神寧煤化工甲醇廠冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能改造項(xiàng)目

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一、案例名稱

神寧煤化工甲醇廠冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能改造項(xiàng)目

二、案例業(yè)主

神華寧煤集團(tuán)注冊資本101億元人民幣，其中神華集團(tuán)占51%，寧夏政府占49%。神華寧煤集團(tuán)是寧夏最大的煤炭企業(yè)，擁有煤炭資源儲量295.08億噸，占寧夏已探明煤炭資源量的93%。神華寧煤煤化工基地計劃在2020年前建成，屆時煤基甲醇生產(chǎn)能力將達(dá)到50萬噸/年，煤基烯烴達(dá)到250萬噸/年，煤炭液化達(dá)到800萬噸/年，煤制天然氣達(dá)到40億立方米/年。

此次節(jié)能改造項(xiàng)目對象為年產(chǎn)甲醇85萬噸的神寧煤化工甲醇廠。甲醇廠的生產(chǎn)用能主要是煤炭、電力、水和天然氣。有5個工藝車間，4個輔助車間?，F(xiàn)水汽車間自備配置有2臺25MW發(fā)電機(jī)組，提供企業(yè)部分用電，其余所需電力由外部購入。

三、案例內(nèi)容

1.技術(shù)原理及適用領(lǐng)域

(1)概述。

水輪機(jī)是將水的動能或勢能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的原動機(jī)，是水力發(fā)電的主要設(shè)備之,在水資源豐富的地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用水動風(fēng)機(jī)，顧名思義就是以水力驅(qū)動風(fēng)機(jī)而不是傳統(tǒng)的電力，是在循環(huán)水系統(tǒng)本身具有充足富余揚(yáng)程的前提下，采用水輪機(jī)代替電機(jī)來驅(qū)動風(fēng)機(jī)進(jìn)行熱交換。水輪機(jī)的工作動力來自系統(tǒng)的富余流量和富余揚(yáng)程。改造后，水泵驅(qū)動的循環(huán)水經(jīng)過工藝裝置去后到達(dá)水輪機(jī)并帶動其旋轉(zhuǎn)。水輪機(jī)的輸出軸直接與風(fēng)機(jī)相連，進(jìn)而帶動風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。理論上水輪機(jī)的輸出功率只要達(dá)到或超過所帶動風(fēng)機(jī)的軸功率就能滿足風(fēng)機(jī)原來的轉(zhuǎn)速，滿足冷卻要求，從而實(shí)現(xiàn)成功改造。

(2)系統(tǒng)富余能量來源。

把循環(huán)水系統(tǒng)浪費(fèi)的富余能量利用起來，用水輪機(jī)替代原來的電機(jī)及傳動系統(tǒng)是項(xiàng)目改造的技術(shù)要點(diǎn)。現(xiàn)有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)里的富余能量的來源主要是三大部分:設(shè)計余量、勢能、水泵的自身調(diào)節(jié)能力。此三部分足以帶動水輪機(jī)做功，此外還有兩部分:一是循環(huán)水中存在的動能，二是閥門開啟是否到位。

①設(shè)計余量。

在冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計的熱力學(xué)傳熱學(xué)計算中，從換熱設(shè)備熱負(fù)荷、換熱面

積到冷卻水需求量的各個環(huán)節(jié)，由于考慮到設(shè)備和系統(tǒng)管道的阻損，一般都要放一些設(shè)計余量，在水泵選型時還要在此基礎(chǔ)上再乘1.1倍至1.3倍作為水泵選型的依據(jù)，而在具體選型時往往很難湊巧選到參數(shù)完全一致的水泵，根據(jù)就高不就低的原則，一般選擇揚(yáng)程較大的水泵，由于上述幾種情況的疊加，循環(huán)水系統(tǒng)中存在著大量的富余揚(yáng)程和流量。富余揚(yáng)程和流量就為冷卻塔的節(jié)能改造提供了可能。

