GB27977-2011《水泥生產(chǎn)電能能效測(cè)試及計(jì)算方法》介紹

  摘要：GB16780—2007 《 水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額 》已經(jīng)對(duì)熱耗、電耗以及綜合能耗提出要求，目前熱能能效測(cè)試的內(nèi)容已有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，而電能能效的測(cè)試及計(jì)算還沒(méi)有統(tǒng)一的方法。本文對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語(yǔ)和內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹和剖析。

  0 引 言

  目前，水泥生產(chǎn)企業(yè)對(duì)電能能耗的精細(xì)化管理越來(lái)越重視 ， 但現(xiàn)在的節(jié)能手段多是成立相應(yīng)的節(jié)能部門(mén) 、 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(shù)。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(shè)備運(yùn)行情況，才能制定出科學(xué)的能耗限額。電能能效測(cè)試的目的，是要通過(guò)測(cè)試找出生產(chǎn)過(guò)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(shè)備自身性能的基礎(chǔ)上,采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法，測(cè)得生產(chǎn)線及各工序的單位產(chǎn)品電耗，從而建立企業(yè)自身的對(duì)標(biāo)基準(zhǔn)。再用統(tǒng)計(jì)測(cè)試的方法測(cè)得較長(zhǎng)時(shí)間段的單位產(chǎn)品電耗，與企業(yè)自身的對(duì)標(biāo)基準(zhǔn)或者同行業(yè)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外先進(jìn)水平進(jìn)行比較，進(jìn)而對(duì)企業(yè)的水泥生產(chǎn)過(guò)程的電能能效水平做出適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)。

  GB16780—2007 《 水泥單位產(chǎn)品能源消耗限額 》已經(jīng)對(duì)熱耗、電耗以及綜合能耗提出要求，目前熱能能效測(cè)試的內(nèi)容已有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，而電能能效的測(cè)試及計(jì)算還沒(méi)有統(tǒng)一的方法。

  為此， GB27977—2011 《水泥生產(chǎn)電能能效測(cè)試及計(jì)算方法》（ 以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）已于2010年12月30日通過(guò)水泥標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)審查，于2011年12月30日發(fā)布，于2012年10月1日起實(shí)施。 本文將對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語(yǔ)和內(nèi)容進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹和剖析。

  1 《標(biāo)準(zhǔn) 》中有關(guān)電能能效的術(shù)語(yǔ)

  電能能效測(cè)試：對(duì)進(jìn)入用能單位的電能消耗量和消耗對(duì)應(yīng)電量所生產(chǎn)的產(chǎn)品的產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)各主要供配電設(shè)備和用電設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行考核以確定電能利用效果的過(guò)程。 電能能效測(cè)試前應(yīng)該明確該段工藝的邊界， 即用電體系的邊界。 各產(chǎn)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(jì)期或者測(cè)試期內(nèi)生產(chǎn)每噸原料的綜合電力消耗。 包括原料生產(chǎn)各過(guò)程的電耗和生產(chǎn)該原料輔助過(guò)程的電耗， 是指處理單位產(chǎn)量的原料(如，石灰石、黏土、頁(yè)巖等)消耗的電量。 統(tǒng)計(jì)范圍為從原材料進(jìn)入生產(chǎn)廠區(qū)開(kāi)始， 到對(duì)應(yīng)的原料進(jìn)入各自的配料庫(kù)入口 (含庫(kù)頂收塵設(shè)備)。生料綜合電耗： 在統(tǒng)計(jì)期或者測(cè)試期內(nèi)生產(chǎn)每噸生料的綜合電力消耗。

  包括生料生產(chǎn)各過(guò)程的電耗和生產(chǎn)生料輔助過(guò)程的電耗。 統(tǒng)計(jì)范圍為從原材料進(jìn)入生產(chǎn)廠區(qū)開(kāi)始 ， 到生料進(jìn)入生料均化庫(kù)入口 (含庫(kù)頂收塵設(shè)備)。

