纺织业设备效率及节能案例.docx
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纺织业设备效率及节能案例
纺织业设备效率及节能案例
(李政道、徐宗琦)
前言
本文主要收集国内纺织设备,进行分类及效率测试,比较其间之差异提供业界参考,另外,尚有探讨锅炉、空压机、冷冻主机节能方法,并以目前较热门之节能案例供纺织业界参考,俾能对行业节能有所助益。
一、纺织业节能设备分析
1.聚合设备:
主马达动力为700(设备容量15~30吨/日)~4,000HP(设备容量250~300吨/日)。
聚酯液产品用电量为130(设备容量250~300吨/日)~510度/吨(设备容量15~30吨/日),差异颇大,主要由于新技术提升所致。
建议除因生产特殊产品外,宜进行汰旧换新,使单位能源使用量有效降低。
2.汽电共生锅炉:
效率介于87~93﹪(采低发热值计算),容量为63T/H~500T/H,排气含氧量控制在2.5~6.2﹪,仍有改善空间。
有关各化纤厂操作数据,详见表1。
表1化纤厂汽电共生锅炉操作数据
厂商
代号
A1
A2
A3
A4
B
C1
C2
锅炉
容量
80Ton/h
110Ton/h
200Ton/h
350Ton/h
63Ton/h
70Ton/h
130Ton/h
排气含氧量
3﹪
3﹪
3.5﹪
2.5﹪
3.5~6.2﹪
3.6~4.5﹪
3.6~4.5﹪
锅炉
效率
88﹪
90﹪
91﹪
93﹪
87﹪
92﹪
92﹪
厂商
代号
D1
D2
D3
E
F1
F2
G
锅炉
容量
200Ton/h
350Ton/h
500Ton/h
110Ton/h
120Ton/h
500Ton/h
130Ton/h
排气含氧量
2.5~3﹪
2.5~3﹪
2.5~3﹪
4~6﹪
3.5
3.6
3.6
锅炉
效率
92﹪
92﹪
92﹪
91﹪
91﹪
93﹪
91.6﹪
资料来源:
百大实地能源查核
3.聚酯棉生产设备:
主马达动力为1,500(设备容量由30~50吨/日)~5,000HP(设备容量180~200吨/日)。
每吨聚酯棉产品用电量为170~650度/吨,差异颇大,非直纺的用电量约在500~650度/吨,直纺制程为170~450度/吨。
建议除非因生产特殊产品外,宜停用容量较小设备,使单位能源使用量有效降低。
4.聚酯丝生产设备:
主马达动力为1,000~3,500HP,设备容量由90~150吨/日。
聚酯丝产品用电量为550~1,600度/吨,差异颇大,非直纺的用电量约在1,100~1,600度/吨,直纺制程为550~1,300度/吨,与产品规格影响极大。
如生产300丹尼聚酯丝其重量约为150丹尼2倍,相对的单位产量的能源使用量约为150丹尼之50﹪。
5.热媒锅炉:
主要厂牌有KOUNS、利峰、智兴、申昌、伍一、产力、力根、惠大、大震、坚顺等,效率最高为90﹪(以低发热值计算),效率最低为70﹪,平均效率为83﹪;容量由60万千卡/小时~600万千卡/小时,平均容量为220万千卡/小时;排气含氧量控制在3~10﹪,排气温度有甚至达到290~450℃,建议风门要适当调整,加装废热回收设备(以装置空气预热器为佳,避免装置热交换器加热热媒油,因热媒油温度已有控制,温度不能太高),使热媒锅炉效率达88﹪以上。
6.空压机:
主要厂牌为JOY、INGERSOLL、ELLIOTT、ATLAS、SULLAIR、复盛等,主马达动力往复式由2HP至100HP,容量由0.2M3/分钟~10M3/分钟,螺旋式由30HP至300HP,容量由3.6M3/分钟~36M3/分钟,离心式由500HP至1,000HP,容量由60M3/分钟~120M3/分钟。
主马达效率都达90﹪以上,但容量太大时易造成空转,空转时能源为全载之70﹪。
