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通用機械產品節能現狀與趨勢

分類:
公司新聞
發布時間:
2019/12/17 09:14
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  一、通用機械節能產品技術開發與應用情況

  通用機械產品繁多,其中量最大、應用最廣的產品是泵、風機、壓縮機。根據這幾類產品每年的產量和投入運行的數量,經測算,其年耗電量約為全國工業用電量的40%,其中泵用電量占20%,風機10.4%,壓縮機9.6%。

  能源是一個國家經濟發展的基礎,我國能源需求在不斷增長中面臨巨大的節能減排壓力。特別是隨著節能工作深入推進,進一步挖掘節能潛力的難度加大,節能的任務更加艱巨。這迫切需要全社會在產品節能、系統節能創新和推廣應用等方面得到共識,使我國節能技術實現更大突破。

為加快節能技術與裝備產業化步伐,我國先后發布了《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》、《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》、《“十二五”節能環保產業發展規劃》和《關于加快發展節能環保產業的意見》,明確把推進重大節能技術與裝備產業化作為發展節能環保產業的重要內容,各項政策措施力度不斷加大,這為推進節能技術創新和產業化工作營造了良好的政策環境,通用機械制造業面臨重大發展機遇。

  提高通用機械產品節能技術水平是促進產業轉型升級的重要舉措。近年來,通用機械行業不斷加強產品與系統節能技術創新,積極推進節能技術的開發與推廣應用。目前泵、風機、壓縮機三類節能產品的比例有了較大提高,已由原10%提高到30%。提高泵、風機、壓縮機能效標準已著手修訂,系統節能標準也開始起草,干燥設備的能效標準已完成上報待批。余能回收利用技術在泵、風機、壓縮機生產企業得到重視,部分企業已開發出余能回收系統裝備,并推廣應用,取得明顯的節能效果。越來越多的企業加入合同能源管理,與用戶達成節能考核目標與效益目標。部分制造企業已從單純提供節能產品發展到為用戶提供系統節能方案。

  但總體看,我國通用機械產品節能技術水平與節能挖潛需求相比仍有一定差距,主要表現在:一是自主創新能力不強。以企業為主體的節能技術創新體系不完善,產學研結合不夠緊密,技術開發投入不足,一些核心系統節能技術尚未完全掌握;二是產業集中度低。企業規模普遍偏小,龍頭骨干企業帶動作用不強,節能產品成套化、系列化、標準化水平低;三是政策不完善。相關法規、標準體系以及財稅、金融政策不健全,中小型制造企業融資困難;四是市場化推廣體系不健全。用戶與供應商之間的節能技術產品信息傳播途徑較少,第三方評價機制不完善,用戶對新型節能技術裝備認知程度低、識別成本高,合同能源管理、設備租賃等市場化推廣模式沒有得到普遍應用。

有些原本是節能產品,可是應用到工程中卻變得不節能了。出現這種情況的原因:一是系統匹配設計不合理,設計院在計算管路阻力時,為了保險期間,將阻力系數放大,如輸送流體的揚程是100米,設計院就加10%的安全系數,變為110米,泵、風機、壓縮機制造企業又為了保險,就配120米揚程的泵、風機、壓縮機,再加上標準中對選用電機的安全系數為1.1,這樣幾項安全系數疊加后就形成了大馬拉小車的情況,造成原本是節能產品變成了不節能了;二是泵、風機、壓縮機等節能產品的高效是指產品在額定工況下(滿負荷)的運行效率,此時最節能。但設備運行時往往偏離最佳工況范圍,這時節能產品也就不節能了。就像2.0以下排量汽車的經濟時速在每小時70-100公里時最節油,如果偏離這個速度就不省油了。據統計,我國70%以上的泵、風機、壓縮機等產品都在偏離工況條件下運行,這時的平均效率不到70%,本來90%的效率產品一下降低了20%的效率,這樣能源浪費太可惜了。