  燃料綜合電耗： 在統(tǒng)計(jì)期或者測(cè)試期內(nèi)生產(chǎn)每噸燃料的綜合電力消耗。 包括燃料生產(chǎn)各過(guò)程的電耗和生產(chǎn)燃料輔助過(guò)程的電耗。 統(tǒng)計(jì)范圍為從燃料進(jìn)入生產(chǎn)廠區(qū)開(kāi)始 ， 到燃料進(jìn)入煤粉倉(cāng)入口 (含倉(cāng)頂收塵設(shè)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(duì)應(yīng)的成品出廠的整個(gè)過(guò)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(jìn)入生產(chǎn)廠區(qū)到對(duì)應(yīng)的成品出廠。

  輔助生產(chǎn)用電 ： 在統(tǒng)計(jì)期或者測(cè)試期內(nèi) ， 一條水泥(熟料)生產(chǎn)線的輔助生產(chǎn)過(guò)程的電力消耗(包括電能在廠區(qū)內(nèi)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(jī)用電、機(jī)修車間用電、中控室用電 、化驗(yàn)室用電、辦公樓用電等)。

  在上述的各工序單位產(chǎn)品綜合電耗的統(tǒng)計(jì)范圍中，均應(yīng)該根據(jù)一定的原則把輔助生產(chǎn)用電分?jǐn)偟较鄳?yīng)的工序中。在采用廢物作為替代原料時(shí)，處理廢物的用電量不計(jì)入綜合電耗的統(tǒng)計(jì)范圍。

  2  電能能效測(cè)試的內(nèi)容

  根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)電能能效的定義，電能能效測(cè)試的內(nèi)容包括單位產(chǎn)品綜合電耗測(cè)試、供配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)和用電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試。

  2.1 單位產(chǎn)品綜合電耗測(cè)試

  根據(jù) 《標(biāo)準(zhǔn) 》中對(duì)“單位產(chǎn)品綜合電耗” 的定義可知，單位產(chǎn)品綜合電耗測(cè)試包含在產(chǎn)量測(cè)試和用電量測(cè)試中 。

  2.2 供配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試

  供配電系統(tǒng)主要包括變壓器和輸配電線路。在《標(biāo)準(zhǔn)》中，主要的監(jiān)測(cè)對(duì)象是變壓器。

  對(duì)供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試 ， 應(yīng)該首先根據(jù)測(cè)試目的明確監(jiān)測(cè)點(diǎn) 。一般意義上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要包括總進(jìn)線端(總降)、 各車間變電所和各低壓配電室。

  其次，檢測(cè)內(nèi)容還包括：日負(fù)荷率、變壓器負(fù)載系數(shù)、功率因數(shù)。

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

  變壓器負(fù)載系數(shù)是指變壓器輸出的平均視在功率與所測(cè)變壓器的額定容量的比值，表征了變壓器的實(shí)際利用率。

  功率因數(shù)表征了變壓器的實(shí)際可用容量，因?yàn)樵谒嗥髽I(yè)里變壓器的負(fù)載多為感性負(fù)載，所以在實(shí)際生產(chǎn)中變壓器總要輸送一定的無(wú)功功率為感性負(fù)荷建立勵(lì)磁磁場(chǎng)。 一個(gè) 1 000kVA 的變壓器如果功率因數(shù)只有0.80， 意味著這臺(tái)變壓器可輸送的有功功率只有800kW。 所以檢測(cè)變壓器的功率因數(shù)對(duì)檢測(cè)供配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)有著重要意義。

  2.3 用電設(shè)備測(cè)試

  在水泥(熟料)生產(chǎn)企業(yè)中，有功功率主要消耗在了異步電動(dòng)機(jī)上。所以 ，對(duì)用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試主要就是對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)測(cè)試，檢測(cè)電動(dòng)機(jī)是否為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 而且由于在水泥生產(chǎn)企業(yè)中，電能主要消耗在了各工序的主要電動(dòng)機(jī)上。所以用電設(shè)備的電能能效測(cè)試主要針對(duì)主要電動(dòng)機(jī)。

  確定測(cè)試范圍后 ， 應(yīng)針對(duì)選定的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行實(shí)測(cè)，判斷其運(yùn)行狀態(tài)是否為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。判斷的具體方法可參見(jiàn) GB/T12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》。 其中，較為簡(jiǎn)單的方式是根據(jù)電動(dòng)機(jī)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(jìn)行判定。當(dāng)輸入功率或者輸入電流下降小于 15%時(shí)，該電動(dòng)機(jī)為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，在15%～35%時(shí)， 屬于允許使用范圍，大于35%時(shí)， 屬于不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

