现代制造节能减排技术与企业能源管理高级研修班开班

/中国电器工业协会标准化与技术评价中心 尹航/

现代制造节能减排技术与企业能源管理高级研修班开班

/中国电器工业协会标准化与技术评价中心 尹航/

2015年8月3～7日，现代制造节能减排技术与企业能源管理高级研修班在河北省唐山市唐山宾馆举办。本次研修班由人力资源与社会保障部批准并全额资助，由中国机械工业联合会主办，中国机械工程学会、河北省机械工程学会承办。中国机械工业联合会李晓光处长、中国机械工程学会陈江老师、河北机械工程学会闫瑞祥秘书长以及来自企业、科研院所、协会等单位的技术人员总计70余人参加了此次培训。培训由陈江老师主持。李晓光处长首先介绍了此次培训的背景，并对参加培训的人员提出了纪律等方面的要求。闫瑞祥秘书长致欢迎词，并简要介绍了国家的节能减排政策以及河北省的节能减排工作情况。

培训主要包括以下三个部分内容。

一、机械装备能效检测与故障诊断——北京化工大学教授 杨国安

（一）机械装备能效监测势在必行

现代化流程工业生产设备大型化、复杂化，工艺过程自动化，连续化，设备投资巨大，设备与能耗物耗密切相关，非计划停产损失巨大。生产过程对设备的依赖程度越来越高，特别是过程工业，设备高效、安全、稳定、长周期运行至关重要。

我国装备产业存在的主要问题：装备技术含量质量低、能耗物耗和劳动力密集；依靠批量化降低成本，依靠规模换取利润；创新能力不足；耗能耗材高；回收再利用率较低等。其原因在于建设和设计问题、企业管理问题、政府导向和科技体制问题等。

（二）机械装备故障诊断

现代信息技术的发展使得网络化智能化与大数据分析成为潮流，数据处理向更为高级的知识处理转化，并用于优化决策。机械装备的信息采集在温度、压力、流量基础上增加了新的内容，如振动监测。

测振传感器可以测量振动位移、振动速度和振动加速度， 主要有电涡流传感器和压电式传感器两种形式。电涡流传感器是通过传感器的端部和被测对象之间间隔上的变化与输出电流或电压信号之间的关系，来测量物体振动参数的。电涡流式振动传感器主要用于振动位移的测量。压电式振动传感器是利用晶体的压电效应来完成振动丈量的，当被测物体的振动对压电式振动传感器形成压力后，晶体元件就会产生相应的电荷，电荷数即可换算为振动参数。速度传感器通过硬件或软件积分可以得到位移，加速度传感器通过一次积分可以得到振动速度，二次积分可以得到振动位移。

时域分析和频域分析：时域分析的对象是振动波形，是以时间轴为坐标表示动态信号的关系；频域分析是把信号变为以频率轴为坐标表示出来。一般来说，时域的表示较为形象与直观，频域分析则更为简练，剖析问题更为深刻和方便。时域分析相关的量值有波形及其特征数据，峰峰值、峰值、有效值、均值、歪度、峭度和波峰因子等，频域分析相关的量值有频谱及其特征数据，中心频率、均方根频率、频率标准差和频率集中度等，频谱与转速与时间的关系等。

（1）旋转机械

旋转机械主要包括汽轮机、燃气轮机、离心式压缩机、发电机、水泵和电动机等。由于结构及零部件设计加工、安装调试、维护检修等方面原因和运行操作方面的失误，使得机器在运行过程中会引起振动，振动类型有径向振动、轴向振动和扭转振动。

对旋转机械的振动信号进行时域、频谱及轴心轨迹的综合分析，分析出振动信号的主要时域部分、频域部分和轴心轨迹，可以得出各种故障。如轴系对中不良会使振动信号的倍频成分发生变化，特别是二倍频；碰膜会使时域波形发生较大变化。

（2）往复机械

往复式压缩机是使用最广的一类机器，结构复杂，运动零部件多，激励源多，易于发生故障。压缩机故障一般都是在设计、制造、安装和操作中产生的问题。发生故障的部位主要有三个部分：传递动力部分（曲轴、连杆、十字头以及活塞等）；气体的进出机器密封部分（气缸、进气和排气阀门、活塞环等）；辅助部分（冷却器、分离器以及管路等）。

