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工業電熱設備節能監測方法 ((GB/T15911-1995)
作者:管理員    發布于:2012-04-19 12:08:07    文字:【】【】【

第一節 主題內容與適用范圍
1. 標準規定了工業電熱設備能源利用狀況的監測內容、監測方法和合格指標。
2. 標準適用于額定功率≥8kW,額定溫度≤600℃的工業用各類低溫電加熱設備(以下簡稱電熱設備),包括電烘烤爐(箱)、電干燥爐(窯、室、箱)、電遠紅外紅干燥爐(箱)、電熱烘道等。
    本標準制定過程中從近10年我國所實施監測的各類低溫電熱設備進行了大量調查和技術資料整理,并作為制定本標準的技術依據,同時將國標GB3485《評價企業合理用電技術導則》作為制定本標準的基本指導原則。
    由于電熱設備用途差別很大,容量差異也很大,本標準只將能耗大的、具有普遍性的、其額定功率等于或大于8kW的低溫電熱設備做為監測對象。
3. 標準不適用于工業熱處理電爐和機械成型加工系統中電熱器具及真空電熱設備的節能監測。
    本標準回避了機械成型加工系統中電熱器具(如注塑機上的電熱機)和真空電熱設備(如負壓木材干燥爐)的節能監測,因為這些設備有其行業特殊性,生產工藝原理差異較大,監測指示難以與本準一致。
第二節 電熱設備節能監測項目
標準規定了工業電熱設備節能監測項目為:電能利用率;空載升溫時間;設備表面溫升。
1. 電能利用率
    電能利用率是電熱設備在加工產品過程中,對供給電能利用的有效程度。本標準所規定的適用范圍內的電熱設備在生產中應用量大、面廣,生產工藝不同(如噴烤漆、食品加工、型砂干燥、線圈浸漆干澡等),產品的材質不同,密度不同(如金屬、糧食、塑料、型砂、藥品等),產品在加工過程中,有相當一部分揮(蒸)發物消耗的能量難以計量,另外產品加工前后的質量變化幅度較大。因此采用電能利用率作為電熱節能監測的定量考核指標其可行性遠遠大于考核產品單耗指標,它更能全面地監督設備的電能合理利用程度。
2. 空載升溫時間
    空載升溫時間是指電熱設備在空載狀態下以額定功率對電熱設備進行加熱使容室溫度從20℃上升到額定工作溫度所需的時間。它主要反映電熱設備積蓄熱損失量的大小和設備的功率與自身容積的匹配是否合理。積蓄熱損失量的大小關鍵在采用的耐火保溫材料是否與電熱設備的使用溫度相適宜。若采用的耐火保溫材料過厚,則勢必增加設備的積蓄熱而造成不必要的材料浪費和能源消耗;反之,在設備達到熱穩定后保溫效果差,散熱損失大,同樣也會造成電能浪費。在功率匹配上,若采用的功率過小勢必延長升溫時間,增加散熱損失;功率過大,則設備容室內溫度梯度大,產品的透熱性不好,極易造成產品受熱不均,使不合格產品增加,若用增加產品的保溫時間來彌補這一缺陷,也將造成電能的浪費。因此,根據產品的工藝溫度選定電熱設備額定功率最佳值是關系到電能浪費與否的關鍵所在。應著重指出:電熱設備因功率過小,而以延長升溫時間來達到產品加熱工藝要求所需增加的電能輸入,比因功率過大而以延長保溫時間來達到加熱工藝要求所消耗的電能要大。因前者包含著從升溫開始設備外表面散熱等損失所消耗的電能,功率越小相對散熱損失越大。在自制的電熱設備中,這種狀況表現得尤為突出。所以,采用空載升溫時間監測指標主要是針對間歇生產設備和自制的電熱設備自身節能與否進行監督,對連續生產的電熱設備可不予監測。
3. 表面溫升
