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制藥企業節能方案匯總

前  言

制藥企業的各位領導/專家：

近幾年在全國范圍內持續發生大規模霧霾，污染嚴重，習主席在視察時親自過問，嚴重的污染對我們之前的經濟增長方式甚至經濟的結構提出了質疑，如果不能明顯降低能耗水平，當前的資源和環境可能無法承受，因此“節能減排”在“兩會”上發出了最強音；從中央到地方，從政府到企業都已經將節能減排納入重要的議事日程。

節能減排是利國利民的大事，對于工業來說絕不是可有可無的，如果工業企業的產能接近飽和，而中央著力支持第三產業，那么在生存資源日漸緊張的情況下，每個傳統行業中都會有相當比例的企業會倒下，剩下的企業一定是在角逐中占據成本優勢的企業，而節能關系到企業的成本，進而影響到盈虧平衡點，由量變引起質變，它可能就會影響到是否能夠生存，這一點對于能耗高、毛利率低的某些行業尤為明顯。

節能就是創造一種綠色的利潤，節能本身消耗的資源很少，它是靠技術、靠人才、靠管理進行的資源優化再配置，通過節能而節省的資金直接影響的是純利潤，省出來的錢都是綠色的，這部分利潤不需要原料、生產（污染）、庫存、銷售、資金回籠等漫長的環節，而是一種直接的效益。

從國家的角度而言，今后中國不再唯GDP為目標，而是將國家的建設將從資源開發型向資源節約型、環境和諧型轉變。“李克強經濟學”代表的經濟政策將適度從緊，不對經濟進行刺激，對工業品的需求會趨于穩定化，工業企業的擴張動力會衰減，這會對高能耗企業形成倒逼機制，形成落后淘汰制。屆時，能耗高、成本高的企業將會感到壓力和寒冷。隨著這種機制的累積效應，能夠逐漸降低能源消耗強度、二氧化碳排放強度、主要污染物的排放總量。

制藥企業應該未雨綢繆，通過節能工作來降低成本，提高毛利率，減少包袱。節能不僅是降低生產成本的直接途徑之一，而且是提升企業內生動力和市場競爭力的一個重要途徑。古語說“勿以善小而不為”，而節能減排利國利民，對國家對企業都是大好事，因此完全值得我們去著力做，做出成績，做出效果，也為企業未來的發展掃清道路。

北京時代科儀新能源科技有限公司

一、能源管理系統節能方案

對于制藥企業而言，能源管理系統是幫助企業合理計劃和利用能源、降低單位產品能源消耗、提高經濟效益的信息化管控系統，其特點是：

1.用戶零投資、零風險，提供客戶專業的服務，節能效果有保證。

2.設備節能、工藝節能、管理節能。科學、系統的能源管理理念，專業的技術服務隊伍，量身定做的能源管理方案，及時高效的解決問題，為企業帶來最大的經濟效益。

1.1 能源監控原理

能效監控管理平臺是工業化和信息化深度融合的產物，它使用信息化平臺對工業企業的各種能耗進行監控和集中管理，使企業對自身的能耗狀況有一個準確的認識，能夠促進工業企業能源管理水平和能源利用效率的提升。特別是在石化、化工、制藥、鋼鐵、有色、建材、紡織、輕工等行業企業能效監控管理平臺建設示范項目，得到中央政府的大力提倡。

企業能效監控管理平臺的構成主要包括：

采用信息化技術，對企業能源系統數據采集、處理和分析、控制和調度、平衡預測和管理能源等功能，降低重要能源介質放散，提高能源介質的回收和梯級利用水平，實現多能源介質的協同平衡與優化利用的企業能源管控系統；

高耗能工藝裝備采用先進智能控制與優化技術，降低能源介質消耗和物料消耗，實現裝置平穩、高效、低耗運行；

工業窯爐采用信息控制技術，實施系統優化改造，提高工業窯爐熱效率，降低能源介質消耗，實現設備節能降耗；

在工業生產過程中采用數字能源解決方案等智能控制與優化技術，提高能源利用效率，實現生產過程節能降耗。

1.2 能源監控的效益

時代科儀能源管理系統就是為企業引入一個能源管家，將企業內部各種能源的消耗都進行監督，再將數據進行集中管理，進行分析，并對能源使用加以控制，提高企業的能源使用效率，最終實現節能降耗。能效監控管理平臺是監控企業能耗的一個工作平臺，同時也是促進企業節能的強有力的管理工具，能夠產生促進節能的長效機制，對于企業能耗有很大的監督作用。

