內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)有限公司蒸汽蓄熱技術(shù)應(yīng)用節(jié)能改造項(xiàng)目

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一、案例名稱

內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)有限公司蒸汽蓄熱技術(shù)應(yīng)用節(jié)能改造項(xiàng)目

二、案例業(yè)主

內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)有限公司是國家五”期間156個(gè)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一，隸屬于中國兵器工業(yè)集團(tuán)公司，軍品輪、履兩大系列、鐵路車輛、工程機(jī)械是公司的核心業(yè)務(wù)和支柱產(chǎn)品。公司擁有冶煉、鑄造、鍛造機(jī)加、沖壓、熱處理到整機(jī)裝配一體化的能力，各類機(jī)動(dòng)設(shè)備1萬多臺(tái)(套)。公司使用的能源消費(fèi)有熱力、天然氣、電力、原煤、汽油、柴油、煤油、水等，其中:熱力占43.31%，天然氣占25.70%，電力占18.69%。

三、案例內(nèi)容

1.技術(shù)原理及適用領(lǐng)域

企業(yè)的絕大多數(shù)蒸汽加熱工藝采取0.8MPa蒸汽(300°C過熱蒸汽)減壓供給換熱效率較低。在電廠供應(yīng)企業(yè)的過熱蒸汽管道的廠區(qū)入口上增加蒸汽蓄熱器，將0.8MPa蒸汽(300°C過熱蒸汽)轉(zhuǎn)化輸出為0.5MPa飽和蒸汽。蒸汽蓄熱器相等于熱能的存儲(chǔ)倉庫,通過蓄熱器對(duì)熱能的吞吐作用，使供用熱系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，從而可使運(yùn)行工況達(dá)到平穩(wěn)。蓄熱器中的水既是蒸汽和水進(jìn)行熱交換的介質(zhì)，又是蓄存熱能的載體。蒸汽蓄熱器其作用是均衡供汽和用汽負(fù)荷瞬時(shí)波動(dòng)之間的矛盾，將蒸汽蓄熱器并入蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)后即成為供汽與用汽部門之間的熱平衡庫。

適用于鍋爐房和電廠供應(yīng)蒸汽的領(lǐng)域。

2.節(jié)能改造具體內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有蒸汽管網(wǎng)的實(shí)際情況，在內(nèi)蒙古一機(jī)集團(tuán)廠內(nèi)蒸汽管道的進(jìn)口處，增設(shè)蒸汽蓄熱器。由于企業(yè)蒸汽使用量存在季節(jié)性差異，選用2臺(tái)100m’蒸汽蓄熱器。蒸汽熱器熱力系統(tǒng)采用直接平衡方式，與汽源的連接方式采用串聯(lián)方式?？紤]到蓄熱器體積較大，將蓄熱器安裝在室外，從設(shè)計(jì)、施工上加強(qiáng)保溫。

由蓄熱器供出兩根0.6MPa蒸汽管道分供生產(chǎn)與廠區(qū)采暖補(bǔ)充用能。生產(chǎn)供汽管全年開啟，采暖補(bǔ)充用能管冬季采暖期開啟運(yùn)行，對(duì)蓄熱器進(jìn)出管道及8號(hào)點(diǎn)蒸汽管道進(jìn)行調(diào)整和改造?？紤]到東部區(qū)采暖6號(hào)站蒸汽規(guī)劃以及北方奔馳公司冬季采暖用量大的特點(diǎn)，同時(shí)由于硫化罐工藝蒸汽用能壓力要求較高、用量較小的特點(diǎn)，將東部區(qū)及橡膠硫化采取單獨(dú)高壓蒸汽直供方式

地下車庫伏系統(tǒng)原理圖

增加蓄能自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括:可編程序控制器CPU模塊、可編程序控制器模擬量輸入、輸出模塊、蓄能控制系統(tǒng)軟件、7臺(tái)壓力傳感器及變送器、4臺(tái)溫度傳感器及變送器、3臺(tái)氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，可以進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.項(xiàng)目實(shí)施情況

