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工业电热设备节能监测方法 ((GB/T15911-1995)
作者:管理员    发布于:2012-04-19 12:08:07    文字:【】【】【

第一节 主题内容与适用范围
1. 标准规定了工业电热设备能源利用状况的监测内容、监测方法和合格指标。
2. 标准适用于额定功率≥8kW,额定温度≤600℃的工业用各类低温电加热设备(以下简称电热设备),包括电烘烤炉(箱)、电干燥炉(窑、室、箱)、电远红外红干燥炉(箱)、电热烘道等。
    本标准制定过程中从近10年我国所实施监测的各类低温电热设备进行了大量调查和技术资料整理,并作为制定本标准的技术依据,同时将国标GB3485《评价企业合理用电技术导则》作为制定本标准的基本指导原则。
    由于电热设备用途差别很大,容量差异也很大,本标准只将能耗大的、具有普遍性的、其额定功率等于或大于8kW的低温电热设备做为监测对象。
3. 标准不适用于工业热处理电炉和机械成型加工系统中电热器具及真空电热设备的节能监测。
    本标准回避了机械成型加工系统中电热器具(如注塑机上的电热机)和真空电热设备(如负压木材干燥炉)的节能监测,因为这些设备有其行业特殊性,生产工艺原理差异较大,监测指示难以与本准一致。
第二节 电热设备节能监测项目
标准规定了工业电热设备节能监测项目为:电能利用率;空载升温时间;设备表面温升。
1. 电能利用率
    电能利用率是电热设备在加工产品过程中,对供给电能利用的有效程度。本标准所规定的适用范围内的电热设备在生产中应用量大、面广,生产工艺不同(如喷烤漆、食品加工、型砂干燥、线圈浸漆干澡等),产品的材质不同,密度不同(如金属、粮食、塑料、型砂、药品等),产品在加工过程中,有相当一部分挥(蒸)发物消耗的能量难以计量,另外产品加工前后的质量变化幅度较大。因此采用电能利用率作为电热节能监测的定量考核指标其可行性远远大于考核产品单耗指标,它更能全面地监督设备的电能合理利用程度。
2. 空载升温时间
    空载升温时间是指电热设备在空载状态下以额定功率对电热设备进行加热使容室温度从20℃上升到额定工作温度所需的时间。它主要反映电热设备积蓄热损失量的大小和设备的功率与自身容积的匹配是否合理。积蓄热损失量的大小关键在采用的耐火保温材料是否与电热设备的使用温度相适宜。若采用的耐火保温材料过厚,则势必增加设备的积蓄热而造成不必要的材料浪费和能源消耗;反之,在设备达到热稳定后保温效果差,散热损失大,同样也会造成电能浪费。在功率匹配上,若采用的功率过小势必延长升温时间,增加散热损失;功率过大,则设备容室内温度梯度大,产品的透热性不好,极易造成产品受热不均,使不合格产品增加,若用增加产品的保温时间来弥补这一缺陷,也将造成电能的浪费。因此,根据产品的工艺温度选定电热设备额定功率最佳值是关系到电能浪费与否的关键所在。应着重指出:电热设备因功率过小,而以延长升温时间来达到产品加热工艺要求所需增加的电能输入,比因功率过大而以延长保温时间来达到加热工艺要求所消耗的电能要大。因前者包含着从升温开始设备外表面散热等损失所消耗的电能,功率越小相对散热损失越大。在自制的电热设备中,这种状况表现得尤为突出。所以,采用空载升温时间监测指标主要是针对间歇生产设备和自制的电热设备自身节能与否进行监督,对连续生产的电热设备可不予监测。
3. 表面温升
    表面温升是电热设备在工作温度下,达到热稳定状态时,设备外表面任意处的温度与特定环境温度之差。主要是考核设备的保温状况与散热损失的大小。从电能平衡及电热设备型式试验角度来看,表面温升与设备的空载损失、空载能耗有内在联系。空载损失与空载能耗主要来源于设备的表面散热和产品进口缝隙、加热元件和热电偶引出孔等处溢气损失所消耗的电能,而表面散热占空载损失的90%以上,所以为了考核设备合理耗能及损失能源情况,又避免考核指标的重复性,同时体现出节能监测的特性。
第三节 电热设备节能监测方法
1.节能监测应在电热设备处于正常生产工况下进行。
    节能监测是在电热设备处于正常生产工况下对设备用能情况进行的检查、测试。
2. 监测时间:连续生产的电热设备在热工况达到稳定状态时开始,监测时间不少于1小时;间歇生产的电热设备监测时间不少于一个生产周期。
3. 监测所有的仪表应能满足监测项目的要求,仪表必须完好,并应在检定合格周期内,其准确度应符合GB10066.1的有关规定。
