變交流(DC—AC)、交流變直流(AC—DC)都基于電流很大、電壓很高的SCR,GTR,IGBT,GTO,MCT等電力電子器件來完成的;二是它的控制部分和負載狀態的檢測是由CPU(32位計算機)來完成,這是微電子器件發展的結果;三是內置4~20 mA接口和RS485接口可以和儀表、DCS相接,通過總線Profibus及Interbus通訊[2]。
2.1.2 變頻調速節電技術應用
變頻調速節電技術的工作原理是通過實時檢測系統運行參數(包括壓力、流量、溫度等),調整電動機的電源輸入頻率,改變電機的轉速,控制電動機的輸入功率,實現“所供即所需”。該技術能有效降低電機運行噪聲,延長電機使用壽命,提高系統的自動化水平。
變頻調速節電技術在絲綢行業適用于負載變化頻繁,對轉速變化不敏感的用電場所,生產工藝中必須調速的設備、空調、污水處理等設施運轉速度變化的場所,特別適用于常用的風機、水泵類流量的控制。采用該技術后節電率20 %~60 %,投資回收期8~15個月。
2.1.2.1 絲綢行業為生產工藝服務需要調速的設備
絲綢行業所涉及的各生產企業在生產過程中,必須根據原料特性、產品規格要求、工藝管理水平、設備現狀、工人操作水平等條件來決定臺時產量,因而造成生產每批產品需要采用不同的車速,而傳統設備采用的調速方式存在許多先天性的不足之處,傳統設備通過采用變頻調速技術進行改造以后可以消除所存在的問題。目前,絲綢行業需要采用變頻調速技術的設備主要有以下機型:制絲業的選剝機、煮繭機、自動繅絲機、復搖機,織造業的落(絡)絲(筒)機、并(捻)絲機、整經機、織機,染整業的漿紗機、退漿煮練聯合機、絲光機、浸軋機、預縮整理機、漂染機、冷軋堆染色機、卷染機、液流噴射染色機、氣流染色機、轉移印花機、噴墨印花機、靜電印花機、定形機、烘干機、焙烘機等。
2.1.2.2 風機、水泵類負載采用變頻調速技術
絲綢行業風機、水泵類負載量大面廣,包括軸流風機、離心風機、羅茨風機、水泵、化工泵、污水泵、泥漿泵等,大多數為低壓中小容量。通過采用調速控制代替擋風板或節流閥控制風流量,這是一個節電的有效途徑。
由于風機、水泵類流量變化頻繁,對轉速變化不敏感,通過對風機、水泵的實時檢測系統運行參數(包括壓力、流量、溫度等)調整電動機的電源輸入頻率,改變電機的轉速,控制電動機的輸入功率,實現“所供即所需”。該技術能有效降低電機運行噪聲,延長電機使用壽命,提高系統的自動化水平。
絲綢行業一些企業在高溫季節和低溫季節由于生產工藝要求,需要采用中央空調對生產車間的溫濕度加以控制,保證產品質量、產量和對工人實施勞動保護。傳統的中央空調在設計時由于受到當時技術條件的限制,存在許多先天性不足之處,隨著技術的進步,出現了一些節電技術,為絲綢行業對中央空調進行節電技術改造提供了可靠的技術條件。
2.2.1 中央空調閉環變頻節電技術
中央空調閉環變頻節能技術措施是對中央空調系統的制冷壓縮機、循環水泵(包括冷卻水泵和冷凍水泵)、散熱風機(包括盤管風機、新風系統風機和冷卻塔風機)外加閉環變頻節能系統,可大幅減少系統能量散失,延長機組使用壽命。節電率25 %~50 %,投資回收期10~12個月。
2.2.2 中央空調機組自動清洗技術
中央空調機組自動清洗技術是采用自動清洗冷凝器管壁上的附著污染物,包括水垢、有機物、腐蝕、雜質等,從而最大限度地發揮冷凝器的熱交換效果,達到節約電能的目的。節電率10 %~30 %,投資回收期12個月左右。
2.2.3 熱泵空調技術
熱泵空調技術(包括空氣源熱泵技術、水源熱泵技術和地源熱泵技術)采用的熱泵機組,以空間大氣、自然水源、大地土壤為空調機組的制冷制熱的載體。冬季借助熱泵系統,通過消耗部分電能,采集空氣、水源、地源中的低品位熱能,供給室內取暖;夏季把室內的熱量取出,釋放到空氣、水源、地源中,以達到制冷的目的。該技術具有高效節能、一機多用的特點。適用場所為凡需要同時制冷、供暖、提供生活熱水的場所。節電率30 %~60 %,投資回收期12~30個月[3]。
絲綢行業中許多老企業的供配電系統使用多年,配電系統老化,電能浪費很大,其產生的原因是多方面的,目前普遍存在的主要問題及解決措施如下:
2.3.1 電網容量與負荷不匹配
絲綢生產企業隨著生產規模和產品結構的調整和不斷擴大,用電量不斷增加,而企業原建配電網的設備和導線均與用電量不相匹配,不少地方超負荷運行,不僅影響供電安全,還大大增加了配電系統的損耗。節電改造的辦法就是更新線路、變壓器及配電柜改造并增容。
2.3.2 供電電壓不合理