    表面溫升是電熱設備在工作溫度下,達到熱穩定狀態時,設備外表面任意處的溫度與特定環境溫度之差。主要是考核設備的保溫狀況與散熱損失的大小。從電能平衡及電熱設備型式試驗角度來看,表面溫升與設備的空載損失、空載能耗有內在聯系??蛰d損失與空載能耗主要來源于設備的表面散熱和產品進口縫隙、加熱元件和熱電偶引出孔等處溢氣損失所消耗的電能,而表面散熱占空載損失的90%以上,所以為了考核設備合理耗能及損失能源情況,又避免考核指標的重復性,同時體現出節能監測的特性。
第三節 電熱設備節能監測方法
1.節能監測應在電熱設備處于正常生產工況下進行。
    節能監測是在電熱設備處于正常生產工況下對設備用能情況進行的檢查、測試。
2. 監測時間:連續生產的電熱設備在熱工況達到穩定狀態時開始,監測時間不少于1小時;間歇生產的電熱設備監測時間不少于一個生產周期。
3. 監測所有的儀表應能滿足監測項目的要求,儀表必須完好,并應在檢定合格周期內,其準確度應符合GB10066.1的有關規定。
    測試所用儀器儀表應滿足本標準節能監測項目的要求,無論是現場在用的或攜帶的儀器儀表都必須工作正常,并在法定的檢定合格周期之內,準確度應符合 GB776國標的規定,量程滿足測試要求,并使其測試示值在該表滿量程的30-90%的范圍內。如果儀器儀表能擴大量程,則其配用的擴大量程裝置如使用電流互感器、電壓互感器、分流器、分壓電阻等也要符合上述測試的要求。
4. 電能利用率的測試與計算
4.1電熱設備在加熱產品過程中,供給電能利用的有效程度,即電能利用率。
4.2電能利用率的測試
4.2.1供給電能:按本標準規定的時間,測試電源供給該電熱設備的有功電能量WG,kW·h。
    工業電熱設備消耗的電能是按本標準要求編制的測試方案所規定的測試時間內,電源供給電熱設備全部的有功電能,包括電熱設備本體及附屬設備如電動機、變壓器、調壓器、控制設備及線路的電能消耗。電能測點應在電源開關輸出側或專用變壓器的輸入側,如果供電設備裝有電流互感器、電壓互感器等擴大量程裝置,其準確度符合前述測試器具要求,又在法定的檢定合格周期之內,允許在其二次側進行裝表測試,但要求電流互感器二次線路中所有測量儀表的阻抗及連接導線的電阻總和不應超過0.2歐姆。測量儀表可選用電流表、電壓表、功率表及功率因數表。如果設備本體配置有計量用電度表,該表準確度為2.0級以上,且在法定檢定合格周期內,允許利用該表進行電能測試。由于儀表技術的發展,電能測試的各種電子儀器在測試中得到廣泛應用,如電功率測試儀、電能測試儀等,儀表本身具有顯示時間、電流、電壓、功率因數、有功功率、無功功率、電能等功能,不但數字顯示直觀,并能定時打印記錄,無需計算,其量程范圍及準確度都優于一般電工儀表,接線、使用也很方便,特推薦在節能監測中應用。
    電熱設備為三相供電時,在三相負荷平衡的情況下可以采用兩功率表法測量三相有功功率,三相有功功率為兩功率表示數之和,考慮到設備運行中調整加熱狀況,易造成三相負荷不平衡,所以對三相(三線或四線)供電線路中最好采用三功率表法測量三相有功功率,但在三相供電系統中應設一個人為的中性點,三相有功功率為三功率表示數之和。
    連續生產的電熱設備的電能測試,是在正常工況下,從產品裝入電熱設備容室內加熱開始到產品加工完了取出設備容室外所消耗的電能;而間歇生產的電熱設備的電能測試是從設備升溫開始到產品加工結束時所消耗的電能,總之要測量產品在設備內加工全過程所消耗電能量。