 

  二、余能回收技術開發與應情況

  余能回收的定義十分廣泛,具體來說就是將已經使用過的能量剩余部分轉變成可再次使用的能量,比如熱能、機械能、壓力能、光能等轉化為可利用能源。余能回收能夠充分利用能源,減少碳排放、節能降耗有利于可持續發展。

  目前,通用機械行業正在開展余能回收技術研究,研制余能回收新產品。例如蒸汽余熱回收的蒸汽透平(汽輪機)、余壓液能回收的液力透平(水輪機)、低品位余熱回收的螺桿膨脹回收裝置等。

  (一)液力透平

  流動中的液態流體(水)所具有的能量經過透平噴管時轉換為動能,流過葉輪時流體沖擊葉片,推動葉輪轉動,從而驅動透平軸旋轉。透平軸直接或經傳動機構帶動其它機械,輸出機械功。液體(水)通過轉輪旋轉,變為液(水)力透平工況。液力透平在一定條件下可替代電動機或汽輪機等驅動裝置,并且最高可回收80%的流體能量并用來驅動泵、風機、壓縮機或其它轉動機械。

  如山東長志泵業有限公司研制的液力透平平均每臺可回收功率300kW,以年運轉300天計算,則每臺液力透平裝置每年可節約電力216萬度,節約電費151萬元,經濟效益非常可觀。另外,大連深藍泵業公司等企業也開發出高效的液力透平機組,并已在不同領域應用取得良好的節能效果。

  (二)螺桿膨脹機

  螺桿膨脹機屬于容積式膨脹機,是通過吸入有一定壓力的氣態工質使得基元容積由小到大的連續膨脹,從而對外做功的動力機械,是螺桿壓縮機的逆運轉。

  螺桿膨脹機對于余熱回收利用的原理是通過有機朗肯循環來實現的。有機朗肯循環是常見制冷循環的逆循環,通過有機朗肯循環就可以把低品位熱能轉化成電能或機械能。目前,國內開發的螺桿膨脹機轉子型線能保證螺桿膨脹機的高效、低噪聲和高可靠性,可以滿足不同質量流量的水蒸汽的膨脹需求。

  浙江開山壓縮機股份有限公司開發生產的有機朗肯循環螺桿膨脹發電機組采用螺桿膨脹機直聯驅動發電機發電,不用增速或減速齒輪,不僅消除了齒輪的功率消耗和傳動噪聲,而且還提高了系統的可靠性。該公司開發的首臺有機朗肯循環螺桿膨脹發電機組在天津天豐鋼鐵公司得到成功應用,順利并網發電,得到市場認同,現已取得幾十套市場訂單。

  (三)透平膨脹機組

  陜西鼓風機集團公司近年來在透平膨脹余能回收方面開展多項研究和產品開發,重點開發了三類產品。

  1.純低溫余熱能量回收系統裝置

  陜西鼓風機集團開發的純低溫余熱能量回收系統裝置,其核心技術是利用排向大氣環境中的溫度低于380℃的中低溫的廢氣、煙氣所含的低品位的熱能來發電或直接驅動動力設備,采用的是以低參數系列的熱交換器、低參數汽輪機及發電機組成的純低溫余熱能量回收裝置,同時,對尾氣中的粉塵進行回收。目前主要應用在水泥、鋼鐵和石化行業中。

  每套純低溫余熱能量回收系統裝置每年可發電0.72億度;每年可回收效益3千多萬元;每年可節約標準煤2.55萬噸;每年可減少二氧化碳排放6.9萬噸。

  2.工業流程余能回收利用裝置

  工業流程余能回收利用裝置廣泛應用于冶金、硝酸、精對苯二甲酸等生產工藝過程中的余能回收綜合利用。其中,高爐煤氣余壓發電透平裝置是利用冶煉高爐的副產品——高爐爐頂煤氣具有的壓力能及熱能轉化為機械能以驅動發電機發電的裝置。我國冶金行業是全國最大的能源用戶,用電量占全國的13%—15%。而安裝高爐煤氣余壓發電透平裝置(TRT),則是冶金企業節能降耗的重要途徑。可為鋼鐵企業減少外購電量的6%—8%。