②水的勢能。

冷卻塔內(nèi)的循環(huán)水到達(dá)換熱設(shè)備進(jìn)行熱交換后又回到冷卻塔，冷卻塔布水器與換熱設(shè)備的絕對高度之差往往是數(shù)米甚至于幾十米,這部分勢能被從布水器白白的釋放掉了。

③水泵的自身調(diào)節(jié)能力。

從水泵性能曲線中可以看出，水泵的流量Q(m'/h)和揚(yáng)程H(m)可以相互轉(zhuǎn)化。在不增大水泵功率的前提下，流量和揚(yáng)程可以相互轉(zhuǎn)化以滿足水輪機(jī)所需的實(shí)際壓頭。

進(jìn)塔閥全開后狀況

④循環(huán)水的動能。

循環(huán)水產(chǎn)生的動揚(yáng)程過去完全被忽視掉了，一般水輪機(jī)的入口流速為10~20m/s，能夠產(chǎn)生很可觀的動能用于推動水輪機(jī)葉輪做功。

⑤閥門開啟度的余量。

從水泵出口，經(jīng)換熱設(shè)備到冷卻塔，最后回到水池，在整個循環(huán)水管道系統(tǒng)中，由于沿途設(shè)計余量過大，許多企業(yè)閥門沒有100%打開。由于閥門未全部開啟，導(dǎo)致整個循環(huán)水閉路系統(tǒng)并不暢通，致使流量和揚(yáng)程損失巨大。很多改造事例證明:在閥門未開啟的情況下，往往在改造后，稍稍進(jìn)一步開啟閥門所釋放的能量(減少的流量損失和揚(yáng)程損失)足以帶動水輪機(jī)做功。

(3)項(xiàng)目主要設(shè)備簡述

水動能回收冷卻塔技術(shù)的核心是根據(jù)冷卻塔熱力特性和循環(huán)系統(tǒng)的水力特性研發(fā)的超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)，該產(chǎn)品是國家節(jié)能產(chǎn)品目錄中推薦的一種新型高效節(jié)能型產(chǎn)品，其核心技術(shù)是高效水輪機(jī)，用水輪機(jī)取代傳統(tǒng)的電機(jī)作為風(fēng)機(jī)動力源，使風(fēng)機(jī)由原來的電力驅(qū)動改為水力驅(qū)動。

該技術(shù)將循環(huán)水系統(tǒng)中的富余壓力收集并轉(zhuǎn)移給水輪機(jī)做功，水輪機(jī)的輸出軸直接與風(fēng)機(jī)相連，從而驅(qū)動風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)達(dá)到抽風(fēng)效果，該技術(shù)不僅保持了傳統(tǒng)冷卻塔的工作原理，而且保證與原冷卻塔氣水比相同，完全可以滿足換熱設(shè)備的工藝要求。

此技術(shù)利用系統(tǒng)的富余能量，不會增加水泵的功耗，這種節(jié)能改造是“系統(tǒng)能量的二次利用或回收”，能夠在滿足用戶設(shè)備正常使用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

2.節(jié)能改造具體內(nèi)容

該項(xiàng)目對甲醇一套裝置6臺冷卻塔、甲醇二套裝置12臺冷卻塔共18臺4500m'h冷卻塔進(jìn)行節(jié)能改造，將冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)和減速機(jī)拆除，用冷卻塔專用超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)替代，使風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動改為水輪機(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)冷卻塔風(fēng)機(jī)無電運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能的目的。

(1)項(xiàng)目改造流程。

工序1:拆除原風(fēng)機(jī)、電機(jī)和減速機(jī)，割斷上水管;

工序2:根據(jù)改造管路布置圖、水輪機(jī)外形連接尺寸圖和水輪機(jī)尾水管外形連接尺寸圖做基礎(chǔ)和預(yù)埋基礎(chǔ)螺栓;

工序3:安裝水輪機(jī);

工序4:根據(jù)改造管路布置圖、水輪機(jī)外形連接尺寸圖和水輪機(jī)尾水管外形連接尺寸圖進(jìn)行水管布置、支持和固定;

