能耗处理

能耗处理（共12篇）

能耗处理 篇1

污水处理是高能耗产业之一,其能源消耗主要是电量消耗,占总能耗的60%~90%。高能耗不仅加剧了我国当前的能源危机,也造成高处理成本,致使一些中小型污水处理厂难以正常运行,污水处理厂的减排效益得不到体现。对污水处理厂的能耗情况进行分析,在保障污水处理量和尾水达标排放的前提下,提高能源利用率,降低处理成本,对缓解我国当前的能源危机及保障污水处理厂正常运行具有重要意义。

1 污水处理厂采用的主要处理工艺及能源消耗状况

污水处理厂采用的主要技术有传统活性污泥法、前置反硝化生物脱氮(A/O)工艺、缺氧/好氧(A2/O)生物脱氮除磷工艺、氧化沟活性污泥法、序批式活性污泥法(SBR)、水解酸化-好氧活性污泥法、AB两段活性污泥法、生物接触氧化法、曝气生物滤池(BAF)以及其他生物膜法等。

虽然不同的污水处理厂采用的工艺不尽相同,但从总体看,污水处理厂能源主要消耗在4个方面:(1)污水提升系统:一般情况下,污水都需要提升泵提升到一定高度形成水位差,以便后续处理;(2)生物处理系统:生物处理过程需要用鼓风机、搅拌器等进行供氧,同时为了提高污水处理效果还需要一定量的回流,所以内外回流泵也会消耗一部分能量;(3)污泥处理系统:污泥处理阶段需要对污泥进行浓缩脱水以及外运;(4)污水处理厂照明用电系统:污水处理厂内各个单元的照明对用电量的消耗是必不可少的。

2 能量消耗分析方法

经过诸多学者数十年的研究,一些能量消耗分析方法逐渐形成,我国污水处理厂目前正在使用的能耗分析方法有比能耗分析方法、单元能耗分析方法、层次分析方法及生命周期评价法等。

2.1 比能耗分析方法

比能耗是指将每处理单位体积的污水所消耗的能量折算为电能(k W·h/m3)表示,或以去除单位重量的污染物(COD或BOD)所消耗的能量(k W·h/kg)来表示[1]。羊寿生[2]曾结合自己的设计经验,对国内典型一、二级污水处理工艺各单元过程作了电能估算,估算结果以处理单位体积污水的耗电量表示(k W·h/m3),一级城市污水处理厂电耗值为0.072 k W·h/m3,二级处理厂电耗值为0.266 k W·h/m3(表1、2)。污水厂规模按25 000 m3/d计。

从表1、2可看出,我国污水处理厂能耗主要集中于污水、污泥的提升,生物处理的供氧,污泥处理等工艺过程,其中污水生物处理阶段的曝气池供氧设备和污泥处理的单元过程能耗要占污水处理厂直接能耗的65%左右。

2.2 单元能耗分析方法

单元能耗分析是指将污水处理厂按功能和能耗特征分成预处理、生化处理和污泥处理3个单元分别进行能耗分析,通过解析每一单元的能耗变化规律和主要影响因素,来确立针对污水处理厂的能耗分析方法,且该方法可以筛选出可行的节能途径。金昌权、汪诚文等人[3]采用该方法对北京一座污水处理厂进行了能耗分析,得出的结论是鼓风机系统的能耗比例最高达到56.5%,其次分别为污水提升泵19.2%,生化单元其他机械系统13.2%,污泥处理6.6%,泥泵系统3.8%和预处理单元附属设施0.7%。

常江、杨岸明等人[4]曾运用单元能耗分析方法对处理规模为6×105m3/d、采用A2/O工艺的某污水处理厂进行了能耗分析,对该工艺中一级处理、二级处理、污泥处理等各阶段的能耗以及各设备能耗进行统计计算的结果是,预处理单元各设备能耗占总能耗的20.52%:其中进水泵占预处理单元能耗的94.91%,占全厂总电耗的19.48%,是预处理单元最大的耗能设备,为该单元节能的关键设备;二级处理单元的能耗主要集中在鼓风机、搅拌器和内外回流泵上,占总能耗的68.96%,其中鼓风机占二级处理单元电耗的75.13%,占总运行电耗的51.81%,是全厂最大的耗能处理单元,因而对于二级处理单元及全厂的节能重点应该在鼓风机的节能降耗上;污泥处理单元的能耗主要集中在污泥进泥泵和污泥浓缩脱水机上,占总能耗的6.66%,污泥进泥泵占污泥处理单元电耗的62.56%,占总运行电耗的4.16%,因而对于污泥处理单元的节能重点应该在污泥进泥泵及污泥浓缩机的节能降耗上。锅炉、照明等其他部分所占总能耗的比例为3.86%。由此可知,预处理与二级处理单元占总能耗的大部分比例,节能潜力最大,污泥处理单元次之。因此,节能应从这几个处理单元考虑,对其主要设备的运行状态及运行方法进行挖掘,从而实现整个污水处理系统的节能。

2.3 层次分析方法

层次分析方法[5](Analytic Hierarchy Process,AHP)是美国著名运筹学家、匹茨堡大学教授托马斯·塞蒂(Thomas L Satty)于20世纪70年代创立的一种分析工具。

李为[6]曾针对在我国应用较多的氧化沟工艺污水处理厂和A2/O工艺污水处理厂在实际运行时的能耗状况进行了调查计算,发现所调查的城市污水处理厂的能耗构成为:预处理的能耗约占总能耗的28%,生物处理的能耗约占总能耗的60%,污泥处理的能耗约占总能耗的12%,其中曝气设备的电耗约占污水处理厂总电耗的50%。进而运用层次分析法对影响污水处理厂能耗因素的权重进行了定性分析与定量计算,建立了污水处理厂能耗评价表达式:

T=0.078 4 C1+0.028 0 C2+0.170 8 C3+0.025 6 C4+0.300 8 C5+0.160 0 C6+0.057 6 C7+0.089 6 C8+0.050 4 C9+0.020 8 C10+0.008 8 C11

其中:T为城市污水处理厂总能耗;C1为实际污水处理量指数;C2为实际污泥处理量指数;C3为处理能力利用率指数;C4为处理构筑物占地指数;C5为工艺稳定性指数;C6为污水处理系统高程布置指数;C7为设备实际利用率指数;C8为处理设备能量转化效率指数;C9为主要污染物去除率指数;C10为N和P等营养物去除率指数;C11为污水处理达标率指数。

李为的研究表明,城市污水处理厂的能耗发生重点在污水处理能力利用率、工艺系统稳定性、污水处理厂高程布置三方面,这三部分在能耗评价体系中所占权重最大,是污水处理厂在设计中和运行时应该注意的重点。

2.4 生命周期评价法

生命周期评价[7](Life Cycle Assessment,LCA)起源于美国中西部资源研究所(MRI)于1969年针对可口可乐公司饮料容器的分析研究,从原材料的采掘到废弃物最终处理的全过程进行跟踪与定量分析。

生命周期评价以工艺设施为主线,针对污水处理系统的整个生命周期内各阶段所产生的所有能耗问题进行系统的量化分析,并以此为基础做出生命周期能耗的评估和完善化分析。一般将污水处理的生命周期分为3个阶段,即施工建设(包括建设材料和加工制造)、生产运行和废弃拆除阶段。生命周期评价从全过程的视角识别分析城市污水处理工艺在其生命周期各个阶段的能耗,找出能耗损失的原因以及能耗过程各个环节的影响因素,并在此基础上提出节能措施。

杨健[8]、熊艾玲[9]曾运用生命周期评价技术对普通活性污泥法、AB活性污泥法和厌氧水解活性污泥法三种污水处理系统从其原材料开采和加工直至污水厂施工建设、处理运行和废弃拆除的生命周期全过程能耗进行分析识别和量化分析,在此基础上提出改善其能耗的措施。

3 节能措施

3.1 生化处理阶段的节能

上述资料显示,污水处理厂生化处理阶段能源消耗所占比例最高,节能空间也最大。对于该阶段的节能途径以下两点可供参考:(1)活性污泥法系统中采用鼓风曝气供氧时,可采用高效风机如可调叶片的离心风机,在风压不变的条件下,根据需要改变风量,以适应不同的溶解氧需要,提高曝气扩散设备的氧利用率,以达到用量最少,效果最佳的目的。(2)生化处理阶段的曝气系统,在线检测设备也是很有效的节能潜力识别手段。以DO反馈为基础,结合积累的水质、水量变化规律,进行曝气控制。通过降低曝气量的方式,降低鼓风机的风量,优化鼓风机运行程序,使鼓风机在比较高的效率下运行,进而达到节能。

3.2 污泥处理阶段的节能

污泥处理阶段的能耗也占到相当大的比例,所以这一阶段的节能也不能忽视。污泥处理单元的能耗主要集中在污泥进泥泵和污泥浓缩脱水机上,污泥进泥泵的节能应从三方面考虑:(1)正确科学地选择泥泵,使其在高效率下工作;(2)合理利用地形,通过减小污泥的提升高度来降低泥泵的轴功率;(3)定期对泥泵进行维护,减少摩擦以降低电耗。

3.3 预处理阶段的节能

预处理阶段的能耗主要在污水的提升,所以想要使该阶段的能耗最低,首先,在选泵之前要分析水量变化情况,进而选用规格不同的水泵,来适应水量变化;或者采用变频调速机,根据不同的流量需求控制水泵转速。其次,可以调整泵的运行编组使提升泵运转效率。此外,在污水厂高程设计中,尽量利用自然地势减少水头损失,避免跌水和二次提升,进一步节省能耗。

4 结语

以上所阐述的几种方法虽然在实际运行中都有应用,但是,比能耗指标反映了去除单位污染物所消耗的某种能量的数量,应用该指标对污水处理能耗进行分析还不够客观和严密;单元能耗分析方法应用的比较早也比较多,但是该方法应用于污水处理能耗研究还停留在调查汇总阶段,缺乏统一的理论支撑;层次分析法虽然在污水处理厂的处理工艺选择上具有一定的客观性、准确性和有效性,但是在污水处理能耗分析方面,理论还不够系统和完善;生命周期评价法是对污水处理系统从其原材料开采和加工直至污水厂处理施工建设、处理运行和废弃拆除的生命周期全过程能耗进行分析识别和量化分析,要用该方法对污水处理厂运行中产生的能耗问题进行分析,需要按20年的运行期限进行考虑,这样运用起来耗时较长,考察数据较多,应用过程中可能会遇到诸多问题。

迄今为止,污水处理能耗研究领域的基本理论、研究方法和研究框架在国内还无统一的认识,缺乏合理的、统一的评价指标。节能措施的制订和实施往往要超前于能耗的理论分析。多数节能途径和手段常常由污水处理厂的操作管理人员结合各处理设施实际情况提出,具有经验性和个别性,不一定能适用于其他污水处理厂甚至是工艺相似的污水处理厂。因此,相关人员应加强污水处理能耗理论研究。

参考文献

[1]陈宏儒.城市污水处理厂能耗评价及节能途径研究[D].西安:西安建筑科技大学,2009.

