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89288062英格索兰夹箍——通用机械产品节能技术进展

2014-08-13 11:41:49

通用机械产品，泵、风机、压缩机、空分设备、干燥设备等是量大面广的耗能产品。国务院关于印发节能减排“十二五”规划的通知，国发（2012）40号文，（四）具体目标中指出：“风机、压缩机、泵等新增主要耗能设备能效指标达到国内或国际先进水平，......”。因此，大力发展*通用机械产品，不断提高产品技术水平，对我国节能降耗，提高能源利用率，为国民经济各部门实现节能、减排目标都具有非常重要的现实和长远意义。

一、行业协会在节能减排工作中发挥的作用

（一）摸清行业主要产品的耗能情况，编写节能技术报告

2010年，全国电力装机容量9.62亿千瓦，发电量4.14万亿KW.h。目前，全国在运行的泵、风机、压缩机约有8000多万台（按年8000小时满负荷运行统计），总装机已超过3.5亿KW，用电量约占40%，其中泵用电量占20%；风机10.4%；压缩机9.6%。

泵、风机、压缩机耗电统计数据

产品名称	台数（万）	装机功率（10Kw）	估计用电量（亿Kw.h）	占全国用电量%
泵	3100	18000	8280	20
风机	2600	10000	4306	10.4
压缩机	2300	8100	3974	9.6

对泵、风机、压缩机应用的重点领域进行了调研，其中煤化工、石化、化肥、电力、冶金等行业中，泵、风机、压缩机的耗电约占60%以上。氮氢压缩机的耗电占合成氨装置电耗的70%；乙烯“三机”（裂解气压缩机、乙烯压缩机和丙烯压缩机）的耗电占乙烯装置电耗的30%以上；电站自耗电约占发电量的10%，而这10%的电耗主要用在与发电机组配套的引风机、排粉机、凝结泵、循环泵、锅炉给水泵等，占厂用电消耗的80%。冶金企业是能耗大户,其送风机、除尘风机、加热炉鼓风机、化氨水泵；烧结引风机、熔炼铅锌冷却泵、制氧机、冷却泵、清水泵、降温排风机等耗电占60%以上。

2011年完成了“通用机械产品节能技术研究报告”。在报告中分别概述了泵、风机、压缩机三类产品的节能方法，并提出系统节能是关键。

2012年在中国机械联合会的组织下，根据国家出版总署的要求参与编写了“机电产品节能技术手册”。通用机械协会负责编写“泵、风机、压缩机产品节能技术篇”，共30万字，已于2013年11月出版。

（二）配合政府相关部门推动节能产品的推广

1、协助工信部开展《节能机电设备（产品）推荐目录》工作

工信部自2009年开始推荐发布节能产品目录，通用机械工业协会积极动员企业申报，并派专家对申报的企业和产品进行评审。

通用机械行业泵、风机、压缩机四批被列入推广目录，2009年发布的*批节能产品，其中泵6项、压缩机11项；2010年发布的第二批节能产品，其中泵15项、压缩机3项、风机8项；2011年发布的第三批节能产品，其中泵9项、压缩机106项、风机2项；2012年发布的第四批节能产品，其中泵31项、压缩机19项、风机20项。

2、2013年协助工信部推荐并评定“能效之星”，压缩机行业的开山集团和尤来特斯各有一项产品入选。

3、协助国家发改委、财政部、工信部做好节能惠民工程

2011年，我国泵、风机、压缩机三类产品达到二级能效指标的情况：风机30%；压缩机18%；泵10%。协助三部委制定了“泵、风机、压缩机等节能产品惠民工程实施细则”。

经企业申报和专家评审，三部委审定后，2013年1月11日,国家发展改革委、财政部、工业和信息化部发布了节能产品惠民推广目录（*批）其中：泵641个产品型号、风机34个产品型号、压缩机280个产品型号；2013年5月21日,国家发展改革委、财政部、工业和信息化部发布了节能产品惠民推广目录（第二批）其中：泵1537个产品型号、压缩机355个产品型号。

通过节能产品惠民工程的实施，目前三类产品的节能产品占产品总量的比例有了较大提高。泵已由原10%提高到30；压缩机由原18%提高到40%；风机由原30%提高到45%。

二、开展行业技术交流与合作

（一）开展节能产品联合设计

为了实现用户节能减排目标，通用机械行业协会组织了高校、研究所、设计院、生产企业等组成联合设计组，开展节能产品联合设计，取得了实际效果。如风机行业组织了西安交通大学、沈阳风机研究所和20多家生产通风机的企业（自愿）针对国内生产的通风机耗能情况进行了重新设计，重新设计的通风机全部达到二级能效标准，部分达到一级能效标准。经过联合设计，风机全行业产品达到二级能效的产品超过30%，有5%的产品达到一级能效。

