GB27977-2011《水泥生产电能能效测试及计算方法》介绍

  摘要：GB16780—2007 《 水泥单位产品能源消耗限额 》已经对热耗、电耗以及综合能耗提出要求，目前热能能效测试的内容已有标准进行规范，而电能能效的测试及计算还没有统一的方法。本文对该标准的术语和内容进行简单介绍和剖析。

  0 引 言

  目前，水泥生产企业对电能能耗的精细化管理越来越重视 ， 但现在的节能手段多是成立相应的节能部门 、 制定一定的规章制度以及能源消耗限额，是属于比较松散的粗放的节能技术。只有充分考虑了供配电系统以及供配电系统中的用电设备运行情况，才能制定出科学的能耗限额。电能能效测试的目的，是要通过测试找出生产过程中电能利用不合理的环节及因素。 在考察各种主要电气、工艺设备自身性能的基础上,采用现场实测的方法，测得生产线及各工序的单位产品电耗，从而建立企业自身的对标基准。再用统计测试的方法测得较长时间段的单位产品电耗，与企业自身的对标基准或者同行业的国内、国外先进水平进行比较，进而对企业的水泥生产过程的电能能效水平做出适当的评价。

  GB16780—2007 《 水泥单位产品能源消耗限额 》已经对热耗、电耗以及综合能耗提出要求，目前热能能效测试的内容已有标准进行规范，而电能能效的测试及计算还没有统一的方法。

  为此， GB27977—2011 《水泥生产电能能效测试及计算方法》（ 以下简称《标准》）已于2010年12月30日通过水泥标准化委员会审查，于2011年12月30日发布，于2012年10月1日起实施。 本文将对该标准的术语和内容进行简单介绍和剖析。

  1 《标准 》中有关电能能效的术语

  电能能效测试：对进入用能单位的电能消耗量和消耗对应电量所生产的产品的产量进行测定，并对各主要供配电设备和用电设备的运行状况进行考核以确定电能利用效果的过程。 电能能效测试前应该明确该段工艺的边界， 即用电体系的边界。 各产品综合电耗的定义及边界范围界定如下：

  原料综合电耗： 在统计期或者测试期内生产每吨原料的综合电力消耗。 包括原料生产各过程的电耗和生产该原料辅助过程的电耗， 是指处理单位产量的原料(如，石灰石、黏土、页岩等)消耗的电量。 统计范围为从原材料进入生产厂区开始， 到对应的原料进入各自的配料库入口 (含库顶收尘设备)。生料综合电耗： 在统计期或者测试期内生产每吨生料的综合电力消耗。

  包括生料生产各过程的电耗和生产生料辅助过程的电耗。 统计范围为从原材料进入生产厂区开始 ， 到生料进入生料均化库入口 (含库顶收尘设备)。

  燃料综合电耗： 在统计期或者测试期内生产每吨燃料的综合电力消耗。 包括燃料生产各过程的电耗和生产燃料辅助过程的电耗。 统计范围为从燃料进入生产厂区开始 ， 到燃料进入煤粉仓入口 (含仓顶收尘设备)。

  熟料综合电耗和水泥综合电耗： 沿承 GB16780—2007 的定义， 即从原燃材料入厂到对应的成品出厂的整个过程消耗的电量 。同理，在边界划分上沿承GB16780—2007 的规定， 分别为原燃材料进入生产厂区到对应的成品出厂。

  辅助生产用电 ： 在统计期或者测试期内 ， 一条水泥(熟料)生产线的辅助生产过程的电力消耗(包括电能在厂区内线路和变压器上的损失、厂区照明用电、水泵站用电、空压机用电、机修车间用电、中控室用电 、化验室用电、办公楼用电等)。

  在上述的各工序单位产品综合电耗的统计范围中，均应该根据一定的原则把辅助生产用电分摊到相应的工序中。在采用废物作为替代原料时，处理废物的用电量不计入综合电耗的统计范围。