一般而言,仪器用空气压力需求较高,约在6kg/cm2~7kg/cm2,制程上用空气压力则在1.5~11kg/cm2,空压机之压力设定以符合现场使用为原则,每降低1kg/cm2约可节约电力6﹪,空压设备单位用电量离心式及螺旋式介于0.09~0.13度/NM3,往复式介于0.13~1.17度/NM3。
7.冷冻主机:
冷冻主机占整厂用电由最低的染整业8﹪到最高的成衣业35﹪,平均为23﹪,除动力用电外,属冷冻空调用电最大,因此,冷冻主机效率对单位产品能源用量影响极大。
冷冻主机厂牌有TRANE、CARRIER、MCQUAY、西屋、国友等,其中大型机组主要使用离心式及螺旋式,效率较高,在采用适当容量下,效率可达0.55~0.7度/RT,而旧机种介于0.8~1.3度/RT,加权平均为0.73度/RT,仍有20﹪之节能潜力。
8.清花机:
主要厂牌为太平、三明、明正、OHARA、TRUTZSCHLER、HERGETH等,人造棉清花机比棉花清花机较省电,因棉花中含沙、杂质量较多,处理程序较多,其用电比约1:
1.2~1.6。
清花机电力容量由34kW~225kW,产量250kg/H~1500kg/H,国内生产清花机设备用电由34~146kW,而国外由86.5~225kW,较国内高出10~20﹪,但自动化程度较高;而旧设备比新设备耗能高出5~10﹪。
9.梳棉机:
主要厂牌为RIETER、MEIKIN、丰田、MARZOLI、HOWA、NITTO等,其电力有4.5kW~8.18kW。
其中双钖林机台与单钖林机台用电比为4:
3,但速度为2:
1,且品质较佳,目前已有多家厂商改用双钖林机台,至于人造棉机台与棉花机台用电比为1.2:
2,以人造棉较省电。
日本双钖林机台耗电约6度/小时,单钖林约4.5度/小时,而欧美约1.3~9.8kW不等。
10.并条机:
主要厂牌为RIETER、丰田、CHERRY、INGO、Vouk等,其电力容量由4.85kW~9.9kW。
国内五年内进口日本机台电力容量4.85~6.4kW,欧美机台电力容量5.5~7.2kW,较日本进口机台耗电。
11.粗纺机:
主要厂牌为丰田、HOWA、MARZOLI、TOTODY、ZINSER等,其生产锭数以120锭居多,使用电力由12.9~23.9kW。
12.精纺机:
国内精纺机大都为480锭、960锭及1000锭,其中480锭之厂牌有PLATT、RUETER、UBGESTADE、RYW、HOWA、OM、丰田、INGO、BBC、伟乐、WHITIH、TOYODA、三明等,其电力容量由16.5~23kW。
960锭~1000锭厂牌有ZINSER、HOWA、MARZOLI、三菱、COGNETEX等,其电力容量由40~54.5kW;由于精纺机生产不同纱支数其用电量差异极大,因此都以30支纱为换算标准进行比较。
13.筒子机:
可分为全自动及半自动两种,全自动型因自动化程度较高用电量较高。
全自动使用电力容量由24~35kW,而半自动型由11.3~22kW。
主要有村田、SAV、SCHLATHFFT、MURATA、FADIIS、HURATA、MUNATA等厂牌。
14.空气精纺机:
主要有RIETER、喜来福、INGO、SCHLAFHORST、芮特、ROTOR、SPIN等厂牌,OE精纺机使用锭数有160~360锭,每日每锭的产量约16磅,至于其电力容量有36~97kW。
15.假捻机:
主要有MURATA、RS、BARMAG、CS、三菱、SCRAGG、FUJI、RPR等厂牌。
其电力容量由200~260kW,其产量分别有250~300kg/时,使用锭数以188锭居多。
16.合捻机:
主要有东芝、村田、ISHIKAKW等厂牌、数量并不多,锭数多在100锭上下。
其使用电力大多在10~15kW之间。
17.复捻机:
主要有意大利RPR、MURATA、RATTI等厂牌,锭子数多在96锭上下。
其电力容量由21.6~26.1kW。
18.强捻机:
主要有村田、RPR、SM等厂牌,日产量约在340公斤,其电力容量在2~30kW。
19.织布机:
主要有TSUDVKOM、SULZER、PICANOL、SOMET、丰田、津田驹等厂牌。
主马达动力介于1.8~6.5kW。
每码用电量介于0.2~1.1kW,其差异主要为使用喷气式织布机用电量为0.9~1.1度/码,喷水织用电量为0.2~0.6度/码,喷气式织布机生产速度约为一般织布机1.6~1.8倍。
20.整经机:
主要厂牌有TSUDAKOMA、TOYOTA、KAKINOKI、KAWAMOTO、MAYER、BENNINGER、LIBA、鑫江、大雅、骅鑫等,其主马达介于4~80HP,生产速度介于400~800M/分钟。
21.浆纱机:
主要有KAWAMOTO、TSUDKOWA、KAKINOKI、SUCKER、ZELL、KSH、KSJH、永利、津田、骅鑫等厂牌。
主马力介于15~190kW,每小时产量为18~53千公尺。
22.染色机:
主要有亚矶、昆南、KRANTE、东武、小野森、友森、统盈、东庚、德国THEN、合同、HIRANO、京都、凯郁、HISAKA等厂牌。
其中容量为50kg者,马力为5HP;容量为100kg者,马力有10~30HP;容量150kg者,马力为20HP;容量300kg者,马力为25~32HP;容量400kg者,马力有25~45HP;容量500kg者,马力数有30~65HP;容量600kg者,马力数有40~58HP;容量1,000kg者,马力数有60~90HP;容量2,500kg者,马力数92HP。
23.定型机:
主要有ARTOS、力根、乘福、MONFORTS、WAKAYAMA、BRUCKNER、和歌山、KRANTZ、东阳、TEXTIMA、富士等厂牌,容量以8~10节最多,每小时处理以100~500kg最多,电力容量由15~230HP。
24.烘干机:
主要有宏享、东阳、祝祥、立信、小野森、力根、乘福、台染等厂牌,容量以每分钟50公尺~100公尺为最多,或每小时500~1,000kg,其电力容量由50~300HP。
二、节能方法
(一)蒸汽锅炉
1.排气温度
锅炉传热面积设计不良、燃烧机选用不当等造成热传效果不佳,排气温度每上升22℃,将降低效率约0.8-1﹪。
排气温度过高可加装空气预热器或节热器回收热能,提高锅炉效率。
降低排气温度对策如下:
(1)定期清洗水侧或火侧管壁污塞。
(2)使用适当燃料,避免过量。
(3)避免使用高硫份燃料造成低温腐蚀问题。
(4)定期清洗热交换器表面污塞。
(5)提高传热面积。
2.排气含氧量
风门控制不当,造成排气含氧量过高,每增加2﹪,约降低锅炉效率0.7~1﹪。
(1)过剩空气量对锅炉效率的影响
%CO2
%过剩空气
%效率
效率差
实际减少效率
14.0
10
84.8
-
7.5
100
78.5
6.3%
7.5%
6.0
140
75
9.8%
11.6%
(2)各种燃料之过剩空气量
燃料
%过量空气
天然气
10
柴油
12
燃油NO.6
15
(3)过剩空气对燃烧产物中之CO2的影响
%过剩空气
燃料
0
10
20
40
60
80
100
天然气%CO2
12.0
10.7
9.8
8.3
7.2
6.3
5.7
丙烷%CO2
14.0
12.6
11.5
9.8
8.5
7.5
6.7
丁烷%CO2
14.3
12.9
11.7
10.0
8.6
7.6
6.8
蒸馏油%CO2
15.2
13.8
12.6
10.7
9.3
8.2
7.4
残渣油%CO2
15.6
14.1
12.9
11.0
9.6
8.5
7.6
烟煤%CO2
18.4
16.7
15.3
13.0
11.4
10.1
9.0
无烟煤%CO2
19.8
18.0
16.5
14.1
12.4
11.0
10.0
(4)烟气中之氧百分率
过量空气%
燃料
1
5
10
20
50
100
200
天然气
0.25
1.18
2.23
4.04
7.83
11.4
14.7
丙烷
0.23
1.08
2.06
3.76
7.38.