有些地區的供電電壓偏低,如過去的電力設計規定企業進線電壓應為6 kV,中間需經過多次降壓,既需較多的建設資金,又增加了供配電系統的電力損耗。適當提高供電電壓,將原二次乃至三次降壓減少為一次,可大大減少供電系統的設備與線路損耗。
2.3.3 布局不合理
絲綢生產企業的用電設備遠離配電中心,使得低壓(0.4 kV)送電距離過長,造成很大的線路損耗和電壓降。這種情況在老企業中普遍存在,原因是當時設計規定配電中心要建在企業的引進電源的一端。改善的措施是在保證安全用電的前提下,盡量移近配電中心與用電設備的距離,將原來低壓長距離送電改為高壓長距離、低壓短距離送電,可以大大減少送電線路的損耗。
2.3.4 無功功率短缺
絲綢生產企業電網中的電力負荷如電動機、變壓器等,大部分屬于感性負荷,在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯電容器等無功補償設備以后,可以提供感性電抗所消耗的無功功率,減少電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網中的流動,因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗,這就是無功補償。無功補償可以提高功率因數,是一項投資少,收效快的降損節能措施。常用的無功補償方式包括:集中補償,即在高低壓配電線路中安裝并聯電容器組;分組補償,即在配電變壓器低壓側和生產車間配電屏安裝并聯補償電容器;單臺電動機就地補償,即在單臺電動機處安裝并聯電容器等。
確定無功補償容量時,應注意如下問題:在輕負荷時要避免過補償,倒送無功造成功率損耗增加,也是不經濟的;功率因數越高,每千瓦補償容量減少損耗的作用將變小,通常情況下,將功率因數提高到0.93~0.95就是合理補償。
加裝無功補償設備,不僅可使功率消耗減小,功率因數提高,還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力,提高發電機、變壓器等設備的利用率,降低供電成本,提高系統運行的安全性。
2.3.5 配電設備陳舊落后
絲綢生產企業使用的配電設備如配電變壓器及各類開關,許多是陳舊落后的,由于目前絲綢生產企業資金不足和管理決策部門節能意識不強等原因,不能及時更新,結果浪費了大量電能。如配電變壓器的空載損耗20世紀60年代初的ST型變壓器是70年代初期產品S1型變壓器的1.32倍,S1系列又比S6系列的大14 %左右,而90年代應用的S7系列變壓器又比S6系列的小45 %,90年代末推廣使用的S9及目前國家推廣使用的S11系列變壓器的空載損耗和負載損耗更小。其他如電磁開關、電纜接頭及連接金具等情形類似。如能及時更新這些陳舊落后的配電設備,可使配電系統減少大量無謂的電能浪費。
當前由于金融危機的影響造成經濟效益低下,許多絲綢生產企業無力對運行的老舊電力和用電設施進行節能改造,在這種情況下可以對目前運行的電力和用電設施采取如下節約用電措施:
2.4.1 電力變壓器運行節能
1)理想運行負載。通常情況下,電力變壓器運行的負載在60 %~70 %定額視在容量比較理想,此時變壓器電能損耗較小,運行費用較低。
2)降低電力變壓器運行溫度。電力變壓器的溫升每超過8 ℃,壽命將減少一半。如果它的運行溫度超過變壓器繞組絕緣允許的范圍時,不但耗電量增加而且使絕緣迅速老化,甚至使繞組擊穿,燒毀變壓器。
3)保持電力變壓器三相負載平衡。如果電力變壓器三相不平衡,負序電流最大不能超過正序電流的5 %;如果變壓器繞組YO接線,在中線流過的電流不應超過25 %變壓器的額定電流,一旦超過數值,電能損耗將加大。
4)減少或消除供電系統的高次諧波。各種高次諧波,在電力系統中不管是哪一級產生的,都會造成電能損耗,對電力變壓器也不例外。
5)將變壓器Δ接線改為V接線是經濟運行重要手段之一。
6)合理分配電力變壓器的負載。對于2臺或2臺以上的變壓器,容量相同或容量不同的,其負載分配是不同的。如果分配不當,重載有功損耗加大,輕載無功損耗加大,功率因數變差。
2.4.2 電動機運行節能
1)保證電動機運行環境良好。
2)保證電動機溫升不超過標準。
3)更換損耗大的電動機。
4)更換容量大的電動機。
5)限制電動機的起動次數。
6)減少或消除電動機的空載運行。
7)對三相異步電動機實行靜態電容無功功率補償等措施。
2.4.3 風機的運行節能
1)凡是大馬拉小車的風機,在條件允許的情況下,應換成小容量的。
