能源利用状况分析与诊断

1. 能源利用状况分析与诊断 青岛市节能监察中心 房宗实

2. 在清洁生产实施过程中，如何对能源 利用状况进行有效分析和诊断？ 通常有如下三种方法 一、能量平衡 二、节能监测 三、对标分析

3. 一、能量平衡 • （一）能量平衡基础 • （二）设备能量平衡实例 • （三）能量平衡的相关标准

4. （一）能量平衡基础 1、能量平衡的定义 2、能量平衡的作用 3、能量平衡的分类 4、能量平衡的特点

5. 1、能量平衡的定义 被考察体系

6. 2、能量平衡的作用 对用能过程进行定量分析的一种科学方法， 是能源利用状况分析与诊断的主要技术手段， 可全面反映被考察体系的能量利用与损失状况， 找出能量损失原因，从而挖掘节能潜力。

7. 3、能量平衡的分类 （1）企业能量平衡，通常分为能源购入、转换、输送、使用四个环节。 （2）内部用能单位（车间、工序）能量平衡。 （3）设备能量平衡，是上述两类能量平衡的基础。 由于篇幅关系，以下只介绍设备能量平衡

8. 4、能量平衡的特点 （1）依据测试计算与统计计算相结合的定量分析过程。 ★ 测试：为完成特定任务而采取的临时的获取数据 （往往是瞬时值）的手段。 ★ 统计：依据常年设置的计量装置来获取数据（往往是累计值）。

9. 4、能量平衡的特点 （2）、所有能量（供入Q入、有效Q有效、损失Q损失）的单位 均用统一的法定计量单位J、kJ、MJ、GJ表示， 或用能源统计单位kgce（公斤标准煤）、tce（吨标准煤）表示。 ★规定：1 kgce=29308 kJ=29.308MJ。 ★ 电能平衡可用kWh表示，1kWh=1kJ/s×3600s=3600kJ

10. 4、能量平衡的特点 （3）一般情况下，Q入、Q有效和Q损失均应计量和测试， 以建立能量平衡关系Q入= Q有效+ Q损失。

11. 4、能量平衡的特点 （4）特殊情况下，可简化为： a、仅计量或测试Q入和Q有效，计算被考察体系的 效率。 此时Q损失=Q入-Q有效 b、仅计量或测试Q入和Q损失，计算被考察体系的 损失率。 此时Q有效=Q入- Q损失

12. (二) 设备能量平衡实例 • 1、电加热设备能量平衡 • 2、工业蒸汽锅炉能量平衡 • 3、企业供配电系统能量平衡 • 4、风机机组能量平衡 • ５、电动机能量平衡

13. 1、电加热设备能量平衡 设备效率测试和计算 式中： C ——产品比热 kJ/kg·℃ （查表） G ——产品质量 kg （测试） △T ——温差（工艺温度－环境温度 ）℃ （测试） A ——测试期输入电量 kWh （测试） B ——电热当量＝3600kJ/kWh 上述Q有效的测试计算是简化情况（例工件退火），即产品中没有挥（蒸）发物及化学吸热反应， 否则应计入挥（蒸）发物的吸热（显热和汽化潜热）及化学反应吸热。

14. 1、电加热设备能量平衡 （2）设备能量平衡 借助于能量平衡技术来摸清设备的损耗种类及其所占份额， 从而有针对性的进行必要的改进，从而提高设备效率。 ★ 能量平衡公式：Q入＝Q有效＋Q损失 ★ 其中Q损失也是通过实测和计算得到的数据，本例中做了简化

15. 1、电加热设备能量平衡 Q1——设备表面散热损失＝（α1＋α2）Fτ△t 式中： α1——辐射散热系数 kJ/m2h℃ （查表） α2——对流散热系数 kJ/m2h℃ （查表） F——设备表面积 m2（测试） τ——测试时间 h （计量） △t——设备表面温度与环境温度之差℃（测试）