（二）全方位合作，实现节能

邀请高校、研究所、企业、设计院、用户的专家就提高泵、风机、压缩机等通用机械产品节能技术进行研讨和交流，在行业基本形成共识，提出了泵、风机、压缩机节能开展产品节能与系统节能并举；设计、制造、使用并举措施实现节能。

1、从设计阶段实现产品的高效。

提高泵、风机、压缩机产品的节能设计水平遵循以下原则：（1）使用单位合理确定泵、风机、压缩机的性能参数和必备工作条件；（2）设计部门合理确定泵、风机、压缩机的类型、参数，合理满足现场使用条件；（3）全面考虑泵、风机、压缩机的*高效率及其范围、实际使用效率指标；（4）进行技术经济比较，从中选择技术先进、经济合理的方案。

2、提高产品零部件的加工精度和装配精度，保证产品的设计效率。

3、合理选配*电机，防止大马拉小车的现象，提高泵、风机、压缩机的运行效率。

4、采用合理的调速控制装置，提高泵、风机、压缩机的节能水平。

5、进行合理的系统设计，优化管路、附件配置，保障设备在*佳经济工况下运行。

二、压缩机节能技术与途径

压缩机耗电约占全国用电的的9%。压缩机成本由采购成本、能源运行成本、维护成本组成。依据全生命周期评价理论，采购成本仅占10%，而运行成本占80%。随着企业对压缩机空气系统的认识深入和节能减排趋势要求，迫切需要合适的技术对现有的压缩空气系统进行节能改造，以达到更好的节能效果。

当然，因企业压缩空气系统的特点和节能技术的不同，为提高节能改造成功率，节能改造不能盲目实施。在对整个系统进行全面分析、测试和评估的基础上，选择适合节能措施显得尤为重要。基于气动系统能量消耗评价及能量损失分析理论基础上，从系统构成的各个环节入手，对目前存在的和新兴的一些空压机节能技术的特点进行分析和探讨，有如下几种节能措施：

1、压缩空气的产生阶段。不同类型压缩机的系统配置和维护，运行模式优化、空气净化设备的日常管理。

（1）单台压缩机节能

采用的主要节能措施：1）保证进气的空气洁净度。2）降低空压机进气温度，提高效率。3）润滑油油压对离心压缩机机转子振动影响大，选用含消泡剂和氧化稳定剂的润滑油。4）重视冷却水水质，合理控制冷却水排污量，有计划补水。5）空压机、干燥器、储气罐及管网冷凝水排放。6）为防止（离心式压缩机）空气需求量变化过快等引起喘振，注意高速机组设定的比例和积分时间，尽量避免用气突减。

（2）空压机调节控制系统

压缩机在工作时，由于同时工作的设备台数经常发生变化，因此耗气量也随之变化，当耗气量减少时，如果空压机还在高速运转，不仅浪费了能源，还可能因储气罐内压力不断升高，引发超压事故。为了解决这一问题，空压机上均设有自动调节和控制系统。对于连续运转的空压机，当需要的耗气量减少时，空压机自动投入轻载或空载运行；反之，又能自动恢复正常运行。常用的调节方式主要是关闭吸气管法，使空压机空转，排气量等于零。这种调节方式简便易行，经济性好，广泛应用于中小型空压机上。在空压机充气和空载交替运行过程中，牵引电机也是满载和轻载之间周期性地转换；满载时，电机处于高效经济运行状态，轻载时，电机处于非经济运行状态，浪费了大量电能。目前，空压机上使用的节电保护系统主要有两种：一是使用（变频）调速或力矩电机，使供气系统成为恒压系统；二是应用轻载节能控制装置减少电机在轻载时的电能损失。

空压机变频节能原理：螺杆式空压机基本运行方式是加载、减载方式。减载时电机空转,能源白白的浪费，如果利用变频器通过改变电机频率来调节转速，变频控制即通过改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出气量，从而达到控制管路的压力，具有明显的节能效果。空压机变频节能系统原理如下:通过压力变送器测得的管网压力值与压力的设定值相比较，得到偏差，经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值。由变频器输出的相应频率和幅值的交流电，在电动机上得到相应的转速。那么空压机输出对应的压缩空气输出至储气罐，使之压力变化，直到管网压力与给定压力值相同。变频器，压力变送器、电机、螺旋转子组成压力闭环控制系统自动调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定范围内，进行恒压控制。反馈压力与设定压力进行比较运算，实时控制变频器的输出频率，从而调节电机转速，使储气罐内空气压力稳定在设定压力上。