企業利用能效監控管理平臺能夠實時監督各個生產環節的能耗、實時報告浪費現象，能夠進行定期考核、改進、再考核，經過幾個循環就可以使得企業能耗下降5%～10%，對于一家能源費用1億元的企業而言，每年可以產生500～1000萬元的經濟效益。

二、壓縮空氣系統節能方案

2.1 發酵工藝改進及群體控制

發酵工藝是制藥企業的核心工藝，一般采用離心空壓機產生大流量的壓縮空氣，向發酵罐供應空氣，滿足有氧發酵的要求。

北京時代科儀新能源科技有限公司的工程師針對發酵供氣環節進行了長期的研究，在此舉出一家制藥企業案例：該企業隨著企業的發展壯大，發酵罐的數量由原來的19個增加至現在的24個，離心空壓機每小時耗電量大、每天24小時持續運轉、能耗成本很高，占據企業電費的將近60%，通過時代科儀的持續改進，目前發酵能耗已經下降30%左右，為企業創造了大量的純利潤。

其中改進的主要方法是：根據不同的發酵品種，對發酵工藝進行持續監控，滿足發酵的最佳工藝要求，在此基礎上進行智能調節，使得供氣壓力、供氣流量恰好滿足最佳條件，提高發酵效率、提高產量，為企業實現增產、增收、節支，使得一些制藥企業從此實現贏利、起死回生。該技術重點采用監控系統、空壓機群體控制系統，使得工藝需求更精確、氣體使用效率更高，在監控系統的協助下對工藝進行持續改進。

2.2 離心空壓機節電王：開創離心空壓機自由轉速調節的先河

2.2.1 離心空壓機的調節方式

離心壓縮機具有運行平穩、流量大、設計效率較高等優點，但也存在著流量調節較為復雜、容易發生喘振的缺點。

離心壓縮機常用的三種流量調節方式為：

1、調節轉速。通過調節轉速，使得離心壓縮機的特性曲線呈現平行線移動，不同轉速之下具有不同的流量-壓力特性，如下：

從圖中可見，隨著轉速下降，對應的流量和壓力都呈現下降，且曲線相互平行，此為“相似原理”。采用轉速下降進行調節，可以實現以下幾個特點：

（1）不引入阻力損耗。通過轉速的降低，葉輪做功呈現自然下降，流量和輸出壓力呈現下降趨勢，不需要引入阻力環節，就能對流量進行調節。由于沒有阻力環節，不會因為阻力而損失能量。

（2）壓縮過程中的損耗有所降低。通過轉速的降低，葉輪與空氣的相對運動速度減緩，摩擦等損耗有下降趨勢，體現在壓縮過程中的產熱量下降，損耗降低能夠節省壓縮時的功耗。

調節轉速是離心壓縮機的一種有效的調節方式，由于不引起阻力損耗、降低壓縮損耗的作用，是最省功的調節方式，在蒸汽透平壓縮機中使用廣泛，具有很多的應用實踐，因此，節能系統應優先選用調節轉速的方式。但是，對于電機拖動的離心壓縮機，其轉速是基本固定的，很難采用簡單的方式進行調速，通常的變頻調速又容易引起壓縮機發生喘振，因此，應選擇先進的、成熟的技術進行相應的轉速調節，本方案將進行重點敘述。

2、調節閥門。調節閥門是離心壓縮機的一種簡單的調節方式，通過對閥門的調節，開度減小，在閥門兩側形成壓力差，將系統的有效輸出壓力減少，氣體流動受限，從而使得流量減少，系統運行在所需的平衡點上。