2)根據工藝要求和天氣溫度變化等條件,盡可能減少運行時間。
3)對風量進行有效控制,如調整出口風門、入口風門和入口葉片等,以減少空氣阻力。
4)降低靜壓力。
5)對管網要及時查漏和堵漏。
6)調整風機電動機的轉速。
2.4.4 水泵的運行節能
1)避免大馬拉小車,對容量過大的水泵應更換適合工藝要求容量的水泵。
2)根據工藝要求,盡可能減少運行時間。
3)進行水量控制,采用閥門、擋板等適當地減小流量。
4)降低靜壓力。
5)適當地將水泵加以串聯或并聯。
6)降低揚程或減少運行臺數。
7)對軸流泵和離心泵可以在很寬范圍內進行翼角控制,以提高效率。
2.4.5 空調裝置的運行節能
1)清除過濾器的污物灰塵及熱交換器的水垢,處理水質等。
2)檢查漏水和漏汽,并加以處理。
3)隔熱老化和損壞的應及時更換和修補。
4)減少無效運行時間。
5)充分利用自然能量,并使回收裝置有效地工作。
6)經常進行巡回檢查,發現隱患及時處理。
7)保證空調設備的大修和小修時間及檢修的質量。
2.4.6 電焊機使用節能
1)電焊機應放置在通風、背光(或遮陽)的地方。
2)電焊機與焊接工件的距離在3 m左右最佳,最遠不超過10 m,節電效果才好。
3)對多臺電焊機,一般要裝公用電焊機接地線。
4)電焊過程中必須有良好的夾具,這樣可以提高焊接的效率。
5)電焊用的軟銅線要保證載流的容量,防止因線徑小發熱而增大耗電,甚至發生危險(燃燒、火災等)。
6)多臺電焊機同時使用而集中補償時,要經常觀察無功補償的程度,隨機調整,使電網功率因數保持最佳狀態。
綠色照明節電技術的內涵是在滿足照明質量和視覺效果的要求下,通過科學的照明設計,采用高效節能實用的新光源、高效節能的燈用電器附件、高效優質的照明燈具、先進的節能控制器、科學的維護管理照明節電技術,以達到節約照明用電,減少發電對環境的污染,節約一次能源,保護生態平衡的目的,滿足人民群眾日益增長的對照明質量、照明環境和減少環境污染的需要,是一項以節能與環保為核心的系統工程。應用場所為需要大量長時間照明的單位,節能率20 %~40 %,投資回收期10個月左右[4]。
2.5.1 采用高效照明燈具替代低效照明燈具
許多絲綢生產企業目前采用照明設施大多數屬于低效照明燈具,近年來隨著新材料、新技術的發展和運用,高效照明產品趨于向小型化、高光效、長壽命、無污染、自然光色的方向發展,如能普遍采用高效照明產品更新,其節電效果將會非常明顯。
2.5.1.1 T8、T5熒光燈
T8熒光燈管與傳統的T12熒光燈相比,節電量可達10 %。受鹵粉發光材料顯色性影響,稀土三基色熒光粉材料應用逐漸增多。T5管徑小,普遍采用稀土三基色熒光粉發光材料,并涂敷保護膜,光效明顯提高。如28 W的T5熒光燈管光效約比T12熒光燈提高40 %,比T8熒光燈提高18 %。同時,大大減少了熒光粉、汞、玻管等材料的使用。
目前T8熒光燈管已普遍推廣應用,T5管也逐步擴大市場,并已有更為先進的T3、T2超細管徑的新一代產品。
2.5.1.2 緊湊型熒光燈(CFL)
緊湊型熒光燈比普通白熾燈能效高、壽命長,在家庭及其他場所的室內照明中能夠配合多種燈具,安裝簡便。隨著生產技術的發展,已有H形、U形、螺旋形和外形接近普通白熾燈的新型產品,使其能與更多的裝飾性燈具通用。大功率緊湊型熒光燈可在工廠照明、室外道路照明中推廣應用。
2.5.1.3 高壓鈉燈
高壓鈉燈和金屬鹵化物燈是目前高壓氣體放電燈(HID)中主要的高效照明產品。高壓鈉燈是一種由鈉蒸汽放電而發光,燈內鈉蒸汽的分壓強達到104Pa的高壓氣體放電燈,它的特點是壽命長(24 000 h)、光效高(100~120 lm/W)、透霧性強,可廣泛用于道路照明、泛光照明、廣場照明等領域,用高壓鈉燈替代目前使用較多的高壓汞燈,在相同照度下可節電37 %。
2.5.1.4 金屬鹵化物燈
金屬鹵化物燈是一種在高壓汞燈的基礎上在放電管內添加金屬鹵化物,使金屬原子或分子參與放電而發光的高壓氣體放電燈,它的特點是壽命長(8 000~20 000 h)、光效高(75~95 lm/W)、顯色性好,可廣泛應用于企業高大廠房照明、亮化工程照明等領域,用它替代目前使用較多的高壓汞燈,在相同照度條件下可節電30 %。
2.5.1.5 電子鎮流器
熒光燈用電子鎮流器發展較快,已可大批量生產應用。高強度氣體放電燈用電子鎮流器,目前還處于研制階段。
2.5.1.6 高效照明燈具
除了正確選用光源產品外,選擇高效照明燈具與光源合理配套使用,在滿足照明要求的情況下,可以有效節約照明用電。
2.5.2 應用天然采光技術