工序5:安裝風(fēng)機(jī);

工序6:通水試車。

(2)改造實(shí)施內(nèi)容。

改造時原框架結(jié)構(gòu)基本不變，只拆除電機(jī)、傳動軸、減速機(jī)和略微調(diào)整減速機(jī)基礎(chǔ)高度。改造后系統(tǒng)工況有所改變，對系統(tǒng)閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，使工況滿足水輪機(jī)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對上塔水管進(jìn)行調(diào)整，使循環(huán)水在經(jīng)過水輪機(jī)以后再流入布水系統(tǒng)再進(jìn)行布水。改進(jìn)水管為旁通管,在因特殊情況而需停開風(fēng)機(jī)時使冷卻塔仍能正常使用。進(jìn)出水管、水輪機(jī)底座做支撐，風(fēng)筒開孔并加固。管道防腐處理。

3.項(xiàng)目實(shí)施情況

該項(xiàng)目于2012年2月20日正式開工，2013年5月完工，2013年9月9日正式完成項(xiàng)目驗(yàn)收評價。

四、項(xiàng)目年節(jié)能量及節(jié)能效益

1.年節(jié)能量

(1)改造前后系統(tǒng)(設(shè)備)用能情況及主要參數(shù)。

①改造前甲醇一套裝置循環(huán)水系統(tǒng)用能情況及主要參數(shù)。

表1改造前甲醇一套裝置循環(huán)水系統(tǒng)用能情況及主要參數(shù)

  續(xù)表

注:此表摘自神寧集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司甲醇廠能源案例報告。

改造后序號24~29共6臺冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)全部拆除，且循環(huán)水泵功率不增加，實(shí)現(xiàn)完全節(jié)電。

②改造前甲醇二套裝置循環(huán)水系統(tǒng)用能情況及主要參數(shù)(摘自神寧集團(tuán)煤炭化學(xué)工業(yè)分公司甲醇廠能源審計報告)。

表2改造前甲醇二套裝置循環(huán)水系統(tǒng)用能情況及主要參數(shù)

改造后序號3共18臺冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)全部拆除，且循環(huán)水泵功率不增加，實(shí)現(xiàn)完全節(jié)電。

(2)節(jié)能量計算方法

因改造后冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)拆除，因此這部分冷卻塔風(fēng)機(jī)消耗的用電量即為該項(xiàng)目的節(jié)能量。

(3)項(xiàng)目年節(jié)能量。

根據(jù)與業(yè)主的合同，項(xiàng)目實(shí)施后年節(jié)電量為16390486.60kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤5408噸。項(xiàng)目完成后經(jīng)與業(yè)主雙方實(shí)測，實(shí)際節(jié)電量比合同中約定略高，達(dá)到了合同約定，

2.年節(jié)能效益

依據(jù)合同簽訂時的電價0.406元/W·h計算，每年節(jié)省的電費(fèi)共計665.4萬元。

五、商業(yè)模式

該項(xiàng)目采用節(jié)能效益分享型合同能源管理模式，節(jié)能服務(wù)合同的合同期為4年，節(jié)能效果的測定以雙方協(xié)商與國家權(quán)威機(jī)構(gòu)驗(yàn)證相結(jié)合的方式實(shí)施，節(jié)能效益的分享比例

為合同能源管理公司80%，業(yè)主方20%。節(jié)能量的保證在項(xiàng)目完成后根據(jù)業(yè)主方各部門聯(lián)合評價驗(yàn)收而形成的評價報告為準(zhǔn)，如達(dá)不到合同約定則由節(jié)能服務(wù)公司承擔(dān)全部責(zé)任。節(jié)能效益款的支付按季度支付，前15個季度每季度支付140萬元，最后1個季度支付62萬元，所有支付完成后涉及設(shè)備無償轉(zhuǎn)讓給業(yè)主方。

六、融資渠道

該項(xiàng)目投資額約為1400萬元，全部為節(jié)能服務(wù)公司自有資金