[2]羊寿生.城市污水厂的能源消耗[J].给水排水,1984(6):15-19.

[3]金昌权,汪诚文,曾思育,等.污水处理厂能耗特征分析方法与节能途径研究[J].给水排水,2009(35):270-274.

[4]常江,杨岸明,甘一萍,等.城市污水处理厂能耗分析及节能途径[J].中国给水排水,2011,27(4):33-36.

[5]Saaty T L.领导者:面临挑战与选择:层次分析法在决策中的应用[M].张录,译.北京:中国经济出版社,1993.

[6]李为.城市污水处理工艺的能耗评价体系研究[D].西安:西安建筑科技大学,2010.

[7]杨建新,王如松.生命周期评价的回顾与展望[J].环境科学进展,1998,6(2):21-28.

[8]杨健,吴敏.3种活性污泥法处理工艺的生命周期能耗分析[J].上海环境科学,2001,20(12):582-585.

[9]熊艾玲.城市污水处理工艺的生命周期能耗分析及节能试验研究[D].重庆:重庆大学,2004.

能耗处理 篇2

作为污水处理厂的主要耗能者之一，提高提升泵的工作效率，降低用电费用，能够有效的降低污水厂的能耗。而目前提升泵的主要问题之一是随着使用时间的增加，泵的运行工况发生了变化，从而造成了提升泵的工作效率大大降低。如果使用轴流泵作为提升泵，可采用变角调节，即依靠旋转叶轮的翼形叶栅对绕流液体产生的升力来传递能量。如果使用离心泵作为提升泵，可采用变速调节，通过改变电机的转速来改变水泵的性能,达到节能的目的。对于一些成立时间较长的污水处理厂，现在仍然使用较为落后的水泵，为了降低能耗，应购买市场上流行的新型节能水泵，或根据实际情况，合理设置水泵的使用数量。污水处理厂的提升泵一般全日运行，但不同时间段的流量是不同的。如果将水泵设置成统一的参数，会出现在流量较低的情况下，水泵也是处于高能耗运转的状态，造成了浪费。因此，可以根据流量的大小，采取变频技术，在流量大的时间段，高频运行，而在其他的时间段，可以降低频率，降低能耗。虽然污水处理厂更换变频设备，增加了资金投入，但在后期的运行过程中更加省电，也减少了日常的维护费用。

2.2曝气系统降低能耗

曝气系统是污水处理的`非常重要的环节，也是耗能较多的环节。如果能够有效的提升曝气系统的效率，那么将大大降低污水处理厂的能耗。曝气系统的主要节能措施是改善曝气设备、改良曝气方式。第一，使用微孔曝气器。为了保证较高的氧利用率，曝气器扩散的气泡直径应足够小，以扩大表面积。第二，在合理的位置安放曝气器。传统的位置是单边曝气或全面曝气，这两种布置方式都不是很科学，它并不能将池中的氧气分散均匀，或者出现前期供氧不足，后期供氧过剩的现象，既影响处理的结果，又会造成能源的浪费。曝气器的合理布置方式是根据曝气池氧气的需求量进行差额供氧，在细菌和微生物数量多，氧气需求量高的进水口布置较多的曝气器，而在细菌和微生物数量少，氧气需求量低出水口附近，则可以布置较少的曝气器。

2.3使用药剂降低能耗

使用药剂的消耗相比于泵和曝气系统的能耗来说，所占比例较小，但在一些环节中也可以进一步的降低能耗。污水处理厂的工作人员在使用药剂的时候，不但要考虑其价格，还要考虑其使用效果等。要根据所处理污水、污染物的浓度、酸碱值、性质、温度以及杂质等因素而定，同时要避免在使用药剂的时候出现二次污染等。通过精准计算药剂的品种和药量，能够在很大程度上降低污水处理厂的药耗。如果采取化学的方式除磷，则可以尝试使用高分子混凝剂除磷，能够有效降低药耗。

3污水处理厂的能量回收和再利用

污水处理所产生的污泥如果处理不得当，很可能会造成二次污染。而若对其合理处置，可能会变废为宝。例如：污泥厌氧消化时产生的沼气，可用来发电，回收电能。污泥中含有丰富的有机物和微量元素，经过加工处理、综合利用，可以成为化肥的原料。

4总结

随着我国经济的发展，城市污水处理的规模也将会越来越大，由于其能耗较大，造成能源资源短缺的现象也日益严重。我国的污水处理厂在降低能耗方面与发达国家相比还存在着很大的差距，其主要问题在于技术落后、设备老化等。为了最大限度的达到节能降耗的目的，找出了能耗较高的环节，从泵、曝气系统、药剂使用等方面采取措施，在保证出水达标的前提下，实现污水处理厂的节能降耗和健康发展。

参考文献：

[1]赵庆良,胡凯.城市污水处理厂污泥处理的能耗分析[J].给水排水动态,(02).

低能耗增长 篇3

经济增长充满不确定性,如果能把发电量作为取代GDP的经济增长指标,那将是再好不过了。可事情往往并非这么简单。我们面临的第一个难题,便是由中国经济能效变化而产生的结构性障碍。此外,循环性问题,是横在我们面前的另一道更大的鸿沟。

人们通常认为,中国经济的下滑是由出口导向的轻工业所引起的,但是事实刚好相反,中国经济减速,其实是由能耗密度高的重工业所引起的。因此,最近发电量的下降,更多地表明了中国经济下滑的类型,而非下滑的规模。

发电量挂钩GDP?

人们广泛引用发电量来证明,中国经济的减速比官方GDP数据所显示的还要快。电力不可以储备,因而其消耗并不受存货变化的影响。发电量一直是一个不太引人关注的指标——直到最近,人们才更加认为发电量能够更真实地反映出经济情况。

也许正因为如此,中国的发电量急剧下降,似乎是对经济复苏的说法打上了一个否定的叉号。中国的发电量,由2008年初的增长20%跌至年底的同比下降6%,之后虽有所反弹,但在3月至4月间又再次下跌。

这种看法有一定依据,但可能比人们预想的程度要轻得多。发电量与GDP增长之间,并不存在一对一的关系。事实上,最近几年中国的发电量一直不断放大这一关系:上世纪90年代后期的发电量,较GDP下降得更为凶猛,而在2003年至2007年又比经济增长得更快。

不幸的是,这种看法仅能博得暂时关注,并无多大实际意义。毕竟,这只是说明GDP扭曲已不是什么新玩意,好年景的经济增长速度比政府公布的两位数增长更快而已。

一个不同的解释,主要围绕能效变化而展开。2003年单位GDP能耗下降趋势戛然而止的事实反映了这一点。诚然,这种说法可能只是为了掩盖糟糕的GDP数据而已,但如果真是这样,其本身又变得自相矛盾。

毕竟,面对2003年至2005年间单位GDP能耗上升的态势,中国官方承诺要扭转这一趋势,即到2010年把能效提高20%。发电量的急剧下挫,帮助中国在2008年四季度超额完成这一目标,但这也仅仅只在四季度实现而已。若从全年数据来看,我们估计能效仅仅提高了1.5%而已。

高能耗重工业下滑

中国设定的绿色目标,并不足以解释2008年末发电量和GDP中间的巨大落差。但如果我们把中国循环性下滑结合起来看,那便可以大致解释得通了。特别是最近几个月,中国下滑最厉害的并非出口主力军的轻工业,而是重工业。

轻工业附加值的增长速度,从2007年中期的16%下降至2008年12月的9.5%。但金属行业的附加值从2007年增长20.3%,狂跌至2008年四季度的下降4%,这与发电量的变化趋势类似。

这一变化对中国而言十分重要,因为重工业是显而易见的能源消耗大户。钢铁和类似行业产出的下降,对电力产生重大影响。2007年之前的六年,中国总的电力消耗上涨了130%,其中金属行业的电力消耗更是飙升了225%。所以说,2001年至2007年,金属行业占到了中国能源消耗增幅的40%。

虽然轻工业只消耗了很少的电力,但其在推动工业总产出上发挥了更为重要的作用。2001年至2007年,金属行业的产出提高了16%。这一数值,与其能耗增幅贡献率40%相比,可谓是小巫见大巫。

但是,工业产出与能耗之间的关系并不稳定,并不能像GDP那样显示出2003年至2005年能效的恶化情况。但无论如何,这些数值都表明,总体工业产出的增长,比如增长5.7%,与能耗下降4.8%是不矛盾的。

中国能效提高和由重工业引起的经济下滑的事实,还带来了进口组成的变化。近几年,中国已经成为成品金属的净出口国,不仅出口钢铁,还出口铝等耗能更多的产品。这一历史在今年被改写。

2009年前四个月,中国钢铁净出口量仅为2008年同期出口价值的20%。铝业方面,今年中国从净出口国变成了净进口国。中国现在依赖世界其他国家来提供高能耗的铝,也就是中国经济不再出口电力,而是从其他国家进口电力。这改善了国内能效,同时也改变了GDP增长与发电量之间的关系。

经济的“真正”指标

我们比较喜欢的“真正”经济指标并不是电力,而是在建面积的大小。这不仅因为在建面积是一个数量,还因为房地产业对经济绩效极为重要。1月和2月,在建面积出人意料地增长起来。由于新起的楼盘并不多,这似乎并不是开发商对今年住房销售情况上涨而做出的反应。

看起来,这种情况更像是银行贷款给整个经济注入了营运资金,促进了钢铁生产,从而带动发电量增加。当然,这种存货的增长总是暂时性的,所以4月发电量的再次下滑,便不值得大惊小怪了。

建设的数值,可能更适合体现在重工业方面,而非整个经济的发展。如果要找出能更好地反映经济实力的指标,工业产出可能是最有用的。毕竟,官方衡量GDP的方法是基于产出方面的增长,并且近几年中国经济增长的活力主要来自工业而非第三产业。由于出口可能继续疲软,如果引发这一次经济下滑的重工业没有恢复,工业产出增长率很难能够重新反弹到两位数的水平。

因此,虽然中国能耗并不能反映经济下滑的规模,但如果经济恢复,肯定会带来发电量的极大提高。■

能耗处理 篇4

关键词：污水处理厂,能耗,提升泵,曝气系统,节能

1 引言

随着我国社会经济的发展和城市化进程的加快,工业污水和生活污水排放量剧增,污水处理厂数量随之增多,规模也不断扩大。但污水处理是一种高能耗产业,能源消耗主要包括电能、燃料和药剂等,其中电耗占去总能耗的60%～90%[1]。相关部门于2009年抽样选取了1856座正常运行的污水处理厂进行能耗分析,结果表明:这1856座污水处理厂2009年年均电耗约为0.254kW·h/m3,与发达国家相距甚远。1999年美国污水处理厂年均电耗为0.20kW·h/m3,日本为0.26kW·h/m3,2000年德国污水处理厂年均电耗为0.32kW·h/m3,且这些能耗中包含了我国污水处理厂尚未涵盖的污水消毒、污泥消化和焚烧等耗能环节[2]。由此可见,我国污水处理厂的能耗仅相当于发达国家20世纪末的水平,具有较大的节能空间。