反应故障状态的监测参数上可分为两大类：

一类故障表现在机器的热力参数变化，如机器的排气量变化，吸、排气压力变化，各部分温度变化以及油路、水路故障所表现出来的热力参数变化；

另一类故障征兆表现在机器的动力性能参数变化上，如压缩机主要零部件的缺陷、磨损、损坏和断裂故障所表现出来的机器振动和不正常声音，还有各种原因引起的管道振动。

（3）电动机

电动机可分为以下几类。

按工作方式：发电机、电动机、转换机和调相机。

按电流种类：直流电机和交流电机（同步电机和异步电机）。

按励磁方式：自动、它动、并励和复励。

故障类型主要有短路、短路和失磁三种。

电动机的检测内容包括电流（有效值、零序电流和接地电流）、温度（内部关键部位）、电压（运行电压）和振动。

振动的一次诊断测量方法主要有两种：一是定时、定点巡回监测，使用手持式测振仪或者数据采集器；二是远距离集中监测，使用固定安装的传感器或测振仪，连续记录信号并输出振动超限的报警信号。

二次诊断的目的是查清电机异常振动和振动值超限的原因，将记录的信号经过各种变换和处理，分析得到的振动幅值、频率成分和变换后的信号，与正常状态的参数比较，分析故障性质和成因。如果不能做出诊断结论，还需要进行追加调查，如增加测量项目、增加振动分析项目和改变运行条件等。

二、现代制造节能减排技术与企业能源管理——中国机械工程学会教授 杨申仲

（一）新时期节能减排的要求

（1）未来能源发展趋势：三变三不变

能源版图发生深刻变化：能源消费增长重心加速向发展中国家转移；油、气供应呈现出中东、亚洲、非洲等多点供应局面；随着全球供需形势变化，使用方有更多选择权。

世界能源格局依然不变：油气作为战略资源与国际政治经济矛盾交织格局没有改变；金融资本对石油价格波动影响力没有改变；发达国家能源科技的优势地位没有改变。

（2）能源使用严峻形势

目前，我国的能源供需矛盾突出，能源消费总量不断上升，人均消费量仍处于较低水平，煤电价格矛盾突出；能源结构仍以煤为主，优质能源比重逐年有所上升，工业用能居高不下；能源利用水平不高，万元GDP能耗与发达国家相比较高；能源环境急需改善，煤燃烧和机动车排放大量污染物。

（3）节能减排目标：“十二五”节能减排规划和中国制造2025

“十二五”节能减排规划（国发［2012］40号）给出了刚性约束指标（按2005年价格计算）：万元GDP能耗下降16%；化学需氧量排放总量下降8%；二氧化硫排放总量下降8%；氨氮排放总量下降10%；氮氧化物排放总量下降10%。

中国制造2025提出2020和2025绿色发展目标，目标有四点：

规模以上单位工业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%；

单位工业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%；

单位工业增加使用水量：2020年比2015年下降23%，2025年比2015年下降41%；

工业固体废物综合利用率：2013年为62%；2015年为65%；2020年为73%；2025年为79%。

（二）能源管理及节能减排体系建设

（1）推进工业转型升级

调整优化产业结构：抑制高耗能、高排放行业过快增长；淘汰落后产能，全面落实《产业结构调整指导目录（2011年本）》；促进传统产业优化升级。

两化融合做好工业转型：做好工业转型是当前经济发展的必然选择；推动战略新兴产业，促进先进制造业健康发展；发展现代服务业和现代信息技术产业。

数字化、智能化是工业发展核心：依靠技术创新实现历史性跨越；数字化、智能化是新工业革命的核心技术；向数字化、智能化集成发展。

（2）节能目标设定与规划

节能目标的内容包括：万元GDP能耗下降率；有害排放量下降目标；落后产能淘汰时间。

规划包括：两化融合做好节能减排规划；抓好节能减排项目，落实到车间、工段。节能减排是一个系统工程，贯穿设备的工艺设计、施工安装、设备调试、运行及维护、管理等全过程。

（3）节能减排管理体系

树立资源观点、全局观点、系统观点、效益观点和环境观点等五个基本点，做好能源计量、能耗定额、能源统计分析、教育培训以及考核等基础工作，划清体系，实现专人负责。操作中可参照《能源管理体系要求》（GB/T 23331—2009）。

（三）节能减排新机制、新思路、新方法

1）合同能源管理：由节能技术服务公司（EMC）提供节能项目的资金、技术和服务，企业以项目的节能效益返还EMC的投资和服务费用 。

2）能源需求侧管理（DSM）：电力（或煤炭、热力、水等）公司（供电方）采用市政、经济、技术措施，鼓励用户（需求方）采用各种有效的节能技术，改变电力、电量需求方式，在保持能源服务水平的情况下，共同降低（电）能源消费和用电负荷。

