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压缩机相关国家工业节能技术应用指南与案例

  为加快推广先进适用节能技术装备产品,推动工业和信息化领域节能和能效提升,助力碳达峰、碳中和目标实现,近日,工业和信息化部发布《国家工业节能技术推荐目录(2021)》和《国家通信业节能技术产品推荐目录(2021)》,其中包括流程工业节能提效技术、重点用能设备系统节能提效技术、储能及可再生能源利用技术、智慧能源管控系统技术、余热余压利用技术等5大类69项工业节能提效技术,以及绿色数据中心、5G网络和其他通信业领域等3大类74项技术产品。供参考借鉴。
 
  1、高效动压气悬浮离心压缩机关键技术
  1.技术适用范围
  适用于离心压缩机系统节能技术改造。
  2.技术原理及工艺
  转轴在重力作用下相对轴承发生偏心,进而与轴承内表面形成楔形间隙,当转轴在做高速旋转运动时,不断将具有一定黏度的气体带入楔形间隙,而气体的不断进入使得气膜产生一定的压力,当轴系转动达到一定转速时(起飞速度),气膜力足以平衡转轴载荷,具有刚度的气膜将轴系浮起,使轴系在悬浮状态下工作,采用气体轴承的压缩机运行过程中无油、无摩擦。工作原理示意图如图1。
 压缩机相关国家工业节能技术应用指南与案例
  3.技术指标
  (1)按GB/T 18430.1—2007标准测试:机组名义工况COP达6.35,机组综合部分负荷性能系数IPLV达8.78。
  (2)按AHRI 550/590—2018标准测试:机组名义工况COP达6.29,机组综合部分负荷性能系数IPLV达10.15。
  (3)按GB/T 11348.3—2011标准测试:压缩机稳定运行时,转轴径向振动小于12微米,压缩机起停次数超过12万次。
  4.技术功能特性
  (1)发明了“双波双顶”的大承载、高阻尼轴承结构,提升顶箔刚度,减少受力变形,轴承承载力比普通轴承提升44%。
  (2)将传统的箔片间的摩擦由单一的点接触摩擦变为点摩擦及线摩擦的混合摩擦过程,提升库伦摩擦阻尼,阻尼比传统轴承提升31%,有利于提升轴承对转子的振动抑制能力。
  (3)研制了一种箔片用多组分新型复合涂层,摩擦系数低至0.06,降低转子悬浮前与轴承的摩擦力,减少轴承磨损。
  (4)研制了“内空心、等外径,三段式背靠背”低质量高刚度气悬浮转子结构,有效拓宽二阶与三阶临界转速区间,使转子运行转速远离临界转速,提升转子运行稳定性,转子 振幅低至12微米,达到A级转子振动标准。
  (5)发明了小流量高效气动设计技术,建立了一种多参数多目标寻优的气动设计方法,压缩机气动效率达到0.83,机组名义工况COP达6.35。
  5.应用案例
  技术提供单位为珠海格力电器股份有限公司。研发类节能技术,无应用案例。
  6.未来三年推广前景及节能减排潜力
  预计未来3年,推广应用比例可达到4.5%,可形成年节约标准煤5.4万吨,年减排CO2 14.96万吨。
 
  2、一种组合式互联网节能型智慧空压站的集成设计及智能控制系统
  1.技术适用范围
  适用于空压站系统能源信息化管控节能技术改造。
  2.技术原理及工艺
  利用物联网、大数据等技术将节能空压机、储气罐、节能冷干机、过滤器集成到智慧空压站中。该智慧空压站24小时远程监控并不间断地发送监控数据,自动报警,自动收集空压机数据并进行分析自动优化工作模式,可为用户提供所需的高品质压缩空气,相比于传统空压机节能15%~60%。技术原理图如图2。
 
 压缩机相关国家工业节能技术应用指南与案例
  3.技术指标
  (1)耗电量:110千瓦时,产气量:24立方米/分钟。
  (2)节能空压机均采用双永磁变频技术及二级压缩,相同功率下比一级压缩产气量高 30%以上。
  (3)凭借AI和数采技术,将空压站等各类设备的运行数据进行可视化呈现。
  (4)支持LTE Cat-1 bis和GSM和GPRS三模。
  (5)兼容4G、5G、以太网等不同的通信方式,支持多种数传协议和应用服务。
  4.技术功能特性
  (1)应用生态和管理:生态入口统一、应用管理协同、虚拟机应用协同。
  (2)云服务协同:高阶服务推送、基础服务推送。
  (3)AI 协同:边缘推理、联邦训练。
  (4)数据协同:数据预处理、边云灾备。
  (5)资源协同:边缘和中心云内网互通、中心云服务按需使用、资源/流量调度。
  5.应用案例
  湖北融通高科先进材料有限公司压缩空气系统共享智慧空压站卖气综合节能服务项目,技术提供单位为武汉瑞气节能环保科技有限公司。
  (1)用户用能情况简单说明:湖北融通高科空压站原有8台空压机,设备能效低,为三级能效产品,每个月用电量52.99万千瓦时。常开设备为工频机,频繁空重车,浪费电力。
  (2)实施内容及周期:新增2个气宝智慧空压站(一级标准站房、压缩空气等级一级、一级能效),并新增定制后处理系统,空压机云智控系统,物联网,云平台管理服务、区块链技术。实施周期8个月。
  (3)节能减排效果及投资回收期:改造完成后,每个月用电量由529920千瓦时下降到312564千瓦时,年节约标准煤0.081万吨,年减排CO2 0.22万吨。该项目综合年效益203万元,总投入600万元,投资回收期2.95年。
  6.未来三年推广前景及节能减排潜力
  预计未来3年,推广应用比例可达到30%,可形成年节约标准煤32万吨,年减排CO2 88.72万吨。
 