16. 1、电加热设备能量平衡 Q2——排风热损失＝C·q·t·τ 式中： C——空气比热 kJ/m3·℃ （查表） q——排风量 m3/h （测试） t——排风温度 ℃ （测试） τ——测试时间 h （计量） Q3——蓄热损失——连续生产设备忽略不计 Q4——工装热损失，计算公式同Q有效 上述Q2的产生是假设产品中有挥（蒸）发物存在使得设备必须排风而导致。 另外，若供入能量来自燃料燃烧，则能量损失部分应计入燃料未完全燃烧损失 和排烟热损失； 若供入能量来自蒸汽，则能量损失部分应计入蒸汽冷凝水热损失。

17. 1、电加热设备能量平衡 (3)能量平衡结果的应用 a) 若结果不平衡Q入－（Q有效＋Q损失）＞5％ 则说明有潜在的损失被忽略（如果测试方法及仪表无问题）， 查明原因即可获得改进的机会。 b) 若结果平衡，则各项损失的种类及所占份额已查清， 可以据此寻求改进方案。 c) 一个典型实例：经过能量平衡测试，某电加热设备排风热 损失很大，原因是排风温度高，风量大。排风温度即工艺温度 不可改变，因而寻求降低排风量来减少损失。但该设备所加热 的工件在加热过程中释放有害气体，经分析和试验排风量不能 降低。解决方案：加装间接换热器，使排风余热得以利用， 提高了设备效率。

18. 2、 工业蒸汽锅炉能量平衡 （1）效率测试与计算 式中 Dgs—— 给水流量 kg/h （测试） hbq ——饱和蒸汽焓 kJ/kg（根据蒸汽压力查表） hgs ——给水焓 kJ/kg（根据给水温度查表） B ——燃料消耗量 kg/h（测试） Qr ——燃料发热量 kJ/kg（化验）

19. 2、 工业蒸汽锅炉能量平衡 （2）能量平衡 a) 各项损失（测试计算方法略） ＊排烟热损失Q2 ＊气体未完全燃烧热损失Q3 ＊固体未完全燃烧热损失Q4 ＊散热损失Q5 ＊灰渣物理热损失Q6 b)能量平衡 Q入＝Q有效＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5＋Q6

20. 3、 企业供配电系统能量平衡 因供配电系统（包括变压器和输电线路）是电能的转换 和输送设备，因此仅测试系统接受的电量Q入和系统本身损耗 的电量Q损失，而Q有效= Q入- Q损 1、 Q入—系统受电端供入电量，通常由测试期（通常24h） 电度表的累计电量表示，单位kWh。 2、Q损失（kWh）=Q变损+Q线损

21. 可以看出，为得出Q损失数据仅需测试运行电流一个参数。可以看出，为得出Q损失数据仅需测试运行电流一个参数。

22. 4、风机、水泵机组能量平衡 此类设备仅测试供入能量Q入和有效能量Q有效，而得出设备效率。 1、 Q入—电机进线端耗电量，通常由测试期电度表累计电量表示， 单位kWh。 2、 式中：q—机、泵流量 m3/s —测试 H—机、泵出、入口压差Pa—测试 t—测试时间 h 此时Q损失= Q入- Q有效

23. ５、 电动机能量平衡（效率测试） 例题：

24. (三) 能量平衡的有关标准 国家标准： 1、 GB/T2587-2009<用能设备能量平衡通则》 2 、 GB/T2588-2000<设备热效率计算通则> 3 、 GB/T2589-2008<综合能耗计算通则》 4 、 GB/T3484-2009<企业能量平衡通则> 5、 GB/T3485-1998<评价企业合理用电技术导则> 6、 GB/T3486-1993<评价企业合理用热技术导则> 7、 GB/T6422-2009<用能设备能量测试导则> 8、 GB/T8222-2008<用电设备电能平衡通则> 9 、 GB/T10180-2003<工业锅炉热工性能试验规程>. 10、 GB/T10184-1988<电站锅炉性能试验规程》 11、 GB/T10820-2002<生活锅炉热效率及热工试验方法》 12、 GB/T10863-1989<烟道式余热锅炉热工试验方法》 13、 GB/T13338-1991<工业燃料炉热平衡测定与计算基本规则> 14、 GB/T13467-1992<通风机系统电能平衡测试与计算方法> 15、 GB/T13468-1992<泵类系统电能平衡测试与计算方法> 16、 GB/T23459-2009<陶瓷工业窑炉热平衡、热效率测定与计算方法》 上述标准1至8项为能量平衡基础和通用标准，其余为针对相关设备的专用标准。