閥門分為進氣閥門和排氣閥門，分別具有不同的作用：

（1）進氣閥的阻礙作用，降低了實際的進氣壓力，形成了一定的真空度，進入的氣體變得相對稀薄，使得流量下降。同時，進氣閥也會提高進氣溫度。

（2）排氣閥的阻礙作用，提高了實際輸出壓力，使得壓縮機向壓力增大、流量減小的工作點移動，限制了流量。

綜上，閥門的作用概括起來就是，通過引入流動阻力，使得流量降低，從而滿足工藝的要求，會造成能量的損失。

閥門的能量損失如下：

氣體流過閥門之后，由于閥門不是全開，存在阻力，壓力由P1下降到P2，形成了壓力差△P，損失的功率為：

W=△PF=(P1-P2)F

由于壓力差造成的能量損失，整體性能會降低，壓縮機的效率、排氣量會同步下降。

3、調節導葉。導葉調節是離心壓縮機的一種調節方式，是通過誘導氣體沿著具有傾角的導流葉片流動，使氣體預旋，從而降低氣體與旋轉葉輪之間的相對速度，做功減少，壓縮程度減輕，流量減少。導葉調節的效果和能量損失介于速度調節和蝶閥調節之間。

綜上所述，本方案的核心方法是，采用更優越的“調節轉速”代替“調節閥門”，從調節方法上進行改進，避免閥門的能量損耗，同時降低氣體溫度，實現節能。而且，降低溫度的同時也會有助于減低壓縮功耗，因此，節能效果出現疊加，總體節能效果較好。

2.2.2 離心空壓機節電王原理

以上介紹了離心壓縮機最佳的調節方式是轉速調節，本方案就是圍繞轉速調節而展開。在運行過程中，對離心空壓機的轉速調節的過程在于，根據氣體壓縮機的一系列變量的實時采樣，隨時計算出最優工作狀態；這個方案兼顧了氣體供應、能源消耗等方面，實現了最優節能。我們通過最優工作狀態的估計對它進行節能控制，類似于一個不知疲倦的氣體壓縮機專家一直在對氣體壓縮機進行實時診斷，在調節的時候盡量做到最優，并盡量減少重復調節，使得氣體壓縮機的出力為最穩定狀態，達到設計最大效率運行，節能效果顯著。

離心空壓機節電王填補了離心空壓機節能的空白，是北京時代科儀新能源科技有限公司研發的核心技術。對于離心式氣體壓縮機而言，節能的主要步驟在于：

1、避免氣體放空和旁路的問題；

2、流量和壓力的最佳匹配，滿足最大效率點運行；

3、最佳的控制方法，使得在最優條件下運行并且避免喘振的可能性。

在實際的應用中，采取的控制方法大致介紹如下：通過實際運行，對當前的流量需求進行評估，并衡量實際產出速度，根據兩者之差，計算氣壓變動的速率，再預估氣壓的升高和降低的趨勢，預知將來的氣壓變化，根據這個變化趨勢，提前對空壓機進行逐步的、緩慢的調節，這樣既可以保證氣壓穩定，又能夠保證空壓機的運行穩定。

時代科儀離心空壓機節電王是一種綜合節能設備，它通過測量運行參數，對離心壓縮機的運行進行實時分析，將參數規范化成為系統標準的格式。緊接著，根據管網氣壓和流量等參數，進行最大效率估計系統，對當前離心壓縮機的最大效率進行估計，能夠應用于閥門開度最大、壓縮產熱最少的運行狀態下。并通過前饋控制，對部分參數進行提前觀測，與最大效率計算一起，形成合理的控制指令。前饋控制的目的在于，避免壓縮氣體的響應滯后性帶來的系統頻繁波動。最終，結合防止喘振的特殊算法（發明專利），形成轉速指令，并由此指揮轉速控制系統，實現合理的轉速調節，保證離心壓縮機的持續高效運行。

2.2.3 離心空壓機節電王的技術優勢

時代科儀離心空壓機節電王是專門針對離心壓縮機，具有多項國家專利和軟件著作權，列出如下：

這些專利技術，是北京時代科儀新能源科技有限公司在以往數年的節能實踐中，經過多次試驗和分析改進而獲得的技術成果，具有非常典型的、成功的應用案例，極具推廣價值。

在研發過程中，結合了航天技術的應用，采用“人工智能”與“大數據”融合的專家控制系統，體現了技術專家的理論知識和現場經驗。經過實際運行，效果顯著。

2.2.4 離心空壓機節電王與變頻的區別

行業曾經公認離心壓縮機不能采用變頻調節，這是因為，變頻調節是采用反饋控制，根據氣壓的變動不斷調節轉速，由于用氣量不斷變化，造成壓縮機轉速不斷變動，且呈現出自然振蕩，寬幅波動。對于離心氣體壓縮機而言，變頻的頻繁調節容易達到喘振線而誘發喘振的可能性。同時，壓縮機轉速不斷波動時效率也低，節能效果不理想。