10.9
14.3
NO.2燃油
0.22
1.06
2.02
3.67
7.29
10.8
14.2
NO.6燃油
0.22
1.06
2.01
3.67
7.26
10.8
14.2
(5)CO控制在150~250ppm内,太高将造成不完全燃烧,将影响效率。
3.减少锅炉排放
改善水处理以控制给水水质最有效果,汽电厂水质控制标准有下列三种:
(1)给水检测标准
项目
标准值
1.ph值
8.5~9.5
2.硅土含量(SiO2)
0.015PPM以下
3.残联氨
10~20PPB
4.导电率
5
5.M碱度
5PPM以下
(2)锅炉水检测标准
项目
标准值
1.ph值
8.5~9.5
8.8~9.5
2.硅土含量(SiO2)
0.3PPM以下
200PPB以下
3.磷酸盐
0.5~3PPM
2~5PPM
4.导电率
20
50以下
5.M碱度
30PPM以下
-
6.P碱度
10PPM以下
-
7.铁份及含铜量
-
-
(3)冷凝水检测标准
项目
标准值
1.ph值
8.5~9.5
2.硅土含量(SiO2)
0.015PPM以下
3.导电率
5
4.M碱度
5PPM以下
注:
一般锅炉厂只有检验PH值居多。
4.适当操作多台锅炉
(1)效率最好的锅炉应最常使用,而不操作负载低和性能差的锅炉。
(2)对特定需要,依据效率和负载排定操作锅炉,并且考虑购用小锅炉。
(3)可依每一锅炉效率与负载的关系选择锅炉,分析蒸汽最高需求量,依锅炉及工厂操作,调整每一锅炉操作在最高效率。
5.减少蒸汽泄漏
(1)管线之蒸汽泄漏量
孔径(吋)
损失蒸汽
(公吨/月)
总值(元/年)
1/2
380
190,000
7/16
290
145,000
3/8
217
108,500
5/16
148
74,000
1/4
96
48,000
3/16
53
26,500
1/8
24
12,000
注:
蒸汽压力7kg/cm2每公吨蒸汽500元;每年运转8,000小时
(2)在不同蒸汽压力下
蒸汽系统
各种泄漏口之损失率(kg/hr)
压力kg/cm2
1/16in
1/8in
1/4in
1/2in
1in
7
8.00
33.00
132.00
528
2,111
14
15.50
62.00
247.00
1,441
-
28
30.00
119.00
476.00
-
-
56
62.00
248.00
-
-
-
6.锅炉效率标准(低发热值):
锅炉能源效率标准(92年7月1日起施行)
种类
容量(公吨/小时)
能源效率标准(%)
备注
水管式
燃油锅炉
≧30
92.5
标准适用范围及计算方式:
1.本效率标准适用于以燃油或燃气为燃料之蒸汽锅炉,不适用于贯流式锅炉。
2.效率标准依国家标准(CNS2141)之热损失法计算,并依燃料低热值计算涵盖废热回收装置之锅炉全载时之能源效率。
<30
≧10
91
<10
≧5
89.5
<5
88.5
水管式
燃气锅炉
≧30
93.5
<30
≧10
92.5
<10
≧5
91.5
<5
90.5
烟管式
燃油锅炉
≧30
90
<30
≧10
89
<10
≧5
88
<5
87
烟管式
燃气锅炉
≧30
92
<30
≧10
91
<10
≧5
90
<5
89
资料出处:
经济部公告,90.9.12。
(二)空压机
1.空压机运转成本分析
(1)能源成本70~80﹪
(2)购置费用10~20﹪
(3)维修保养5~10﹪