企業(yè)在2011年隨著蒸汽鍛錘的改造，蒸汽使用要求和結(jié)構(gòu)已有較大改變。項(xiàng)目從2012年5月開始論證，通過對(duì)2011年用熱的數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為存在的問題有:加熱工藝極大多數(shù)為<0.4MPa蒸汽用能，使用中采取0.8MPa蒸汽，300°C過熱蒸汽減壓供給，換熱效率較低;蒸汽系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)大，對(duì)用汽設(shè)備及管道附件影響很大，易造成一定的損壞;蒸汽采取300°C過熱蒸汽直供，管道輸送距離較長，存在較大能量損失。確定采用在入口增加蒸汽蓄熱設(shè)備和配套自動(dòng)控制可以取得明顯的節(jié)能效果。在2012年8月簽訂采用合同能源管理方式實(shí)施改造合同，2012年10月8日設(shè)備到場并安裝調(diào)試及運(yùn)行:2012年12月30日整體完工，2013年4月15日整個(gè)項(xiàng)目通過驗(yàn)收，目前運(yùn)行良好。

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)。

一機(jī)集團(tuán)蒸汽熱源由內(nèi)蒙古包頭市第二熱電廠供應(yīng)。所供蒸汽為0.8MPa過熱蒸汽(協(xié)議溫度280°C，實(shí)際溫度300°C左右)，蒸汽焓值2.985GJ/T。蒸汽系統(tǒng)由三條Ф325蒸汽管道組成;整個(gè)系統(tǒng)的冷凝水設(shè)計(jì)回水壓力為≤0.2Mpa;冷凝水(廢汽)回水管為中530。蒸汽系統(tǒng)遍布企業(yè)的各分、子公司，管線較長。隨著2011年電液錘替代蒸汽鍛錘的改造完成，內(nèi)蒙一機(jī)集團(tuán)蒸汽用能主要為:力克橡塑公司硫化工藝(0.65MPa)、六分公司和北實(shí)公司電鍍及表面處理工藝(0.4MPa)、十分公司化與脫蠟工藝(0.4MPa)、四分公司和五分公司噴漆與烘干工藝(0.4MPa)、以及其他低溫生產(chǎn)加熱工藝和冬季采暖補(bǔ)充用能(0.4MPa)等。

改造前:2011年，一機(jī)集團(tuán)外購蒸汽總量為889447GJ，1.3MPa蒸汽用量375866GJ，0.8MPa汽用量387788GJ，測(cè)算蒸汽管網(wǎng)管耗為125793 GJ。

改造后:2013年，一機(jī)集團(tuán)外購蒸汽總量為592475GJ，0.8MPa蒸汽用量478299GJ，測(cè)算蒸汽管網(wǎng)管耗為114176GJ。

(2)節(jié)能量計(jì)算方法，

節(jié)能量為兩個(gè)部分組成:從過熱蒸汽改為飽和蒸汽使熱損失減少和從0.8MPa蒸汽輸出變?yōu)?.5MPa蒸汽輸出，減少外購蒸汽量。

①熱損失減少量計(jì)算方法

利用表面熱散失計(jì)算公式計(jì)算，改造前后管網(wǎng)輸送溫度不一樣，改造后造成的損耗減少。管網(wǎng)保溫層表面熱散失測(cè)算:

蒸汽管道因分多次改造，保溫材料較為多樣，基本上為巖棉、水泥蛭石等材料。根據(jù)管道保溫層表面熱散失公式計(jì)算:

其中:q-單位表面保溫層熱損失，w/m;

電廠供應(yīng)的過熱蒸汽經(jīng)現(xiàn)場測(cè)量保溫結(jié)構(gòu)周圍環(huán)境空氣溫度為40°C。改造前管道外壁溫度按照電廠0.8MPa過熱蒸汽溫度320°C計(jì)算，改造后0.5MPa飽和蒸汽溫度為151.84°C。