  3、EcoSave空压站智慧无损节能系统
  1.技术适用范围
  适用于空压站系统能源信息化管控节能技术改造。
  2.技术原理及工艺
  通过深度学习及边缘计算,准确学习用户的用气规律并做出趋势预测,设定满足生产工艺需求的最低压缩空气系统总管压力,再通过无损恒压技术对总管压力实施精确控制,既降低总管压力又降低管路泄漏量,从而实现节能。在此基础上,利用无线智能联控技术对空压机系统实施联动控制,减少空压机系统末端恒压增多的卸载时间,从而优化整个系统的运行。工艺流程图如图3。
 压缩机相关国家工业节能技术应用指南与案例
  3.技术指标
  (1)降低总管压力,减少空压机泄露浪费,每降低100千帕压力,管网泄露降低13%。
  (2)无线智能联控技术提升加载率至95%。
  (3)无损恒压技术对总管压力实施按需恒压控制,每降低100千帕压力,负载率降低7%。
  (4)综合节能率:15%~25%。
  4.技术功能特性
  在空压机站房压缩空气主管上加装EcoSave 空压站智慧无损节能系统,并通过无线智能模块与每台空压机进行无线联控,无须布线。采集压缩空气系统压力波动,将数据上传到云平台,通过数据库进行生产用气规律的深度学习,精确预测未来用气规律,并通过AI无损恒压技术进行精确匹配,降低系统压力和空压机卸载时间,实现系统节能降耗。
  5.应用案例
  东电化电子(珠海)有限公司空压机节能改造项目,技术提供单位为埃尔利德(广东)智能科技有限公司。
  (1)用户用能情况简单说明:C1栋和F1栋原空压机房各空压机单独运行,无能源管控系统集中管理运行,能耗高。
  (2)实施内容及周期:项目依附主体为C1栋与F1栋空压机系统,C1栋空压机房增加EcoSave智慧无损节能系统、EcoVSD智能变频系统和EcoDPC智能露点联控系统,F1栋空压机房增加EcoSave智慧无损节能系统和EcoDPC智能露点联控系统,空压机电柜安装智能电表读取用电数据,并在系统末端安装流量计。实施周期4个月。
  (3)节能减排效果及投资回收期:改造完成后,节能率达27.96%,年节约标准煤0.064万吨,年减排CO2 0.18万吨。该项目综合年效益133.2万元,总投入107万元,投资回收期10个月。
  6.未来三年推广前景及节能减排潜力
  预计未来3年,推广应用比例可达到5%,可形成年节约标准煤0.46万吨,年减排CO2 1.27万吨。
 
  4、跨临界CO2热泵的并行复合循环关键技术
  1.技术适用范围
  适用于热泵系统节能技术改造。
  2.技术原理及工艺
  热泵压缩机把低温低压气态CO2压缩成高温高压的气态,与水进行热交换,高压的CO2在常温下被冷却、冷凝为液态,再经过蒸发器(空气热交换器)吸收空气中的热能,由液态CO2变为气态CO2,低温低压的气态CO2再由压缩机吸入,压缩成高压高温气态CO2。如此往复循环,不断地从空气中吸热,在水侧换热器放热,制取热水。工作原理图如图4。
 压缩机相关国家工业节能技术应用指南与案例
  3.技术指标
  (1)低温-43℃可正常运行。
  (2)高温出水温度:95℃。
  (3)供回水温度:45~65℃。
  (4)工质为CO2,能效比高。
  4.技术功能特性
  (1)独有的排气压力优化策略。
  (2)独有的中间温度优化策略。
  (3)基于ESC与神经元网络的实时在线控制技术。
  (4)匹配性除霜技术。
  (5)回热器容量优化技术。
  (6)气体冷却器出口能量转移技术。
  (7)超临界换热器流动、传热性能优化技术。
  5.应用案例
  察哈尔右翼前旗黄家村高速公路服务区CO2空气源热泵供暖改造工程,技术提供单位为宁波美科二氧化碳热泵技术有限公司。
  (1)用户用能情况简单说明:原有一台供暖热源为燃煤热水锅炉供热,热功率远远大于采暖热负荷需求,造成很大的能源浪费;燃煤热水锅炉没有脱硫系统,不满足排放标准;锅炉供热为间接供暖系统,存在供暖效果不均匀和能源浪费严重等现象。
  (2)实施内容及周期:运用CO2空气源热泵替代原有燃煤锅炉进行供暖。实施周期2周。
  (3)节能减排效果及投资回收期:改造前消耗标准煤188.7吨/年,改造后耗电为 32.02万千瓦时/年,年节约标准煤0.0089万吨,年减排CO2 0.025万吨。该项目综合年效益合计为 12.89万元,项目总投入为45万元,投资回收期3.5年。
  6.未来三年推广前景及节能减排潜力
  预计未来3年,推广应用比例可达到20%,可形成年节约标准煤6.8万吨,年减排CO2 18.8万吨。
 
