神寧煤化工甲醇廠冷卻塔風機節(jié)能改造項目

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一、案例名稱

神寧煤化工甲醇廠冷卻塔風機節(jié)能改造項目

二、案例業(yè)主

神華寧煤集團注冊資本101億元人民幣，其中神華集團占51%，寧夏政府占49%。神華寧煤集團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)能力將達到50萬噸/年，煤基烯烴達到250萬噸/年，煤炭液化達到800萬噸/年，煤制天然氣達到40億立方米/年。

此次節(jié)能改造項目對象為年產(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。現(xiàn)水汽車間自備配置有2臺25MW發(fā)電機組，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。

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

(2)系統(tǒng)富余能量來源。

把循環(huán)水系統(tǒng)浪費的富余能量利用起來，用水輪機替代原來的電機及傳動系統(tǒng)是項目改造的技術(shù)要點。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設計余量。

在冷卻塔的循環(huán)水系統(tǒng)設計的熱力學傳熱學計算中，從換熱設備熱負荷、換熱面

積到冷卻水需求量的各個環(huán)節(jié)，由于考慮到設備和系統(tǒng)管道的阻損，一般都要放一些設計余量，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程和流量。富余揚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)水到達換熱設備進行熱交換后又回到冷卻塔，冷卻塔布水器與換熱設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，流量和揚程可以相互轉(zhuǎn)化以滿足水輪機所需的實際壓頭。

進塔閥全開后狀況

④循環(huán)水的動能。

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

⑤閥門開啟度的余量。

從水泵出口，經(jīng)換熱設備到冷卻塔，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，導致整個循環(huán)水閉路系統(tǒng)并不暢通，致使流量和揚程損失巨大。很多改造事例證明:在閥門未開啟的情況下，往往在改造后，稍稍進一步開啟閥門所釋放的能量(減少的流量損失和揚程損失)足以帶動水輪機做功。

(3)項目主要設備簡述

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，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，用水輪機取代傳統(tǒng)的電機作為風機動力源，使風機由原來的電力驅(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)移給水輪機做功，水輪機的輸出軸直接與風機相連，從而驅(qū)動風機旋轉(zhuǎn)達到抽風效果，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”，能夠在滿足用戶設備正常使用的基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)能目的。

2.節(jié)能改造具體內(nèi)容

該項目對甲醇一套裝置6臺冷卻塔、甲醇二套裝置12臺冷卻塔共18臺4500m'h冷卻塔進行節(jié)能改造，將冷卻塔風機電機和減速機拆除，用冷卻塔專用超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機替代，使風機由電機驅(qū)動改為水輪機驅(qū)動，實現(xiàn)冷卻塔風機無電運行，達到節(jié)能的目的。

(1)項目改造流程。

工序1:拆除原風機、電機和減速機，割斷上水管;

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

工序3:安裝水輪機;

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

工序5:安裝風機;

工序6:通水試車。

(2)改造實施內(nèi)容。

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

3.項目實施情況

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

四、項目年節(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:此表摘自神寧集團煤炭化學工業(yè)分公司甲醇廠能源案例報告。

改造后序號24~29共6臺冷卻塔風機電機全部拆除，且循環(huán)水泵功率不增加，實現(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)(摘自神寧集團煤炭化學工業(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臺冷卻塔風機電機全部拆除，且循環(huán)水泵功率不增加，實現(xiàn)完全節(jié)電。

(2)節(jié)能量計算方法

因改造后冷卻塔風機電機拆除，因此這部分冷卻塔風機消耗的用電量即為該項目的節(jié)能量。

(3)項目年節(jié)能量。

根據(jù)與業(yè)主的合同，項目實施后年節(jié)電量為16390486.60kW·h，折合標準煤5408噸。項目完成后經(jīng)與業(yè)主雙方實測，實際節(jié)電量比合同中約定略高，達到了合同約定，

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)省的電費共計665.4萬元。

五、商業(yè)模式

該項目采用節(jié)能效益分享型合同能源管理模式，節(jié)能服務合同的合同期為4年，節(jié)能效果的測定以雙方協(xié)商與國家權(quán)威機構(gòu)驗證相結(jié)合的方式實施，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)能量的保證在項目完成后根據(jù)業(yè)主方各部門聯(lián)合評價驗收而形成的評價報告為準，如達不到合同約定則由節(jié)能服務公司承擔全部責任。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備無償轉(zhuǎn)讓給業(yè)主方。

六、融資渠道

該項目投資額約為1400萬元，全部為節(jié)能服務公司自有資金