GB27977-2011《水泥生產電能能效測試及計算方法》介紹

  摘要：GB16780—2007 《 水泥單位產品能源消耗限額 》已經對熱耗、電耗以及綜合能耗提出要求，目前熱能能效測試的內容已有標準進行規(guī)范，而電能能效的測試及計算還沒有統(tǒng)一的方法。本文對該標準的術語和內容進行簡單介紹和剖析。

  0 引 言

  目前，水泥生產企業(yè)對電能能耗的精細化管理越來越重視 ， 但現在的節(jié)能手段多是成立相應的節(jié)能部門 、 制定一定的規(guī)章制度以及能源消耗限額，是屬于比較松散的粗放的節(jié)能技術。只有充分考慮了供配電系統(tǒng)以及供配電系統(tǒng)中的用電設備運行情況，才能制定出科學的能耗限額。電能能效測試的目的，是要通過測試找出生產過程中電能利用不合理的環(huán)節(jié)及因素。 在考察各種主要電氣、工藝設備自身性能的基礎上,采用現場實測的方法，測得生產線及各工序的單位產品電耗，從而建立企業(yè)自身的對標基準。再用統(tǒng)計測試的方法測得較長時間段的單位產品電耗，與企業(yè)自身的對標基準或者同行業(yè)的國內、國外先進水平進行比較，進而對企業(yè)的水泥生產過程的電能能效水平做出適當的評價。

  GB16780—2007 《 水泥單位產品能源消耗限額 》已經對熱耗、電耗以及綜合能耗提出要求，目前熱能能效測試的內容已有標準進行規(guī)范，而電能能效的測試及計算還沒有統(tǒng)一的方法。

  為此， GB27977—2011 《水泥生產電能能效測試及計算方法》（ 以下簡稱《標準》）已于2010年12月30日通過水泥標準化委員會審查，于2011年12月30日發(fā)布，于2012年10月1日起實施。 本文將對該標準的術語和內容進行簡單介紹和剖析。

  1 《標準 》中有關電能能效的術語

  電能能效測試：對進入用能單位的電能消耗量和消耗對應電量所生產的產品的產量進行測定，并對各主要供配電設備和用電設備的運行狀況進行考核以確定電能利用效果的過程。 電能能效測試前應該明確該段工藝的邊界， 即用電體系的邊界。 各產品綜合電耗的定義及邊界范圍界定如下：

  原料綜合電耗： 在統(tǒng)計期或者測試期內生產每噸原料的綜合電力消耗。 包括原料生產各過程的電耗和生產該原料輔助過程的電耗， 是指處理單位產量的原料(如，石灰石、黏土、頁巖等)消耗的電量。 統(tǒng)計范圍為從原材料進入生產廠區(qū)開始， 到對應的原料進入各自的配料庫入口 (含庫頂收塵設備)。生料綜合電耗： 在統(tǒng)計期或者測試期內生產每噸生料的綜合電力消耗。

  包括生料生產各過程的電耗和生產生料輔助過程的電耗。 統(tǒng)計范圍為從原材料進入生產廠區(qū)開始 ， 到生料進入生料均化庫入口 (含庫頂收塵設備)。

  燃料綜合電耗： 在統(tǒng)計期或者測試期內生產每噸燃料的綜合電力消耗。 包括燃料生產各過程的電耗和生產燃料輔助過程的電耗。 統(tǒng)計范圍為從燃料進入生產廠區(qū)開始 ， 到燃料進入煤粉倉入口 (含倉頂收塵設備)。

  熟料綜合電耗和水泥綜合電耗： 沿承 GB16780—2007 的定義， 即從原燃材料入廠到對應的成品出廠的整個過程消耗的電量 。同理，在邊界劃分上沿承GB16780—2007 的規(guī)定， 分別為原燃材料進入生產廠區(qū)到對應的成品出廠。

  輔助生產用電 ： 在統(tǒng)計期或者測試期內 ， 一條水泥(熟料)生產線的輔助生產過程的電力消耗(包括電能在廠區(qū)內線路和變壓器上的損失、廠區(qū)照明用電、水泵站用電、空壓機用電、機修車間用電、中控室用電 、化驗室用電、辦公樓用電等)。

  在上述的各工序單位產品綜合電耗的統(tǒng)計范圍中，均應該根據一定的原則把輔助生產用電分攤到相應的工序中。在采用廢物作為替代原料時，處理廢物的用電量不計入綜合電耗的統(tǒng)計范圍。

  2  電能能效測試的內容

  根據《標準》中對電能能效的定義，電能能效測試的內容包括單位產品綜合電耗測試、供配電系統(tǒng)運行狀態(tài)檢測和用電系統(tǒng)運行狀態(tài)測試。