25. (三) 能量平衡的有关标准 行业标准 1、有色金属行业（YS），约38项 2 、建材行业（JC），7项 3、交通行业（JT），4项 4、电力行业(DL), 4项 5、轻工行业（QB），约16项 行业标准几乎全部是针对专用设备的专用标准。

26. (三) 能量平衡的有关标准 1、有色金属行业（YS），约38项，列举6项 YS/T121.1—1992 《有色金属加工企业火焰反射熔炼炉热平衡测试与计算方法》 YS/T121.2—1992 《有色金属加工企业电阻熔炼炉热平衡测试与计算方法》 YS/T121.3—1992 《有色金属加工企业感应熔炼炉热平衡测试与计算方法》 YS/T121.4—1992 《有色金属加工企业火焰加热炉及退火炉热平衡测试与计算方法》 YS/T121.5—1992 《有色金属加工企业铸锭感应加热炉热平衡测试与计算方法》 YS/T121.6—1992 《有色金属加工企业推进式空气循环电阻加热炉热平衡测试与计算方法》 行业标准

27. (三) 能量平衡的有关标准 2、建材行业（JC），7项 JC/T428—2007 《砖瓦工业隧道窑热平衡、热效率测定与计算方法》 JC/T544—1994 《玻璃纤维拉丝炉热平衡测定与计算方法》 JC/T545—1994 《玻璃纤维工厂能量平衡通则》 JC/T730—2007 《水泥回转窑热平衡、热效率、综合能耗计算方法》 JC/T791—2007 《轮窑热平衡、热效率测定与计算方法》 JC/T792—2007 《隧道式砖瓦干燥室热平衡、热效率测定与计算方法》 JC/T793—2007 《隧道式干燥室-轮窑体系热效率、单位热耗、单位煤耗计算方法》 行业标准

28. (三) 能量平衡的有关标准 3、交通行业（JT），4项 JT/T25—2009《港口企业能量平衡导则》 JT/T314—2009《港口电动起重机能源利用效率检测方法》 JT/T326—2009《港口带式输送机能源利用效率检测方法》 JT/T25—2009《船舶动力装置能量平衡测量与计算方法》 行业标准

29. (三) 能量平衡的有关标准 4、电力行业(DL)，4项 DL/T606.1—1996《火力发电厂能量平衡导则总则》 DL/T606.2—1996《火力发电厂燃料平衡导则》 DL/T606.3—2006《火力发电厂能量平衡导则第3部分：热平衡》 DL/T606.4—1996《火力发电厂电能平衡导则》 行业标准

30. (三) 能量平衡的有关标准 5、轻工行业（QB），约16项，列举5项 QB/T1927.1—1993《制浆造纸企业设备能量平衡计算方法通则》 QB/T1927.2—1993《酸法蒸煮锅能量平衡及热效率计算方法》 QB/T1927.3—1993《碱法蒸煮锅能量平衡及热效率计算方法》 QB/T1927.12—1993《造纸机能量平衡及热效率计算方法》 QB/T1927.13—1993《多效蒸发装置能量平衡及热效率计算方法》 行业标准

31. 二、节能监测 • （一）节能监测有关标准 • （二）节能监测概述 • （三）节能监测标准介绍

32. （一）节能监测有关标准 1、 GB15316—2009《节能监测技术通则》 2、 GB/T15317—2009《燃煤工业锅炉节能监测》 3、 GB/T15318—1994《工业热处理电炉节能监测方法》 4、 GB/T15319—1994《火焰加热炉节能监测方法》 5、 GB/T15910—2009《热力输送系统节能监测方法》 6、 GB/T15911—1995《工业电热设备节能监测方法》 7、 GB/T15912.1—2009《制冷机组及其供制冷系统节能测试 第1部分：冷库》 8、 GB/T15913—2009《风机机组与管网系统节能监测》 9、 GB/T15914—1995《蒸汽加热设备节能监测方法》 10、 GB/T16664—1996《企业供配电系统节能监测方法》 11、 GB/T16665—1996《空气压缩机组及供气系统节能监测方法》 12、 GB/T16666—1996《泵机组液体输送系统节能监测方法》 13、 GB/T16667—1996《电焊设备节能监测方法》 14、 GB/T24560—2009《电解、电镀设备节能监测》 15、 GB/T24561—2009《干燥窑与烘烤炉节能监测》 16、 GB/T24562—2009《燃料热处理炉节能监测》 17、 GB/T24563—2009《煤气发生炉节能监测》 18、 GB/T24564—2009《高炉热风炉节能监测》 19、 GB/T24565—2009《隧道窑节能监测》 20、 GB/T24566—2009《整流设备节能监测》 可以看出，除第1项《通则》外，其余全部是面向有关设备（19种）的针对性 很强的监测标准。