    在電能測試過程中,一定要遵守電氣安全工作規程和生產工藝操作規程。
4.2.2產品的質量:電熱設備在生產過程中,實際加工出合格產品的質量。當產品由多種物料組成時,應分別計算每一種物料的質量。
a)稱重產品加工前的質量G1,kg;
b)稱重產品加工后的質量G2,kg。
    在電熱設備生產過程中,應分別計量產品加工前的質量和加工后合格產品的質量。如果產品由多種物料組成,應分別計量每一種物料的質量,也可以按產品的組成配比分別計算每種物料的質量。當產品中含有多種物料時,對于占產品總質量
5 %以下的(含5 %)物料質量可忽略不計。但做為主料時不允許忽略,可以與接近的物料合并計算,也可以分別計算,在多種物料中,當出現兩種或兩種以上物料的比熱、潛熱等熱物理系數相接近或相同時,可合并成一種物料計算,熱物理系數按質量的物料取值。
    物料中的揮(蒸)發物不單獨計算,但不允許忽略不計,在計算中有所體現即可。計量用的衡器要符合測試儀器儀表的要求,可以采用臺稱或地稱。
4.2.3 工作溫度:電熱設備加工的產品所需的最高工藝溫度即視為工作溫度。
a)測試產品加工前的溫度t1,℃;
b)測試產品加熱的最高工藝溫度t2,℃。
    進行產品加工前的溫度和加工的最高工藝溫度的測試時,應在符合測試儀器儀表要求條件下采用表面溫度計或紅外線高溫計。產品加熱最高工藝溫度應在設備容室恒溫狀態下測試,也可以直接取設備容室內的最高恒溫溫度值。
4.2.4 時間計量
    因電工儀表所測試的是電功率,為了測試電熱設備在產品加熱過程中消耗的電能量,需要測試產品加熱過程時間,即產品從加熱開始到加熱完了的時間,或一個加熱周期的時間,才能計算其電能量。如果儀表具有電能計量功能,可不計量時間。測試時間在30分種以下采用秒表,在30分種以上采用普通鐘表。
4.3 電能利用率的計算
    根據測量產品加工前后的質量G1、G2和產品加工前及加熱的最高工藝溫度t1、t2,按手冊查出產品中揮(蒸)發物和產品在溫度t1至t2的平均比熱C1、C2按照本標準的計算公式(2)計算其有效電能WY。
    根據功率表測得的電功率P和加熱過程耗電時間T計算其供給電能WG,如采用電功率測試儀則可以直接測出電能量。
按本標準計算公式(1)計算電能利用率η。
電能利用率按公式(1)計算:
η=·100%…………………………………………(1)
式中:η——電能利用率,%;
WG——供給電能,kW·h;
WY——有效電能,kW·h。
有效電能按公式(2)計算:
WY={C2+C2(t-t)+(G1-G2)·[C1(t2-t1)+r]}×2.78×10-4………(2)
式中:C2——產品在t1-t2時的平均比熱,kJ/kg·℃;
Cl——產品中揮(蒸)發物在t1-t2時的平均比熱,kJ/kg·℃;
r——產品中揮(蒸)發物在發生相變時的潛熱,kJ/kg;
C1、C2、r查有關手冊可得。
5. 空載升溫時間的測定
5.1電熱設備在空載額定功率加熱狀況下,爐膛內溫度從20℃上升到工作溫度的時間,即為空載升溫時間。
    本標準適用于額定功率≥8kW、額定工作溫度≤600℃的工業用各類低溫電加熱設備。設備加熱容室溫度測試建議采用鎳絡——銬銅熱電偶和溫度毫伏計,因為該熱電偶適宜短時800℃、長時間600℃溫度測量,分度毫伏值,經濟便宜而且能滿足測試的要求。另外,推薦采用低溫紅外溫度計用于在設備外邊作非接觸式測量,這種儀表量程可以調整,使用方便。如果電熱設備自身裝有溫度指示儀表,并符合測試儀器儀表的要求,也在法定檢定合格周期內,可以用此儀表作為設備升溫溫度測試。