以污水的二级处理为例进行分析,能源消耗主要用于污水的提升,生物处理的供氧,以及污泥处理过程。污水提升部分占总能耗的10%～20%,生物处理的主要能耗来自于曝气池,曝气系统能耗占总能耗的50%～70%,污泥处理占10%～25%,三者能耗的总和超过污水处理厂总能耗的70%[3]。因此,污水处理厂节能降耗的重点在于提高主要耗能设备的用电效率,降低能耗。

本文从城市污水处理厂的能耗构成进行分析,指出污水处理过程中主要的能耗单元及设备,有针对性的提出节能降耗的措施意见,为城市污水处理厂节约资源、降低运营成本提供依据。

2 污水处理厂的能耗分析

目前,我国城市污水处理厂普遍采用二级或三级处理,以生物处理工艺为主体,通常由预处理、生化处理及污泥处理三部分组成。常江等[4]对北京某污水处理厂(采用A2/O处理工艺,污泥处理采用厌氧消化)的各单元能耗分布情况以及主要设备的能耗进行了分析,结果表明,整个污水处理过程中,预处理单元、二级处理单元和污泥处理单元的能耗分别占总能耗的20.52%、68.96%、6.66%。其中,进水提升泵、鼓风机、污泥进泥泵是各单元中能耗最大的设备,分别占各单元能耗的94.91%、75.13%和62.51%,换算成总能耗比例为:19.48%、51.81%、4.16%。牛住元等[5]调查分析北京某污水处理厂提升泵实际运行能耗,结果显示该厂污水提升泵能耗占总能耗的17%。胡锋平等[6]对不同的污泥浓缩工艺的能耗进行了比较,结果表明,重力浓缩、离心浓缩和气浮浓缩的比能耗分别为0.02～0.14kW·h/m3,0.5～1.2kW·h/m3,0.2～1.0kW·h/m3,气浮浓缩中生物气浮的比能耗为0.05～0.12kW·h/m3。由此可见,污水的提升、生物过程的曝气、污泥的回流和浓缩脱水过程是城市污水处理厂的节能重点,曝气系统和污水提升泵更是重中之重。

3 城市污水处理厂节能降耗的途径

针对我国城市污水处理厂的实际生产运行情况,提出从污水提升、曝气系统、污泥处理过程以及管理机制4个方面进行改进和完善,以实现污水处理厂的节能降耗。

3.1 污水提升

污水提升过程的能耗控制关键在于污水提升泵。提升泵的能耗取决于实际工作扬程、构筑物水头损失设计以及运行方式的调节等。降低提升泵能耗可采取以下措施。

(1)设计时充分考虑污水厂的地形和自然坡度,合理设置进水管底标高,改非淹没堰为淹没堰,控制跌流落差,降低提升泵的实际工作扬程。

(2)总体布置要流线清楚,结构紧凑,选用阻力系数小的管材,连接管路短而直,应尽量减少弯管、连接管和阀门的使用,避免处理构筑物水头损失。

(3)适当增减提升泵运行台数,对其进行变频调速控制,以适应不同时间、季节的污水量波动,有效降低提升泵能耗。

(4)定期对系统进行维护和检修,可减少因渗漏、结垢、机械磨损等原因造成的效率降低,保证提升泵的高效运行。

许多学者对提升泵的节能降耗进行了研究。李鹏峰等[7]结合江苏省某污水处理厂的工程实践提出,仅利用前端管网的蓄水能力,就可以减少提升泵的运行台数,可节能20%。向伟芳[8]研究变频调速技术对降低提升泵能耗效果的数据表明,利用变频调速设备可使提升泵平均转速比工频转速降低20%以上,可达20%～40%的节能效果。沈晓铃等[9]通过超声波液位计监测进水水位的变化,并结合出水管流量计控制泵变频运行,以确保上游管网不溢管为前提,适当保持集水池在较高液位下运行,节省了10%左右的能耗。

3.2 曝气系统

我国城市污水处理厂大多采用好氧生物处理工艺,曝气系统是整个生物处理系统的关键,与曝气池中溶解氧浓度密切相关,直接关系到污水的处理效果,同时,曝气系统也是整个污水处理系统中能耗最大的单元,降低其能耗对整个污水处理厂的节能降耗意义重大。实现曝气系统的节能降耗主要从曝气头的类型、曝气方式、曝气池中溶解氧浓度以及曝气流量控制等方面入手,有效的节能措施有:微气泡空气扩散装置可以产生微小气泡,增大气、液接触面,提高氧利用率;单侧布设曝气装置,形成水流在断面上的旋转推流,使气、液充分接触,从而增加氧的转移率;安装自动调节装置,根据曝气池中的溶解氧浓度自动调节供气量;通过变频调速等技术提高鼓风机、搅拌机等曝气设备的运行效率。

黄浩华等[10]以北京某污水厂二期工程A2/O工艺为例,对降低其供氧能耗的可行性进行了研究,结果表明,现有曝气池停留时间过长,存在过度曝气现象,通过小试试验研究提出将曝气池中溶解氧严格控制在2～3mg·L-1,并把好氧前段变为缺氧区,以减少曝气段长度,降低能耗。沈晓铃等[9]在无锡惠山污水厂实际运营时,对曝气池中溶解氧实行在线检测,根据测定值调节进口叶片角度,达到调节鼓风机进风流量的目的,按需供气,实现节能效率15%左右。广州沥滘污水厂对南北池进行曝气智能控制系统的对比试验,结果表明在出水稳定达标的情况下,曝气量平均节约15%[11]。

3.3 污泥处理

污泥处理是能耗较多的单元,主要包括污泥的回流和浓缩脱水。污泥回流泵把沉淀池中污泥回流到厌氧池内,以保证工艺中的活性污泥量,实现厌氧菌和好氧菌的交换,防止污泥膨胀及反硝化作用,提高脱氮除磷的效果。可根据进厂水量、水质情况,适当调整回流比,保证污泥回流泵的高效运行,实现污泥回流过程的节能。污泥浓缩方法通常有重力浓缩、气浮浓缩和机械浓缩。我国污水处理厂污泥浓缩过程以重力浓缩为主,但此方法浓缩效率低,可能造成二次释磷问题。从可持续发展看,生物气浮代替重力浓缩是降低污泥浓缩能耗的一种有效途径,污泥浓缩脱水一体化是污泥处理的发展趋势。污泥脱水过程的节能主要是减少设备运作和缩短处理时间,根据储泥池内泥量、污泥沉降性能确定脱水机器使用数量和脱水时间。

3.4 管理机制

(1)建立目标。

深入分析能耗构成,识别节能潜力,提高能耗管理水平,精确控制城市污水处理厂的运行,完成节能降耗的目标。

(2)过程控制。

通过对污水处理各个阶段的能耗进行分析,明确不同处理单元的能量需求,确定与能耗密切相关的控制环节,挖掘各控制环节的节能降耗潜力,有针对性的提出节能措施建议。

(3)建立激励机制。

能耗定额制度 篇5

第一条为了贯彻执行《中华人民共和国节约能源法》、《公共机构节能条例》和《江西省公共机构节能管理办法》等有关规定和要求，加强对公共机构的节能管理，提高能源利用效率，我院特制定本制度。

第二条我院是集科学研究、技术服务和成果推广为一体的省级综合性水利水电科研机构，能耗定额所涉及的资源种类主要包括：电、水、汽油、柴油。

第三条根据近5年院能耗状况，以及省管局统一制定下发的能耗统计台账和实际发生的能耗费用原始票据为依据，科学确定本各种能源资源的能耗总量、人均能耗、单位建筑面积能耗和车辆百公里油耗等能耗定额，可浮动1%左右。

第四条要不断完善节电、节水、节油、节气和节约办公用品耗费等能源定额管理制度，每季度节能办工作人员要在单位明显位置公示办公用品耗费和车辆用油等能耗数据，自觉接受监督。

第五条每年能耗定额量的修订，应在考核定额的基础上，对影响能源消耗的主要因素进行科学分析，并用数量关系表示其影响程度，进行合理修订。

电梯能耗检测方法探讨 篇6

【关键词】电梯；能耗；测量；模型

最新的研究资料显示，建筑能耗约占全球总能耗的40%，而电梯的能耗占建筑总能耗的约3%至8%，可以说占据了为数不小的比例。且随着建筑总量的持续增长，有急剧上扬的趋势。随着电梯行业技术的不断发展和我国节能减排政策的不断落实，我国节能电梯产量占电梯总产量的比例不断增大。为配合国家有关建筑物节能政策的实施，各地方政府纷纷出台了相应的政策，对老旧且能耗高的电梯进行大修或改造计划。需更换的电梯，通过更换或技术改造替换成节能电梯。由此可见，国家对电梯的节能非常的重视，不断的降低电梯的能耗使用率，预计未来时间里电梯能效检测的需求也将迅速增长。

1、电梯能耗分析

构成电梯的能耗部分有：驱动主机的能耗、曳引系统的能耗、门机系统的能耗、控制和显示系统的能耗、电梯轿厢内照明和通风系统的能耗以及电梯内其它电气设备的能耗。电梯的能耗主要集中在曳引驱动装置上，占总能耗的70%以上，但是电梯的能耗与普通电动机的能耗存在很大区别。电梯通常配有对重装置，当电梯上行的时候，电梯的能耗随着载荷的增加而增加：当电梯下行的时候，电梯的能耗随着载荷的增加反而减小。电梯的能耗随着行程的增加而变大。

对于具有能量回馈功能的电梯，在电梯轻载上行和重载下行的过程中，可以有效地将电容中储存的直流电能轻易地转换成交流电能并且及时输送电网。可以节省15%～45%的耗电量，且速度越高、载重越大，省电的效果越好。对于特定电梯，具体工况下的能耗主要是由载荷、速度、行程和运行次数等决定。如果隔层服务方式的电梯的可服务搂层的数量为n.那么行程种类的数量可以达到n（n-1）。同时，电梯的载荷也随着乘客的数量而变化，乘客的数量也不确定。电梯能耗测量的难点在于电梯运行过程的多样性和载荷的随机性

2、测量法

根据电梯在具体工况下的运行特点将能耗分为启动能耗、匀速运行能耗、制动能耗，开关门能耗、待机能耗（不包括轿厢内的能耗）和轿厢内的能耗（照明、风扇或空调、显示装置等）。对上述各部分能耗的测量的相加即为电梯的总能耗。

电梯启动能耗、匀速运行能耗和制动能耗主要与载菏、运行方向、开始楼层和目标楼层有关，是动态的一个过程，是电梯能耗测量的难点。为了全面反映电梯的能耗情况，首先建立启动能耗、匀速运行能耗、制动能耗与载荷之间的相关联系，简化载荷的测量的次数。采用均分的原则，将测量的载荷选择为：额定载荷的0%、25%、50%、75%和100%。之后建立启动能耗与开始楼层以及制动能耗与目标楼层的相关联系、开始楼层和目标楼层位置不同和载荷变化量的相关联系.从而简化测量行程的数量。