巖棉保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)入=0.047 w/(m·C)，水泥蛭石保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)入=0.07w/(m·C)，因無法統(tǒng)計(jì)出具體的蒸汽管道不同保溫材料的延長米數(shù)，因此在計(jì)算中按加權(quán)平均值計(jì)算，即入=0.0585w(m·°C)。

管網(wǎng)裸管道表面熱散失測(cè)算:

由于蒸汽輸送管道、漲力等設(shè)備有部分裸管存在，其散熱量計(jì)算公式如下

qo=kxsx(t-to)

其中 qo--光管表面熱損失，w;

t-管道外壁溫度，℃;

to-保溫結(jié)構(gòu)周圍環(huán)境的空氣溫度，℃;

s--光管測(cè)算面積，㎡;

k--光管傳熱系數(shù)為50.25，w/h(m·℃)。

②減少蒸汽外購量計(jì)算方法。

過熱蒸汽經(jīng)過蒸汽蓄熱器后，熱量儲(chǔ)存到蒸汽蓄熱器的高壓水中，高壓水再產(chǎn)生飽和蒸汽供用戶使用。在這個(gè)過程中，當(dāng)運(yùn)行正常的時(shí)候，由熱力學(xué)第一定律可知:

Q1h1=Q2h2

式中:h-0.8Mpa過熱蒸汽焓值;

h2-蓄熱器內(nèi)高壓水焓值(0.5Mpa);

Q1-過熱蒸汽流量;

Q2-飽和蒸汽流量;

3057.3xQ1,=2747.5xQ2,;

即:Q1:=0.9 Q2。

(3)項(xiàng)目年節(jié)能量。

①熱損失減少量計(jì)算

由管道保溫層表面熱散失公式可知0.5MPa飽和蒸汽管網(wǎng)的熱散失量為0.8MPa

過熱蒸汽熱散失量的40%，改造后蒸汽管網(wǎng)的損耗量減少4.7GJ/h，管網(wǎng)全年運(yùn)行。

年節(jié)約量=4.7x24x365=41172 GJ

②減少蒸汽外購量計(jì)算。

從Q1:=0.9 Q2可見，改造后二電廠供應(yīng)的過熱蒸汽可以節(jié)約10%。由2013年蒸汽用能情況，改造后0.8MPa蒸汽用量為478299GJ，核算蒸汽外購量減少為47829.9GJ.

以上合計(jì)，項(xiàng)目節(jié)能量(41172+47829.9)GJx0.03412=3036.74噸標(biāo)煤。

2.年節(jié)能效益

項(xiàng)目實(shí)施后帶來的年節(jié)能效益，以萬元計(jì)

2013年外購蒸汽單價(jià)為28.6元/GJ。

年節(jié)能效益=89001.9x28.6/10000=254.55萬元。

五、商業(yè)模式

采用節(jié)能效益分享型合同能源管理模式，合同期3年，節(jié)能效果測(cè)定和驗(yàn)證為按管網(wǎng)熱損失計(jì)算公式和熱力學(xué)第一定律計(jì)算;節(jié)能服務(wù)公司分享比例為90%、70%、50%;支付方式為項(xiàng)目驗(yàn)收后，節(jié)能服務(wù)公司向用戶發(fā)出書面的付款請(qǐng)求，敘明付款的金額、方式，用戶在收到上述付款請(qǐng)求之后的10日內(nèi)，將相應(yīng)的款項(xiàng)支付給節(jié)能服務(wù)公司，每三個(gè)月付一次，直至合同期結(jié)束;支付總額為279.3萬元;項(xiàng)目(設(shè)備)所有權(quán)在合同期結(jié)束后按1元資產(chǎn)轉(zhuǎn)交用戶。

六、融資渠道

項(xiàng)目投資額203萬元，均為自有資金。