現代制造節能減排技術與企業能源管理高級研修班開班

/中國電器工業協會標準化與技術評價中心 尹航/

現代制造節能減排技術與企業能源管理高級研修班開班

/中國電器工業協會標準化與技術評價中心 尹航/

2015年8月3～7日，現代制造節能減排技術與企業能源管理高級研修班在河北省唐山市唐山賓館舉辦。本次研修班由人力資源與社會保障部批準并全額資助，由中國機械工業聯合會主辦，中國機械工程學會、河北省機械工程學會承辦。中國機械工業聯合會李曉光處長、中國機械工程學會陳江老師、河北機械工程學會閆瑞祥秘書長以及來自企業、科研院所、協會等單位的技術人員總計70余人參加了此次培訓。培訓由陳江老師主持。李曉光處長首先介紹了此次培訓的背景，并對參加培訓的人員提出了紀律等方面的要求。閆瑞祥秘書長致歡迎詞，并簡要介紹了國家的節能減排政策以及河北省的節能減排工作情況。

培訓主要包括以下三個部分內容。

一、機械裝備能效檢測與故障診斷——北京化工大學教授 楊國安

（一）機械裝備能效監測勢在必行

現代化流程工業生產設備大型化、復雜化，工藝過程自動化，連續化，設備投資巨大，設備與能耗物耗密切相關，非計劃停產損失巨大。生產過程對設備的依賴程度越來越高，特別是過程工業，設備高效、安全、穩定、長周期運行至關重要。

我國裝備產業存在的主要問題：裝備技術含量質量低、能耗物耗和勞動力密集；依靠批量化降低成本，依靠規模換取利潤；創新能力不足；耗能耗材高；回收再利用率較低等。其原因在于建設和設計問題、企業管理問題、政府導向和科技體制問題等。

（二）機械裝備故障診斷

現代信息技術的發展使得網絡化智能化與大數據分析成為潮流，數據處理向更為高級的知識處理轉化，并用于優化決策。機械裝備的信息采集在溫度、壓力、流量基礎上增加了新的內容，如振動監測。

測振傳感器可以測量振動位移、振動速度和振動加速度， 主要有電渦流傳感器和壓電式傳感器兩種形式。電渦流傳感器是通過傳感器的端部和被測對象之間間隔上的變化與輸出電流或電壓信號之間的關系，來測量物體振動參數的。電渦流式振動傳感器主要用于振動位移的測量。壓電式振動傳感器是利用晶體的壓電效應來完成振動丈量的，當被測物體的振動對壓電式振動傳感器形成壓力后，晶體元件就會產生相應的電荷，電荷數即可換算為振動參數。速度傳感器通過硬件或軟件積分可以得到位移，加速度傳感器通過一次積分可以得到振動速度，二次積分可以得到振動位移。

時域分析和頻域分析：時域分析的對象是振動波形，是以時間軸為坐標表示動態信號的關系；頻域分析是把信號變為以頻率軸為坐標表示出來。一般來說，時域的表示較為形象與直觀，頻域分析則更為簡練，剖析問題更為深刻和方便。時域分析相關的量值有波形及其特征數據，峰峰值、峰值、有效值、均值、歪度、峭度和波峰因子等，頻域分析相關的量值有頻譜及其特征數據，中心頻率、均方根頻率、頻率標準差和頻率集中度等，頻譜與轉速與時間的關系等。

（1）旋轉機械

旋轉機械主要包括汽輪機、燃氣輪機、離心式壓縮機、發電機、水泵和電動機等。由于結構及零部件設計加工、安裝調試、維護檢修等方面原因和運行操作方面的失誤，使得機器在運行過程中會引起振動，振動類型有徑向振動、軸向振動和扭轉振動。

對旋轉機械的振動信號進行時域、頻譜及軸心軌跡的綜合分析，分析出振動信號的主要時域部分、頻域部分和軸心軌跡，可以得出各種故障。如軸系對中不良會使振動信號的倍頻成分發生變化，特別是二倍頻；碰膜會使時域波形發生較大變化。

（2）往復機械

往復式壓縮機是使用最廣的一類機器，結構復雜，運動零部件多，激勵源多，易于發生故障。壓縮機故障一般都是在設計、制造、安裝和操作中產生的問題。發生故障的部位主要有三個部分：傳遞動力部分（曲軸、連桿、十字頭以及活塞等）；氣體的進出機器密封部分（氣缸、進氣和排氣閥門、活塞環等）；輔助部分（冷卻器、分離器以及管路等）。