电梯开关门的能耗主要与开关门的时间长短和次数有关。电梯停靠在某一确定层站，手动操作使电梯门机系完成至少5次开关门动作，并记录动作的时间。为了清晰分辨开关门的动作，相邻2次开关门之间至少间隔8s。

对于某一测量电梯，其休眠状态、待机功率和轿厢内照明装置和通风系统的功率比较稳定。使电梯停靠在某层站，记录10Min左右的能耗数据，即电梯待机和体眠的能耗数据。由于电梯轿厢内照明装置和通风系统是通过单独的电路连接单相交流电源，所以这部分能耗可以进行单独数据测量。

此外，特定测量的电梯的电压总谐波畸变率和电流总谐波畸变率主要与曳引装置的负载大小有关，即与电梯的载荷情况有关。需要分别测量电梯在额定载荷的。0%、25%、50%、75%和100%下，全程上行、全程下行的电流和电压的畸变情况。

现在也可利用新的电能质量分析仪来进行采集测量数据，方便实用，其仪器主要由现场测试仪器和数据处理软件两部分组成，测试仪主要有谐波、波形、功率和电能、告警、截屏、波形捕捉等工作模式，含有 4个电流、5个电压接口，故可测量单相、两相、三相三线、三相四线、三相五线的各相电流电压、启动电流、功率、累计功能、谐波影响等，还可以测量回馈电能的电能质量，如电 压波动、闪变、不平衡度、高达50次谐波等，模式形式的多样性，有利于电梯能量回馈质量与数量的测量。

3、模型法

当测量具体一台电梯设备的能耗时，轿厢按空载、轻载、半载、重载、满载等工况运行，分别测试轿厢运送载荷重量、移动的垂直距离、耗电量。测试所需要的时间比较长，测试的工作情况复杂。比如，对一台 8层的垂直客梯，轿厢分别放0%、25%、50%、75%、100%的额定载荷，测量工况竟多达几百种。所以，从中择优选取几个简单具有代表性的工况，测量其电梯能耗，可简化测试程序。

基于動态测量的电梯能耗模型的原理分析情况如下：

1）曳引和驱动系统的能耗模型，可以从简化测量的电梯动态能耗数据中分析求取，简化了电梯能耗测量的过程和时间。在进行能耗仿真模拟时，根据曳引系统的各个输出参数，确定驱动系统的能耗大小。

2）单次开关门能耗、待机能耗、空调照明通风等能耗特性，根据电梯电路线路连接和工作状况，从动态能耗数据中分离，也可单独测量。能耗仿真时，根据电梯所处任一状态，可确定该部分能耗。这部分能耗和曳引驱动系统的能耗一起构成了电梯系统的总能耗。

3）电梯的运行速度参数可以手动设置，也可以采用理想电梯速度曲线。对实际测量的电梯，可以测量电梯某个行程的速度曲线。该曲线能大致反映出这台电梯的速度控制情况。因而，采用该速度曲线进行能耗仿真测试，其仿真结果可以与实际测量的结果进行比较，验证电梯能耗模型的准确性，进而也可进一步修正曲线和模型。

4）在模型启动运行前，先进行电梯的初始状态的设置，如提升高度，所停楼层、初始载荷等。然后，根据电梯速度曲线参数、楼层参数、客流分布及调度信息，计算电梯某一段时间内的速度、加速度、所在高度等信息。这些数据用来判断电梯的状态，同时将它们参数调入曳引驱动系统的模型中，从而计算测量出曳引机所处的状态。

4、结束语

计算法从驱动类型、运行速度、电梯的使用状况等简单的估算电梯的各部门能耗，没有考虑到电梯的运行曲线，结构等方面因素的影响。模型法可以考虑到各个因数，并且可以进行仿真模拟测试，节约时间，但是模型的建立比较复杂，不同载荷下推算多因数的电梯效率，误差会比较大。

能耗处理 篇7

多晶硅的生产过程实质上是将金属硅 (98.5~99%含硅量) 提纯为超高纯硅 (99.9999999%以上) 的过程。全世界多晶硅主要由2种方法生产, 其一是三氯氢硅氢还原工艺[1], 占总产能的86%, 是主流工艺;其他由硅烷法生产。

三氯氢硅氢还原工艺, 工艺复杂, 产品纯度高, 能够满足安全、环保和大规模生产, 但配套条件严格、技术难度高, 投资高。主要工序包括“原料制备与提纯、多晶硅还原、尾气回收和氢化回收利用”等。

多晶硅生产过程中, 每产1吨多晶硅产品将产生约15~20吨的副产物四氯化硅, 年产10万吨多晶硅, 就有约150~200万吨副产四氯化硅。常温下, 四氯化硅呈液态, 不宜储存和长途运输, 低温加压四氯化硅氢化技术[2]是首要选择。低温加压四氯化硅氢化技术 (简称冷氢化) 以四氯化硅 (g) 、硅粉、氢气为原料, 以铜合金、氯化亚铜或镍系等为催化剂, 在一定温度、压力条件下, 在氢化反应器中进行气--固相反应。通过低温加压四氯化硅氢化技术将四氯化硅转化为三氯氢硅, 作为多晶硅生产的原料返回工艺使用, 实现清洁生产和物料的闭式循环。

低温氢化技术中由于添加了硅粉和催化剂等物质, 氢化回收利用后的冷氢化料中含有硅粉、高氯化物等高沸点物质, 此部分物料杂质含量高。而多晶硅的超高纯度要求原料杂质含量达到ppta级别 (10-12) , 纯度达到9个“9”, 这一方面增加了提纯难度[3], 另一方面必然要求提纯塔高回流比, 需要消耗相对较多的热量。提纯工序的能耗是多晶硅工艺的主要能耗之一, 降低提纯工序的能耗是降低多晶硅成本的最有效途径之一。

本文提出了一种处理冷氢化料 (低温氢化技术处理后物料) 的低能耗精馏工艺, 实现了提纯工艺的最低能耗, 最大程度降低多晶硅成本。

一、冷氢化料的低能耗精馏工艺

冷氢化料的组成为四氯化硅含量75~85wt%, 三氯氢硅含量18~24wt%, 二氯二氢硅含量1~5wt%, 硅粉和高氯化物等杂质微量。

处理冷氢化料的低能耗精馏工艺采用五级精馏, 包括第一精馏塔、第二精馏塔、第三精馏塔、第四精馏塔和第五精馏塔。

第一精馏塔的功能是脱重, 侧线采出的四氯化硅满足氢化工序的原料要求, 重新返回氢化工序, 塔釜除去高沸点杂质 (硅粉和高氯化物等杂质) , 塔顶三氯氢硅含量超过95%。第二精馏塔、第三精馏塔、第四精馏塔和第五精馏塔四塔连续差压热耦合, 四塔的压力从低到高或者从高到低串联, 在第二精馏塔塔顶设置冷凝器, 并在第二精馏塔和第三精馏塔之间、第三精馏塔和第四精馏塔之间、第四精馏塔和第五精馏塔之间各设置一个冷凝再沸器, 第五精馏塔设置常规再沸器。四个塔的功能分别为脱重、脱重、脱轻、脱轻。

处理冷氢化料的精馏工艺, 以第二精馏塔至第五精馏塔压力依次升高为例, 其流程见图1, 操作过程为:原料S01进入第一精馏塔T01, 塔顶蒸汽S02经过冷凝器E01冷凝, 冷凝液S03进入回流罐V01, 冷凝液S04进入回流泵P01, 泵后液体按照一定的回流比, 一部分作为回流液S05返回第一精馏塔塔T01, 一部分采出进入第二精馏塔T02, 塔底采出液S07, 按照一定的比例, 一部分进入再沸器E02, 经再沸器加热汽化后气体S08返回第一精馏塔T01, 一部分作为重组分S09采出, 第一精馏塔中下部采出的四氯化硅S10送入氢化工序;第二精馏塔T02的塔顶蒸汽S11经过冷凝器E03冷凝, 冷凝液S12进入回流罐V02, 冷凝液S13进入回流泵P02, 泵后液体按照一定的回流比, 一部分作为回流液S14返回第二精馏塔塔T02, 一部分采出S15进入第三精馏塔, 塔底采出液S16, 按照一定的比例, 一部分进入冷凝再沸器E04, 经冷凝再沸器加热汽化后气体S17返回第二精馏塔T02, 一部分作为重组分采出S18;第三精馏塔T03的塔顶蒸汽S19进入冷凝再沸器E04的壳程加热介质入口, 经冷凝再沸器冷凝后的物料S20进入回流罐V03, 冷凝液S21进入回流泵P03, 泵后液体按照一定的回流比, 一部分作为回流液S22返回第三精馏塔塔T03, 一部分作为采出S23进入第四精馏塔T04, 塔底采出液S24, 按照一定的比例, 一部分进入冷凝再沸器E05, 经冷凝再沸器加热汽化后气体S25返回第三精馏塔T03, 一部分作为重组分S26采出;第四精馏塔T04的塔顶蒸汽S27进入冷凝再沸器E05的壳程加热介质入口, 经冷凝再沸器冷凝后的物料S28进入回流罐V04, 冷凝液S29进入回流泵P05, 泵后液体按照一定的回流比, 一部分作为回流液S30返回第四精馏塔塔T04, 一部分作为轻组分S31采出, 塔底采出液S32, 按照一定的比例, 一部分进入冷凝再沸器E06, 经冷凝再沸器加热汽化后气体S33返回第四精馏塔T04, 一部分作为中间产品采出S34进入第五精馏塔T05;第五精馏塔T05的塔顶蒸汽S36进入冷凝再沸器E06的壳程加热介质入口, 经冷凝再沸器冷凝后的物料S37进入回流罐V05, 冷凝液S38进入回流泵P06, 泵后液体按照一定的回流比, 一部分作为回流液S39返回第五精馏塔塔T05, 一部分作为轻组分S40采出, 塔底采出液S41, 按照一定的比例, 一部分进入再沸器E07, 经再沸器加热汽化后气体S42返回第五精馏塔T05, 一部分作为产品S43采出。

五个塔的回流进料比为1~10, 第一精馏塔压力为0.25~0.4MPa (绝压, 下同) , 第二精馏塔压力为0.2~0.4MPa, 第三精馏塔压力为0.2~0.6MPa, 第四精馏塔压力为0.4~0.8MPa, 第五精馏塔压力为0.8~1.0MPa, 冷凝再沸器中加热介质与冷却介质的平均温差为8~30℃。

塔内件确定:第一精馏塔可以除去氢化工序携带的高沸点杂质、粉尘等易引起塔堵塞的物料, 故第一精馏塔采用筛板塔[4], 且第一精馏塔属于三氯氢硅和四氯化硅的组分分离, 回流进料比可降至1, 能耗较低;而第二精馏塔、第三精馏塔、第四精馏塔和第五精馏塔的物料较洁净, 故可以采用高效填料, 在同样塔高的情况下, 可增加理论板数, 降低回流进料比[5], 降低第二精馏塔冷凝器和第五精馏塔再沸器的负荷, 能耗降低。