本節能系統借鑒了變頻對電機的轉速的調節功能，并根據離心空壓機的特殊要求，對變頻技術進行了專門改進、升級，屬于特制的設備，不同于一般的高壓變頻。在控制系統方面，主要改進了頻率的計算模式，在研究了離心壓縮機的特征的基礎上，創新的專利技術，使得離心壓縮機在變速時遠離了喘振線，避免了喘振。同時，更加穩定的轉速也提高了離心壓縮機的效率。

軟件監視系統運行畫面

通過節能工作的開展，使企業的動力主機：離心壓縮機的功耗顯著下降，提高了企業整體的運行效率，對改善企業的經營效益起到了積極的作用。

2.3 儀表供氣螺桿空壓機節能

采用時代科儀的空壓機節電王，能夠實現螺桿空壓機的高效節能。

某制藥企業案例：

本廠共的三臺空壓機，一用兩備，其運行的基本參數如下：

三臺空壓機的運行參數

從數據來看，該三臺空壓機屬于1用2備，通常只有1臺運行。從加載比例來看，加載率為57%，加載時，視在功率為125kW，有功功率約112kW，處于滿負荷狀態；卸載時，視在功率仍達到52.6kW，估算其卸載時的有功損耗約為31.6kW，可見損耗較大。

以上三臺空壓機存在以下改進點：

1、空壓機效率較低，需要改變壓縮方式，提高效率。

2、存在嚴重的空載功耗。

需要對空壓機的運行工況進行改進，從而達到供氣充足、能耗下降、空載功耗消失的目的。

節能改造內容：

施工周期：設備的生產制造：10天，安裝調試1天。

節能改造效果：

（1）節電

（2）降低空壓機油溫：約下降20度。

（3）降低空壓機的維護費用，延長空壓機使用壽命。

三、制冷系統節能方案

在制藥企業中，制冷系統也占據了相當大的比重，時代科儀具有制冷專業團隊，對制冷系統進行最佳優化，實現節能效果，本章論述。

3.1 制冷系統整體COP提升

制冷站COP提升控制管理系統從冷站的整體能量平衡出發，采用先進的控制技術協調控制，科學的實現變負荷情況下冷站的整體群控，高效運行，達到最佳的節能效果，可以實現冷站整體綜合節電率達到25%-40%；冷站COP提升控制管理系統有著先進性、節能性、開放性、節能性以及實用性等特點。

（1）制冷機單體運行效率COP提升

（2）水泵系統輸送效率提升

（3）冷卻塔系統散熱效率提升

擁有自主的知識產權的高技術產品，通過技術改造可實現：

（1）冷凍、冷卻水系統雙向變流量調節、糾正水力失調、減小管網阻力、解決分水不均、布水不勻的難題，提高提高制冷主機的能效比和冷卻塔的換熱能力，最終達到整個系統高能效、低能耗、科學化運行的目的；

（2）實現在線顯示、記錄各設備的運行狀態和運行數據，同時可換算出相同工況下系統的節能率和節能量。同時可實現主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風機變頻控制，根據環境溫度變化和實際用冷需求變化，通過系統內嵌的云終端計算軟件高速運算，找出系統最佳的運行工況點，并輸出指令即時調整系統的運行工況，使系統始終處于高效區間運行，以達到節能的目的。

（3）在一定的環境條件下，對泵的最佳效率進行運算和調度，使得泵組總是在最佳效率帶運行。同時匹配冷卻風機風量，使得系統達到最佳風、水比例，獲得最優性能。

通過節能改造，在冷卻水循環系統將實現20%左右的節能率（全年平均）

3.2 制冷壓縮機節能：制冷壓縮機節電王

制冷壓縮機節電王采用時代科儀的專利技術，控制邏輯與空壓機節電王類似，具體參數有所不同，通過對制冷壓縮機運行情況的測量、分析，進行實時控制，將制冷系數保持在較高狀態，獲得最佳的節電效果。