反應故障狀態的監測參數上可分為兩大類：

一類故障表現在機器的熱力參數變化，如機器的排氣量變化，吸、排氣壓力變化，各部分溫度變化以及油路、水路故障所表現出來的熱力參數變化；

另一類故障征兆表現在機器的動力性能參數變化上，如壓縮機主要零部件的缺陷、磨損、損壞和斷裂故障所表現出來的機器振動和不正常聲音，還有各種原因引起的管道振動。

（3）電動機

電動機可分為以下幾類。

按工作方式：發電機、電動機、轉換機和調相機。

按電流種類：直流電機和交流電機（同步電機和異步電機）。

按勵磁方式：自動、它動、并勵和復勵。

故障類型主要有短路、短路和失磁三種。

電動機的檢測內容包括電流（有效值、零序電流和接地電流）、溫度（內部關鍵部位）、電壓（運行電壓）和振動。

振動的一次診斷測量方法主要有兩種：一是定時、定點巡回監測，使用手持式測振儀或者數據采集器；二是遠距離集中監測，使用固定安裝的傳感器或測振儀，連續記錄信號并輸出振動超限的報警信號。

二次診斷的目的是查清電機異常振動和振動值超限的原因，將記錄的信號經過各種變換和處理，分析得到的振動幅值、頻率成分和變換后的信號，與正常狀態的參數比較，分析故障性質和成因。如果不能做出診斷結論，還需要進行追加調查，如增加測量項目、增加振動分析項目和改變運行條件等。

二、現代制造節能減排技術與企業能源管理——中國機械工程學會教授 楊申仲

（一）新時期節能減排的要求

（1）未來能源發展趨勢：三變三不變

能源版圖發生深刻變化：能源消費增長重心加速向發展中國家轉移；油、氣供應呈現出中東、亞洲、非洲等多點供應局面；隨著全球供需形勢變化，使用方有更多選擇權。

世界能源格局依然不變：油氣作為戰略資源與國際政治經濟矛盾交織格局沒有改變；金融資本對石油價格波動影響力沒有改變；發達國家能源科技的優勢地位沒有改變。

（2）能源使用嚴峻形勢

目前，我國的能源供需矛盾突出，能源消費總量不斷上升，人均消費量仍處于較低水平，煤電價格矛盾突出；能源結構仍以煤為主，優質能源比重逐年有所上升，工業用能居高不下；能源利用水平不高，萬元GDP能耗與發達國家相比較高；能源環境急需改善，煤燃燒和機動車排放大量污染物。

（3）節能減排目標：“十二五”節能減排規劃和中國制造2025

“十二五”節能減排規劃（國發［2012］40號）給出了剛性約束指標（按2005年價格計算）：萬元GDP能耗下降16%；化學需氧量排放總量下降8%；二氧化硫排放總量下降8%；氨氮排放總量下降10%；氮氧化物排放總量下降10%。

中國制造2025提出2020和2025綠色發展目標，目標有四點：

規模以上單位工業增加值能耗下降幅度：2020年比2015年下降18%，2025年比2015年下降34%；

單位工業增加值二氧化碳排放量：2020年比2015年下降22%，2025年比2015年下降40%；

單位工業增加使用水量：2020年比2015年下降23%，2025年比2015年下降41%；

工業固體廢物綜合利用率：2013年為62%；2015年為65%；2020年為73%；2025年為79%。

（二）能源管理及節能減排體系建設

（1）推進工業轉型升級

調整優化產業結構：抑制高耗能、高排放行業過快增長；淘汰落后產能，全面落實《產業結構調整指導目錄（2011年本）》；促進傳統產業優化升級。

兩化融合做好工業轉型：做好工業轉型是當前經濟發展的必然選擇；推動戰略新興產業，促進先進制造業健康發展；發展現代服務業和現代信息技術產業。

數字化、智能化是工業發展核心：依靠技術創新實現歷史性跨越；數字化、智能化是新工業革命的核心技術；向數字化、智能化集成發展。

（2）節能目標設定與規劃

節能目標的內容包括：萬元GDP能耗下降率；有害排放量下降目標；落后產能淘汰時間。

規劃包括：兩化融合做好節能減排規劃；抓好節能減排項目，落實到車間、工段。節能減排是一個系統工程，貫穿設備的工藝設計、施工安裝、設備調試、運行及維護、管理等全過程。

（3）節能減排管理體系

樹立資源觀點、全局觀點、系統觀點、效益觀點和環境觀點等五個基本點，做好能源計量、能耗定額、能源統計分析、教育培訓以及考核等基礎工作，劃清體系，實現專人負責。操作中可參照《能源管理體系要求》（GB/T 23331—2009）。

（三）節能減排新機制、新思路、新方法

1）合同能源管理：由節能技術服務公司（EMC）提供節能項目的資金、技術和服務，企業以項目的節能效益返還EMC的投資和服務費用 。

2）能源需求側管理（DSM）：電力（或煤炭、熱力、水等）公司（供電方）采用市政、經濟、技術措施，鼓勵用戶（需求方）采用各種有效的節能技術，改變電力、電量需求方式，在保持能源服務水平的情況下，共同降低（電）能源消費和用電負荷。