（3）压缩空气干燥工艺

目前，*常用的压缩空气干燥处理设备分为冷冻式、无热再生式和微热复合式。主要性能比较如下：冷冻式技术成熟露点较高，耗电占压缩机的3%；无热再生式价格低廉露点不稳定，再生用气占13-15%；微热再生复合式工艺成熟价格贵，再生用气占7-8%。

2、压缩空气的输送阶段。管网配置的优化，高低压供气管道分离；耗气量分配的实时监管，泄漏的日常点检与*小化，接头处的压损改造。

（1）气路系统

空压机的气路系统包括滤风器、气缸、吸排气阀、活塞组件、冷却器、密封装置和贮气罐等组成。外界的大气经过清洁和压缩后通过输气管道到使用设备，这一过程存在较大的节能潜力。如果活塞与气缸内壁密封不严（间隙过大），吸排气阀失修（或修理不善）等就会造成严重漏气，直接减少了空压机的排气量，使其效率下降。对吸排气阀的要求开闭迅速，阻力小，密封性好。按国家标准规定，其漏气系数应达到0.95以上，定期进行工作参数的测试，及时发现和解决问题是十分必要的。

另外，输气管路中压缩空气的泄漏也是造成气路系统能耗增大的重要原因。管路系统的能耗损失主要表现在沿管程管路损失和漏气压力损失。管路系统的压降不应超过工作压力的1.5%。当前，很多空压机站的输气管道没有主次之分，不必要的弯头、弯管过多，压力脉动频繁，压损严重。气动管道有的埋于地沟，无法监测泄漏。因此，合理选择（或设计）输气管路的管径的管材，高标准、高质量地安装和施工，才能达到投资少，能量损失小，确保压力要求。空压机排气压力每增加0.1MPa，空压功耗将增加7%-10%。为此，所采取的改造节能措施有：（1）将支路布置的管线改成环路布置，实行高低压供气分离，并安装高低压精密溢流单元；（2）更改局部阻力偏大的管线，降低管道阻力，对管内壁酸洗，除锈等净化处理，保证管壁光滑。

（2）泄漏、检漏和堵漏

泄漏严重时，泄漏量可达20%-35%，主要发生在各用气设备的阀门、接头、三联件、电磁阀、螺纹连接和气缸前端盖等处；有的设备超压工作，自动卸荷频繁排气。泄漏造成的损失几乎超出大多数人的想象。有数据显示，汽车点焊工位的一个焊渣在气管上造成的一个直径1mm的小孔，每年电费损失高达3525kw.h。

节能措施：1）对主要生产车间的供气管道安装流量计量管理系统，确定工艺用量限额。2）调整工艺用气量，尽可能减少阀门、接头的数量，减少泄漏点。3）加强管理，使用*工具定期巡检。总之，可以采用一些*监测设备，如并联接入式智能气体汇漏检测仪、泄漏点扫描枪等，采取措施防止压缩空气系统的跑、冒、滴、漏，据此开展维修工作和元器件更换工作。

3、压缩余热回收阶段。通过热交换等手段将空气过程中产生的热量回收，用于辅助采暧和工艺加热等。

空压机余热指的是空压机在生产高压空气过程中随之产生的多余热量。在空压机将机械能转为风能的过程中，空气得到强烈的高压压缩，温度骤升。同时，空压机的旋转也会磨擦发热，这些高温热量由空气润滑油混合成的油气、蒸气携带排出机体。这部分高温气流的热量相当于空压机输入电功率的3/4，它的温度通常在80-100C，这些热能都需要通过空压机的散热系统快速冷却，以满足空压机正常工作的温度要求，这巨大的热量被白白浪费且在冷却过程中还需要消耗额外电能。

根据全生命用期评价，空压机消耗的电能有80%-90%转化成热的形式散失掉了。除去辐射到环境中和存于压缩空气自身的热量外，剩余94%的能量均可以采用余热回收方式加以利用。

典型余热回收主要有：辅助采暧、工艺加热和锅炉补水预热。通过合理改进，50%-90%的热能可以回收并利用。安装热能回收装置可以将空压机运行温度有效控制在*佳运行温度使润滑油工作状态良好，空压机排气余量会增长2%-6%。对于风冷式空压机，可以停止空压机自身的冷却风机，采用循环水泵回收热量；水冷式空压机可采用来加热冷水或空气加热，回收率在50%-60%，余热回收相对电热设备几乎无需能耗，相对于燃油、燃气设备零排放，是清洁环保的节能方式。

三、能量回收技术

能量回收的定义十分广泛，具体来说就是将已经使用过的能量转变成可使用的能量，比如热能、机械能、压力能、光能等转化为可利用能源。能量回收能够充分利用能源，减少碳排放节能降耗有利于可持续发展。