5.2當爐膛內溫度低于20℃時,從20℃算起,高于20℃時,可按平均升溫時間進行折算。
    電熱設備加熱容室溫度低于20℃時,要從容室升溫到20℃時開始計量加熱時間,如果容室溫度高于20℃時,要按平均升溫時間進行折算(按算術平均值求得)。
5.3如果電熱設備有兩只或兩只以上多只測溫儀表,升溫時間是指最后一只測溫儀表測到工作溫度的時間, 即升溫時間以最后一臺儀表的指示為準。
5.4對連續生產的電熱設備(如鏈條式、隧道式等),可不進行此項測定。
6. 表面溫升的測定
6.1電熱設備在工作溫度下熱穩定狀態時外表面任意測量點的溫度與特定環境溫度之差,即表面溫升△t,℃。
6.2電熱設備外表面溫度測量點應分別在爐門外表、設備外殼(指側壁和頂蓋)任選3-5點,但不得在距爐口(指產品出入口、加熱元件和    熱電偶引出孔、排氣孔等)和穿透內襯的緊固件周圍120mm范圍之內。
電熱設備表面溫升是指設備在工作溫度下并達到熱穩定狀態時,其表面任意點(最高溫度點)的溫度與特定的環境溫度之差。采用熱電偶表面溫度計或半導體表面溫度計測試設備外表面溫度。分別在設備外壁及頂蓋任選3-5點,測試其最高溫度值,測點不得設在距設備出入口、加熱元件引線孔、測溫孔、排氣孔和穿透設備內襯緊固件等周圍120mm的范圍以內。
6.3特定環境溫度指距電熱設備外壁中心1m處,并采取隔熱措施使溫度計不直接受電熱設備及其它熱源影響時測得的環境溫度。
    特定環境溫度是指在距電熱設備外壁中心1m處的環境溫度,可采用液體玻璃溫度計測試。測試時要采取隔熱措施,使測試用溫度計避開加熱設備及其他熱源的輻射影響。
6.4測得的各組表面溫升值取其最大值為監測結果。
第四節 工業電熱設備節能監測合格指標
    電熱設備的節能監測是對該設備實際消耗電能狀況進行的檢查、測試和評價。為了體現執法的嚴肅性,增加監測結果的可比性,便于設備的技術改造,制約能源浪費行為,加強管理,提高節能效果,要求制定統一的監測合格標準,并依此行使節能監督。根據調查分析, 制定的工業電熱設備節能監測合格指標,其監測合格復蓋面可達到65%以上,基本符合我國用能設備耗能現狀,符合《關于制定節能監測國家標準的要求》精神。耗能企業只要加強管理采取節能技術措施均可達標,如果將監測合格指標定得過低,就會失去節能監測的作用和意義。
1. 電能利用率應符合以下要求:
1.1 間歇生產的電熱設備電能利用率不得低于30%;
1.2 連續生產的電熱設備電能利用率不得低于40%。
    GB3485《評價企業合理用電技術導則》規定了連續生產的電熱設備效率不應低于40%,其它電熱設備效率不應低于30%。根據調查分析,由于生產工藝的要求,生產方式及設備類型的不同,連續生產的電熱設備的電能利用率高于間歇生產的電熱設備的電能利用率,因此在確定電熱設備的合格指標時也應分開來考慮,如果不分連續或間歇生產類型而采取統一指標考核評價,顯然是不合理的。
    本標準中確定連續生產的電熱設備的電能利用率合格指標不得低于40%,間歇生產的電熱設備電能利用率合格指標不得低于30%,這樣規定完全符合GB3485的要求,較為可行,能達到節能監測的目的,符合《關于制定節能監測國家標準的要求》精神。
2. 空載升溫時間應符合以下要求:
    電熱設備空載升溫時間不應超過表1規定值。
表1 空載升溫時間合格指標