  2  电能能效测试的内容

  根据《标准》中对电能能效的定义，电能能效测试的内容包括单位产品综合电耗测试、供配电系统运行状态检测和用电系统运行状态测试。

  2.1 单位产品综合电耗测试

  根据 《标准 》中对“单位产品综合电耗” 的定义可知，单位产品综合电耗测试包含在产量测试和用电量测试中 。

  2.2 供配电系统运行状态测试

  供配电系统主要包括变压器和输配电线路。在《标准》中，主要的监测对象是变压器。

  对供配电系统的运行状态测试 ， 应该首先根据测试目的明确监测点 。一般意义上，监测点主要包括总进线端(总降)、 各车间变电所和各低压配电室。

  其次，检测内容还包括：日负荷率、变压器负载系数、功率因数。

  其中，日负荷率是指变压器的日平均负荷与日最大负荷的比值，表征负荷的平稳程度；

  变压器负载系数是指变压器输出的平均视在功率与所测变压器的额定容量的比值，表征了变压器的实际利用率。

  功率因数表征了变压器的实际可用容量，因为在水泥企业里变压器的负载多为感性负载，所以在实际生产中变压器总要输送一定的无功功率为感性负荷建立励磁磁场。 一个 1 000kVA 的变压器如果功率因数只有0.80， 意味着这台变压器可输送的有功功率只有800kW。 所以检测变压器的功率因数对检测供配电系统的运行状态有着重要意义。

  2.3 用电设备测试

  在水泥(熟料)生产企业中，有功功率主要消耗在了异步电动机上。所以 ，对用电设备的运行状态测试主要就是对三相异步电动机的运行状态测试，检测电动机是否为经济运行。 而且由于在水泥生产企业中，电能主要消耗在了各工序的主要电动机上。所以用电设备的电能能效测试主要针对主要电动机。

  确定测试范围后 ， 应针对选定的电动机进行实测，判断其运行状态是否为经济运行。判断的具体方法可参见 GB/T12497《三相异步电动机经济运行》。 其中，较为简单的方式是根据电动机的输入功率或者输入电流分别与额定输入功率或者输入电流的大小进行判定。当输入功率或者输入电流下降小于 15%时，该电动机为经济运行状态，在15%～35%时， 属于允许使用范围，大于35%时， 属于不经济运行。

  2.4 需要注意的问题

  水泥生产过程中单位产品的电耗，受各方面因素的影响，主要包括原料的物理性能(如易烧性、易磨性)、工艺流程、系统中各种电气和工艺设备本身的效率，及系统中各种主要电气、工艺设备的运行状况。 仅靠测试系统总的电能消耗量和总产量计算所得的单位产品综合能耗是无法科学评价水泥生产过程的电能能效水平的，还必须测试各生产环节(工序)的单位产品电耗，并监测系统电能传输和电能转换过程中设备的运行状况，才能合理地评价系统电能利用的情况。

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  3 计算方法

  在 《标准》正文的第6章，给出了原料综合电耗、生料综合电耗、燃料综合电耗和熟料综合电耗的计算方法。 这样可以给出原料处理工序、生料磨系统、煤粉制备系统的单位产品电耗，也可以准确计算出熟料和水泥的单位产品综合电耗。 方便对这些数据进行横向和纵向的比较，从而了解企业的某段工序在行业的水平， 方便及时发现并解决问题。

  本《标准》计算水泥(熟料)综合电耗的思路为：

  1）首先界定几个主要工序分段的范围。其中，原料处理工序的范围是从各原材料进入生产厂区开始，到原料进入各自原料配料库入口 (含库顶收尘设备)；生料磨系统的范围是从原料出原料配料库经生料磨粉磨后， 到生料入生料均化库入口 (含库顶收尘设备)；燃料制备工序的范围是从燃料进入生产厂区开始经煤磨系统粉磨到煤粉进入煤粉仓； 熟料烧成系统是指从生料出生料均化库(含库底下料设备)经回转窑烧成变成熟料后进入熟料库(含库顶收尘设备)； 水泥粉磨系统是指从熟料出熟料库(含库底下料设备)经水泥磨粉磨之后进入水泥库， 包括处理石膏和混合材的用电量以及包装发运电量。

  2）其次明确原料综合电耗、生料综合电耗、燃料综合电耗、熟料综合电耗和水泥综合电耗的范围。

  3）最后为单位产品综合电耗的计算方法。

  ①计算出原料综合电耗。 用电量为统计期或者测试期内原料处理工序的用电量加上相应的辅助生产用电量， 产量以入配料库的产量为准；

  ②计算生料综合电耗。 用电量为统计期或者测试期内生料磨系统用电量 、 制备相应产量的生料消耗的原料在原料处理工序中消耗的电量与应分摊的辅助生产用电量的和 ， 产量以出生料磨产量为准。