  5、自回热精馏节能技术
  1.技术适用范围
  适用于化工、石化、轻工、制药等行业精馏工艺节能技术改造。
  2.技术原理及工艺
  自回热精馏节能技术(SHRT),是将精馏系统塔顶的低温蒸汽通过压缩机压缩,提高其温度及压力后送往再沸器加热塔釜料液并放热冷凝,系统运行仅通过压缩机维持精馏过程的能量平衡,系统利用少量电能提高塔顶蒸汽的热品位,高效回收了塔顶蒸汽的汽化潜热,减少塔釜料液加热的外加能源需求,降低了塔顶冷却水耗量,实现精馏过程节能经济运行,能耗仅为传统精馏工艺的60%~80%。工艺原理图如图5。
 压缩机相关国家工业节能技术应用指南与案例
  3.技术指标
  (1)蒸汽压缩机压缩每吨甲醇电耗:≤60千瓦时,流量:120~7000立方米/分钟,压比范围达2~8。
  (2)再沸器的传热系数(K值)较传统再沸器(热虹吸式)提升20%以上。
  4.技术功能特性
  (1)可针对不同的精馏物系及精馏纯度要求,开发设计直接压缩式自回热精馏系统与间接式自回热精馏系统。
  (2)设计开发了适用于精馏工况的小温差横管降膜再沸器,优化了换热器结构及工艺匹配方式。
  (3)配备有智能测控系统,系统压缩机运行频率等参数可远程组态监控操控。
  (4)保留原有的塔顶冷凝器及连接管路,与改造新增的自回热精馏回路互为备用,增强了系统运行的可靠性。
  5.应用案例
  南通泰利达自回热精馏项目,技术提供单位为江苏乐科节能科技股份有限公司。
  (1)用户用能情况简单说明:南通泰利达项目乙醇精馏总进料量为7.3立方米/小时,原系统采用常规常压精馏系统,塔釜温度103.5℃,塔顶79.5℃,原系统消耗蒸汽3.5吨/小时(折合标煤45.6千克/立方米)、冷却水量150立方米/小时,造成较大的能源浪费。
  (2)实施内容及周期:采用直接压缩式自回热精馏技术对其精馏系统进行节能改造,取消原系统塔顶冷凝器,采用高效双螺杆压缩机(装机功率250千瓦)将塔顶蒸汽进行压缩增温至108℃(饱和温度),增温后的蒸汽用于加热塔釜物料,蒸汽凝液预热系统进料,塔釜再沸器采用面积为425平方米的横管降膜式再沸器。实施周期4个月。
  (3)节能减排效果及投资回收期:改造完成后,系统节约蒸汽66.67%,新增压缩机电耗36.8千瓦时/立方米,系统能源消耗折合标煤27.4千克/立方米,降低了18.2千克标准煤/立方米。生产系统按一年约2/3的时间运行,年节约标准煤0.061万吨,年减排CO2 0.17万吨。投资回收期1.5年。
  6.未来三年推广前景及节能减排潜力
  预计未来3年,推广应用比例可达到3%,可形成年节约标准煤130万吨,年减排CO2 360.1万吨。
 
