卷烟工业企业公用工程系统运行能效指标研究与应用

　　摘要：空调系统、蒸汽锅炉系统和除尘系统是卷烟工业企业公用工程系统的主要能源消耗系统，国家、行业标准对以上系统制定了一些系统能效指标，卷烟企业的三级能耗定额管理也有相应的系统能效指标，但是这些指标均存在一定的问题。按照能效指标制定的原则，指出了现有能效指标的优缺点，提出了适用于运行阶段评价的系统能效指标。

　　关键词：卷烟行业;公用工程系统;空调系统;蒸汽锅炉系统;除尘系统;系统能效;运行效率

　　0引言

　　卷烟工业企业初步建立了能源管理制度，形成了能源管理考评机制，如三级能耗定额管理体系、能耗对标与绩效考核制度等。其中三级能耗定额管理体系可以分为企业级、车间(或部门)级和设备级。企业级即综合能耗定额，根据卷烟行业标准YC280—2008《烟草工业企业能源消耗》，常见的能耗指标有单位产量综合能耗、单位产量生产能耗和单位产值综合能耗。车间级能耗定额按照卷包车间、制丝车间和动力车间划分，比如卷包车间的能耗定额有单箱卷烟耗电、耗压缩空气、耗柴油等;设备级能耗即为动力车间中主要设备的能耗，通常通过能效比来表达设备能耗的效率，常见的有锅炉电汽比、气汽比、水汽比、制冷机能效比。在取得了一定工作成绩的同时，也还存在一定的问题，其中突出的是能耗考核指标不够科学完善，多数指标适用范围有限，且缺乏可比性[1]。

　　本文主要针对动力车间三级能耗定额管理中空调系统、锅炉系统和除尘系统的能效进行研究与梳理，分析各个能效指标的优点与不足，针对尚不能满足目前使用需求的能效指标提出改善建议，以完善三级能耗定额管理的能效指标。

　　1公用工程系统主要设备类型

　　卷烟企业的公用工程系统主要包含空调系统、供暖加湿系统、照明系统、空压系统、除尘系统、真空系统、给排水系统及其他系统，其中空调、供暖加湿和除尘系统是公用工程系统中主要的能源消耗系统。以某公司下辖8个企业(A～H)为例，其中A～F为卷烟生产企业，G为烟草薄片生产企业，H为滤嘴棒生产加工企业。空调系统的主要设备为离心式冷水机组，供暖加湿系统的主要设备为燃气蒸汽锅炉，除尘系统的主要设备为袋式除尘器。

　　2国家和行业标准采用的系统能效指标

　　目前，国家和行业对于卷烟行业使用的空调冷源系统和锅炉系统的能效有一些标准规范，对除尘系统目前尚没有规范。

　　2.1空调冷源系统能效

　　GB51245—2017《工业建筑节能设计统一标准》在设计阶段对空调冷源系统的效率采用空调系统冷源综合制冷性能系数(SCOP)进行衡量。SCOP是指整个空调冷源系统(包含冷水机组、冷却水泵及冷却塔或风冷式的风机)在名义工况下的额定制冷量与其净输入能量之比[2]。

　　2.2蒸汽锅炉系统能效

　　TSGG0003—2010《工业锅炉能效测试与评价规则》(以下简称TSGG0003)中蒸汽锅炉系统能效指标有3个，分别是系统单位蒸发量的燃料消耗量、系统单位蒸发量消耗电量和系统单位蒸发量消耗水量[3]。

　　系统单位蒸发量的燃料消耗量为锅炉入炉燃料累计总热量与蒸汽锅炉系统累计蒸发量的比值。Bxpj，D=Qrx，lj29308Dx，lj(1)式中Bxpj，D为考核周期内锅炉系统单位蒸发量平均消耗燃料折算成的标准煤量，kg/kg;Qrx，lj为考核周期内锅炉系统入炉燃料累计总热量，MJ;Dx，lj为考核周期内锅炉系统累计蒸发量，kg。系统单位蒸发量消耗电量为锅炉系统所配备主要辅机、辅助设备总耗电量与蒸汽锅炉系统累计蒸发量的比值。

