现代纺纱厂能耗量化分析与节能措施_赵楠楠.pdf

第 51 卷 第 6 期2023 年 6 月Cotton Textile Technology现代纺纱厂能耗量化分析与节能措施赵楠楠1 王素英1 周义德2 王朝根3（1.郑州经贸学院，河南郑州，451191；2.中原工学院，河南郑州，450007；3.恒天永安新织造有限公司，河南商丘，476400）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 3.194106 kWh，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；吸棉风机中图分类号：TS108.3 文献标志码：B 文章编号：1000-7415（2023）06-0048-05Energy consumption quantitative analysis and energy-saving measures in modern spinning millZHAO Nannan1 WANG Suying1 ZHOU Yide2 WANG Chaogen3（1.Zhengzhou University of Economics and Business，Zhengzhou，451191，China；2.Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou，450007，China；3.Hengtian Yongan New Weaving Co.，Ltd.，Shangqiu，476400，China）Abstract In order to quantitatively analyze energy consumption of spinning mill，115 200 spindles condensed spinning production line was taken as an example，process flow and equipment allocation were introduced.The total installed power of main and auxiliary machinery，air conditioning，dust removal，refrigeration and lighting equipment of each process were counted，the actual total power in production was tested.The rated power ratio and actural power ratio of all kinds of equipments were analyzed and compared.The causes of invalid energy consumption and the key points of energy saving technology modification were found out.A series of measures were put forward，including frequency conversion control of air conditioning fan，constant pressure and variable flow control of dust removal system and combing suction system，associated control of spinning frame cotton suction fan and single spindle monitoring system，frequency optimization of condensed spinning negative pressure fan，avoiding peak power consumption，etc.The above comprehensive energy saving technology measures were adopted，which could save 3.194 million kWh of electricity in the whole year and comprehensive power saving 5.7%target could be achieved.Key Words spinning mill，energy consumption，quantitative analysis，main and auxiliary machinery，air conditioning and dust removal，rated power，actural power，cotton suction fan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1。每万锭装机功率达到 1 100 kW 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。节能技术基 金 项 目：河 南 省 重 点 研 发 与 推 广 专 项（科 技 攻 关）项 目（202102310556）；河南省高等学校重点科研项目（20A480006，23B560018）；郑州经贸学院科技攻关项目（ky1905）作者简介：赵楠楠（1984），女，副教授，收稿日期：2022-12-25】【48第 51 卷 第 6 期2023 年 6 月Cotton Textile Technology1 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）JWF102616010 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 1 200 锭（96 台）VCROE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 64.4 Nm3/min，供气压力 0.85 MPa。车间占地面积 40 986 m2。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。1.2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 13 550.6 kW，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2，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。表 1分工序主辅机设备装机功率一览表工序清棉梳棉精梳条并卷粗纱细纱络筒成包全车间合计装机功率/kW主机238.0683.0252.0299.4688.06 720.01 040.09 920.4空调62.862.7143.4143.41 170.8310.71 893.8除尘127.5282.9158.6569.0空压289.0289.0制冷674.4674.4照明9.017.05.023.05.061.023.061.0204.0合计437.31 045.6559.0322.4836.47 951.81 373.761.0963.4613 550.6工序占比/%3.27.74.12.46.258.710.10.57.1】【49第 51 卷 第 6 期2023 年 6 月Cotton Textile Technology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 比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 0.3740.435；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 0.7910.983。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。2 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、设备发热量最大、夏季室外温湿度参数最高的状态进行设计配套的3。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，采用算法精准的空调自动控制系统很有必要。在保证车间温湿度和气流稳定的前提下，把节能调节作为重要考虑因素，最大限度利用室外合适的新风，以减少风机、水泵运行频率，达到节能降耗的目的。在空调调节过程中，自控系统利用热焓比较，采取新风冷量优先，分段精确节能控制的措施4。在水泵和风机的调节过程中，区别对待水泵和风机的先后顺序，需要降速运行时，先降大功率电机后降小功率电机。需要升速运行时，先小功率电机后大功率电机，最大限度节省电耗。