  ③计算燃料综合电耗。 用电量为统计期或者测试期内煤磨系统用电量加上相应的辅助生产用电量，产量以出磨的成品计量为准。

  ④熟料综合电耗，具体公式见《标准》。 用电量以统计期或者测试期内熟料烧成工序的用电量、 消耗的生料在前置工序的耗电量、 消耗的燃料在燃料制备过程中消耗的电量与本段工序应该分摊的辅助用电量的总和为基准。产量以出篦冷机的熟料质量为准，若无法计量可根据生料投料量进行推算。

  ⑤水泥综合电耗，具体公式见GB16780—2007的规定。公式中的辅助生产用电应该为水泥粉磨系统分摊的辅助生产用电，不是全厂的辅助生产用电。

  本 《标准》沿承 GB16780—2007 中“可比综合电耗”的概念，也沿承对水泥(熟料) 综合电耗的修正系数。上述的“水泥综合电耗”是针对单一品种单一标号水泥的概念，如果企业生产两种或者两种以上不同强度等级的水泥， 可根据不同强度等级的可比水泥综合电耗和相应的水泥产量采用加权平均的方法计算出企业最终的可比水泥综合电耗。

  4 关于本 《标准 》中部分问题的阐述

  4.1  关于 “窑尾废气处理系统 ”

  用电边界的划分在大部分水泥(熟料)生产企业中，窑尾废气处理系统属于生料制备系统和熟料烧成系统的共用设备。

  各生产线由于工艺设计的差异性， 两部分管路系统阻力分布也有差异， 而且各地在各季节中原材料的含水率也不尽相同，所以窑尾废气处理系统的用电量很难用一个确定的比例进行分摊。 生料制备和烧成系统的运行时间不同步， 而窑尾废气处理系统和烧成系统的运行时间完全同步。 所以在本《标准》中，把窑尾废气处理系统用电量统计入烧成系统用电 。

  4.2 关于企业的电能供配电过程中的线损问题

  线路是一种电能传输设备，影响电能在线路上的损耗主要有3个因素，分别是线路阻抗、电流大小和线路的功率因数。

  线路的阻抗是所有输配电线路的固有特性，主要受线径和线路长度的影响 。一般情况下，线路在选型时线径都留有足够的安全系数，从电能损耗的角度上看是趋于减小电能损耗的。此时线路上的电能损耗是无法避免的，也是合理的。

  对于固定的线路，其所带的负荷也是固定的，意味着正常生产时电流的波动也很小。 所以能够减少线损的方法是尽可能提高线路的功率因数（见表1 ）。

  4.3 “主要电动机”的界定标准

  因为水泥生产企业的耗电设备众多，在实际测试中应该抓住主要矛盾，即耗电大户。为此，采用以下原则界定“主要电动机”（见表 2）。

  1)工艺上重要，属于生产线上的关键设备；

  2)大容量；

  3)高负载率或长时间运转；

  4)发生故障时不容易替换。

  4.4 辅助生产用电的相关问题

  由《标准》中对“辅助生产用电 ”的定义可知，辅助生产用电是指生产水泥的辅助过程消耗的电量。辅助生产用电属于生产性用电，生活用电(职工宿舍、食堂等用电)不属于辅助生产用电的范围 ， 计算单位产品综合电耗时应该计入相应的电量。

  对有共用生产环节(工序)的辅助生产用电应按共用生产环节处理物料的电能需求量加权分摊到各工序。 如电能从供电部门到企业总降压站的输电过程中产生的线损应该按照各工序用电量的比例进行分摊，机修车间用电应按照企业实际生产情况把机修车间用电分摊到各工序。

  4.5 电能能效测试时应该注意的问题

  1) 在生产中或者测试中使用的计量设备都应该经过检定和校准， 有一定的精度等级。

  2)注意用电边界的具体划分， 在统计各工序的用电量时不能存在漏计或者交叉计量的情况。

  3) 现场测试法可选用生产线或者待测工序运行情况较好的时候， 统计测试法的统计期应满一年。条件不满足时,应尽可能把统计期拉长，以尽可能多地覆盖会影响电能能效的因素。