3）能源效率標識：能源效率標識是附在產品或產品最小包裝上的一種信息標簽用于表示用能產品的能源效率等級等性能指標，為用戶和消費者的購買決策提供必要的信息，以引導用戶和消費者選擇高效節能的產品。

4）節能產品認證：節能產品認證和能效信息標識制度是提高能源利用效率、規范用能產品市場、減少資源消耗、保護環境的最有效的途徑，已在世界范圍內普及。

5）循環經濟：循環經濟的運行方式為“資源-產品-再生資源”，包括減量化、再利用和再循環等內容，為經濟增長開辟了新的資源，有效減少環境污染物排放，提高經濟效益。

6）清潔生產：不斷采取改進設計、使用清潔的能源和原料、采用先進的工藝技術和設備、改善管理、綜合利用等措施，從源頭削減污染，提高資源利用效率，減少或者避免生產、服務和產品使用過程中污染物的產生和排放，以減輕或者消除對人類健康和環境的危害。

（四）節能減排監督管理

（1）能源審計

三種類型的能源審計如下。

初步能源審計：一是掌握用能單位的總體基本情況，如供熱、空調、照明以及用水等系統運行情況；二是對能源管理狀況進行調查，查找管理上的薄弱環節；三是對能源統計數據審計分析，重點是主要耗能設備與系統的能耗指標分析，提出改進措施。

全面能源審計：對用能系統進行深入全面的分析與評價，進行用能單位的能源實物量平衡，對重點用能設備或系統進行節能分析，尋找可行的節能項目，提出節能技改方案，并對方案進行經濟、技術、環境評價。

專項能源審計：針對重點能耗環節進一步進行封閉的測試計算和審計分析，查找出具體的浪費原因，提出具體的節能技改項目和措施，并對其進行定量的經濟技術評價分析。

（2）節能監測

政府授權的節能監測機構，依據國家有關節約能源的法規（或行業、地方的規定）和技術標準，對能源利用狀況進行監督、檢驗以及對浪費能源的行為提出處理意見等執法活動的總稱。節能監測的依據有工業鍋爐節能監測方法（GB/T 15317—2009）、工業電熱設備節能監測方法（GB/T 15911—1995）等。

（3）設備節能減排診斷

對耗能設備進行熱平衡、電平衡、水平衡和工業污染物排放的采樣、測試、計算并出具報告，找出設備耗能和排放薄弱環節和障礙，提出更新或改造方案（報告），降低能耗和排放，提高企業和社會效益。

（4）節能評估

針對工程項目的具體情況，對工程項目的工藝、技術、設備、綜合能耗、材料的下一級資源的綜合利用情況等進行評估，避免盲目投資和低水平重復建設，并對存在的問題提出相應的整改措施。可采用標準對照法（對照相關節能法律法規、政策、行業及產業技術標準和規范等）、類比分析法（與行業領先能效水平的現有工程比較）和專家判斷法（利用專家經驗、知識和技能進行分析判斷）。

（五）典型節能減排技術

（1）鍋爐能耗等級考核及爐窯節能減排

鍋爐水處理要求滿足《鍋爐水（介）質處理監督管理規則》（TSG G5001—2010）和《鍋爐水（介）質處理檢驗規則》（TSG G5002—2010），促進鍋爐安全、經濟、節能、環保運行；節能減排方面滿足《鍋爐節能減排技術監督管理規程》（TSG G0002—2010）和《工業鍋爐能效測試與評價規程》（TSG G0003—2010）；鍋爐房能效等級要求如下表。

表 鍋爐房能效等級要求

工業爐窯節能減排措施：改進燃燒裝置，促進燃料完全燃燒；實現最佳運行調節；盡量回收利用余熱；改進爐墻絕熱保溫，降低散熱損失。

（2）保溫技術

保溫材料分為兩類。

A級：一般使用無機材料，如巖棉、發泡水泥等，這些材料是無法燃燒的。

B級：一般是有機材料，如聚苯板、擠塑板、聚氨酯等。通過加阻燃劑，使之達到B1級——難燃； B2級——可燃；B3級——易燃。

公安部2011年頒布65號文件《關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監督管理有關要求的通知》規定：不允許非A級保溫材料用于外墻保溫。

