节能技术方案指引

中粮生物化学（安徽）股份有限公司节能技术方案指引（节选国家重点推广节能技术报告）二0一一年十一月十日1目录一、工业循环冷却塔用混流式水轮机技术.....................................................2二、换热设备超声波在线防垢技术................................................................5三、机械式蒸汽再压缩技术..........................................................................10四、新型生物反应器和高效节能生物发酵技术...........................................13五、管束干燥机废汽回收综合利用技术.......................................................17六、动态谐波抑制及无功补偿综合节能技术...............................................20七、螺杆膨胀动力驱动节能技术..................................................................22八、电站锅炉用邻机蒸汽加热启动技术.......................................................25九、火电厂烟气综合优化系统余热深度回收技术.......................................29十、高压变频调速技术..................................................................................332一、工业循环冷却塔用混流式水轮机技术一、技术名称：工业冷却塔用混流式水轮机技术二、适用范围：化工、冶炼、轻纺等行业有重力势能可利用的机械通风式冷却塔的改造三、与该节能技术相关生产环节的能耗现状：目前的工业循环冷却系统耗电现状是：每座冷却塔的塔顶都装有一台电动机，用来驱动风筒内部的风叶转动，一座4500t/h流量的冷却塔电机年耗电量约为175万kWh，耗能折合612tce。四、技术内容：1．技术原理水轮机的工作动力来自循环冷却水系统水的重力势能以及循环水泵的富余扬程，工作时保证冷却塔的技术参数，而且循环水泵的能耗不变。水轮机的输出轴直接与风机连接并带动其转动，取消了原电机驱动风机系统，节约了电能。2．关键技术1）利用循环水余压驱动水轮机，替代电机；2）转速比为50的超低比速混流式水轮机，效率提高至88%以上，并将原双列循环形导流叶栅改为单列环形导流叶栅，设计金属椭圆形蜗壳，实现水轮机的结构紧凑，满足冷却塔内部空间少的需求。3．工艺流程改造的流程：取消冷却塔减速箱和电机-把冷却塔用水轮机安装在原减速箱基础上-安装原风机-连通进水管和水轮进口-连通布水器和水轮机出口。3系统工作原理见图1所示：五、主要技术指标：1）水轮机效率η≧88%、外形设计尺寸满足冷却塔内部工作要求；2）噪音降低20%；3）水轮机替代电机后，节电100%。六、技术应用情况：该技术通过南京市科技成果鉴定，已应用于石油、化工、钢铁和轻纺等行业。已对全国300余家企业的冷却塔进行了节能改造，节能效果显著。图1工业冷却塔用混流式高效水轮机系统原理图七、典型用户及投资效益：典型用户：大庆石化、扬子石化、巴陵石化、哈尔滨石化、沧州大化、申久化纤、仪征化纤、南京钢铁、济南钢铁、江苏沙钢等1）哈尔滨石化。建设规模：4000t/h×2台逆流式机械通风冷却塔改造。主要技改内容：用水轮机替代风机电机、传动轴和减速机，4主要设备为HL4000型冷却塔用水轮机二台。节能技改投资额240万元，建设期15天。年节电316.8万kWh(按每年运行330天计算)，折合1108.8tce，年节约电费190万元，投资回收期1.3年。