  2.1 單位產品綜合電耗測試

  根據 《標準 》中對“單位產品綜合電耗” 的定義可知，單位產品綜合電耗測試包含在產量測試和用電量測試中 。

  2.2 供配電系統(tǒng)運行狀態(tài)測試

  供配電系統(tǒng)主要包括變壓器和輸配電線路。在《標準》中，主要的監(jiān)測對象是變壓器。

  對供配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)測試 ， 應該首先根據測試目的明確監(jiān)測點 。一般意義上，監(jiān)測點主要包括總進線端(總降)、 各車間變電所和各低壓配電室。

  其次，檢測內容還包括：日負荷率、變壓器負載系數、功率因數。

  其中，日負荷率是指變壓器的日平均負荷與日最大負荷的比值，表征負荷的平穩(wěn)程度；

  變壓器負載系數是指變壓器輸出的平均視在功率與所測變壓器的額定容量的比值，表征了變壓器的實際利用率。

  功率因數表征了變壓器的實際可用容量，因為在水泥企業(yè)里變壓器的負載多為感性負載，所以在實際生產中變壓器總要輸送一定的無功功率為感性負荷建立勵磁磁場。 一個 1 000kVA 的變壓器如果功率因數只有0.80， 意味著這臺變壓器可輸送的有功功率只有800kW。 所以檢測變壓器的功率因數對檢測供配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)有著重要意義。

  2.3 用電設備測試

  在水泥(熟料)生產企業(yè)中，有功功率主要消耗在了異步電動機上。所以 ，對用電設備的運行狀態(tài)測試主要就是對三相異步電動機的運行狀態(tài)測試，檢測電動機是否為經濟運行。 而且由于在水泥生產企業(yè)中，電能主要消耗在了各工序的主要電動機上。所以用電設備的電能能效測試主要針對主要電動機。

  確定測試范圍后 ， 應針對選定的電動機進行實測，判斷其運行狀態(tài)是否為經濟運行。判斷的具體方法可參見 GB/T12497《三相異步電動機經濟運行》。 其中，較為簡單的方式是根據電動機的輸入功率或者輸入電流分別與額定輸入功率或者輸入電流的大小進行判定。當輸入功率或者輸入電流下降小于 15%時，該電動機為經濟運行狀態(tài)，在15%～35%時， 屬于允許使用范圍，大于35%時， 屬于不經濟運行。

  2.4 需要注意的問題

  水泥生產過程中單位產品的電耗，受各方面因素的影響，主要包括原料的物理性能(如易燒性、易磨性)、工藝流程、系統(tǒng)中各種電氣和工藝設備本身的效率，及系統(tǒng)中各種主要電氣、工藝設備的運行狀況。 僅靠測試系統(tǒng)總的電能消耗量和總產量計算所得的單位產品綜合能耗是無法科學評價水泥生產過程的電能能效水平的，還必須測試各生產環(huán)節(jié)(工序)的單位產品電耗，并監(jiān)測系統(tǒng)電能傳輸和電能轉換過程中設備的運行狀況，才能合理地評價系統(tǒng)電能利用的情況。

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  3 計算方法

  在 《標準》正文的第6章，給出了原料綜合電耗、生料綜合電耗、燃料綜合電耗和熟料綜合電耗的計算方法。 這樣可以給出原料處理工序、生料磨系統(tǒng)、煤粉制備系統(tǒng)的單位產品電耗，也可以準確計算出熟料和水泥的單位產品綜合電耗。 方便對這些數據進行橫向和縱向的比較，從而了解企業(yè)的某段工序在行業(yè)的水平， 方便及時發(fā)現并解決問題。

  本《標準》計算水泥(熟料)綜合電耗的思路為：

  1）首先界定幾個主要工序分段的范圍。其中，原料處理工序的范圍是從各原材料進入生產廠區(qū)開始，到原料進入各自原料配料庫入口 (含庫頂收塵設備)；生料磨系統(tǒng)的范圍是從原料出原料配料庫經生料磨粉磨后， 到生料入生料均化庫入口 (含庫頂收塵設備)；燃料制備工序的范圍是從燃料進入生產廠區(qū)開始經煤磨系統(tǒng)粉磨到煤粉進入煤粉倉； 熟料燒成系統(tǒng)是指從生料出生料均化庫(含庫底下料設備)經回轉窯燒成變成熟料后進入熟料庫(含庫頂收塵設備)； 水泥粉磨系統(tǒng)是指從熟料出熟料庫(含庫底下料設備)經水泥磨粉磨之后進入水泥庫， 包括處理石膏和混合材的用電量以及包裝發(fā)運電量。

  2）其次明確原料綜合電耗、生料綜合電耗、燃料綜合電耗、熟料綜合電耗和水泥綜合電耗的范圍。

  3）最后為單位產品綜合電耗的計算方法。

  ①計算出原料綜合電耗。 用電量為統(tǒng)計期或者測試期內原料處理工序的用電量加上相應的輔助生產用電量， 產量以入配料庫的產量為準；

  ②計算生料綜合電耗。 用電量為統(tǒng)計期或者測試期內生料磨系統(tǒng)用電量 、 制備相應產量的生料消耗的原料在原料處理工序中消耗的電量與應分攤的輔助生產用電量的和 ， 產量以出生料磨產量為準。