　　Expj，D=Ex，ljDx，lj(2)式中Expj，D为考核周期内锅炉系统单位蒸发量平均消耗电量，kW·h/kg;Ex，lj为考核周期内锅炉系统辅机、辅助设备累计总耗电量，kW·h。系统单位蒸发量消耗水量为蒸汽锅炉系统给水量与蒸汽锅炉系统累计蒸发量的比值。Dxpj，D=Dxgs，ljDx，lj(3)式中Dxpj，D为考核周期内锅炉系统单位蒸发量平均消耗水量，kg/kg;Dxgs，lj为考核周期内锅炉系统给水量，kg。

　　3卷烟企业采用的能效指标

　　3.1空调冷源系统能效

　　卷烟企业对空调冷源系统能效没有考核指标，而是采用制冷机能效比进行近似评价。制冷机能效比与制冷性能系数(COP)的概念类似，为累计制冷量与制冷机耗电量的比值。EERYH=QYHWYH(4)式中EERYH为制冷机能效比;QYH为制冷机在统计期内提供冷量的累计值，kW·h;WYH为制冷机在统计期内耗电量的累计值，kW·h。

　　3.2蒸汽锅炉系统能效

　　对于蒸汽锅炉系统，卷烟企业一般不采用TSGG0003中的能效指标，而是采用锅炉电汽比、气汽比(或产汽率)、水汽比作为日常管理与考核指标。比如前面提到的F企业(卷烟生产企业)采用产汽率作为评价指标，H企业(滤嘴棒生产加工企业)采用气汽比作为评价指标。参考国内其他卷烟厂，较多采用气汽比作为锅炉系统的评价指标[45]。

　　气汽比，即锅炉每产生1t蒸汽需要消耗多少天然气;电汽比，即锅炉每产生1t蒸汽需要消耗多少电量;水汽比，即锅炉每产生1t蒸汽需要消耗多少水量。以上能效指标是锅炉实际运行使用过程中，能够快速、直观地反映出锅炉能源消耗效率的指标。产汽率为气汽比的倒数。

　　电汽比用下式计算：ESRH-sys=QEmS(5)式中ESRH-sys为蒸汽锅炉系统电汽比，kW·h/t;QE为在统计期内消耗电量的累计值，kW·h;mS为在统计期内饱和蒸汽产量的累计值，t。

　　气汽比用下式计算：GSRH-sys=VGmS(6)式中GSRH-sys为蒸汽锅炉系统气汽比，m3/t;VG为标准工况下在统计期内消耗天然气的累计值，m3。水汽比用下式计算：WSRH-sys=QWmS(7)式中WSRH-sys为蒸汽锅炉系统水汽比，m3/t;QW为在统计期内消耗水量的累计值，m3。

　　电汽比、水汽比与行业标准TSGG0003中的系统单位蒸发量消耗电量和系统单位蒸发量消耗水量相同，气汽比(或产汽率)与系统单位蒸发量燃料消耗量略有不同。

　　除了锅炉电汽比、气汽比(或产汽率)、水汽比之外，卷烟企业还有万支卷烟燃气锅炉总能耗，按照下式计算[6]：Q1=0.2571T+0.4040W+1.33LQ(8)式中Q1为万支卷烟燃气锅炉总能耗(标准煤)，kg/万支;T为统计期内所消耗的水总量，m3或t;W为统计期内所消耗的电量总量，kW·h;L为统计期内所消耗的天然气总量，m3;Q为统计期内所完成卷烟总量，万支。

　　3.3除尘系统能效

　　由于国家和行业没有制定除尘系统能效指标，卷烟行业也在探索是否可以采用万支卷烟除尘系统能耗作为能效指标。万支卷烟除尘系统能耗即为除尘系统能耗与卷烟产量的比值，按照下式计算：SEEDR-sys=WDR-sysQ(9)式中SEEDR-sys为除尘系统能效，kW·h/万支;WDR-sys为统计期内除尘系统所消耗的总电量，kW·h。除尘系统能耗可以采用电力计量仪表进行周期性测量，卷烟产量为周期性的统计数据。