2）江苏沙钢淮钢特钢。建设规模：2500t/h逆流式机械通风冷却塔一台改造。主要技改内容：用水轮机替代风机电机、传动轴和减速机，主要设备为HLW-2500型冷却塔用水轮机一台。节能技改投资额75万元，建设期10天。年节约电能87.1万度，折合304.8tce(按每年运行330天计算电费)，年节约电费52.3万元（按企业用电价0.6元/度计），投资回收期1.4年。八、推广前景和节能潜力：全国现有冷却塔可进行水轮机改造的总容量约为24157万t，预计到2015年推广10%，全国可改造6000余套，年节能能力可达240万tce，总投资约70亿元。5二、换热设备超声波在线防垢技术一、技术名称：换热设备超声波在线防垢技术二、适用范围：石化行业换热设备三、与该节能技术相关生产环节的能耗现状：我国石化行业现存的换热设备超过30万台，长期以来这些设备的防垢、除垢问题一直没有很好的解决办法，换热设备普遍在带垢0.2~10mm厚度之间的状态下运行。垢的导热系数(一般均在1W/m•K左右)仅为换热器金属管壁的几十分之一。据行业统计，垢质每年在换热设备和管道中的沉积厚度约为4mm，换热设备积垢每增加1mm，传热系数下降9%~9.6%，能耗和排放将增加10%以上，同时带来生产效率下降、垢下腐蚀缩短设备寿命、安全隐患等一系列问题。四、技术内容：1.技术原理超声脉冲振荡波在换热器管、板壁传播，在金属管、板壁和附近的液态介质之间产生效应，破坏污垢的附着条件，防止换热设备在运行过程中结垢，提高换热设备传热能力，降低达到同样工艺要求所需的能耗量，实现节能目的。2.关键技术1）强磁致伸缩新型换能器技术；2）超声波声学参数调测和数字控制技术；3）不同应用环境超声波声学参数定向设计技术。3.工艺流程61）超声波防垢原理（见图1）2）超声波防垢机理高速微涡效应：由于超声波频率很高，在管、板壁传播时形成很高的加速度，作用于与管、板壁直接接触的流体介质时，会出现一个微小的真空区域。真空区域刚一形成，附近介质在压力的作用下就会迅速涌向这一区域来填补真空，形成许多微小的涡流，这些涡流与生产同时进行，对壁面形成不间断的冲刷，这就是高速微涡效应。这一效应相当于介质随时都在对壁面进行清洗，可有效防止污垢的粘附。高速微涡效应具有防垢与除垢双重作用（见图2）。图1超声波防垢原理图7图2高速微涡效应防垢除垢作用图剪切应力效应：壁面振动会带动其上的垢层一起振动，从而在壁面和垢层之间产生剪切力和推斥力，对于已有垢层，剪切力和推斥力会使其疲劳、裂纹、疏松、破碎而脱落；对于即将粘附的污垢成分，刚一接触壁面即被排开，无法稳定停留在壁面上。无论哪种情况，污垢都会随着介质的流动被带走，这就是剪切应力效应。剪切应力效应起到了除垢作用（见图3）。图3剪切应力效应除垢作用图8此外，介质流动时，由于与固体壁面有摩擦力，会在近壁区域而形成滞流层，也叫边界层。这一区域的传热过程为滞流介质的导热过程而不是对流换热过程，而介质的导热系数较对流换热系数要低得多，因此滞流层的存在会降低传热系数。当有超声波作用时，超声波引起的高速微涡可有效破坏滞流层，起到强化传热的作用。五、主要技术指标：1）平均提高换热设备传热系数21%，降低换热设备污垢热阻55%。2）石化行业换热设备平均节能率为9.1%。六、技术应用情况：2010年通过中国石油化工集团公司科学技术成果鉴定，目前已在石油、石化、化工行业众多企业应用。该技术在不同应用环境声学参数定向设计、减少超声波衰减和抗畸变方面具有新颖性，整体技术达到国际先进水平，具有显著的节能效益。七、典型用户及投资效益：典型用户：中石化上海高桥分公司、中石化四川维尼纶厂1）建设规模：在炼油3部3#800万吨常减压蒸馏装置换热网络超声波防、除垢技术改造。主要技改内容：炼油3部3#常减压蒸馏装置换热网络21台换热器上安装超声波防、除垢装置。节能技改投资额985万元，建设期2个月,年节能量7272tce,年节能效益为582万元，投资回收期20个月。