五个塔的功能分别为脱重、脱重、脱重、再脱轻、再脱轻, 根据生产经验, 重组分杂质脱除较轻组分杂质困难, 故脱重功能的塔较多, 进一步保证产品纯度;脱重功能的塔向下一级精馏塔进料时, 无需塔底泵, 第一精馏塔、第二精馏塔和第三精馏塔作为脱重塔, 可以节省设备投资, 减少塔底泵易汽蚀的问题。

二、冷氢化料低能耗精馏工艺的先进性

第一精馏塔脱重具有以下优点: (1) 冷氢化料的组分中四氯化硅含量为75~85%, 第一精馏塔侧线采出四氯化硅, 则第一精馏塔的塔顶采出量仅为冷氢化料的15~25%, 大大降低了后续四个塔的负荷, 则后续四个塔的设备规格减小, 同时降低了能耗; (2) 第一精馏塔侧线采出的四氯化硅纯度高达99%, 无需其它精馏塔即可满足氢化工序原料的纯度要求; (3) 第一精馏塔塔顶采出的氯硅烷中三氯氢硅含量超过95%, 第二精馏塔至第四精馏塔每个塔的塔顶塔底温差较小, 满足差压热耦合条件, 四塔连续差压热耦合, 冷热负荷降低70~80%。

四塔差压热耦合, 节能降耗。第二精馏塔至第五精馏塔四塔可以实现连续差压热耦合, 则第三精馏塔塔顶蒸汽冷凝至过冷状态所需的冷负荷与第二精馏塔塔釜液体汽化所需的热负荷相当;第四精馏塔塔顶蒸汽冷凝至过冷状态所需的冷负荷与第三精馏塔塔釜液体汽化所需的热负荷相当;第五精馏塔塔顶蒸汽冷凝至过冷状态所需的冷负荷与第四精馏塔塔釜液体汽化所需的热负荷相当。第二精馏塔、第三精馏塔、第四精馏塔塔釜无需外加热源, 热源负荷降低60%~80%。第二精馏塔、第三精馏塔、第四精馏塔和第五精馏塔塔顶蒸汽经冷凝再沸器冷凝后已完全过冷, 冷源负荷降低60%~80%。

取消辅助冷凝器, 降低设备配置难度, 扩大耦合改造范围。第二精馏塔塔顶蒸汽经冷凝再沸器冷凝后已完全冷凝或过冷, 无需再像传统差热耦合塔增加辅助冷凝器, 以便将再沸器后的冷凝物料进一步冷凝, 辅助冷凝器取消可以降低耦合塔的设备配置和管路配置难度, 扩大了差压热耦合塔的使用范围, 尤其是针对改造项目的塔组。以第二精馏塔为例, 在辅助冷凝器未取消时, 第二精馏塔塔顶蒸汽的流程为第二精馏塔T02→冷凝再沸器E02→辅助冷凝器→回流罐V02→回流泵P02, 当塔顶蒸汽经冷凝再沸器冷凝成饱和状态时, 为防止管路中不凝气存在, 要求管路中不能出现U型弯, 这就要求该系列设备高度逐步降低, 从而导致冷凝再沸器的安装位置较高, 第一精馏塔的塔釜高度较高, 这必然增加设备投资和土建风险, 而对改造项目, 由于受此限制而不能改造为耦合塔;当塔顶蒸汽经冷凝再沸器冷凝成过冷状态时, 设备配置和管路配置可不受上述限制。

热源综合利用:第二精馏塔、第三精馏塔、第四精馏塔和第五精馏塔的物料基本是含95%以上的三氯氢硅, 相较四氯化硅, 三氯氢硅沸点较低, 再沸器热源求不高, 可以充分利用还原工序还原炉内反应余热, 故所用热源为还原工序的冷源, 即高温热水 (150~130度) 。高温水在多晶硅工艺中还原工序中作为冷源, 经还原工序后高温水由130度升高到150度, 精馏塔塔正好采用还原工序出来的150度高温水作为热源, 经提纯后高温水又降为130度, 又回还原工序作为冷源。真正做到充分利用还原炉余热, 无需增加外来热源, 降低成本。

摘要：多晶硅系统中, 低温加压四氯化硅氢化技术中由于硅粉和催化剂的存在, 冷氢化料 (低温加压四氯化硅氢化技术处理后物料) 中杂质含量较高;而多晶硅产品的高纯度要求, 导致提纯能耗高。本文介绍了一种处理冷氢化料的低能耗精馏新工艺, 新工艺具有降低投资和节能降耗的先进性, 最大程度降低多晶硅成本。

关键词：多晶硅,差压,热耦合,节能,三氯氢硅

参考文献

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[4]周齐领, 张晓辉.电子级多晶硅生产中氯硅烷精馏工艺的设计和优化[J].化工设计, 2010, 20 (3) :11-13.

能耗处理 篇8

随着中国塑料工业的迅速发展, 市场对大型塑料模具钢, 尤其是P20钢的需求量日益增加。P20塑料模具钢的冶金生产工艺简便, 成材率高, 在预硬化硬度范围之内有较好的加工性能, 淬透性好, 可以使大截面的钢材获得均匀的硬度, 尤其是镜面抛光性能明显优于普通碳素钢和低合金钢, 可以广泛应用于制造大型塑料模具和高精度复杂型腔塑料模具[1]。传统热处理工艺是淬火/正火+回火, 这样不仅工序多, 同时也带来能源损失、工人劳动强度大等问题。因此, 在模具钢生产中采用控轧控冷+低温回火的工艺是很好的节能途径。在小试样实验的基础上, 对P20钢控轧控冷后直接回火的生产可行性进行了分析和研究。

1工艺试验对比

1.1实验材料及方法1.1.1实验材料

采用南京钢铁联合有限公司中板厂生产的P20钢, 其化学成分如表1所示。

1.1.2实验方法

相变点的测定采用热膨胀仪, 按照GB5056-1985测定钢的相变点, 加热速度为200℃/h, 实验测出的Ac1及Ac3分别为740, 800℃。

将热轧态试样进行不同温度淬火, 淬火温度为:820, 860, 900, 940℃, 保温时间为40 min。对淬火后的试样进行不同温度回火, 回火温度为:400, 500, 550, 600℃。为了模拟大生产中钢板热处理工艺及钢板性能, 还做了热轧态直接回火实验。将按照上述工艺处理后的试样制成金相试样, 用硝酸酒精腐蚀后在光学显微镜下进行组织观察, 并用洛氏硬度计测定各个试样的洛氏硬度。

1.2实验结果与讨论

1.2.1淬火温度对组织和硬度的影响

如图1所示为P20在不同淬火温度下的组织, 油淬组织为针状马氏体和残余奥氏体。随着淬火温度的升高, 晶粒逐渐粗化。820℃加热后油冷淬火, 马氏体上分布的黑色针状物为托氏体组织, 由于淬火冷速不足, 马氏体的针叶不明显, 工件的淬火温度偏于下限, 奥氏体的合金化不够充分, 淬火后马氏体连成一片, 呈灰白色。860℃加热淬火, 淬火马氏体中夹有羽毛状分布的上贝氏体, 主要是因为冷却速度不够快, 致使部分过冷奥氏体发生等温转变。在900℃加热淬火, 由于加热温度适当, 奥氏体合金化充分, 得到中等的针状马氏体组织, 马氏体有明显针状。

从表2可知, 在淬火温度小于900℃时, 随温度升高, 钢的硬度增加, 当淬火温度为820℃, 硬度值可达HRC50.6, 以后随着淬火温度的升高, 硬度值的变化趋于稳定。马氏体是淬火状态的P20钢的基体组织, 硬而脆, 在淬火工件中有很大的组织应力和热应力, 必须对淬火钢进行回火[3]。

1.2.2回火温度对淬火组织和硬度的影响

将在900℃油淬的试样进行不同温度的回火, 保温40min后, 制成金相试样进行组织观察。如图2所示为不同温度的回火组织。回火过程中, 随着回火温度的升高, 马氏体板条的尺寸逐渐增加, 析出了些弥散分布的小的碳化物颗粒, 在550℃ (如图2 (c) 所示) 有些碳化物颗粒开始长大。随着回火温度的升高, 板条的不断加宽是由于中碳钢淬火所得板条马氏体存在大量位错, 在回火过程中发生回复与再结晶;回复初期, 部分位错其中包括小角度晶界, 即板条界上的位错将通过滑移与攀移而相消, 使位错密度下降。部分板条界消失, 相邻板条合并成宽的板条, 剩下的位错将重新排列, 逐渐转化为胞块。在温度足够高时, 合金元素已具有足够的活动能力, 故有可能形成合金碳化物, 且随着温度升高, 已形成的碳化物会聚集长大[2]。

如表3所示为不同回火温度下的硬度, 可以看出, 随着温度升高, 回火硬度呈下降趋势。到550℃时下降速度加快。回火过程中的强化因素是第二相沉淀强化, 即回火过程中不断析出弥散细小的碳化物。回火过程中, 随着回火温度升高, 弥散析出的碳化物发生聚集长大, 碳化物数量减少, 且长大会与基体失去共格, 故强化效应减少。温度不断升高的回火过程中, 硬度呈下降趋势, 是由于软化因素始终大于强化因素所致。但软化因素在逐渐增强, 强化因素先增强再减弱, 550℃以后软化因素占更主要的地位, 故硬度较550℃以前下降更快[4]。

1.2.3回火温度对热轧组织和硬度的影响

将热轧态试样进行不同温度的回火, 制成金相试样进行组织观察。如图3所示为不同温度的回火组织, 由于采用轧后控制冷却得到贝氏体组织, 经低温回火后得到回火贝氏体。贝氏体回火后的碳化物比回火索氏体的尺寸要小, 这是由于贝氏体铁素体位错密度和碳含量均低, 而位错又是碳化物优先形核处和碳原子扩散的通道, 所示贝氏体铁素体中碳化物不易形成和长大[2]。

由表4可以看出, 粒状贝氏体回火温度对硬度的影响与马氏体回火温度对硬度的影响类似。粒状贝氏体回火过程中的强化因素、软化因素与马氏体相同。由于贝氏体铁素体中碳的过饱和度比马氏体小, 其析出温度比马氏体要高。且低温回火时, M/A岛的分解才刚刚开始, 铁素体基体在400℃以前没有明显的转变, 对硬度影响不大。故低温回火时, 硬度变化比较平缓。在400℃以后, 岛中马氏体分解, 及铁素体基体转变的软化因素占主要地位, 故硬度开始下降[2,5,7,8]。

2工业试制

工业生产中, 30mm的钢板上冷床后待表面温度降为400℃时下线。热轧态钢材截面硬度HRC36~38, 金相组织如图4 (a) 所示, 为贝氏体。经过低温回火后钢材截面硬度HRC33~34, 金相组织见图4 (b) 所示, 为回火贝氏体组织。采用正火轧制+低温回火工艺, 钢材截面硬度均匀, 满足模具钢的使用硬度要求, 冲击性能良好[7,9,10]。

3结论

(1) 在P20中添加微量的硼延长了铁素体相变孕育期, 抑制铁素体生成, 提高淬透性, 使厚板的截面硬度更加均匀, 具有很好的应用价值[6]。

(2) P20经过900℃淬火后, 在不同温度下回火过程中, 随着回火温度升高, 马氏体板条的尺寸逐渐增加, 析出了些弥散分布的小的碳化物颗粒, 在550℃时有些碳化物颗粒开始长大。随着温度升高, 回火硬度呈下降趋势, 到550℃时下降速度加快。

(3) 现场试制采用控轧控冷+低温回火工艺, 其组织为回火贝氏体组织, 在此状态具有良好的强韧性和足够的硬度, 洛氏硬度32~36之间。通过正火轧制代替离线正火, 可以为企业带来很大的经济效益和社会效益。

参考文献

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[7]陈千.预硬化P20塑料模具钢试制[J].特钢技术, 2001, 9 (1) :72—74.

