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(chēng)

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(cè)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(chǔ)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(jì)劃在2020年前建成，屆時(shí)煤基甲醇生產(chǎn)能力將達(dá)到50萬(wàn)噸/年，煤基烯烴達(dá)到250萬(wàn)噸/年，煤炭液化達(dá)到800萬(wàn)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(duì)象為年產(chǎn)甲醇85萬(wàn)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(gè)工藝車(chē)間，4個(gè)輔助車(chē)間。現(xiàn)水汽車(chē)間自備配置有2臺(tái)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(gòu)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(dòng)能或勢(shì)能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的原動(dòng)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(dòng)風(fēng)機(jī)，顧名思義就是以水力驅(qū)動(dòng)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(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)進(jìn)行熱交換。水輪機(jī)的工作動(dòng)力來(lái)自系統(tǒng)的富余流量和富余揚(yáng)程。改造后，水泵驅(qū)動(dòng)的循環(huán)水經(jīng)過(guò)工藝裝置去后到達(dá)水輪機(jī)并帶動(dòng)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(dòng)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(guò)所帶動(dòng)風(fēng)機(jī)的軸功率就能滿(mǎn)足風(fēng)機(jī)原來(lái)的轉(zhuǎn)速，滿(mǎn)足冷卻要求，從而實(shí)現(xiàn)成功改造。

(2)系統(tǒng)富余能量來(lái)源。

把循環(huán)水系統(tǒng)浪費(fèi)的富余能量利用起來(lái)，用水輪機(jī)替代原來(lái)的電機(jī)及傳動(dòng)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(lái)源主要是三大部分:設(shè)計(jì)余量、勢(shì)能、水泵的自身調(diào)節(jié)能力。此三部分足以帶動(dòng)水輪機(jī)做功，此外還有兩部分:一是循環(huán)水中存在的動(dòng)能，二是閥門(mén)開(kāi)啟是否到位。

①設(shè)計(jì)余量。

在冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的熱力學(xué)傳熱學(xué)計(jì)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(gè)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(jì)余量，在水泵選型時(shí)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(shí)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(shì)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(duì)高度之差往往是數(shù)米甚至于幾十米,這部分勢(shì)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(mǎn)足水輪機(jī)所需的實(shí)際壓頭。

進(jìn)塔閥全開(kāi)后狀況

④循環(huán)水的動(dòng)能。

循環(huán)水產(chǎn)生的動(dòng)揚(yáng)程過(guò)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(dòng)能用于推動(dòng)水輪機(jī)葉輪做功。

⑤閥門(mén)開(kāi)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(gè)循環(huán)水管道系統(tǒng)中，由于沿途設(shè)計(jì)余量過(guò)大，許多企業(yè)閥門(mén)沒(méi)有100%打開(kāi)。由于閥門(mén)未全部開(kāi)啟，導(dǎo)致整個(gè)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(mén)未開(kāi)啟的情況下，往往在改造后，稍稍進(jìn)一步開(kāi)啟閥門(mén)所釋放的能量(減少的流量損失和揚(yáng)程損失)足以帶動(dòng)水輪機(jī)做功。

(3)項(xiàng)目主要設(shè)備簡(jiǎn)述

水動(dòng)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(guó)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(dòng)力源，使風(fēng)機(jī)由原來(lái)的電力驅(qū)動(dòng)改為水力驅(qū)動(dòng)。

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(dòng)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(mǎn)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(huì)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(mǎn)足用戶(hù)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(duì)甲醇一套裝置6臺(tái)冷卻塔、甲醇二套裝置12臺(tái)冷卻塔共18臺(tái)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(zhuān)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(dòng)改為水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)冷卻塔風(fēng)機(jī)無(wú)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(chē)。

(2)改造實(shí)施內(nèi)容。

改造時(shí)原框架結(jié)構(gòu)基本不變，只拆除電機(jī)、傳動(dòng)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(duì)系統(tǒng)閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使工況滿(mǎn)足水輪機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)上塔水管進(jìn)行調(diào)整，使循環(huán)水在經(jīng)過(guò)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(kāi)風(fēng)機(jī)時(shí)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(kāi)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(kāi)工，2013年5月完工，2013年9月9日正式完成項(xiàng)目驗(yàn)收評(píng)價(jià)。

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(bào)告。

改造后序號(hào)24~29共6臺(tái)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(jì)報(bào)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(hào)3共18臺(tái)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(jì)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(cè)，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(shí)的電價(jià)0.406元/W·h計(jì)算，每年節(jié)省的電費(fèi)共計(jì)665.4萬(wàn)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(cè)定以雙方協(xié)商與國(guó)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(mén)聯(lián)合評(píng)價(jià)驗(yàn)收而形成的評(píng)價(jià)報(bào)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(gè)季度每季度支付140萬(wàn)元，最后1個(gè)季度支付62萬(wàn)元，所有支付完成后涉及設(shè)備無(wú)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(wàn)元，全部為節(jié)能服務(wù)公司自有資金