  ③計算燃料綜合電耗。 用電量為統(tǒng)計期或者測試期內煤磨系統(tǒng)用電量加上相應的輔助生產用電量，產量以出磨的成品計量為準。

  ④熟料綜合電耗，具體公式見《標準》。 用電量以統(tǒng)計期或者測試期內熟料燒成工序的用電量、 消耗的生料在前置工序的耗電量、 消耗的燃料在燃料制備過程中消耗的電量與本段工序應該分攤的輔助用電量的總和為基準。產量以出篦冷機的熟料質量為準，若無法計量可根據生料投料量進行推算。

  ⑤水泥綜合電耗，具體公式見GB16780—2007的規(guī)定。公式中的輔助生產用電應該為水泥粉磨系統(tǒng)分攤的輔助生產用電，不是全廠的輔助生產用電。

  本 《標準》沿承 GB16780—2007 中“可比綜合電耗”的概念，也沿承對水泥(熟料) 綜合電耗的修正系數。上述的“水泥綜合電耗”是針對單一品種單一標號水泥的概念，如果企業(yè)生產兩種或者兩種以上不同強度等級的水泥， 可根據不同強度等級的可比水泥綜合電耗和相應的水泥產量采用加權平均的方法計算出企業(yè)最終的可比水泥綜合電耗。

  4 關于本 《標準 》中部分問題的闡述

  4.1  關于 “窯尾廢氣處理系統(tǒng) ”

  用電邊界的劃分在大部分水泥(熟料)生產企業(yè)中，窯尾廢氣處理系統(tǒng)屬于生料制備系統(tǒng)和熟料燒成系統(tǒng)的共用設備。

  各生產線由于工藝設計的差異性， 兩部分管路系統(tǒng)阻力分布也有差異， 而且各地在各季節(jié)中原材料的含水率也不盡相同，所以窯尾廢氣處理系統(tǒng)的用電量很難用一個確定的比例進行分攤。 生料制備和燒成系統(tǒng)的運行時間不同步， 而窯尾廢氣處理系統(tǒng)和燒成系統(tǒng)的運行時間完全同步。 所以在本《標準》中，把窯尾廢氣處理系統(tǒng)用電量統(tǒng)計入燒成系統(tǒng)用電 。

  4.2 關于企業(yè)的電能供配電過程中的線損問題

  線路是一種電能傳輸設備，影響電能在線路上的損耗主要有3個因素，分別是線路阻抗、電流大小和線路的功率因數。

  線路的阻抗是所有輸配電線路的固有特性，主要受線徑和線路長度的影響 。一般情況下，線路在選型時線徑都留有足夠的安全系數，從電能損耗的角度上看是趨于減小電能損耗的。此時線路上的電能損耗是無法避免的，也是合理的。

  對于固定的線路，其所帶的負荷也是固定的，意味著正常生產時電流的波動也很小。 所以能夠減少線損的方法是盡可能提高線路的功率因數（見表1 ）。

  4.3 “主要電動機”的界定標準

  因為水泥生產企業(yè)的耗電設備眾多，在實際測試中應該抓住主要矛盾，即耗電大戶。為此，采用以下原則界定“主要電動機”（見表 2）。

  1)工藝上重要，屬于生產線上的關鍵設備；

  2)大容量；

  3)高負載率或長時間運轉；

  4)發(fā)生故障時不容易替換。

  4.4 輔助生產用電的相關問題

  由《標準》中對“輔助生產用電 ”的定義可知，輔助生產用電是指生產水泥的輔助過程消耗的電量。輔助生產用電屬于生產性用電，生活用電(職工宿舍、食堂等用電)不屬于輔助生產用電的范圍 ， 計算單位產品綜合電耗時應該計入相應的電量。

  對有共用生產環(huán)節(jié)(工序)的輔助生產用電應按共用生產環(huán)節(jié)處理物料的電能需求量加權分攤到各工序。 如電能從供電部門到企業(yè)總降壓站的輸電過程中產生的線損應該按照各工序用電量的比例進行分攤，機修車間用電應按照企業(yè)實際生產情況把機修車間用電分攤到各工序。

  4.5 電能能效測試時應該注意的問題

  1) 在生產中或者測試中使用的計量設備都應該經過檢定和校準， 有一定的精度等級。

  2)注意用電邊界的具體劃分， 在統(tǒng)計各工序的用電量時不能存在漏計或者交叉計量的情況。

  3) 現場測試法可選用生產線或者待測工序運行情況較好的時候， 統(tǒng)計測試法的統(tǒng)計期應滿一年。條件不滿足時,應盡可能把統(tǒng)計期拉長，以盡可能多地覆蓋會影響電能能效的因素。