充分利用天然采光,節約照明用電,創造良好的視覺工作環境。歐美及日本等發達國家已開發出一系列利用太陽光自然采光技術,并在學校、博物館、辦公樓、體育場館、公共廁所、垃圾處理廠等公共設施及工業與民用建筑中廣泛應用,實現了白天完全或部分利用自然光,從而大大節省了電能,提高了室內環境品質。
目前自然光采光系統的技術及產品正在快速發展中[5],主要技術的使用方式包括:
2.5.2.1 帶反射擋光板的采光窗
帶反射擋光板的采光窗是大面積側面采光最常用的一種。優點是能有效地反射陽光,把陽光通過頂棚反射到室內深處,提高靠內墻部位的照度,同時起到降低窗口部位的亮度,使整個室內光線分布更加均勻。
2.5.2.2 陽光凹井采光窗
陽光凹井采光窗是一種接收由頂部或高側窗入射太陽光比較有效的采光窗。通過一個內部帶有光反射井的上部或頂部采光口,將陽光經過反射變為間接光。窗的挑出部分和井筒特性可按日照參數進行設計,盡量提高表面的反光系數,提高窗的陽光利用效能。
2.5.2.3 帶跟蹤陽光的鏡面格柵窗
帶跟蹤陽光的鏡面格柵窗是一種由電腦控制、自動跟蹤陽光的鏡面格柵,該窗的最大優點可自動控制射進室內的光量和熱輻射。
2.5.2.4 用導光材料制成的導光遮光窗簾
用導光材料制成的導光遮光窗簾可遮擋陽光直射室內,同時可將光線導向室內深處,其功能和涂有高反光材料的遮陽板相似。
2.5.2.5 導光玻璃和棱鏡板采光窗
導光玻璃是將光纖維夾在兩塊玻璃之間進行導光;棱鏡板采光窗是在聚丙烯板上壓出折射光的小棱鏡,或用激光方法在聚丙烯板上加工出平行的棱鏡條,將陽光倒入或折射到室內深處。
2.5.3 采用照明節電控制系統
采用先進的照明控制系統,用先進的照明控制器具和開關對照明系統進行控制。在道路照明系統中,通過控制電壓波動的手段,克服電壓波動對道路照明和照明產品壽命的影響,以達到較好的照明及節能效果。在室內照明控制中,主要采用調光裝置、聲控、時控、光控、紅外感控及智能照明節電器等智能化的自動控制系統,減少照明用電和延長照明產品壽命。
在絲綢行業大力推廣這些均已達到成熟實用、安全可靠階段,并有工程實例參照的節約用電技術并不是一件難事,因為這些技術并不復雜,關鍵是如何針對具體場所采用相應的節約用電技術,即使是變頻調速這類成熟的技術,在實施中如果不能與現場條件很好地結合,也會存在不成功的風險。因此,絲綢生產企業實施節電項目的成敗在很大程度上取決于節電技術的具體應用。
[1] 中華人民共和國國家發展和改革委員會.印染行業清潔生產評價指標體系(試行)[S].
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Effective Way and Measure for Silk Enterprise Economize on Electricity
LIU Hua-ping1, ZHANG Yu-sheng2
(1. Xin Yuan Cocoon Silk Group Co.,Ltd., Haian 226600, China; 2. Haian County Develops and Reforms in Committee, Haian 226600, China)
According to the silk profession characteristic and the existence question, this paper introduces electrical energy use of our country silk enterprise in the past and the current, and unifies the technology and the measure which uses in the economize on electricity in domestic and foreign, proposes efficient path and the measure about development economize on electricity in the silk profession.
Silk enterprise; Economize on electricity; Way; Measure
F426.81
B
1001-7003(2010)04-0057-06
2009-10-22;
2009-12-15
劉華平(1953- ),男,高級工程師,主要從事繭絲綢產品技術創新工作。