3）能源效率标识：能源效率标识是附在产品或产品最小包装上的一种信息标签用于表示用能产品的能源效率等级等性能指标，为用户和消费者的购买决策提供必要的信息，以引导用户和消费者选择高效节能的产品。

4）节能产品认证：节能产品认证和能效信息标识制度是提高能源利用效率、规范用能产品市场、减少资源消耗、保护环境的最有效的途径，已在世界范围内普及。

5）循环经济：循环经济的运行方式为“资源-产品-再生资源”，包括减量化、再利用和再循环等内容，为经济增长开辟了新的资源，有效减少环境污染物排放，提高经济效益。

6）清洁生产：不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术和设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。

（四）节能减排监督管理

（1）能源审计

三种类型的能源审计如下。

初步能源审计：一是掌握用能单位的总体基本情况，如供热、空调、照明以及用水等系统运行情况；二是对能源管理状况进行调查，查找管理上的薄弱环节；三是对能源统计数据审计分析，重点是主要耗能设备与系统的能耗指标分析，提出改进措施。

全面能源审计：对用能系统进行深入全面的分析与评价，进行用能单位的能源实物量平衡，对重点用能设备或系统进行节能分析，寻找可行的节能项目，提出节能技改方案，并对方案进行经济、技术、环境评价。

专项能源审计：针对重点能耗环节进一步进行封闭的测试计算和审计分析，查找出具体的浪费原因，提出具体的节能技改项目和措施，并对其进行定量的经济技术评价分析。

（2）节能监测

政府授权的节能监测机构，依据国家有关节约能源的法规（或行业、地方的规定）和技术标准，对能源利用状况进行监督、检验以及对浪费能源的行为提出处理意见等执法活动的总称。节能监测的依据有工业锅炉节能监测方法（GB/T 15317—2009）、工业电热设备节能监测方法（GB/T 15911—1995）等。

（3）设备节能减排诊断

对耗能设备进行热平衡、电平衡、水平衡和工业污染物排放的采样、测试、计算并出具报告，找出设备耗能和排放薄弱环节和障碍，提出更新或改造方案（报告），降低能耗和排放，提高企业和社会效益。

（4）节能评估

针对工程项目的具体情况，对工程项目的工艺、技术、设备、综合能耗、材料的下一级资源的综合利用情况等进行评估，避免盲目投资和低水平重复建设，并对存在的问题提出相应的整改措施。可采用标准对照法（对照相关节能法律法规、政策、行业及产业技术标准和规范等）、类比分析法（与行业领先能效水平的现有工程比较）和专家判断法（利用专家经验、知识和技能进行分析判断）。

（五）典型节能减排技术

（1）锅炉能耗等级考核及炉窑节能减排

锅炉水处理要求满足《锅炉水（介）质处理监督管理规则》（TSG G5001—2010）和《锅炉水（介）质处理检验规则》（TSG G5002—2010），促进锅炉安全、经济、节能、环保运行；节能减排方面满足《锅炉节能减排技术监督管理规程》（TSG G0002—2010）和《工业锅炉能效测试与评价规程》（TSG G0003—2010）；锅炉房能效等级要求如下表。

表 锅炉房能效等级要求

工业炉窑节能减排措施：改进燃烧装置，促进燃料完全燃烧；实现最佳运行调节；尽量回收利用余热；改进炉墙绝热保温，降低散热损失。

（2）保温技术

保温材料分为两类。

A级：一般使用无机材料，如岩棉、发泡水泥等，这些材料是无法燃烧的。

B级：一般是有机材料，如聚苯板、挤塑板、聚氨酯等。通过加阻燃剂，使之达到B1级——难燃； B2级——可燃；B3级——易燃。

公安部2011年颁布65号文件《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》规定：不允许非A级保温材料用于外墙保温。