33. (二)节能监测概述 1、节能监测的定义 2、节能监测的特点

34. 1、节能监测的定义 节能监测是指依据国家有关节约 能源的法规（或行业、地方规定）和 能源标准，对用能单位的能源利用状况 所进行的监督、检查、测试和评价工作。

35. 2、节能监测的特点 （1）节能监测必须按国家或地方的监测标准（目前国家共 有该类标准20项，如前所列）进行测试、计算和对标（标准 中含合格指标），并作出是否合格的结论。 ★这一点不同于能量平衡，能量平衡纯属诊断形式， 节能监测则具有监督执法性质。 （2）节能监测为减轻工作量，其标准确定的测试、计算 内容抓住主要矛盾并经提炼，较能量平衡测试、计算大大 简化，这一点将在下面的实例中体现。

36. （三）节能监测标准介绍 1、GB/T15317—2009《燃煤工业锅炉节能监测》 2、GB/T15318—1994《工业热处理电炉节能监测方法》 3、GB/T15911—1995《工业电热设备节能监测方法》 4、GB/T15913—2009《风机机组与管网系统节能监测》 5、GB/T16664—1996《企业供配电系统节能监测方法》 6、GB/T16665—1996《空气压缩机组及供气系统节能监测方法》 7、GB/T16666—1996《泵机组液体输送系统节能监测方法》

37. 1、GB/T15317—2009《燃煤工业锅炉节能监测》 GB/T15317-2009《燃煤工业锅炉节能监测》（注：考核指标——效率） （1）测试项目和合格指标： 排烟温度≤230—150 ℃ （0.7MW——14MW） 空气系数≤2.2—2.0 炉渣含炭量≤15—12％ 炉体外表面温度≤50 ℃ （2）测试方法略 （3）要点：锅炉能量平衡中，q2（排烟热损失）和q4（固体未完全燃烧热损失） 所占分额较大，为主要矛盾。q3（气体未完全燃烧热损失）很小，通常忽略不计。 q5（散热损失）和q6（灰渣物理热损失）所占份额较小，为次要矛盾。测试项目 中排烟温度和空气系数对应于q2（排烟热损失），炉渣含炭量对应于q4（固体未 完全燃烧热损失），炉体外表面温度对应于q5（散热损失）。 q6（灰渣物理热 损失）没有相应的测试项目。其原因，根据GB1028《工业余热术语、分类、等级 及余热资源量计算方法》可利用的固态余热载热体应≥ 500 ℃，通常灰渣温度 约600 ℃，回收此项余热意义不大。

38. 2、GB/T15318—1994《工业热处理电炉节能监测方法》2、GB/T15318—1994《工业热处理电炉节能监测方法》 （1）测试项目 a、测试期该炉耗电量A（kWh） b、测试期处理的合格工件质量G（kg） （2）考核指标：可比用电单耗B(kWh/kg)=A/（G×K1×K2×K3×K4 ） 说明：为使用电单耗指标可比（与同行业）需将工件折合为标准品， 故工件质量G需乘以K1、K2、K3、K4四个系数。 其中：K1为工件单件质量折算系数（单件质量不同，则系数不同，以下同）； K2为工件类别折算系数； K3为热处理温度折算系数； K4为工艺类别折算系数。各系数内容略。（注：引入标准品概念） （3）合格指标：小等于0.6kWh/kg （4）要点：以能耗定额（而不是设备效率）作为考核指标。