[8]张兴锦, 吴会亮, 陈永南, 等.P20塑料模具钢预硬化热处理工艺的研究[J].宽厚板, 2015, (4) :35—38.

[9]张铁林, 空冷经济型P20塑料模具钢的热处理工艺及硬度研究[J].南方金属, 2013, (5) :18—20.

能耗处理 篇9

关键词：不锈钢退火酸洗线,NOx废气,SCR,GJ-HC型,低能耗

1引言

根据《2014中国环境状况公报》中统计的数据, 2014年全国氮氧化物排放总量约为2078.0×104t, 其中工业源为1404.8×104t[1], 贡献率达到了约68%。根据中国特钢企业协会不锈钢分会统计, 2006年起, 近十年来中国不锈钢粗钢产量及钢材产量已稳居世界第一;2014年不锈钢粗钢产量2169.2×104t, 同比增加270.8× 104t, 增长14.27%[2]。在不锈钢退火酸洗生产线的工艺设计上, 通常采用混酸 (氢氟酸和硝酸) 酸洗工艺, 具有酸洗速度快、酸洗效果好的优点, 而在酸洗过程中会产生大量高浓度的NOx废气, 由于该废气中NO2的含量较高, 一般表现为烟囱冒黄烟现象, 并对大气环境造成严重危害。随着不锈钢生产线的增长, 势必带来更多的NOx废气排放, 为保护大气环境、降低雾霾天气出现的频次, 必须寻找一种适宜的且责任主体企业可以接受的方法对NOx废气进行无害化处理。

2 SCR法处理NOx废气机理

目前, 国内外学者对工业排放NOx废气进行了几十年的理论研究及工程化技术应用, 归结来说常规烟气脱硝的技术大致可分为湿法和干法两类。湿法分别有采用水、酸、碱液吸收法, 氧化吸收法和吸收还原法等;干法有选择性非催化还原法 (selective non- catalytic reduction, SNCR) 、 选择性催化还原法 (selective catalytic reduction, SCR) 、 非选择性催化还原法 (non- selective catalytic reduction, NSCR) 、分子筛、活性炭吸附法、等离子法及联合脱硫脱硝法等[3,4,5]。由于湿法脱硝的效率相对较低 (介于30% ~70%) 、容易造成二次污染 (从气体污染转向水体污染) 、新环保标准越来越苛刻等多方面的原因, 造成了湿法脱硝工程化应用越来越少, 仅限于低浓度NOx的废气处理。工程上运用最多的烟气脱硝技术是干法中的SCR法及SNCR法[6,7,8]。SNCR法一般应用于850℃~1100℃的烟气直接脱硝, 受温度条件限制应用领域相对较窄。

SCR法是指在合适催化剂的作用下, 以NH3、CO或碳氧化合物等作为还原剂, “有选择性”地与废气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。其中NH3- SCR技术较为成熟可靠, 目前已在全球范围, 尤其是发达国家中得到广泛应用[9]。以NH3为例, 主要化学反应方程式如下:

通过选择合适的催化剂, 同时喷入还原剂NH3 (尿素、氨水、 氨气均可) , 上述反应可以在120℃~600℃的温度范围内进行。在反应过程中, NH3可以选择性地和NOx反应生成N2和H2O, 因此反应又被称为“选择性”[10]。

国内外常规不锈钢退火酸洗生产线酸洗工艺设计参数如下: 混酸酸洗段的酸液由100g/L~200g/L的硝酸 (HNO3) 和30g/L~ 60g/L的氢氟酸 (HF) 组成, 酸洗温度为40℃~65℃。所产生的酸性废气主要由硝酸和金属反应产生的氮氧化物, 一定量的HNO3和HF及其硝酸盐分混合的水蒸气和空气等不凝气组成。其废气中NOx浓度约在1000mg/m3~10000mg/m3, HF含量大约在100mg/m3~200mg/m3。对于其中的硝酸和氢氟酸主要是通过喷淋的方式进行吸收, 而对于其中的氮氧化物则主要通过SCR法进行去除[3]。

3 SCR法处理NOx废气工艺

对于SCR法处理不锈钢退火酸洗NOx废气工艺而言, 其核心为脱硝催化剂的选取和SCR反应装置的设计。2009年之前不锈钢退火酸洗NOx废气SCR法处理技术一直被欧洲国家垄断, 近年来国内已有公司成功开发出了酸洗NOx废气SCR处理设备及脱硝催化剂, 并已经成功应用于宝钢、太钢等国内大型不锈钢厂。

3.1脱硝催化剂的选取

借鉴于燃煤电厂的脱硝经验, 目前国内不锈钢退火酸洗线大多选用V2O5/Ti O2系催化剂进行NOx废气的SCR处理。但与燃煤电厂NOx废气的性质相比较而言, 不锈钢退火酸洗线废气具有温度及粉尘含量相对较低、NO/NO2比例较高、NOx浓度非常高的特点。因此本研究以某环保公司自主研发的GJ- HC型低温催化剂作为SCR装置的反应触媒, 该款脱硝催化剂以堇青石蜂窝陶瓷为载体、稀土元素为活性成分, 利用纳米组装和灌注的方法将金属盐注入介孔分子筛的孔道中制备了一种在低温状态下具有高效脱硝性能的复合型催化剂[11]。从表1可知, 与V2O5/Ti O2系催化剂相比, GJ- HC型催化剂的最佳反应温度降低了120℃, 反应后烟囱排气平均温度也降低了70℃, 从而一方面可以节省加热废气至催化反应温度所需的能源 (天然气或电加热) , 另一方面低温反应也在一定程度上降低了整套设备的维护保养频次和延长了其使用寿命。

3.2 SCR工艺流程设计

按照某不锈钢厂棒材混酸酸洗线提供的设计资料, 废气中氮氧化物浓度约为1000mg/m3~5000mg/m3, 标态风量约为20000Nm3/h, 通过理论计算低能耗SCR反应系统设计参数如下: 空速为5000h-1、催化反应温度为260℃, GJ- HC型催化剂用量为4.0m3, 烟囱出口NOx浓度低于150mg/m3, 即《轧钢工业大气污染物排放标准》GB28665- 2012中要求[13]。整套SCR反应系统以GJ- HC型催化剂为反应触媒, 以氨水作为还原剂, 工艺流程图如图1所示, 主体设备主要包括: (1) 填料洗涤塔, 用于去除大部分的HF和少部分的HNO3; (2) 前置预热器, 用于对废气进行预热, 防止低温废气在气气换热器内结露; (3) 气气换热器, 用于进出烟气的换热, 一方面升高进气温度, 另一方面降低排气温度; (4) 燃烧预热器, 将进气温度加热到反应温度; (5) 还原剂混合器, 将喷入的氨气与废气进行充分混合; (6) SCR反应器, 内置GJ- HC型催化剂, 混合废气进行选择性催化还原反应的场所。从工艺设计及场地布局来分析, 整体SCR反应系统具有反应温度低、占地面积小、节能环保效果显著等优势。

3.3节能效益理论计算分析

与V2O5/Ti O2系催化剂相比较, GJ- HC型催化剂在满足出口烟气NOx浓度达标的前提下, 节能优势非常明显。V2O5/Ti O2系催化剂SCR反应系统烟气出口温度为190℃, GJ- HC型催化剂SCR反应系统烟气出口温度为120℃。以某不锈钢厂棒材混酸酸洗线NOx废气烟气量20000Nm3/h为例, 可作如下计算:

Q:进入系统的风量, 为20000Nm3/h ;W:气体升温所需要的热量, kcal/h;ρ:标况下空气密度, 1.293 kg/m3;C:标况下空气的比热值, 0.24 kcal/kg;天然气的热值q为8600 kcal/Nm3。

按照以天然气为能源进行计算, 则每小时节约的天然气量为:

以天然气价格为3.50元/Nm3, 则每小时节约的费用为176.82元; 一年按照7000小时生产来计算, 则每年节约的费用为123.78万元。

3.4环境效益分析

在《国家危险废物名录》 (2008版) 中明确指出[14], 催化剂 (钒钛系) 属于危险废弃物, 在名录中位于412号, 会对环境造成二次污染;与钒钛系 (V2O5/Ti O2) 催化剂相比, GJ- HC型催化剂的活性成分为稀土元素, 不含有《国家危险废物名录》中的成分, 因此, GJ- HC型催化剂不属于危险废弃物, 从源头上控制了危险废弃物的产生, 有利于保护生态环境。

4结语

4.1不锈钢退火酸洗过程中产生大量的NOx废气, 选用合适的催化剂应用于SCR法进行处理可显著降低废气中NOx的浓度, 减轻其对环境的危害, 降低雾霾天气出现的频次。

4.2低能耗SCR法选用GJ- HC型催化剂作为反应触媒, 催化反应温度为260℃, 反应温度低、占地面积小、节能环保效果显著等优势, 且满足烟囱出口NOx浓度均低于150mg/m3的国家标准排放要求。

被动式低能耗建筑(零能耗建筑) 篇10

1 天棚柔和式微辐射系统

更为舒适的低温辐射采暖技术, 在混凝土楼板中埋放与建筑相同寿命, 免维护的PB管, 冬季注入温水, 通过楼板向整个房间均匀辐射加热, 结合独有的建筑围护结构系统, 提供20℃-26℃的舒适采暖。优点是无风感, 温度分布均匀, 无噪声, 蓄热能力强, 温、湿独立处理, 低温运行, 热效率高。

地源热泵:

地源热泵是利用地下浅层地热资源, 既能供热, 又能制冷的一种环保型空调系统。它的工作原理是利用埋在土壤里的水循环管道, 通过热泵机组的运转, 冬天把地下的热能“取”出来向室内供热。夏天把地下的冷“取”出来向室内供冷。如果“冷”“热”的程度达不到要求, 就用热泵机组“制冷”或“制热”, 以满足需求。

地源热泵技术特点:

环保:使用电力, 没有燃烧过程, 对周围环境无污染排放;不需使用冷却塔, 没有外挂机, 不向周围环境排热, 没有热岛效应, 没有噪音;不抽取地下水, 不破坏地下水资源。