2）建设规模：在四川维尼纶厂发电车间、乙炔车间、PVA车间的14台换热设备上应用超声波防垢技术。主要技改内容：在乙炔车间提浓装置E0401、E0442、E451\A\B\C、E455\A\B、V0601共8台换热器，9聚乙烯醇车间E598、E590、E622、2H443、2H445共5台换热器，发电车间1#机组凝汽器，合计14台换热器上安装超声波防、除垢装置。节能技改投资额210万元，建设期1个月,年节能2396tce，年节能效益为192万元，投资回收期13个月。八、推广前景和节能潜力石化行业的换热设备数量超过30万台，如果采用超声波防垢技术解决污垢问题，可降低全行业换热设备能耗约9%。2009年，石化（含炼油）行业消耗能源约1.28亿吨tce，其中换热设备的相关能耗约占12%。如果在石化行业推广使用该技术，其节能潜力为139万tce。预计“十二五”期间推广比例可达40%，可产生约55万tce/a的节能能力。10三、机械式蒸汽再压缩技术一、技术名称：机械式蒸汽再压缩技术二、适用范围：生化和化工等行业料液和废水的浓缩三、与该节能技术相关生产环节的能耗现状：2009年，我国发酵行业总产量约1600万t，汽耗约1.28亿t，其中，浓缩工段能耗约占总能耗的40%，用于浓缩工艺的汽耗约5000万t，折约500万tce，通过采用机械式蒸汽再压缩技术，可有效降低吨产品汽耗，实现节能减排的目标。四、技术内容：1．技术原理利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发系统产生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的焓，提高热焓的二次蒸汽进入蒸发系统作为热源循环使用，替代绝大部分生蒸汽，生蒸汽仅用于补充热损失和补充进出料温差所需热焓，从而大幅度降低蒸发器的生蒸汽消耗，达到节能目的。2．关键技术机械式蒸汽再压缩蒸发器的工艺和设备配套选型设计、系统的自控设计、压缩风机的设计等。3．工艺流程原理和工艺流程分别见图1和图2所示。11图1机械式蒸汽再压缩技术原理图图2机械式蒸汽再压缩工艺流程图五、主要技术指标：以40t/h发酵液蒸发量机械再压缩式蒸发器为例，其主要技术指标如下：蒸发量：40t/h；耗汽量：1t/h；循环水量：45t/h；装机容量：900kW。六、技术应用情况：目前，该技术已在部分化工厂及生化公司实施，节能效果显著，技术成熟可靠。七、典型用户及投资效益：典型用户：安徽丰原生物化学股份有限公司下属32万t/a燃料乙醇有限公司、河南省焦作市华康化工有限公司1）安徽丰原生物化学股份有限公司。建设规模：年产32万吨燃料乙热损失物料浓缩液蒸汽电能原料压缩机二次蒸汽成品冷凝12醇项目，新增蒸发浓缩系统为50t/h的机械再压缩式蒸发器。主要技改内容：新增系统主要用来浓缩酒精塔釜水，主要设备包括压缩风机、加热器、分离器、配套循环泵和自控设备等。节能技改投资额2000万元，建设期1年。年节能1.4万tce，年节能经济效益1764万元，投资回收期1.14年。2）河南省焦作市华康化工有限公司。建设规模：年产10000吨木糖项目，其中蒸发系统为2台18t/h和1台10t/h的机械式蒸发器。主要技改内容：用3台机械再压缩蒸发器替代原有的三\四效蒸发器。节能技改投资额1150万元，建设期6个月。年节能1.1万tce，年节能经济效益1100万元，投资回收期1年。八、推广前景和节能潜力：2009年，我国发酵行业产品总产量约1600万t，按每年10%的速度增长，预计2015年，发酵行业产品年产量约2500万t，汽耗约2亿t，其中，浓缩工段约占总能耗的40%，则浓缩工段用汽约8000万t。采用机械式蒸汽再压缩技术，单位产品浓缩汽耗可节约90%以上，按在全行业推广20%计，则每年可节约蒸汽约1440万t，约折145万tce，预计总投资额33亿。13四、新型生物反应器和高效节能生物发酵技术一、技术名称：新型生物反应器和高效节能生物发酵技术二、适用范围：发酵和化工等行业三、与