目前，通用机械行业正在开展能量回收技术研究，研制能量回收新产品。例如蒸汽能量回收的蒸汽透平（汽轮机）、高压液能回收的液力透平（水轮机）、低品位能量回收的螺杆膨胀装置等。

（一）液力透平
所有的离心泵基本上都可以作为能量回收液力透平使用，泵的出口变为液力透平的进口，泵的进口变液力透平的出口。液力透平在一定条件下可替代电动机或汽轮机等驱动装置，并且*高可回收80%的流体能量并用来驱动泵或其他转动机械，在1～2年甚至在更短的时间内就可收回投资。大连深蓝泵业、沈阳格瑞德泵业、合肥华升泵业公司等都已开发出高效的液力透平，并已在石化等领域应用取得良好的节能效果。

在80万吨/年加氢裂化装置中利用液力透平将加氢裂化过程中生成的多余的压力能转化为动力，驱动泵作功，取代了通常采用的调节阀降压。经应用，年节电400万度，使加氢装置总耗电下降6%。

（二）螺杆膨胀机

螺杆膨胀机属于容积式膨胀机，是通过吸入有一定压力的气态工质使得基元容积由小到大的连续膨胀从而对外做功的动力机械，是螺杆压缩机的逆运转。

螺杆膨胀机利用余压、余热，来推动螺杆膨胀机膨胀做功，可直接驱动耗功机械，如压缩机、鼓风机、水泵等，也可以驱动发电机发电。

螺杆膨胀机的余热利用是通过有机朗肯循环来实现的。有机朗肯循环是常见制冷循环的逆循环，通过有机朗肯循环就可以把低品位热能转化成电能或机械能。

常见低品位热能包括：各种工业流程中产生的热水、热油或其它热液体；各种工业流程中产生的负压、大气压、低正压的蒸汽，饱和的或过热的蒸汽；饱和蒸汽和水的两相流；工业流程中产生的含有大量水蒸汽的混合气体；各种工业流程中产生的烟气；地热；由太阳能所产生的热水、热油或水蒸汽；垃圾处理或其它生物能所产生的低品位热能；往复发动机的缸套水和发动机排放的尾气；燃气轮机排放的尾气；液化天燃气的气化也可以用作有机朗肯循环螺杆膨胀发电站的低温热源而以环境作为高温热源来发电。

以在电力行业应用为例。在电力行业热力系统中，需要许多减温减压装置。蒸汽从较高压力温度减至较低压力温度水平，必然产生节流损失。利用螺杆膨胀机代替减温减压装置，回收这部分损失能量并转化成高品质的电能，然后排汽满足压力温度要求，继续回到热力系统之中。

某热电厂有8台35t/h蒸汽锅炉，产生的蒸汽压力为3.53Mpa，温度435℃。原先采用减温减压装置，将锅炉蒸汽减成1.6Mpa(表)压力、温度220-230℃的供热蒸汽，送入蒸汽管网热用户使用。

该厂利用现有锅炉蒸汽到供热母管的差压，通过螺杆膨胀机发电，经发电后的排汽满足用户需求的供热蒸汽品质，年回收电量800万千瓦.时，降低生产成本，提高了企业的经济效益。

（三）透平膨胀机组

1、工业流程能量回收利用装置

工业流程能量回收利用装置广泛应用于冶金、硝酸、精对苯二甲酸（PTA）等生产工艺过程中的能量回收综合利用，是涉及风机、汽轮机、仪表、计算机、控制等多学科的综合技术和产品。该产品根据所应用的领域分为：高炉煤气余压发电透平装置、硝酸四合一装置、精对苯二甲酸尾气回收透平（PTA）等。

以高炉煤气余压发电透平装置（TRT）为例，安装该装置是冶金企业节能降耗的重要途径。可为钢铁企业减少外购电量的6％—8％。

工业能量回收透平装置

硝酸三/四合一机组

3、燃气蒸汽联合循环发电装置（CCPP）

燃气—蒸汽联合循环发电装置（CCPP）是先将高炉煤气、脱硫焦炉煤气混合，经煤气压缩机加压，与压送至燃烧室的空气混合燃烧，生成高温、高压的气体，经燃气透平机膨胀做功，推动燃气透平带动压缩机和外部负荷高速旋转，从燃气透平中排出的乏气引至余热锅炉，产生高温、高压蒸汽驱动汽轮机，与燃气透平一起带动发电机发电。

一般来说，以高炉煤气作为锅炉燃料产生蒸汽来驱动汽轮机发电的热效率仅能达到25%左右，而燃气—蒸汽联合循环发电机组在不外供热的情况下热效率可高达40%-50％。世界发达国家主要钢铁厂均装有燃用高炉煤气的燃气—蒸汽联合循环发电机组。

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肖龙虎

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