一机三用:冬季供暖、夏季制冷以及全年提供生活热水。

使用寿命长:使用寿命20年以上, 是分体式或窗式空调器的2-4倍。

全电脑控制, 性能稳定, 可以电话遥控, 可以进行温湿度控制和新风配送。

地源热泵优点:

(1) 地源热泵技术属可再生能源利用技术

地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源 (通常小于400米深) 作为冷热源, 进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能 (Earth Energy) , 是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器, 收集了47%的太阳能量, 比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制, 真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源, 使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

(2) 地源热泵属经济有效的节能技术

地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定, 冬季比环境空气温度高, 夏季比环境空气温度低, 是很好的热泵热源和空调冷源, 这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%, 因此要节能和节省运行费用40%左右。另外, 地能温度较恒定的特性, 使得热泵机组运行更可靠、稳定, 也保证了系统的高效性和经济性。

(3) 地源热泵环境效益显著

地源热泵的污染物排放, 与空气源热泵相比, 相当于减少40%以上, 与电供暖相比, 相当于减少70%以上。该装置的运行没有任何污染, 可以建造在居民区内, 没有燃烧, 没有排烟, 也没有废弃物, 不需要堆放燃料废物的场地, 且不用远距离输送热量。

(4) 地源热泵一机多用, 应用范围广

地源热泵系统可供暖、空调, 还可供生活热水, 一机多用, 一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统;可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑, 更适合于别墅住宅的采暖、空调。

(5) 地源热泵空调系统维护费用低

在同等条件下, 采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。地源热泵非常耐用, 它的机械运动部件非常少, 所有的部件不是埋在地下便是安装在室内, 从而避免了室外的恶劣气候, 其地下部分可保证50年, 地上部分可保证30年, 因此地源热泵是免维护空调, 节省了维护费用, 使用户的投资在3年左右即可收回。此外, 机组使用寿命长, 均在15年以上;机组紧凑、节省空间;自动控制程度高, 可无人值守。

地源热泵缺点

当然, 象任何事物一样, 地源热泵也不是十全十美的, 如其应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响;一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同;采用地下水的利用方式, 会受到当地地下水资源的制约, 实际上地源热泵并不需要开采地下水, 所使用的地下水可全部回灌, 不会对水质产生污染。

2 地源制冷系统

夏季里通过深埋地下的双U管土壤换热器, 利用土壤浅层120米深范围内温度与自然环境温度之差相交换, 换取地下低温冷源, 利用天棚微辐射进行室内制冷, 同时将室内的热导入地下再次进行热交换, 使室内保持凉爽, 温度分布均匀, 无吹风感和噪音, 节能达40%-50%。

3 外围护优化系统

项目外窗用低辐射LOW-E玻璃, 内充氩气, 镀银膜, 降低热能的阻耗。外遮阳帘:外窗外侧设置金属外遮阳卷帘, 内部填充聚氨酯阻热材料, 有效阻挡太阳直接辐射和慢辐射, 遮阳率高达80%, 拉起方便, 自由调控室内光线, 还有防盗, 隔音, 保温等功能。外墙子系统, 外墙保温采用加厚聚乙烯板, 防止热桥出现, 制冷采暖能耗大大低于普通的传统住宅。

4 全置换式新风系统

陶瓷企业能耗计量的探讨 篇11

关键词 陶瓷企业，能耗，计量，主要用能部门，重点能耗设备

1前 言

陶瓷企业作为能耗大户，不仅能源消耗量大，而且能源消耗种类也多。一个年产2000万m2的陶瓷企业，一年可消耗各种能源折合标煤9万吨（每平方米瓷砖综合能耗以4.5kg标煤计[1]）。其消耗的能源种类可能包括煤、水煤浆、煤气、柴油、焦油、电等。同时能耗部门多，主要耗能设备数量较大。这不仅增加了计量的难度，同时对能源计量器具的管理和能源统计制度的建设也要求较高。从目前参与的几个陶瓷企业的能源审计结果来看，陶瓷企业的能源计量工作参差不齐，有的企业计量器具的配备率不到50%，能源统计制度的建设与国家标准相比，差距还较大。因此，作为陶瓷企业，在能源审计过程中应首先重视计量工作的重要性，提高计量器具的配备率，完善能源统计管理制度，以上都对促进企业节能降耗有着重要的作用。

2陶瓷企业用能概况

2.1 能耗概况

陶瓷企业的能源主要为煤、水煤浆、油和电，其中部分企业以煤和电为主，通过煤制气和水煤浆为企业提供能源，一般煤（含水煤浆）占总能耗（按标煤计算）的90%左右，电折合标煤量约占总能耗的9%左右；部分企业以油、水煤浆和电为主，其中油（含重油、柴油和燃料油）折标煤量约占总能耗的61%～75%，水煤浆折合标煤量约占总能耗的13%～30%,电折合标煤量约占总能耗的9%～15%。

陶瓷企业主要能耗部门为原料加工车间（球磨工序和喷雾干燥工序）和烧成车间（烧成工序），大概分别占总能耗的24%～35%和60%～70%。重点耗能工序为球磨工序、喷雾干燥工序和烧成工序，分别占总能耗的2%、21%、70%左右。

2.2 主要用能部门

陶瓷企业按照其生产流程划分，一般可将企业分为原料车间、成形车间、施釉车间、烧成车间、抛光磨边车间、制釉车间、动力车间和辅助生产部门。具体划分情况如表1。

按照各部门的能源消耗情况，根据《用能单位能源计量器具配备和管理通则》， 可将各部门分为主要次级用能单位和非主要次级用能单位，具体如表2所示。

2.3 主要用能设备

重点耗能设备是指一定时间内耗能量或总功率超过一定标准的耗能设备。对于重点耗能设备的确定，有利于了解企业主要耗能的部位，提高企业节能改造的针对性。

从表3可以看出，陶瓷厂各主要耗能设备基本都属于重点能耗设备，虽然部分设备的功率小于100kW，但是其整个机组的总功率一般都超过100kW。

3计量存在的问题

3.1对计量工作认识不足

许多企业的领导对计量工作有不正确的看法，对计量工作的意义认识不足。大多数人认为计量不会产生经济效益，也有的企业认为增加计量仪表和计量工作人员会增加成本，增大计量过程中的支出，还有的企业认为只需要知道消耗总量就行，不需要知道各个车间（或部门）的消耗情况。

企业对计量工作认识不足主要表现为：

（1）计量专业人员缺失

大多数企业为了节约成本，都没有设立专门的计量人员，大都是设备部门的员工兼职，因此很难做到计量数据统计的及时性和准确性。导致计量数据不能及时反应生产情况的变化，对生产能耗的系统分析缺乏对照性。

（2）计量仪表不完善

通过对企业进行能源审计发现，大多数企业的一级计量都比较完善，基本上可以做到100%，而二级计量和三级计量就参差不齐。大多数企业往往认为用多少并不重要，反正够用就行，只需要保存合理存储量。因此无法准确判断各部分准确的用量。以煤为例，企业都知道购入煤的数量，但很难知道用于煤气发生炉制作水煤气的煤用量是多少，用作水煤浆的煤是多少，因此很难了解煤气发生炉的转化率情况，因此也缺乏对煤气站的合理考核。

（3）计量器具维护不到位

大多数企业部分计量器具的精度存在较大偏差，并且存在计量器具维护不及时和没有定期校正等现象。计量器具维护不到位，不仅会导致计量数据的不准，而且会给企业提供错误的生产数据，难以做到真正指导企业生产的作用。例如，某些企业的水煤浆和燃料油所使用的流量计，几乎没有进行维护和校正，因此导致计量器具名存实亡的现象出现。

（4）数据统计不完善

计量数据统计不完善，主要表现为计量统计表设置不合理，计量周期难以与生产的变化相统一。因此造成计量数据对企业生产的变化缺乏指导意义。尤其是陶瓷企业，产品规格变化多样，而大多数企业都采用月度报表的形式，因此计量统计数据难以及时反映生产的变化情况。

3.2 计量系统布局不合理

由于大多数企业在发展过程中都不断扩大，用能体系也在不断地扩大，因此建厂时设计的计量系统就无法满足现有的生产要求。在实际生产中，由于用能体系的变化导致原有的计量体系的计量范围也发生了变化，原有的计量系统被破坏，因此导致计量数据不能反映企业各部门或各工序的实际用能情况和损耗情况，也无法准确判断企业各部门存在的能耗漏洞。以图1的示意图为例进行说明：

从上图可以看出，新增动力设备配电线路来源于B车间配电线路，而该设备又往往是给A车间或整个公司提供动力，因此在不增加新增动力设备计量电表的前提下，就无法准确统计B车间的实际用电情况,对于准确判断B车间的能耗和单耗偏差会较大。

3.3 对计量数据缺乏系统的分析

某些陶瓷企业对已获得的计量数据不会或者不善于分析，不能通过计量数据发现问题。完善的计量数据不仅能反映企业各部门能源消耗的数量，而且根据数据的变化情况可以发现企业能耗存在的问题。

3.4 计量设备不能满足要求

计量器具不能满足要求主要表现为：

（1） 计量器具精度不符合要求

计量器具的精度不够，容易造成计量误差，不仅影响企业准确判断实际的用能状况，而且容易对合理控制耗能设备的运行产生一定的偏差。

（2） 计量器具不能满足现有能源的需求

目前大多数陶瓷厂使用的水煤气都处于无计量状态，主要原因是市场上还没有针对水煤气的较为成熟的计量产品。

4如何开展能源计量工作

4.1计量器具的配备要求

4.1.1 计量器具的配备率要求

根据《用能单位能源计量器具配备和管理通则》，企业能源计量器具的配备率应满足表4的要求。

4.1.2 计量器具准确等级的要求

根据《用能单位能源计量器具配备和管理通则》，企业能源计量器具的准确度应满足表5的要求。

4.2 建立能源流程模型

企业应通过建立能流模型来熟悉企业的能源购入、存储、加工转换和使用等关键控制部位，通过对企业能流模型图的分析，明确合理的用能计量点，避免计量的重复和遗漏，一般企业的能流模型如图2所示。

以水煤气为例，说明水煤气的计量安装位置和作用，如图3。

从上图可以看出，这种计量方式可以清楚知道煤气发生炉的耗煤量和产气量，因此也可以计算出煤气发生炉的产气率，可以及时掌握煤气发生炉的运行情况，为煤气站的考核提供准确可靠的数据；对于各用气设备的计量，可以清楚地知道各用气设备的用气量情况，有利于提供准确的消耗数据，及时了解单耗的变化情况。

4.3 选择合适的计量器具

选择合适的计量器具是企业做好计量工作的基础，计量器具应满足计量精度和等级的要求。

4.4 计量器具的维护和校正

计量器具的维护主要包括计量器具的日常维护保养和定期校准工作。日常维护管理工作主要包括建立计量器具一览表，明确计量器具的相关参数、使用地点和状态等；建立计量器具档案，统一管理说明书、合格证、检定书、维护记录等。计量器具的校正包括一级校正和二级校正，一级校正工作一般由各地技术监督局负责。