    测试所用仪器仪表应满足本标准节能监测项目的要求,无论是现场在用的或携带的仪器仪表都必须工作正常,并在法定的检定合格周期之内,准确度应符合 GB776国标的规定,量程满足测试要求,并使其测试示值在该表满量程的30-90%的范围内。如果仪器仪表能扩大量程,则其配用的扩大量程装置如使用电流互感器、电压互感器、分流器、分压电阻等也要符合上述测试的要求。
4. 电能利用率的测试与计算
4.1电热设备在加热产品过程中,供给电能利用的有效程度,即电能利用率。
4.2电能利用率的测试
4.2.1供给电能:按本标准规定的时间,测试电源供给该电热设备的有功电能量WG,kW·h。
    工业电热设备消耗的电能是按本标准要求编制的测试方案所规定的测试时间内,电源供给电热设备全部的有功电能,包括电热设备本体及附属设备如电动机、变压器、调压器、控制设备及线路的电能消耗。电能测点应在电源开关输出侧或专用变压器的输入侧,如果供电设备装有电流互感器、电压互感器等扩大量程装置,其准确度符合前述测试器具要求,又在法定的检定合格周期之内,允许在其二次侧进行装表测试,但要求电流互感器二次线路中所有测量仪表的阻抗及连接导线的电阻总和不应超过0.2欧姆。测量仪表可选用电流表、电压表、功率表及功率因数表。如果设备本体配置有计量用电度表,该表准确度为2.0级以上,且在法定检定合格周期内,允许利用该表进行电能测试。由于仪表技术的发展,电能测试的各种电子仪器在测试中得到广泛应用,如电功率测试仪、电能测试仪等,仪表本身具有显示时间、电流、电压、功率因数、有功功率、无功功率、电能等功能,不但数字显示直观,并能定时打印记录,无需计算,其量程范围及准确度都优于一般电工仪表,接线、使用也很方便,特推荐在节能监测中应用。
    电热设备为三相供电时,在三相负荷平衡的情况下可以采用两功率表法测量三相有功功率,三相有功功率为两功率表示数之和,考虑到设备运行中调整加热状况,易造成三相负荷不平衡,所以对三相(三线或四线)供电线路中最好采用三功率表法测量三相有功功率,但在三相供电系统中应设一个人为的中性点,三相有功功率为三功率表示数之和。
    连续生产的电热设备的电能测试,是在正常工况下,从产品装入电热设备容室内加热开始到产品加工完了取出设备容室外所消耗的电能;而间歇生产的电热设备的电能测试是从设备升温开始到产品加工结束时所消耗的电能,总之要测量产品在设备内加工全过程所消耗电能量。
    在电能测试过程中,一定要遵守电气安全工作规程和生产工艺操作规程。
4.2.2产品的质量:电热设备在生产过程中,实际加工出合格产品的质量。当产品由多种物料组成时,应分别计算每一种物料的质量。
a)称重产品加工前的质量G1,kg;
b)称重产品加工后的质量G2,kg。
    在电热设备生产过程中,应分别计量产品加工前的质量和加工后合格产品的质量。如果产品由多种物料组成,应分别计量每一种物料的质量,也可以按产品的组成配比分别计算每种物料的质量。当产品中含有多种物料时,对于占产品总质量
5 %以下的(含5 %)物料质量可忽略不计。但做为主料时不允许忽略,可以与接近的物料合并计算,也可以分别计算,在多种物料中,当出现两种或两种以上物料的比热、潜热等热物理系数相接近或相同时,可合并成一种物料计算,热物理系数按质量的物料取值。
    物料中的挥(蒸)发物不单独计算,但不允许忽略不计,在计算中有所体现即可。计量用的衡器要符合测试仪器仪表的要求,可以采用台称或地称。
4.2.3 工作温度:电热设备加工的产品所需的最高工艺温度即视为工作温度。
a)测试产品加工前的温度t1,℃;
b)测试产品加热的最高工艺温度t2,℃。
    进行产品加工前的温度和加工的最高工艺温度的测试时,应在符合测试仪器仪表要求条件下采用表面温度计或红外线高温计。产品加热最高工艺温度应在设备容室恒温状态下测试,也可以直接取设备容室内的最高恒温温度值。
4.2.4 时间计量
    因电工仪表所测试的是电功率,为了测试电热设备在产品加热过程中消耗的电能量,需要测试产品加热过程时间,即产品从加热开始到加热完了的时间,或一个加热周期的时间,才能计算其电能量。如果仪表具有电能计量功能,可不计量时间。测试时间在30分种以下采用秒表,在30分种以上采用普通钟表。
4.3 电能利用率的计算
    根据测量产品加工前后的质量G1、G2和产品加工前及加热的最高工艺温度t1、t2,按手册查出产品中挥(蒸)发物和产品在温度t1至t2的平均比热C1、C2按照本标准的计算公式(2)计算其有效电能WY。
    根据功率表测得的电功率P和加热过程耗电时间T计算其供给电能WG,如采用电功率测试仪则可以直接测出电能量。
按本标准计算公式(1)计算电能利用率η。
电能利用率按公式(1)计算:
η=·100%…………………………………………(1)
式中:η——电能利用率,%;
WG——供给电能,kW·h;
WY——有效电能,kW·h。
有效电能按公式(2)计算:
WY={C2+C2(t-t)+(G1-G2)·[C1(t2-t1)+r]}×2.78×10-4………(2)
式中:C2——产品在t1-t2时的平均比热,kJ/kg·℃;
Cl——产品中挥(蒸)发物在t1-t2时的平均比热,kJ/kg·℃;
r——产品中挥(蒸)发物在发生相变时的潜热,kJ/kg;
C1、C2、r查有关手册可得。
5. 空载升温时间的测定
5.1电热设备在空载额定功率加热状况下,炉膛内温度从20℃上升到工作温度的时间,即为空载升温时间。
    本标准适用于额定功率≥8kW、额定工作温度≤600℃的工业用各类低温电加热设备。设备加热容室温度测试建议采用镍络——铐铜热电偶和温度毫伏计,因为该热电偶适宜短时800℃、长时间600℃温度测量,分度毫伏值,经济便宜而且能满足测试的要求。另外,推荐采用低温红外温度计用于在设备外边作非接触式测量,这种仪表量程可以调整,使用方便。如果电热设备自身装有温度指示仪表,并符合测试仪器仪表的要求,也在法定检定合格周期内,可以用此仪表作为设备升温温度测试。
5.2当炉膛内温度低于20℃时,从20℃算起,高于20℃时,可按平均升温时间进行折算。
    电热设备加热容室温度低于20℃时,要从容室升温到20℃时开始计量加热时间,如果容室温度高于20℃时,要按平均升温时间进行折算(按算术平均值求得)。
5.3如果电热设备有两只或两只以上多只测温仪表,升温时间是指最后一只测温仪表测到工作温度的时间, 即升温时间以最后一台仪表的指示为准。
5.4对连续生产的电热设备(如链条式、隧道式等),可不进行此项测定。
6. 表面温升的测定
6.1电热设备在工作温度下热稳定状态时外表面任意测量点的温度与特定环境温度之差,即表面温升△t,℃。
6.2电热设备外表面温度测量点应分别在炉门外表、设备外壳(指侧壁和顶盖)任选3-5点,但不得在距炉口(指产品出入口、加热元件和    热电偶引出孔、排气孔等)和穿透内衬的紧固件周围120mm范围之内。
电热设备表面温升是指设备在工作温度下并达到热稳定状态时,其表面任意点(最高温度点)的温度与特定的环境温度之差。采用热电偶表面温度计或半导体表面温度计测试设备外表面温度。分别在设备外壁及顶盖任选3-5点,测试其最高温度值,测点不得设在距设备出入口、加热元件引线孔、测温孔、排气孔和穿透设备内衬紧固件等周围120mm的范围以内。
6.3特定环境温度指距电热设备外壁中心1m处,并采取隔热措施使温度计不直接受电热设备及其它热源影响时测得的环境温度。
    特定环境温度是指在距电热设备外壁中心1m处的环境温度,可采用液体玻璃温度计测试。测试时要采取隔热措施,使测试用温度计避开加热设备及其他热源的辐射影响。
6.4测得的各组表面温升值取其最大值为监测结果。
第四节 工业电热设备节能监测合格指标
    电热设备的节能监测是对该设备实际消耗电能状况进行的检查、测试和评价。为了体现执法的严肃性,增加监测结果的可比性,便于设备的技术改造,制约能源浪费行为,加强管理,提高节能效果,要求制定统一的监测合格标准,并依此行使节能监督。根据调查分析, 制定的工业电热设备节能监测合格指标,其监测合格复盖面可达到65%以上,基本符合我国用能设备耗能现状,符合《关于制定节能监测国家标准的要求》精神。耗能企业只要加强管理采取节能技术措施均可达标,如果将监测合格指标定得过低,就会失去节能监测的作用和意义。
1. 电能利用率应符合以下要求:
1.1 间歇生产的电热设备电能利用率不得低于30%;
1.2 连续生产的电热设备电能利用率不得低于40%。
    GB3485《评价企业合理用电技术导则》规定了连续生产的电热设备效率不应低于40%,其它电热设备效率不应低于30%。根据调查分析,由于生产工艺的要求,生产方式及设备类型的不同,连续生产的电热设备的电能利用率高于间歇生产的电热设备的电能利用率,因此在确定电热设备的合格指标时也应分开来考虑,如果不分连续或间歇生产类型而采取统一指标考核评价,显然是不合理的。
    本标准中确定连续生产的电热设备的电能利用率合格指标不得低于40%,间歇生产的电热设备电能利用率合格指标不得低于30%,这样规定完全符合GB3485的要求,较为可行,能达到节能监测的目的,符合《关于制定节能监测国家标准的要求》精神。
2. 空载升温时间应符合以下要求:
    电热设备空载升温时间不应超过表1规定值。
表1 空载升温时间合格指标