建议选购效率高之空压机可有效节省运转成本。
2.压缩空气能源费用分析
(1)泄漏25﹪
(2)假性需求15﹪
(3)制程用60﹪
建议平常要进行泄漏侦测及空压管路形成环路,避免压降。
3.每降低设定压力1kg/cm2,约可节能5%~7%=增加排气量8%;每2psig压力降,将造成1%空压耗能损失。
建议空压机选用适当容量及产生适当空气压力
4.空压机进气温度每增加10℃,实际排气量减少2%~4%。
夏冬季大气温度差30℃,以每小时20万立方米空气需求量而言,约有1,600kW的差异,冬季比夏季少用10﹪电力。
空气量(万立方公尺/时)
注:
原空压机容量为17,500kW
5.避免空压机设备于低负载运转
(1)螺旋式空压机在75%容量时,耗电95%;25%容量时,耗电85%,空车时耗电40%。
(2)离心式空压机空车时耗电50~70%。
6.仪用空气-40℃以下之压力露点是极端浪费的(一般压力露点约设定在使用环境温度-10℃即可),使用露点控制器,有效控制无热吸附式干燥机之吹泄耗气量;无热吸附式干燥机,约每10分钟,需14%~17%的PurgeAir,每3~5年需更换吸附剂乙次;建议采用无气式,可节省电力之消耗。
7.架设能实时提供各空压机运转状态(重车、空车、停机等)及空重车运转比例的控制系统,并收集压缩空气系统的运转数据做为改善与调整的依据,约可较无装置控制系统省能25﹪。
8.厂用与仪用压缩空气品质要求不同,应分别配置管路。
(1)一般厂用压缩空气品质要求不高,不需干燥,采用过滤器即可满足要求。
(2)以压缩空气控制或作动仪表设备,需要高品质的干燥压缩空气,以免阻塞及露水形成,造成误动作及腐蚀精密仪器。
(三)空调系统
1.选用高效率冷冻主机
冰水主机主要分为三种型式,分别为往复式、螺旋式、离心式,其比较详见表2及表3所示。
表2螺旋式压缩机与往复式压缩机之比较
比较项目
螺旋压缩机
往复式压缩机
压缩原理
旋转容积式
往复容积式
压缩形态
炮速旋转式3,550RPM,容量变化极大20TR~1,000RT,美日各国仍继续开发小型及更大型。
低速旋转式普通在1,760RPM,容量小3RT~250RT,常用吨位仅达100RT。
冷媒吐出
温度
吐出温度低,大约在70~80℃间。
吐出温度应在100~120℃间,必须冷冻油渗有碳化抑止添加物。
间隙损失
无间隙,不发生损失。
必须保有最小的间隙,损失无法避免。
效率
在高压缩或容积效率降低很少。
在高压缩比情况下容积效率降低极多。
容量调整
无段容量变化10%~100%:
在部份负荷(PartLoad)运转下总能源耗损较少。
阶段式容量变化:
如100%,75%,50%,100%,66%,33%。
磨擦部位
除轴承外,无磨擦部位,无磨损。
活塞及汽缸,活塞肘梢,连杠及曲柄轴,曲柄轴之轴承等等皆有磨擦,故磨损在所难免。
阀片
无阀片装置,无故障,信赖性高。
有吸入,吐出阀片,易生磨损产生漏气。
液压缩
几乎没有液压缩之可能,可安全运转,无爆炸之顾虑。
小量之液压缩引起阀片之破损,活塞环之磨损,严重的造成曲炳轴,连杠断裂,甚至产生汽缸阀板破裂而爆炸。
吐出气体
之脉冲
跟冷媒气体在管内流动是相同故无脉冲。
吐出气体有阵阵的脉冲。
振动
属旋转运动,振动极少。
属上下往复运动振动极大。
噪音
高周波,噪音不易隔离。
低周波,噪音大。
起动转矩
属旋转压缩,起动转矩小。
属上下往复压缩,起动转矩大。
售后服务