本產品直接串接在制冷壓縮機的星-三角啟動電路前端，自動配合壓縮機運行，無需人工操作和維護，不改變制冷量，不需要調節制冷壓縮機的能量位置閥和內壓比滑閥。

制冷壓縮機節電王同屬于國家創新基金研發課題，獲得國家科研資金獎勵支持，采用了綜合的專家經驗控制理論，與常見技術相比具有以下優勢：

3.3 制冷工藝系統管理節能

在制冷工藝管理方面，時代科儀率先將“用冷環節”納入考慮范圍，通過用冷環節與制冷環節的聯動，實現最大程度的節能。主要使用一套綜合監控系統，對用冷環節的實際溫度、流量進行監控，并對最佳的制冷效果進行模糊計算，針對當前實際所需的制冷強度，控制制冷環節運行在最佳供應點，杜絕不必要的浪費。

案例：通過對用冷工藝實施監控，通過模糊控制計算最佳制冷工作點，降低對冷凍水的要求，使得春、秋、冬季的冷凍水供應溫度平均上升3攝氏度（在合理的范圍內），循環量合理下降25%，實現制冷機運行強度下降12%的目標，整體節能效果較好。

3.4 余熱利用制冷

制藥企業對制冷量的需求較大，而離心空壓機運行過程中的熱能很高，恰好能夠用于制冷，彌補制冷量的不足，實現很好的節能效果。其過程是：通過離心空壓機產生高溫熱水，然后使用高溫熱水作為熱源，驅動溴化鋰機組制冷，能夠產生冷凍水供應生產環節。

制藥企業，利用離心空壓機的余熱，產生90攝氏度熱水，驅動溴化鋰機組制冷，彌補冷凍水的不足，大幅降低制冷壓縮機的使用率，節能效果顯著。

四、循環水節能方案

制藥企業與其它各種工業企業相似，其循環水的使用都相當普遍。循環水的主要功能在于將生產設備、制冷設備的熱量換出并釋放，其工作的流程一般都不復雜，主要是先將冷水輸送到被冷卻的設備，循環過程中將熱量帶出來，并輸送到冷卻塔散熱，將水溫降低之后收集到水池中，如此不斷循環，過程中蒸發的水量通過自動補水系統進行補充。在循環過程中，水泵是動力設備，冷卻塔是散熱設備。

循環水節能的主要手段有：閥門控制、變頻節能、水泵參數改制節能、冷卻塔節能、時代科儀循環水智能控制系統、復合式閉環冷卻塔等，相關的實踐可參考《循環水節能方案匯總》。

五、蒸汽節能方案

蒸汽是制藥廠又一個重要的能耗形式，本章對蒸汽系統節能進行簡述。

5.1 鍋爐優化控制系統

鍋爐優化控制系統實現制藥企業蒸汽鍋爐的監控和智能管理，通過對鍋爐運行諸元：引風量、排氣溫度、含氧量、燃料消耗速度等的評測，獲得鍋爐運行的最佳效率點，并控制鍋爐運行在最佳效率區間。

5.2 乏汽回用技術

制藥企業使用的蒸汽為一過性的，加熱后的乏汽一般難以利用，但是乏汽仍有一定的價值，通過乏汽回用，能夠節省生產成本。

5.2.1 乏汽再壓技術

采用特殊的螺桿壓縮機，對乏汽進行再次壓縮，恢復乏汽的壓力，省卻了再次使用鍋爐產生蒸汽，節約了一部分蒸汽，實現節能效果。

5.2.2 乏汽余熱制冷

采用溴化鋰熱泵，利用乏汽作為動力進行制冷，節約熱能消耗，實現節能效果。

六、污水處理節能方案

6.1 污水處理節能技術概要

污水處理就是對污水進行凈化，達到排放或者再次使用的標準的過程。污水處理的成果是達標的水質，而污水處理的代價就是電能的大量消耗，我們發現污水處理廠的電費相當可觀。經過分析，我們發現在整個污水處理過程中，曝氣鼓風機所消耗的電量占了系統消耗電量的一半以上。為了降低污水處理的能耗，時代科儀采用以下方法：