工作温度℃

≤200

≤300

≤400

≤500

≤600

升温时间min

<60

<90

<120

<140

<160

    根据对低温电热设备节能监测情况和资料统计,电热设备的工作温度不同,其空载升温时间也不同,遵照国家GB4746的有关规定和调查统计,电热设备空载升温时间的监测项目合格的复盖面可达到79.66%,大多数电热设备的该项指标都能达到。
3. 表面温升应符合以下要求:
3.1对于在额定温度下工作的电热设备,表面温升应符合表2规定。
表2 表面温升合格指标


额定温度

200

300

500

600

表面温升△t

≤30

≤35

≤45

≤50


    从对低温电热设备节能监测情况分析,额定工作温度不同的电热设备,其表面温度也不同,环境温度不同其表面温升也不同。为了监测条件的统一,数据的准确、科学,本标准中引用了特定环境温度。所谓特定环境温度就是指在距电热设备外壁中心1米处,并采用隔热措施使测温仪器如液体温度计等不直接受电热设备的热辐射和其他热源的影响所测试的环境温度。参照国标GB4746的有关规定和调查分析,不同额定工作温度下的电热设备其表面温升合格指标应符合表2的要求。
3.2 对于不是在额定温度下工作的电热设备,应按公式(3)计算后与表2比较看是否符合要求。
△t1≤[(t2-20)/(t3-20)]·△t2……………………………(3)
式中:△t1——测得的表面温升,℃;
t2——测量时的工作温度,℃;
t3——电热设备的额定温度,℃;
△t2——在额定温度下的最大允许表面温升(见表2),℃。
    对于不在额定工作温度下工作的电热设备,应按本标准中的公式(3)计算,其所得数值应符合表2中对应的规定值。
    据统计,在节能监测中按表2要求考核其表面温升时,经对低温电热设备节能监测结果测算,无论在额定工作温度或非额定工作温度下工作的电热设备其表面温升监测项目合格复盖面可达到65%。目前一些尚不能达标的设备经过技术改造和加强操作管理也可以达到此指标。所以此指标的确定符合《关于制定节能监测国家标准的要求》精神
第五节 电热设备节能监测结果评价
1. 本标准规定的电热设备监测合格指标是监测合格的最低标准。监测单位应依此做出合格或不合格的评价。
2. 全部监测指标同时合格方可视为“节能监测合格工业电热设备”。
    对耗能设备的节能监测是对设备整体能源利用情况进行的检查、测试及评价。因此本标准规定的各项监测项目全部达到合格,方为“节能监测合格设备”。本标准中的监测项目合格指标的确定参照了有关的标准和规定,同时考虑了监测合格的复盖率,并结合了我国在经济发展中用能设备状况、技术水平及其发展趋势。因此本标准中确定的各项监测项目合格指标是较低的标准,是大多数用能设备都能达到的。对监测结果的评价要严格控制,标准不宜突破,放宽,要体现节能监测的执法性能,否则将失去其监测的意义。
3. 对监测不合格者,监测单位应在监报告中做出电能浪费程度的分析评价和提出改进、处理意见。
    监测结果除有合格与否的结论和供上级节能主管部门行使处理意见的依据外,要根据设备检查、测试实际情况提出切实可行的建议,特别是对监测不合格的耗能设备应做出浪费能源的分析,提出改进意见。其建议可包括设备改造,淘汰高耗能的陈旧设备,选用新型的节能设备,改善设备密封,采用新型保温、隔热材料,减少设备散热和蓄热损失,改革生产工艺,实现    专业化连续作业生产,加强技术管理等内容。
    监测报告中要列出各监测项目的监测数据及合格指标以便于上级节能主管部门及被监测单位明确对监测结果的评价依据;在评价结论、处理意见及建议中,评价结论要准确,处理意见要符合有关规定,建议要具体可行,对监测不合格的设备要提交上级节能主管部门作出处理意见。

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