管道散熱量按下式計算

式中：q為單位時間1m長裸管表面散熱量，kcal；d為管道外徑，m；a為放熱系數；tz為裸管表面溫度；tw為周圍空氣溫度。

工業爐窯開孔輻射熱損失按下式計算。

式中：Q為輻射熱損失量，kcal/h；Ft為開孔面積，m2；φ為開孔輻射系數（相當于完成黑體輻射系數）；T1為爐溫，℃。

（3）綠色照明

通過采用高效節能電光源和高效電器附件及照明控制設備，達到降低照明負荷，節約照明用電，減少對環境的污染。

綠色照明具體措施：推廣使用高效節能電光源；采用高效燈具；推廣和應用高新技術產品；采用先進合理的照明設計。

在節能的同時，合理運用燈光色彩搭配對人的健康、心理、情感等都會產生積極的影響。

（4）潤滑油添加劑應用

高性能油使設備運行壽命長，少維修，少磨損，達到節能和安全要求。潤滑油添加劑具有極好的化學穩定性、優異的抗氧化性以及清凈分散性，具體如下：

增加輸出功率，節油達5%～20%；

清除積碳可增加32%，CO和CO2排放可減少30%；

降低噪聲21%，降低油溫18%；

減少磨損50%～80%；

延長更換周期1～1.5倍。

（5）變頻調速技術

傳統的控制流量手段主要是依靠閥門、調風門等節流裝置，效率很低。變頻調速是改變電機供電電源頻率進行調速，主要由電壓型、脈寬調制型、電流型和交-交變頻器。

與發達國家相比，我國電機平均效率低3%～5%，電機拖動系統整機運行效率低10%～20%。

（6）水的使用及凈化

人均擁水量在2000m3以下的，是缺水國家；人均擁水量在1000m3以下的，是嚴重缺水國家。我國是嚴重缺水國家之一。

由于部分行業粗放式經濟增長，水環境每況愈下，污染嚴重雖然近兩年國家下大力氣狠抓水污染防治，但是水污染情況仍然不容樂觀。

城市生活用水已占城市用水量的55%，做好城市生活節水具有重要意義。除使用節水型器具以外，積極建立和完善城市再生水利用體系，發展污水集中處理再生利用技術，推廣再生水利用技術，不斷提高再生水利用程度。

（7）主要污染物排放控制技術

煙氣脫硫脫硝技術（下降8%）：堿法（CaCO3·CaO）副產品的利用價值不大，已經逐步采用鎂法（MgO）。

化學需氧量控制（下降8%）：對化學需氧量較大的造紙、制糖、發酵、制藥行業進行技術改造。

氨氧排放控制（下降10%）：氨肥、ADC發泡劑和稀土行業的技術改造。

氮氧化物排放控制（下降10%）：火電、水泥和機動車行業，加裝高效脫硝裝置，提高油品質量。

汞、鉻、鉛污染削減技術：高效汞回收技術，無汞氧化銀技術，固態汞注入技術等；三價鉻鍍鉻技術，無鉻無氰電鍍技術；新型鉛蓄電池制造技術。

持久性有機污染物減排控制（POP）：主要是多氯聯苯和滴滴涕。

汽車尾氣減排控制：主要為CO、HC、NOx、鉛等污染物，是產生光化學煙霧污染的來源之一，車用燃油標準與現實排放差距較大。

城市環境空氣質量控制：PM2.5（2.5μm）來源主要是汽車燃油品質不高，燃燒不充分，揚塵和燃煤污染物。

三、企業實際案例

（一）企業能源管理思路與節能途徑

——中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司吳冠元

中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司是國內第一家軋輥專業制造企業，世界產出規模最大、市場占有率最高，年能源消耗10萬t標煤，其中電力和煤氣占98%。

1）能源管理面臨的主要問題：成本壓力、缺少協同配合、統計模式落后、管理模式落后、自主創新與節能技術應用動力不足。

2）轉變管理思路，調整管理措施：產出規模節能與結構節能相結合，管理節能與技術節能相結合，內部挖潛與開源借力相結合；節能手段向信息化、智能化轉變，工序節能向系統節能轉變，節能管理向節能降本轉變。

3）管理節能的降耗途徑：以對標管理推進管理“標準化”，以體系建設推進管理“規范化”，以信息技術推進管理“轉型升級”，以綠色制造助推節能減排，以開源借力助推節能降本，僅通過能源指標抵押承包一項三年共實現能源成本降低6400萬元。

4）技術節能的創新成效：建立完善的創新管理體系與科研課題管理體系，技術職務聘任與科研掛鉤。應用技術包括：余熱回收利用、蓄熱式燃燒技術、富氧燃燒技術、差溫處理技術等。

（二）鋼鐵企業燒結系統節能減排整體解決方案

——唐山重型裝備集團有限責任公司謝曉麗

唐山重型裝備集團有限責任公司主要生產鋼鐵企業用的燒結系統，該系統主要采用了以下新技術：

1）旋轉電極式電除塵器；

2）鎂法脫硫技術；

3）取熱發電型環冷機配套雙壓余熱鍋爐；

4）銷齒傳動柔性驅動裝置；

5）全密封環形皮帶機。