39. 3、GB/T15911—1995《工业电热设备节能监测方法》3、GB/T15911—1995《工业电热设备节能监测方法》 （1） 测试项目及合格指标 a、效率，合格指标：间歇生产≥30%；连续生产≥40%。 b、空载升温时间，合格指标略。 c、表面温升，合格指标略。 （2） 测试方法 a、效率测试方法中有效能量计算公式见下页。 b、空载升温时间：测试设备在空载情况下炉膛内温度从20℃上升到 工作温度的时间min。 c、表面温升：测试设备表面温度和环境温度。 （3） 要点 a、定量测试计算设备效率。 b、设备损失能量方面： ★用空载升温时间来代替蓄热损失（注：按一定的折算关系）。 ★用表面温升来代替散热损失（注：按一定的折算关系）。

41. 4、GB/T15913—2009《风机机组与管网系统节能监测》4、GB/T15913—2009《风机机组与管网系统节能监测》 （1）测试项目和合格指标 机组效率 电动机容量＜45kW 为55％ 电动机容量≥ 45kW 为65％ （2）测试方法 式中： Q——风机流量 m3/s H——风机全压 Pa I——电动机输入电流 A U——电动机电压 V cosφ——电动机功率因数 （3）要点： 测定和考核机组效率

42. 5、GB/T16664—1996《企业供配电系统节能监测方法》5、GB/T16664—1996《企业供配电系统节能监测方法》 （1）测试项目和合格指标： 日负荷率Kf 连续生产≥90％ 三班生产≥80％ 二班生产≥55％ 一班生产≥30％ 变压器负载系数β （βz）2 ≤ β ≤1 线损率α 一次变压≤ 3.5％ 二次变压≤ 5.5％ 三次变压≤ 7％ 用电体系功率因数cosφ ≥0.9 （2）测试方法：线损率测试方法见能量平衡部分，其他测试方法略。

43. 6、GB/T16665—1996《空气压缩机组及供气系统节能监测方法》6、GB/T16665—1996《空气压缩机组及供气系统节能监测方法》 （1）测试项目和合格指标： 压缩机排气温度 风冷≤180 ℃ 水冷≤ 160℃ 压缩机冷却水进水温度 ≤ 35℃ 压缩机组用电单耗 0.129－0.112kWh/m3 （2）测试方法略 （3）要点:考核指标为能耗定额

44. 7、GB/T16666—1996《泵机组液体输送系统节能监测方法》7、GB/T16666—1996《泵机组液体输送系统节能监测方法》 （1）测试项目和合格指标： 泵机组效率 电机功率≤50kW 37％ 电机功率> 50≤250kW 44％ 电机功率> 250kW 51％ （2）测试方法见能量平衡部分。 （3）要点：测定和考核机组效率。

45. 三、对标分析（仅介绍国家标准） • （一）产品能耗限额标准 • （二）设备能效限额标准 • （三）设备经济运行标准

46. （一）产品能耗限额标准（仅举5例） 1、GB16780—2007《水泥单位产品能源消耗限额》 2、GB21248—2007《铜冶炼企业单位产品能源消耗限额》 3、GB21257—2007《烧碱单位产品能源消耗限额》 4、GB21258—2007《常规燃煤发电机组单位产品能源消耗限额》 5、GB21344—2008《合成氨单位产品能源消耗限额》

47. （二）设备能效限额标准（仅举5例，适用于设备设计、制造和选购过程）（二）设备能效限额标准（仅举5例，适用于设备设计、制造和选购过程） 1、GB20052—2006《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》 2、GB18613—2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》 3、GB19761—2009《通风机能效限定值及能效等级》 4、GB19573—2004《高压钠灯能效限定值及能效等级》 5、GB24500—2009《工业锅炉能效限定值及能效等级》

48. （三）设备经济运行标准（仅举5例，适用于设备运行过程） 1、GB12497—2006《三相异步电动机经济运行》 2、GB13462—2008《电力变压器经济运行》 3、GB13470—2008《通风机系统经济运行》 4、GB17954—2007《工业锅炉经济运行》 5、GB13469—2008《离心泵、混流泵、轴流泵与旋涡泵系统经济运行》

49. 谢谢 再见