工作溫度℃

≤200

≤300

≤400

≤500

≤600

升溫時間min

<60

<90

<120

<140

<160

    根據對低溫電熱設備節能監測情況和資料統計,電熱設備的工作溫度不同,其空載升溫時間也不同,遵照國家GB4746的有關規定和調查統計,電熱設備空載升溫時間的監測項目合格的復蓋面可達到79.66%,大多數電熱設備的該項指標都能達到。
3. 表面溫升應符合以下要求:
3.1對于在額定溫度下工作的電熱設備,表面溫升應符合表2規定。
表2 表面溫升合格指標


額定溫度

200

300

500

600

表面溫升△t

≤30

≤35

≤45

≤50


    從對低溫電熱設備節能監測情況分析,額定工作溫度不同的電熱設備,其表面溫度也不同,環境溫度不同其表面溫升也不同。為了監測條件的統一,數據的準確、科學,本標準中引用了特定環境溫度。所謂特定環境溫度就是指在距電熱設備外壁中心1米處,并采用隔熱措施使測溫儀器如液體溫度計等不直接受電熱設備的熱輻射和其他熱源的影響所測試的環境溫度。參照國標GB4746的有關規定和調查分析,不同額定工作溫度下的電熱設備其表面溫升合格指標應符合表2的要求。
3.2 對于不是在額定溫度下工作的電熱設備,應按公式(3)計算后與表2比較看是否符合要求。
△t1≤[(t2-20)/(t3-20)]·△t2……………………………(3)
式中:△t1——測得的表面溫升,℃;
t2——測量時的工作溫度,℃;
t3——電熱設備的額定溫度,℃;
△t2——在額定溫度下的最大允許表面溫升(見表2),℃。
    對于不在額定工作溫度下工作的電熱設備,應按本標準中的公式(3)計算,其所得數值應符合表2中對應的規定值。
    據統計,在節能監測中按表2要求考核其表面溫升時,經對低溫電熱設備節能監測結果測算,無論在額定工作溫度或非額定工作溫度下工作的電熱設備其表面溫升監測項目合格復蓋面可達到65%。目前一些尚不能達標的設備經過技術改造和加強操作管理也可以達到此指標。所以此指標的確定符合《關于制定節能監測國家標準的要求》精神
第五節 電熱設備節能監測結果評價
1. 本標準規定的電熱設備監測合格指標是監測合格的最低標準。監測單位應依此做出合格或不合格的評價。
2. 全部監測指標同時合格方可視為“節能監測合格工業電熱設備”。
    對耗能設備的節能監測是對設備整體能源利用情況進行的檢查、測試及評價。因此本標準規定的各項監測項目全部達到合格,方為“節能監測合格設備”。本標準中的監測項目合格指標的確定參照了有關的標準和規定,同時考慮了監測合格的復蓋率,并結合了我國在經濟發展中用能設備狀況、技術水平及其發展趨勢。因此本標準中確定的各項監測項目合格指標是較低的標準,是大多數用能設備都能達到的。對監測結果的評價要嚴格控制,標準不宜突破,放寬,要體現節能監測的執法性能,否則將失去其監測的意義。
3. 對監測不合格者,監測單位應在監報告中做出電能浪費程度的分析評價和提出改進、處理意見。
    監測結果除有合格與否的結論和供上級節能主管部門行使處理意見的依據外,要根據設備檢查、測試實際情況提出切實可行的建議,特別是對監測不合格的耗能設備應做出浪費能源的分析,提出改進意見。其建議可包括設備改造,淘汰高耗能的陳舊設備,選用新型的節能設備,改善設備密封,采用新型保溫、隔熱材料,減少設備散熱和蓄熱損失,改革生產工藝,實現    專業化連續作業生產,加強技術管理等內容。
    監測報告中要列出各監測項目的監測數據及合格指標以便于上級節能主管部門及被監測單位明確對監測結果的評價依據;在評價結論、處理意見及建議中,評價結論要準確,處理意見要符合有關規定,建議要具體可行,對監測不合格的設備要提交上級節能主管部門作出處理意見。

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