管道散热量按下式计算

式中：q为单位时间1m长裸管表面散热量，kcal；d为管道外径，m；a为放热系数；tz为裸管表面温度；tw为周围空气温度。

工业炉窑开孔辐射热损失按下式计算。

式中：Q为辐射热损失量，kcal/h；Ft为开孔面积，m2；φ为开孔辐射系数（相当于完成黑体辐射系数）；T1为炉温，℃。

（3）绿色照明

通过采用高效节能电光源和高效电器附件及照明控制设备，达到降低照明负荷，节约照明用电，减少对环境的污染。

绿色照明具体措施：推广使用高效节能电光源；采用高效灯具；推广和应用高新技术产品；采用先进合理的照明设计。

在节能的同时，合理运用灯光色彩搭配对人的健康、心理、情感等都会产生积极的影响。

（4）润滑油添加剂应用

高性能油使设备运行寿命长，少维修，少磨损，达到节能和安全要求。润滑油添加剂具有极好的化学稳定性、优异的抗氧化性以及清净分散性，具体如下：

增加输出功率，节油达5%～20%；

清除积碳可增加32%，CO和CO2排放可减少30%；

降低噪声21%，降低油温18%；

减少磨损50%～80%；

延长更换周期1～1.5倍。

（5）变频调速技术

传统的控制流量手段主要是依靠阀门、调风门等节流装置，效率很低。变频调速是改变电机供电电源频率进行调速，主要由电压型、脉宽调制型、电流型和交-交变频器。

与发达国家相比，我国电机平均效率低3%～5%，电机拖动系统整机运行效率低10%～20%。

（6）水的使用及净化

人均拥水量在2000m3以下的，是缺水国家；人均拥水量在1000m3以下的，是严重缺水国家。我国是严重缺水国家之一。

由于部分行业粗放式经济增长，水环境每况愈下，污染严重虽然近两年国家下大力气狠抓水污染防治，但是水污染情况仍然不容乐观。

城市生活用水已占城市用水量的55%，做好城市生活节水具有重要意义。除使用节水型器具以外，积极建立和完善城市再生水利用体系，发展污水集中处理再生利用技术，推广再生水利用技术，不断提高再生水利用程度。

（7）主要污染物排放控制技术

烟气脱硫脱硝技术（下降8%）：碱法（CaCO3·CaO）副产品的利用价值不大，已经逐步采用镁法（MgO）。

化学需氧量控制（下降8%）：对化学需氧量较大的造纸、制糖、发酵、制药行业进行技术改造。

氨氧排放控制（下降10%）：氨肥、ADC发泡剂和稀土行业的技术改造。

氮氧化物排放控制（下降10%）：火电、水泥和机动车行业，加装高效脱硝装置，提高油品质量。

汞、铬、铅污染削减技术：高效汞回收技术，无汞氧化银技术，固态汞注入技术等；三价铬镀铬技术，无铬无氰电镀技术；新型铅蓄电池制造技术。

持久性有机污染物减排控制（POP）：主要是多氯联苯和滴滴涕。

汽车尾气减排控制：主要为CO、HC、NOx、铅等污染物，是产生光化学烟雾污染的来源之一，车用燃油标准与现实排放差距较大。

城市环境空气质量控制：PM2.5（2.5μm）来源主要是汽车燃油品质不高，燃烧不充分，扬尘和燃煤污染物。

三、企业实际案例

（一）企业能源管理思路与节能途径

——中钢集团邢台机械轧辊有限公司吴冠元

中钢集团邢台机械轧辊有限公司是国内第一家轧辊专业制造企业，世界产出规模最大、市场占有率最高，年能源消耗10万t标煤，其中电力和煤气占98%。

1）能源管理面临的主要问题：成本压力、缺少协同配合、统计模式落后、管理模式落后、自主创新与节能技术应用动力不足。

2）转变管理思路，调整管理措施：产出规模节能与结构节能相结合，管理节能与技术节能相结合，内部挖潜与开源借力相结合；节能手段向信息化、智能化转变，工序节能向系统节能转变，节能管理向节能降本转变。

3）管理节能的降耗途径：以对标管理推进管理“标准化”，以体系建设推进管理“规范化”，以信息技术推进管理“转型升级”，以绿色制造助推节能减排，以开源借力助推节能降本，仅通过能源指标抵押承包一项三年共实现能源成本降低6400万元。

4）技术节能的创新成效：建立完善的创新管理体系与科研课题管理体系，技术职务聘任与科研挂钩。应用技术包括：余热回收利用、蓄热式燃烧技术、富氧燃烧技术、差温处理技术等。

（二）钢铁企业烧结系统节能减排整体解决方案

——唐山重型装备集团有限责任公司谢晓丽

唐山重型装备集团有限责任公司主要生产钢铁企业用的烧结系统，该系统主要采用了以下新技术：

1）旋转电极式电除尘器；

2）镁法脱硫技术；

3）取热发电型环冷机配套双压余热锅炉；

4）销齿传动柔性驱动装置；

5）全密封环形皮带机。