  6、36万吨/年高效宽工况硝酸四合一机组技术
  1.技术适用范围
  适用于化工行业硝酸生产领域节能技术改造。
  2.技术原理及工艺
  该机组关联硝酸生产工艺前后过程,向系统提供能量,并从系统回收能量,使硝酸生产的主要能量消耗完全实现系统自给,在保证工艺系统运行的同时,将富裕的高品质自产蒸汽输送到蒸汽管网,使能量得到综合利用。工艺流程图如图6。
 压缩机相关国家工业节能技术应用指南与案例
  3.技术指标
  (1)AV63型空压机在进气温度29℃、进气压力0.098兆帕条件下,进气流量达到208151立方米/小时(标态),排气压力压缩至0.51兆帕。
  (2)E71-4氧化氮压缩机在进气温度55℃、进气压力0.458兆帕条件下,进气流量达到立方米/小时(标态),排气压力压缩至1.25兆帕。
  (3)WP56型尾气透平膨胀机在进气温度420℃,进气压力1.092兆帕条件下,进气流量达到167492立方米/小时(标态),回收功率达到17400千瓦。
  (4)汽轮机在设计工况下,输出功率8046千瓦,正常汽耗为31.7吨/小时。
  (5)机组轴振动、轴位移均能稳定在正常范围,各轴系设备轴承温度均在工艺允许范围内,力学性能平稳。
  4.技术功能特性
  (1)空气压缩机将空气压缩至0.51兆帕,满组工艺下游氨的氧化反应,氨的氧化率高达96.3%,生产100% HNO3铂耗低至120毫克/吨。
  (2)氧化氮压缩机将工艺上游来的NOx加压至1.25兆帕,送入吸收塔用于NO2的吸收反应,使得硝酸质量分数可达68%,二氧化氮吸收率高达99.8%。
  (3)采用中温(420℃)回收尾气能量,使压缩机组的蒸汽透平和尾气膨胀透平之间达到经济匹配,与高温回收相比不必采用耐高温的尾气透平和尾气加热器,操作稳定可靠,回收能量可占机组总消耗的60%以上,节能效果显著。
  5.应用案例
  万华化学集团股份有限公司36万吨硝酸四合一机组项目,技术提供单位为西安陕鼓动力股份有限公司。
  (1)用户用能情况简单说明:该项目为新建项目。
  (2)实施内容及周期:新建苯胺/甲醛一体化项目硝苯装置工程配套的1200吨/天双加压法硝酸装置。实施周期 18个月。
  (3)节能减排效果及投资回收期:改造后,每吨硝酸多外送中压蒸汽0.217吨,年多产蒸汽约85932吨;每吨硝酸少用低压蒸汽0.131吨,年节约低压蒸汽51876吨,综合年节约蒸汽137808吨,年节约标准煤1.28万吨,年减排CO2 3.55万吨。该项目综合年效益合计为1807万元,总投入为5500万元,投资回收期约3年。
  6.未来三年推广前景及节能减排潜力
  预计未来3年,推广应用比例可达到80%,可形成年节约标准煤31.3万吨,年减排CO2 86.7万吨。
 
  7、分时实现变频调速及电能质量治理技术
  1.技术适用范围
  适用于电机变频调速节能技术改造。
  2.技术原理及工艺
  基于高压变频器平台开发的一种能够分时实现变频调速和电能质量治理的技术,具备变频运行和无功补偿两种工作模式,根据现场运行需求,既可以实现对电机的变频调速控制,也可以实现对电网的无功补偿。
  3.技术指标
  (1)同一硬件平台,内置不同控制模式,系统可用性高。
  (2)无功补偿电流双闭环加前馈控制,稳定性好,动态响应快。
  (3)无功补偿方式可选,适用性强。
  4.技术功能特性
  (1)恒功率因数控制。
  (2)恒无功控制。
  5.应用案例
  中石油西气东输西二线东段彭阳压气站节能改造项目,技术提供单位为能科科技股份有限公司。
  (1)用户用能情况简单说明:西气东输彭阳站有4套变频电驱压缩机组,正常为3用1备,正常工作时功率因数高,可以满足国家电力部门的要求,但是在闲时或工艺调压要求时也会出现全站变频电驱压缩机全停,但有少部分小功率设备运行的情况,此时功率因数就无法满足供电部门考核要求,并且无功损耗较大。
  (2)实施内容及周期:彭阳压气站4号电驱机组的变频及电能质量控制系统具有5兆乏的无功补偿能力,并且完全满足压缩机驱动20兆瓦高速电机的调速需求。该站4#电驱压缩机组采用变频及电能质量控制系统。实施周期3周。
  (3)节能减排效果及投资回收期:改造完成后,经现场测试,在全站停机情况下,通过装置的无功补偿功能,固原线供电所功率由原来的0.57提高到0.964,清彭线供电所功率因数由原来的0.126提高到0.93,完全满足供电部门对无功考核要求,并且节能减排效果明显。设备停止工作时,原变压器和线路上的有功损耗为12千瓦,改造后有功损耗为3千瓦,年节约标准煤0.0008万吨,年减排CO2 0.0022万吨。该项目综合年效益合计为18万元,总投入为45万元,投资回收期约为2.5年。
  6.未来三年推广前景及节能减排潜力
  预计未来3年,推广应用比例可达20%,可形成年节约标准煤0.93万吨,年减排CO2 2.58万吨。
 

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