4.5 计量数据的记录和统计

计量数据的记录主要与数据记录的时间和生产变化相结合。对于陶瓷企业而言，由于生产自动化程度较高、连续性强，因此应注意产品质量波动、设备故障频繁和产品规格发生变化等造成的计量数据变化。在日常生产过程中，除了规定的计量数据记录外，还应针对生产变化较大的时间段进行单独的数据记录，通过记录数据了解正常生产和非正常生产的能耗变化情况。 如图4即为某段时间内的单耗变化情况。

波峰和波谷的个数反映了生产变化周期的长短，而波峰或波谷离趋势线距离的大小，反映生产波动性的大小。从上图可以看出，处于A波动区和B波动区时间内单耗变化最大，因此可以通过A波峰时间段的生产情况来分析，找出单耗高的原因，同时也可以利用B波谷时间段的生产情况总结能耗低的原因。因此可以看出，记录时间的确定对指导生产具有重要意义。

4.6 计量数据的分析

通过对计量数据的系统分析，可以达到以下三个目的：

（1） 可以清楚能源是如何消耗的；

（2） 判断能源消耗是否合理；

（3） 如何控制不合理的消耗，或削减消耗。

以某陶瓷厂连续三个月各部门用电情况为例，如图5所示。

从图5可以清楚地知道各部门的电耗情况，通过对比分析，也可以发现某个部门的电耗变化情况。对于出现变化较大的情况，应分析这种变化是否合理。以损耗为例，从图中可以看出，公司电量损耗的比例正在增加，因此需进行分析，找出原因。通过对统计数据的分析，可以发现企业能耗存在的问题，也可以利用数据指导今后开展工作。

4.7 制定能耗定额考核

在做好前面几步工作后，企业可以根据计量统计所获得的数据，结合实际生产情况，考虑制定能耗定额。一般陶瓷企业的能耗定额可分为两个等级，即厂级和车间（部门）级。制定能耗定额考核一般需做好以下工作：

（1） 各部门根据自身情况，确定每年能源消耗考核的周期、次数；

（2） 实际用能量的计量和核算；

（3） 各部门对本部门的单位产品能耗进行统计和核算；

（4） 根据各部门的特点，选定适当的方法对定额完成情况进行考核和奖惩。

以电耗为例，各级考核指标如表6所示：

5小 结

能耗计量是陶瓷企业现代化生产和科学管理的重要基础，也是节能最基础的工作。同时计量也是企业能源审计的重要依据，没有计量就没有办法审计，没有计量也就无从谈节能。一个好的能源计量体系，不仅需要完整的计量器具的配备，还需公司领导的重视，需要制度的保障，需要提高员工的素质，需要建立成本控制和员工绩效考核体系。

参考文献

1 中华人民共和国国家标准.《用能单位能源计量器具配备和管理通则》（GB 17167-2006）

2 中华人民共和国国家标准.《企业能源平衡统计方法》（GB/T 16614-1996）

能耗处理 篇12

铝型材生产企业属能源成本占总运营成本比例较高的行业,并通常被列为各级政府重点能源消耗监控单位。为了保证熔铸生产稳定、经济地运行,对铝型材生产能耗进行实时监测以及能耗异常检测,是实现制造自动化和清洁生产的发展趋势[1,2]。此外,以机组、车间为单位对生产节能情况进行评估,可以有效地减少能源泄露、待机时间过长、参数不恰当等能耗异常现象[3,4,5]。

但目前大多数特种工业铝型材生产企仍停留在无数据—粗放式的能源管理阶段,只有总的能耗数据(月账单、年账单),对工艺及设施的能耗数据不了解。少数企业有基础的能耗数据,有安排员工进行人工抄表,并对抄表数据进行汇总、制表,有简单的抄表和电力监测系统,缺乏对海量数据进行统计、整理和分析。因此,面向生产过程的系统性有效的全面能源监控并将能耗数据进行反馈,动态指导生产调度等决策过程,也已成为铝型材生产企业数字化升级的重要需求之一。樊龙等提出一种基于MODBUS的智能电表数据采集传输系统,提高了数据采集传输的实时性和可靠性[6]。杨文人对基于能耗预测模型的能源管理系统进行了研究,建立了基于BP神经网络的能耗异常监测模型,并成功应用于轮胎硫化工序[7]。

此外目前采用的节能评估手段是采用未采用节能措施的单位产品的能耗与采用节能措施后的单位产品的能耗进行对比。然而这一方法存在严重的滞后性,随着生产时间的不同、机组工作人员的不同、生产产品的不同,这种评估方法会产生较大的误差。文献[7]利用BP神经网络根据当前生产参数进行能耗预测,与实际能耗值进行比较的节能评估方法,可以有效地避免数据的滞后性。

为此,该文提出一种铝型材熔铸实时能耗监测及能耗预测方法及系统,不仅可以实时地监测熔铸生产中的能耗数据,并可以根据能耗预测发现熔铸生产中的能耗异常现象。

2 系统结构组成

系统分为实时能耗监测及能耗预测两部分,实时能耗监测部分由硬件部分和数据采集部分组成,能耗预测部分由训练回归型支持向量机模块,预测能耗区间模块和评估节能效果模块三部分组成。

实时能耗数据采集部分如图1所示:硬件部分由数字仪表、采集服务器、网关机和监控服务器组成。底层数字仪表与交换机通过RS-485接口相连,使用ZIGBEE通讯协议进行数据通信,采集服务器与交换机相连,使用TCP/IP协议进行数据通信,各个交换机通过局域网与监控服务器相连。

数字仪表包括智能电表和智能天然气表,智能电表安装于熔铸机用电线路上,用于采集用电量、电压、电流、视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、频率等参数,该参数又分为A、B、C三相和汇总;智能天然气表:安装于辅助加热炉供热管道上,主要采集用量、温度、压力、流量等4个参数;

采集服务器:安装于车间,连接智能电表、智能天然气表和交换机之间,主要用于在网络设备中传输数据,实现数据双向透明传输;

网关机负责从各个设备控制系统采集数据,送到监控服务器中;同时充当管理网络与控制网络之间的网关。采集器与监控服务器之间的网络出现问题时,数据会先保存在网关机上,当故障网络恢复正常时,保存在网关机上的数据会自动上传到实时数据库服务器上,保证所采集数据的完整性。

监控服务器:用于接收和记录交换机传输的负载能耗数据以及运行回归型支持向量机方法;以回归型支持向量机算法计算单位产品能耗的预测值Xp;

软件部分有数据采集模块和服务器控制模块,数据采集模块运行于采集服务器,其工作内容是从监控服务器收到配置参数后,生成标准的数据命令帧,并发送给智能数字仪表,收到智能数字仪表返还的应答数据帧后,将数据帧中的内容打包为TCP/IP所用的数据包,通过网络接口转发到交换机网关中。节能评估模块运行于监控服务器,采用微软公司开发的软件开发平台VC++6.0进行开发,使用封装的Mscomm控件进行串口传输,并将硬件采集到的数据传输到上位机界面中实时显示以及存储到SQL数据库中。

3熔铸生产能耗预测

基于回归型支持向量机的熔铸异常能耗预测由三个模块组成:训练模型模块、预测能耗区间模块、评估节能效果模块。

训练模型模块用于训练基于回归型支持向量机的节能评估模型,如图2所示。以某铝型材制造企业熔铸车间为例,原始的能耗时间序列数据,包括日、月和年等不同时间维度的能耗数据已经由能耗监测系统预先存储于监控服务器的SQL数据库中。从监控服务器的SQL数据库中读取某一熔铸机组于2013.42013.8每生产1吨铝棒的耗电量和燃气量作为训练数据,输入数据x有熔铸质量、环境温度、熔铸温度、熔铸时间、操作工人工龄等,使用MATLAB训练基于回归型支持向量机的回归函数) ;根据回归函数计算该熔铸机组于2013.9所每熔铸1吨铝棒的耗电量和燃气量为373.74度/吨、36.68立方米/吨。

预测能耗区间模块,其特征在于使用统计分析方法计算单位产品能耗的置信区间。设单位生产铝棒的预测耗电量为X1, X2,…Xn服从样本分布( μ , σ2),和S2分别表示预测耗电量的样本均值和样本方差,则随机变量,对于给定的置信度,则预测耗电量的均值μ的置信区间为以某铝型材制造企业熔铸车间为例,2013.7月中5天的耗电量分别为345.24度/吨、343.82度/吨、354.05度/吨、346.44度/吨、353.26度/吨,则置信度为0.99的耗电量置信ˉ区间为:,则预测耗电量的置信区间为[348.56-9.77, 348.56+9.77]。

评估节能效果模块,其特征在于根据每熔铸1吨铝型材的能耗预测值Xp和每熔铸1吨铝型材能耗的实际值Xt,根据公式-计算所述单位产品的节能效果η。

4 系统测试及讨论

以某铝型材制造企业熔铸车间为例,从数据库中选取其2011.12012.9每生产1吨铝棒的耗电量为训练数据,结合软件MATLAB,训练基于回归型支持向量机的节能评估模型,数据如表1所示

根据训练好的回归型支持向量机模型去获取单位铝型材耗电量预测值。如图3所示,该企业2012年9月-2012年12月中每月的每生产1吨铝棒的耗电量的预测值分别为1100千瓦时、1083千瓦时、1055千瓦时和1092千瓦时。

最后根据每生产1吨铝棒的能耗预测值Xp和每熔铸1吨铝型材能耗的实际值Xt,根据公式计算所述单位产品的节能效果η。图4所示是置信度为99%的某熔铸机组日节能能效图,图中可以看出多个能耗异常情况。

5 结论及未来工作

本文针对铝型材熔铸过程能源使用较多,传统人工采集能耗数据频率低,采集速度慢等问题,提出了一种包括智能电表、智能天然气表、采集服务器、交换机以及监控服务器,智能电表和智能天然气表等构成的熔铸能耗监测和能耗预测系统,负载通过RS-485总线与采集服务器相连接,采集服务器将RS485串口转换为TCP/IP网络接口,实现RS-485串口到TCP/IP网络接口的数据双向透明传输,监控服务器实时监测负载能耗数据并记录不同负载的能耗数据,并用历史能耗数据以回归型支持向量机方法计算单位铝棒能耗的正常检测区间,还可以根据预测能耗数据与实际记录能耗数据进行比较,对熔铸生产进行节能评估。实验证明该系统不仅可以实时地采集车间内熔铸机组的能耗数据,还可以通过对历史能耗数据的分析,检测生产中的能源泄露、待机时间过长、生产参数不恰当等能耗异常现象。

摘要：针对铝型材生产过程中能耗较大,传统人工采集能耗数据频率低,采集速度慢等问题,该文提出一种铝型材熔铸炉生产实时能耗监测及能耗预测系统。该系统一方面使用基于zigbee协议的无线传输通讯方式将生产现场电表、燃气表与交换机相连接,并通过网络接口数据发送至服务器,实现对生产能耗数据的实时监测;另一方面采用回归型支持向量机对历史生产数据进行学习,得到预测能耗模型,用于对当前生产能耗数据预测,及时发现生产中的能源损失、生产参数不当等异常现象。