  3.燃氣-蒸汽聯合循環發電裝置

  燃氣—蒸汽聯合循環發電裝置是先將高爐煤氣、脫硫焦爐煤氣混合,經煤氣壓縮機加壓,與壓送至燃燒室的空氣混合燃燒,生成高溫、高壓的氣體,經燃氣透平機膨脹做功,推動燃氣透平帶動壓縮機和外部負荷高速旋轉,從燃氣透平中排出的乏氣引至余熱鍋爐,產生高溫、高壓蒸汽驅動汽輪機,與燃氣透平一起帶動發電機發電。

  一般來說,以高爐煤氣作為鍋爐燃料產生蒸汽來驅動汽輪機發電的熱效率僅能達到25%左右,而燃氣—蒸汽聯合循環發電機組在不外供熱的情況下熱效率可高達40%-50%。世界發達國家主要鋼鐵廠均裝有燃用高爐煤氣的燃氣—蒸汽聯合循環發電機組。

  燃氣-蒸汽聯合循環發電裝置主要由燃氣輪機組、煤氣壓縮機組、汽輪機、發電機、余熱鍋爐等關鍵系統構成,由這些系統構成一個復雜完整的發電系統。目前國外掌握該系統核心技術主要廠商有日本三菱、美國GE、法國阿爾斯通、德國西門子及日本川崎和三井、法國ALSTOM等。陜鼓在該機組的研發方面做了大量工作,并在技術方面取得一些重大突破,曾獲得過國家科技進步二等獎。

 

  三、通用機械產品節能技術發展目標

  1.利用通用機械行業現有的國家工程中心、國家重點試驗室和國家產品檢驗測試中心的基礎條件,強化科技創新體系建設,形成一批支撐節能技術與產品和系統裝備研發的高水平、基礎性、戰略性和前沿性科研機構。圍繞通用機械節能產品的關鍵、共性技術加大研發投入力度,開展系統節能科技研發攻關,突破系統節能核心技術瓶頸,形成自主的知識產權,為創建大規模推廣節能產品和系統提供技術支撐。

  2.不斷完善節能產品和設備運行系統的能效標準、檢驗標準和評定規則,使我國通用機械產品和系統節能指標更加完善、科學。

  3.在泵、風機、壓縮機、干燥設備等領域形成一批擁有自主知識產權和核心競爭力的節能產品,形成一批有國際競爭力的骨干企業,到2020年,高效節能技術與產品市場占有率由目前30%提高到60%以上,產值超過3000億元,實現年節能能力折合成標準煤600萬噸。

  4.余能回收利用領域重點攻克余熱余壓直接轉換為機械能回收利用、中低品位余能有機朗肯循環發電等重大技術開發與應用,不斷提高液力透平、透平膨脹和螺桿膨脹余能回收的效率,進一步提升余能回收系統運行效率。政府盡快出臺支持余能發電上網相關政策,推動能源按品質高低實現梯級利用。

  5.逐步形成一批泵、風機、壓縮機制造企業與電機、內燃機等生產企業和用戶建立“節能創新技術戰略聯盟”,實現全方位節能水平的提高。

  6.加大推廣達到國家1、2級能效標準的泵、風機、壓縮機產品的力度,為用戶提供最佳系統節能方案。加快現有不合理的泵、風機、壓縮機系統節能改造。

  對此,我們有理由相信,“十三五”期間,多項舉措必將使我國通用機械產品節能、系統節能和余能回收技術邁上新臺階,實現國發(2012)40號文提出的“風機、壓縮機、泵等新增主要耗能設備能效指標達到國際先進水平”的目標。

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