　　4现有能效指标汇总

　　5能效指标的原则在制定能效指标时，需按照以下原则：

　　1)目的性。即能效指标的目标，能效指标主要用于不同卷烟企业的公用工程系统能效评价。2)全面性。即能效指标应能反映系统的能源利用状况和能效水平，能够涵盖主要的用能工序和环节，有助于评估能源利用方面的不足。3)可操作性。即能效指标中每一个指标数据的获取必须是可操作的，必须能够及时收集到准确的数据。4)可比性。即所构造的评价指标体系对卷烟行业不同卷烟厂的公用工程系统必须是公平的、可比的。5)科学性。即指标计算内容和计算方法须科学、合理、准确。

　　6现有能效指标的优缺点

　　从现有的能效指标可以看出，卷烟企业特别关注于运行条件下的系统能效，因为这是直接反映系统能源利用效率的指标。但是不同指标的优缺点也不尽相同。

　　6.1空调冷源系统能效

　　6.1.1冷源综合制冷性能系数(SCOP)空调系统冷源综合制冷性能系数(SCOP)指标的目的是在设计阶段对冷源系统的能效作出限定，即在设备选型时对系统的冷水机组、冷却水泵和冷却塔设备功率进行约束。该能效指标的缺点是不能反映空调冷源系统实际运行能效，故无法在运行条件下使用。

　　6.1.2制冷机能效比制冷机能效比的优点是获得仪表计量数据较为方便，制冷量与电量均有成熟可靠的计量方式，但是缺点也较为明显，主要缺点如下：

　　1)是设备指标，不是系统指标，不能反映系统运行能效。通过对行业内79家卷烟工业企业的制冷系统能耗调研发现，冷却水泵、冷水泵和冷却塔的能耗约占冷源系统的20%～30%，占比较高。当冷却水泵、冷水泵采用变频措施时能耗降低，可接近于制冷机能耗的30%;但是当冷却水泵、冷水泵未采取变频措施，同时冷水机组低负荷率运行时，制冷系统处于“大马拉小车”的状态，供回水温差减小，冷却水泵、冷水泵能耗接近于制冷机能耗的50%。因此，需要重视空调系统中冷却水泵、冷水泵和冷却塔的能耗，制冷机能效比无法反映空调冷源系统的运行能效。

　　2)无法消除不同系统之间固有特征带来的差异。对于不同企业来说，地理位置、生产环节、生产工艺等影响因素可能存在较大差异，但是企业建成后，这些因素对制冷系统的影响基本不会再发生变化。以上影响因素会对制冷系统的室外环境、室内工况、运行策略造成影响，可以视为不同制冷系统的固有特征，并对制冷机能效比产生决定性的影响。

　　不同企业的运行条件不同，可能会出现冷水机组的性能系数(COP)较高，但是由于系统负荷率较低或者供回水温度较低等因素影响，造成制冷机能效比相对较低，反而较低性能系数(COP)的冷水机组通过合理地运行，制冷机能效比会相对较高。由于这些固有特征的影响，造成了不同企业的制冷机能效比难以建立统一的标准进行比较。

　　3)无法消除系统不稳定运行时系统能效的变化。通常在检测设备能效时，要求设备在稳定的、接近满负荷的状态下运行，通过若干次读取瞬时数据进行计算，这对检测条件提出了较高要求，并且设备和系统在实际运行时，大部分时间并不是在接 近满负荷的条件下运行。当检测数据的计量以月、季、年为周期时，包含了系统在各个负荷率下的运行数据，即包含了设备未达到或者超过额定工况时系统能效的降低，以及开停机等不稳定工况运行时造成的额外能源消耗。