  2.4 需要注意的問(wèn)題

  水泥生產(chǎn)過(guò)程中單位產(chǎn)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(shè)備本身的效率，及系統(tǒng)中各種主要電氣、工藝設(shè)備的運(yùn)行狀況。 僅靠測(cè)試系統(tǒng)總的電能消耗量和總產(chǎn)量計(jì)算所得的單位產(chǎn)品綜合能耗是無(wú)法科學(xué)評(píng)價(jià)水泥生產(chǎn)過(guò)程的電能能效水平的，還必須測(cè)試各生產(chǎn)環(huán)節(jié)(工序)的單位產(chǎn)品電耗，并監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電能傳輸和電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中設(shè)備的運(yùn)行狀況，才能合理地評(píng)價(jià)系統(tǒng)電能利用的情況。

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  3 計(jì)算方法

  在 《標(biāo)準(zhǔn)》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(jì)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(chǎn)品電耗，也可以準(zhǔn)確計(jì)算出熟料和水泥的單位產(chǎn)品綜合電耗。 方便對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

  本《標(biāo)準(zhǔn)》計(jì)算水泥(熟料)綜合電耗的思路為：

  1）首先界定幾個(gè)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(jìn)入生產(chǎn)廠區(qū)開(kāi)始，到原料進(jìn)入各自原料配料庫(kù)入口 (含庫(kù)頂收塵設(shè)備)；生料磨系統(tǒng)的范圍是從原料出原料配料庫(kù)經(jīng)生料磨粉磨后， 到生料入生料均化庫(kù)入口 (含庫(kù)頂收塵設(shè)備)；燃料制備工序的范圍是從燃料進(jìn)入生產(chǎn)廠區(qū)開(kāi)始經(jīng)煤磨系統(tǒng)粉磨到煤粉進(jìn)入煤粉倉(cāng)； 熟料燒成系統(tǒng)是指從生料出生料均化庫(kù)(含庫(kù)底下料設(shè)備)經(jīng)回轉(zhuǎn)窯燒成變成熟料后進(jìn)入熟料庫(kù)(含庫(kù)頂收塵設(shè)備)； 水泥粉磨系統(tǒng)是指從熟料出熟料庫(kù)(含庫(kù)底下料設(shè)備)經(jīng)水泥磨粉磨之后進(jìn)入水泥庫(kù)， 包括處理石膏和混合材的用電量以及包裝發(fā)運(yùn)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(chǎn)品綜合電耗的計(jì)算方法。

  ①計(jì)算出原料綜合電耗。 用電量為統(tǒng)計(jì)期或者測(cè)試期內(nèi)原料處理工序的用電量加上相應(yīng)的輔助生產(chǎn)用電量， 產(chǎn)量以入配料庫(kù)的產(chǎn)量為準(zhǔn)；

  ②計(jì)算生料綜合電耗。 用電量為統(tǒng)計(jì)期或者測(cè)試期內(nèi)生料磨系統(tǒng)用電量 、 制備相應(yīng)產(chǎn)量的生料消耗的原料在原料處理工序中消耗的電量與應(yīng)分?jǐn)偟妮o助生產(chǎn)用電量的和 ， 產(chǎn)量以出生料磨產(chǎn)量為準(zhǔn)。

  ③計(jì)算燃料綜合電耗。 用電量為統(tǒng)計(jì)期或者測(cè)試期內(nèi)煤磨系統(tǒng)用電量加上相應(yīng)的輔助生產(chǎn)用電量，產(chǎn)量以出磨的成品計(jì)量為準(zhǔn)。

  ④熟料綜合電耗，具體公式見(jiàn)《標(biāo)準(zhǔn)》。 用電量以統(tǒng)計(jì)期或者測(cè)試期內(nèi)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(guò)程中消耗的電量與本段工序應(yīng)該分?jǐn)偟妮o助用電量的總和為基準(zhǔn)。產(chǎn)量以出篦冷機(jī)的熟料質(zhì)量為準(zhǔn)，若無(wú)法計(jì)量可根據(jù)生料投料量進(jìn)行推算。

  ⑤水泥綜合電耗，具體公式見(jiàn)GB16780—2007的規(guī)定。公式中的輔助生產(chǎn)用電應(yīng)該為水泥粉磨系統(tǒng)分?jǐn)偟妮o助生產(chǎn)用電，不是全廠的輔助生產(chǎn)用電。