磨损少,维护费用低,20,000小时运转后方需维护,维护费用高。
磨损大,维护费用高,300小时运转后需保养,修护费用低。
冷媒
R-12,R-22,R-502,R-717,R-290,R-1250及任何碳氢或碳卤化合物之冷媒均可。
R-12,R-22,R-500,R-502,R-13,R-717,R-290,R-1250及任何碳氢或碳卤化合物之冷媒均可。
表3离心式压缩机与双螺旋式及单螺旋式压缩机之比较
比较项目
离心式压缩机
双螺旋式压缩机
单螺旋式压缩机
压缩原理
利用叶轮高速旋转产生离心力将冷媒高速排出。
利双螺旋互相咬合产生压缩将冷媒推出。
利单螺旋及星状齿轮产生压缩将冷媒推出。
压缩形态
高速旋转3,550RPM~30,000RPM,50RT~10,000RT容量范围不断有新式机型出现。
低速旋转3,550RPM无变速齿轮容量范围20RT~1,000RT,欧美日各国尚在开发中。
无变速齿轮,容量范围300RT~1,000RT。
油体滑
系统
具有油泵、油箱、油冷却器等等,油仅润滑齿,轴承控制等,油泵大约1.1kw左右,油泵在起动前后运转中皆需运转操作,油量少。
油系统较为复杂,并有油分离器,不仅润滑轴承尚需润滑螺旋汽缸内用油较大,油泵大约5.5kw,油泵在起动前后运转皆操作。
油系统较简单,不需润滑螺旋,故起动后不必操作油泵。
效率
效率高0.9~0.62kw/RT,经济效溢350RT以上,吨位越大越节省能源。
效率低0.8~1.0kw/RT,较适合冷冻系统,吨位越大越消耗能源。
效率高0.5kw/RT,较适合于各种冷冻空调大型系统,目前尚属新开发。
容量调整
利用冰水出水温控制导流翼之开度,改变冷媒进气量之多寡,20%~100%,低于40%时易产生涌浪现象。
利用冰水出水温控制卸载拉杆阀(SlideValue),改变冷媒旁路量之多寡10%~100%较稳定。
同左。
排气装置
R-11系统装有特殊个别之排气系统,R-12不需。
不需此装置。
不需此装置。
冷媒
R-11,R-112,R-113,R-114空调R-22,R-502,NH3用于低温。
R-12,R-22,R-502空调R-22NH3低温。
R-22,NH3空调,冷冻。
振动
运转平稳,低负荷易产生涌浪震动。
运转平稳。
运转平稳。
噪音
频率高尖锐,易隔音。
频率低,低沉、不易隔音。
噪音比双螺旋低0.8db。
起动转矩
起动转矩大起动时间20秒。
起动转矩小,6秒左右。
同左。
售后服务
磨损少,每年需定期检查,30,000~50,000小时方需大保养,技术人员多。
磨损少,每年需定期检查,20,000小时方需大保养,技术人员尚待特训练。
磨损少,20,000小时后方需检查,50,000~60,000小时方需大保养。
体积
体形较大。
体形小。
体形小。
其它
1.可用在气冷式(外气温高)。
2.重量轻。
3.低负荷运转稳定。
2.冰水主机运转负载与效率之关系
由上图可知:
负载
输入功率(kw)
负载/输入
100%
100%
1
90%
87%
1.03
80%
74%
1.08
70%
64%
1.09
60%
54%
1.11
50%
45%
1.11
40%
37%
1.02
30%
30%
1
20%
24%
0.83
10%
20%
0.5
3.各型冰水主机冰水温度对性能系数之
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