为分析风机变频调速的能耗情况，以30 kW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 1 Hz，风机实测功率降低0.6 kW1.6 kW，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，但风机最低运行频率不宜低于 35 Hz，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 35 Hz45 Hz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。2.2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5。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，通过表 2车间总用电和空调除尘用电情况统计月份123456用电量/kWh车间总计2 848 6851 035 7214 458 5664 398 4034 559 1054 672 626空调334 587122 340581 701573 289635 801647 448除尘193 05769 964309 564299 578306 468301 582占比/%空调11.711.813.013.013.913.9除尘6.86.86.96.86.76.5空调除尘合计18.518.619.919.820.620.4表 3前纺主机与配套滤尘设备的安装与实耗功率对比设备清棉主机清棉滤尘梳棉主机梳棉滤尘精梳主机精梳滤尘功率/kW额定308.5127.5683.8282.9252.0158.6实测115.3100.9298.8273.2109.7155.9功率占比/%额定70.829.270.729.361.438.6实测53.346.752.247.841.358.7负荷系数0.3740.7910.4370.9660.4350.983表 4风机不同频率下实测能耗对比频率/Hz31323334353637383940功率/kW8.18.79.39.910.611.412.513.614.815.9涨幅/kW0.80.60.60.60.70.81.11.11.21.1频率/Hz41424344454647484950功率/kW16.818.119.320.421.723.124.526.127.428.9涨幅/kW0.91.31.21.11.31.41.41.61.31.5】【50第 51 卷 第 6 期2023 年 6 月Cotton Textile Technology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6。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4.5104 kW h，全年可节电5.4105 kW h。2.3细纱吸棉风机节能试验一般细纱吸棉风机都是以 50 Hz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7，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 1 070 锭 118#细纱机为例，吸棉风机7.5 kW，纺纱品种 JC 9.8 tex，锭速 20 000 r/min，落纱长度 5 717 m。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，将吸棉风机最低频率设定为 35 Hz，工频运行时最少断头根数为 50根，每个频率段运行试验 6 h，在车间生产不受影响的情况下吸棉风机能耗试验结果如表 5所示。从表 5可以看出，以工频 50 Hz运行时实耗功率最大，为 4.84 kW。在保证工艺要求前提下，采用吸风机频率与单锭监测关联技术，依据细纱机断头数量来控制风机变频器，吸棉风机实际功率有大幅度降低。在保证笛管吸棉口最小负压450 Pa的条件下，经过长期运行试验，实测吸棉风机功率为 2.40 kW，与 50 Hz工频运行相比，单台功率降低 2.44 kW。考虑到品种、配棉、吸棉管状态、风箱 花 清 掏 等 情 况，将 吸 棉 风 机 最 低 值 设 定 为40 Hz，笛管吸棉口最小负压 600 Pa，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45.25 kWh，全车间节电 4 344 kWh，全年可节约用电 1.52106 kWh。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 JC 11.8 tex，208#212#纺 JC 9.8 tex，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，试验机台平均可实现每台降低功率1.5 kW，若在全车间推广，可降低功率144 kW，全年可实现节电1.134106 kW h。2.5科学调度避峰用电现在国家电网供电，一般采用峰平谷电价阶梯供电，峰平谷每个时段各占 8 h，以平段电价为基础，峰段电价是平段电价的 1.5倍，谷段电价只是平段电价一半。一般清梳生产能力较大，主要以“保供应”为主，利用谷段、平段低电价时段，前纺多做储备，减少峰段开车时间，节约电费。以本车间为例，清梳联实际功率 788.2 kW，若按平均每天峰、平段各减少运行 1.5 h，每天峰段、平段可分别少用电 1182.3 kWh，每年可节约电费 39.73万元。表 5吸棉风机不同频率能耗试验频率/Hz50454035运行时间/h6.106.076.376.08用电量/kWh29.522.016.110.8负压值/kPa0.920.750.600.45实际功率/kW4.843.622.532.40表 6不同品种吸棉风机与单锭监测关联后节能比较机号209#210#303#304#品种JC 11.8 texJC 11.8 texJC 9.8 texJC 9.8 tex日用电量/kWh改前1 1591 1551 1441 104改后1 1071 1081 0961 070节电52474834】【51第 51 卷 第 6 期2023 年 6 月Cotton Textile Technology3 结语通过对纺纱厂主辅机设备装机功率统计分析，对主机用电及空调除尘系统用电的测量统计，得知新型纺纱空调除尘系统的装机功率（不计制冷装机）达到全厂装机功率的 19.1%，在空调系统采用自动控制系统的情况下，平均实耗功率占全厂功率的 20.2%，空调系统是节能管理的关键部位。对清梳联配套的除尘系统和精梳配套的吸落棉系统实际用电测试统计发现，除尘系统和吸落棉系统实际用电功率占总用电功率 46.7%58.7%，清梳联辅机和精梳辅机的节能同样应该引起重视。对于现代纺纱厂，采用比较成熟的节能技术，如除尘和精梳吸落棉系统采用恒压变流量调速控制，细纱吸棉风机采用单锭关联技术控制运行频率，对细纱集聚纺吸风机频率进行整定优化，对于类似前纺清梳联等工序科学调度，充分利用峰平谷电价优势，调整生产时间节点，节能效果明显。以本研究所在企业为例，若全面采用上述技术和管理措施，可实现全厂每年节电3.194106 kW h，达到综合节电 5.7%节能效果。参考文献：1樊瑞，周义德，吴欣欣，等.板管蒸发冷却螺杆式冷水机组的纺织空调应用 J.棉纺织技术，2018，46（4）：24-28.2高龙，周义德.现代纺织空调工程 M.北京：中国纺织出版社，2018：41-56.3赵荣义.简明空调设计手册 M.北京：中国建筑工业出版社，1998：59-60.4周义德，梁永智，何大四.浮动露点恒湿控制法在纺织空调中的应用 J.棉纺织技术，2012，40（6）：4-7.5樊建彬，李进彦，周义德，等.清梳联除尘系统设计及运行节能实践 J.棉纺织技术，2015，43（5）：5-8.6韩淼，丁兆强，周义德，等.清梳联除尘恒压变流量控制设计的运行效果 J.棉纺织技术，2020，48（3）：7-11.7赵建伟，罗秋灵，赵东亮.降低吨纱生产用电的措施与实践 J.棉纺织技术，2016，44（7）：38-41.表 7集聚纺负压风机频率调节试验对比机台301#301#302#302#303#303#304#304#305#305#频率/Hz160.0147.5160.0140.0160.0140.0154.5138.0160.0141.0负压值/kPa2.882.473.162.463.152.442.962.392.982.44实测功率/kW8.07.08.05.08.06.07.05.07.55.5功率降低/kW1.03.02.02.02.0机台208#208#209#209#210#210#211#211#212#212#频率/Hz160.0152.0160.0155.0160.0156.0160.0155.0160.0147.0负压值/kPa2.752.552.752.562.642.553.052.553.052.57实测功率/kW8.87.67.77.09.08.27.67.08.26.5功率降低/kW1.20.70.80.61.7】【52