　　6.2蒸汽锅炉系统能效

　　6.2.1系统单位蒸发量的燃料消耗量、系统单位

　　蒸发量消耗电量和系统单位蒸发量消耗水量行业标准TSGG0003中系统单位蒸发量的燃料消耗量、系统单位蒸发量消耗电量和系统单位蒸发量消耗水量的优点是获得仪表计量数据较为方便，燃气消耗量、耗电量和耗水量均有成熟可靠的计量方式。其缺点与制冷机能效比有相同的地方，即无法消除系统固有特征带来的差异，也无法消除系统不稳定运行时系统能效的变化。此外，以上能效指标均以单位蒸发量为分母，在相同锅炉热效率的前提下，当锅炉饱和压力不同时，锅炉的蒸发量不同。各卷烟企业的锅炉供给压力并不完全相同，因此行业标准TSGG0003的评价指标缺乏不同卷烟企业之间的可比性。

　　6.2.2电汽比、气汽比(或产汽率)、水汽比

　　卷烟企业使用的电汽比和水汽比基本等同于行业标准TSGG0003中系统单位蒸发量消耗电量和系统单位蒸发量消耗水量，所以其优缺点也相同。气汽比(或产汽率)的优缺点基本与系统单位蒸发量的燃料消耗量相同，但是还存在一个明显缺点，燃气消耗量以燃气体积计量，燃气热值与卷烟企业当地燃气公司提供的天然气有关，所以无法消除不同企业之间燃气热值不同的影响，不同卷烟企业之间缺乏可比性。

　　6.2.3万支卷烟燃气锅炉总能耗

　　万支卷烟燃气锅炉总能耗与锅炉电汽比、气汽比(或产汽率)、水汽比3个能效指标较为类似，分子是电力、天然气、水的消耗量，分母由蒸发量改为卷烟生产量。当采用卷烟生产量作为指标参数时，其缺点是卷烟生产量与系统能耗不完全对等，YC/T280—2008《烟草工业企业能源消耗》规定“按检验合格入库的产量数量确定工业总产量”，即无法消除产品不合格率对指标的影响。

　　换句话说，即使相同的能源消耗加工了相同质量的烟叶，但是由于生产工艺等原因造成烟叶合格率不同，合格率低的烟叶质量也较低，造成万支卷烟燃气锅炉总能耗较高，这与降低卷烟生产能耗指标的初衷相违背。综合能耗一般以年为统计周期，公用工程系统能效则以月、季、年为统计周期，统计周期越短，产品不合格率对其的影响越大。

　　6.3除尘系统能效万支卷烟除尘系统能耗与万支卷烟锅炉总能耗的优缺点相同。

　　6.4系统能效优缺点分析通过对各个系统能效指标的优缺点进行汇总，可以看出：

　　1)冷源综合制冷性能系数(SCOP)是设计阶段的评价指标，不适合用于运行阶段评价。

　　2)由于计量周期采用月、季、年为周期，系统固有特征带来的差异和系统不稳定运行时系统能效的变化这2个缺点无法从能效指标定义中克服，可以在能效指标评价时予以考虑。

　　3)不同企业之间的可比性和不合格率对指标的影响，可以通过能效指标的定义进行克服。

　　7系统能效指标的建议

　　7.1空调冷源系统能效的定义综合现有国家、行业和卷烟企业采用的冷源综合制冷性能系数(SCOP)和制冷机能效比均不能体现空调冷源系统运行阶段的能效，因此本文提出新的空调冷源系统能效定义。

　　7.1.1范围边界综合考虑空调冷源系统能效指标的科学性及对冷源综合制冷性能系数(SCOP)的延续性，空调冷源系统能效指标的范围边界定义为冷水机组、冷却水泵和冷却塔。

　　7.1.2系统能效的定义将空调冷源系统能效定义为制冷量之和与冷源耗电量之和的比值。

　　7.2.1范围边界燃气型蒸汽锅炉系统的主要设备包括燃烧器、给水泵、水处理装置等。

　　7.2.2系统能效的定义1)系统单位燃料消耗量的蒸汽热量。系统单位燃料消耗量的蒸汽热量是蒸汽锅炉系统累计输出蒸汽的热量与入炉燃料累计总热量的比值。

　　7.2.3计量内容与计量方式

　　在计算锅炉系统能效时，计量参数与计量方式如下。1)蒸汽量。蒸汽流量表、水表，计量周期为以下间隔较短的周期：①以月、季、年的周期;②系统稳定运行工况周期。2)耗电量。电能表，计量周期为以下间隔较短的周期：①以月、季、年的周期;②系统稳定运行工况周期。3)耗水量。水表，计量周期为以下间隔较短的周期：①以月、季、年的周期;②系统稳定运行工况周期。