6.1.1 函數流量系統

用于控制曝氣環節的實際流量，使得生化反應在恰到好處的條件下進行。根據污水處理的大量案例調研結果，走訪了數位專家、總工，聽取意見，共同研制了函數流量系統，它能夠在不增加人員工作負擔的前提下，使得曝氣程度控制較佳，曝氣不過多也不過少，總是最有利于絮狀污泥的生化作用，使得生化反應迅速、穩定，對水中化學需氧量COD的消耗程度高，而曝氣的能源成本顯著降低。

6.1.2 鼓風機控制系統

根據多年節能工程經驗，特別是壓縮氣體節能的經驗，綜合了多項專利技術，研制了鼓風機節電王這一節能系統。鼓風機節電王是硬件機柜，具有嵌入式計算機和能源分析系統，它采用專家算法，控制鼓風機的電機，實現最佳定速運行，調節范圍可靠、穩定，能夠使得現場鼓風機總是工作在最優狀態，在相同曝氣量條件下，采用鼓風機節電王之后，鼓風機的功耗會明顯下降。

6.2 離心鼓風機節能的方法

離心鼓風機是典型的鼓風機，通過變速箱將轉速提升，并帶動葉輪轉動進行鼓風，并通過蝶閥調節風量。其機構示意圖如下：

該鼓風機調節流量的方式簡單、快捷，但調節方式仍然引起較大的能耗，在蝶閥開度較小時，鼓風機的效率有所下降，具有一定的節能空間，時代科儀采用離心送風設備專用的節能技術（發明專利）對離心鼓風機進行調控，在節能的同時能夠避免喘振。

該控制系統的原理是這樣的：

A：曝氣綜合控制軟件：根據進水的水質、流量、水溫、出水的水質等數據，結合污水的數學模型，計算出所需溶氧量指標；

B：實際溶氧控制：根據所需溶氧量指標，并測量實際的溶氧量，采用函數流量系統進行控制，維持實際溶氧量在設定溶氧量；

C：空氣流量控制：采用鼓風機控制系統，根據實際溶氧量的控制輸出，總是輸出合適的空氣流量，滿足實際溶氧量的穩定，驅動鼓風機，按照合適的流量控制鼓風機在最高效的狀態下運行。

整個節能體系主要是通過準確的控制，保證污泥在最佳的狀態，保持最佳的生化反應，使得所輸出的空氣量較好的符合實際需要的量，避免過度供應，并且使得鼓風機設備運行在效率較高的區間，從而實現節能。

后  記

北京時代科儀新能源科技有限公司,成立于2010年，是一家集節能產品、節能診斷、節能解決方案設計、節能改造、節能項目運營于一身的綜合型節能企業，公司坐落于北京市海淀區上地中關村科技園區，實力雄厚，現有技術部、產品部、銷售部、工程部等主要部門，作為節能行業中的領先者，時代科儀一方面吸收國外先進的節能技術，一方面堅持自主創新，全力打造和弘揚公司品牌，擁有多項專利。公司核心技術團隊具有在能源行業15年以上的服務經驗，并與中國科學院、中節能等機構建立了戰略合作伙伴關系，有涵蓋能源行業的技術開發、工程設計、實施、調試和驗收及運行維護的豐富經驗，公司主要致力于：節能產品及設備（如制冷系統節能、空壓機節能產品、負載跟蹤節電產品、中央空調節能產品、變頻調速產品、能源管理云平臺等）；節能診斷及節能技術實施方案；冷凍系統及制冷設備整體能效提升；余熱回收；三聯供、高效照明；合同能源管理節能服務等。

我公司是國家高新技術企業、是國家發改委備案的節能服務公司，是全國節能環保促進會會員單位、中國節能協會節能服務產業委員會會員單位、國際低碳經濟研究中心特邀顧問單位。北京時代科儀新能源科技有限公司愿與社會各界精誠合作、攜手共進，為實現低碳、綠色、節約、循環可持續發展的社會貢獻力量！