  本 《標(biāo)準(zhǔn)》沿承 GB16780—2007 中“可比綜合電耗”的概念，也沿承對(duì)水泥(熟料) 綜合電耗的修正系數(shù)。上述的“水泥綜合電耗”是針對(duì)單一品種單一標(biāo)號(hào)水泥的概念，如果企業(yè)生產(chǎn)兩種或者兩種以上不同強(qiáng)度等級(jí)的水泥， 可根據(jù)不同強(qiáng)度等級(jí)的可比水泥綜合電耗和相應(yīng)的水泥產(chǎn)量采用加權(quán)平均的方法計(jì)算出企業(yè)最終的可比水泥綜合電耗。

  4 關(guān)于本 《標(biāo)準(zhǔn) 》中部分問(wèn)題的闡述

  4.1  關(guān)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(chǎn)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(shè)備。

  各生產(chǎn)線由于工藝設(shè)計(jì)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(gè)確定的比例進(jìn)行分?jǐn)偂?生料制備和燒成系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間不同步， 而窯尾廢氣處理系統(tǒng)和燒成系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間完全同步。 所以在本《標(biāo)準(zhǔn)》中，把窯尾廢氣處理系統(tǒng)用電量統(tǒng)計(jì)入燒成系統(tǒng)用電 。

  4.2 關(guān)于企業(yè)的電能供配電過(guò)程中的線損問(wèn)題

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

  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(zhǎng)度的影響 。一般情況下，線路在選型時(shí)線徑都留有足夠的安全系數(shù)，從電能損耗的角度上看是趨于減小電能損耗的。此時(shí)線路上的電能損耗是無(wú)法避免的，也是合理的。

  對(duì)于固定的線路，其所帶的負(fù)荷也是固定的，意味著正常生產(chǎn)時(shí)電流的波動(dòng)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(shù)（見(jiàn)表1 ）。

  4.3 “主要電動(dòng)機(jī)”的界定標(biāo)準(zhǔn)

  因?yàn)樗嗌a(chǎn)企業(yè)的耗電設(shè)備眾多，在實(shí)際測(cè)試中應(yīng)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(dòng)機(jī)”（見(jiàn)表 2）。

  1)工藝上重要，屬于生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備；

  2)大容量；

  3)高負(fù)載率或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)；

  4)發(fā)生故障時(shí)不容易替換。

  4.4 輔助生產(chǎn)用電的相關(guān)問(wèn)題

  由《標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)“輔助生產(chǎn)用電 ”的定義可知，輔助生產(chǎn)用電是指生產(chǎn)水泥的輔助過(guò)程消耗的電量。輔助生產(chǎn)用電屬于生產(chǎn)性用電，生活用電(職工宿舍、食堂等用電)不屬于輔助生產(chǎn)用電的范圍 ， 計(jì)算單位產(chǎn)品綜合電耗時(shí)應(yīng)該計(jì)入相應(yīng)的電量。

  對(duì)有共用生產(chǎn)環(huán)節(jié)(工序)的輔助生產(chǎn)用電應(yīng)按共用生產(chǎn)環(huán)節(jié)處理物料的電能需求量加權(quán)分?jǐn)偟礁鞴ば颉?如電能從供電部門(mén)到企業(yè)總降壓站的輸電過(guò)程中產(chǎn)生的線損應(yīng)該按照各工序用電量的比例進(jìn)行分?jǐn)偅瑱C(jī)修車間用電應(yīng)按照企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況把機(jī)修車間用電分?jǐn)偟礁鞴ば颉?

  4.5 電能能效測(cè)試時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題

  1) 在生產(chǎn)中或者測(cè)試中使用的計(jì)量設(shè)備都應(yīng)該經(jīng)過(guò)檢定和校準(zhǔn)， 有一定的精度等級(jí)。

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

  3) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試法可選用生產(chǎn)線或者待測(cè)工序運(yùn)行情況較好的時(shí)候， 統(tǒng)計(jì)測(cè)試法的統(tǒng)計(jì)期應(yīng)滿一年。條件不滿足時(shí),應(yīng)盡可能把統(tǒng)計(jì)期拉長(zhǎng)，以盡可能多地覆蓋會(huì)影響電能能效的因素。