　　4)燃气消耗量。燃气表，计量周期为以下间隔较短的周期：①以月、季、年的周期;②系统稳定运行工况周期。5)压力。压力表，采用蒸汽锅炉系统稳定运行工况下的平均压力，计量周期为系统稳定运行工况周期。6)温度。温度计，采用蒸汽锅炉系统稳定运行工况下的平均温度，计量周期为系统稳定运行工况周期。

　　7.3.1范围边界除尘系统的主要设备是袋式除尘器。

　　7.3.2系统能效的定义

　　1)系统单位消耗电量的处理风量。袋式除尘系统的能源输入为电，输出为风量，因此，除尘系统单位消耗电量的处理风量定义为除尘系统风量与除尘系统耗电量的比值。

　　7.3.3计量内容与计量方式

　　除尘系统能效的计量内容包含了电量、风量和除尘量，均可以通过相应的计量仪表进行计量。电量、风量和除尘量可以月、季、年为计量周期。

　　8系统能效指标的应用

　　8.1蒸汽锅炉系统能效指标的应用A、B、C、F、H企业的蒸汽锅炉系统的蒸汽用量和天然气用量统计数据较为全面，收集各企业的逐月相关数据信息，按照式(11)计算系统单位燃料消耗量的蒸汽热量。

　　8.2除尘系统能效指标的应用E企业关于除尘系统的统计数据较为全面，2019年的统计数据可以满足除尘系统能效指标的计算要求，按照式(16)计算得到系统单位消耗电量的除尘量为8.1kg/(kW·h)。

　　9建议

　　1)卷烟行业能效指标并不健全，有待完善。卷烟行业的综合能耗指标较为完善，可以作为评估卷烟企业能源利用水平的重要手段。但是系统能效指标和设备能效指标较为薄弱，无法指导企业开展系统和设备的节能评价工作。因此，建议针对卷烟企业的系统能效和设备能效，结合卷烟企业的实际生产情况开展调研与研究工作，完善指标体系。

　　2)加强对系统能效的研究与推广。综合能耗指标较为宏观，范围边界是企业的能源利用效率;设备效率较为狭窄，范围边界仅局限 于设备。系统能效是衔接综合能耗指标和设备指标的关键点，但是目前要么是缺少相关系统能效指标，要么是已有能效指标但是缺少可操作性、科学性，无法起到中间的桥梁作用。

　　10结语

　　综上所述，本文在现有卷烟企业公用工程系统能效指标的基础上，为系统地、全面地反映卷烟企业公用工程系统能源利用状况，并且使能效指标具备目的性、全面性、可操作性、可比性和科学性，做到方便数据采集、公平合理，将理论与实际相结合，提出了空调冷源系统、蒸汽锅炉系统和除尘系统适用于运行阶段评价的系统能效指标。

　　参考文献：

　　[1]鲁端峰.卷烟企业能源消耗现状及节能措施探讨[C]∥中国环境科学学会学术年会论文集，2013：836840.

　　[2]中冶建筑研究总院有限公司.工业建筑节能设计统一标准：GB51245—2017[S].北京：中国计划出版社，2017：30.

　　[3]中国特种设备检测研究院.工业锅炉能效测试与评价规则：TSGG0003—2010[S].北京：新华出版社，2010：11.

　　[4]李春强.分析统计数据促进锅炉节能运行[J].轻工科技，2015(8)：101103.

　　[5]张聪.动力能源系统节能技术研究及应用[D].成都：西华大学，2017：8.

　　作者：马学兵1☆黄毓钦1余震安1李飞文1刘杰斌2△郝军3李天阳4

转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/jzlw/29555.html