節(jié)能新技術(shù)在工廠中的創(chuàng)新應(yīng)用

王守鋒，孫國華，王加圣，盧道凱

節(jié)能新技術(shù)在工廠中的創(chuàng)新應(yīng)用

王守鋒，孫國華，王加圣，盧道凱

（中國重型汽車集團(tuán)濟(jì)南動力有限公司，山東 濟(jì)南 250220）

通過對工廠用能特點(diǎn)進(jìn)行針對性分析，將多種節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新性組合應(yīng)用，對企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效起到了立竿見影的效果，具有社會、經(jīng)濟(jì)雙重效益。通過案例闡述了創(chuàng)新應(yīng)用的方法，具有啟發(fā)、借鑒和示范作用。

節(jié)能新技術(shù)；創(chuàng)新應(yīng)用；地源熱泵；余熱回收

能源日趨緊張，節(jié)能成為全球關(guān)注焦點(diǎn)，國家更加倡導(dǎo)新能源開發(fā)和新型節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。企業(yè)降本增效，既是履行社會責(zé)任的要求，也是自身發(fā)展的需要。中國重型汽車集團(tuán)濟(jì)南動力有限公司自2013年建立能源管理體系以來，從管理、工藝、設(shè)備三個方面，找準(zhǔn)問題、多措并舉，開展了形式多樣的節(jié)能工作，諸如發(fā)動機(jī)涂裝線“滿鏈生產(chǎn)”、熱處理工藝優(yōu)化、空壓機(jī)及水泵變頻改造、涂裝線吹水室改造、電力補(bǔ)償裝置更新等，取得了良好的節(jié)能成果。但隨著節(jié)能工作深入，那些投資少、見效快的節(jié)能機(jī)會越來越少，因此，必須與時俱進(jìn)，研究和利用節(jié)能新技術(shù)。

中國重型汽車集團(tuán)濟(jì)南動力有限公司發(fā)動機(jī)生產(chǎn)車間面積為50 000 m2，要求全年溫度在（22±5）℃范圍內(nèi)，冬季利用蒸汽供暖，夏季利用空調(diào)供冷，能源消耗十分巨大。在濟(jì)南夏季的“火爐”天，空調(diào)還會“罷工”，影響生產(chǎn)。通過研究，把熱泵、水蓄能等技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用于實(shí)踐，大功率空壓機(jī)產(chǎn)生的余熱，可以回收再利用；水蓄冷轉(zhuǎn)移高峰用電負(fù)荷，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，同時也可解決空調(diào)“罷工”問題；新建廠房引進(jìn)高效的地源熱泵空調(diào)，可節(jié)能環(huán)保。下面用兩個案例闡述創(chuàng)新的方法和思路。

1 余熱回收+水蓄冷創(chuàng)新應(yīng)用

2016年，中國重型汽車集團(tuán)濟(jì)南動力有限公司投資了空壓機(jī)余熱回收+水蓄冷項(xiàng)目（簡稱“案例1”），將余熱回收與水蓄冷兩種技術(shù)相結(jié)合，對一期廠房（面積30 000 m2）空調(diào)設(shè)施進(jìn)行嫁接改造，投資少、見效快。

1.1 項(xiàng)目內(nèi)容

空壓機(jī)余熱回收：利用熱泵技術(shù)，通過高高溫?zé)岜眯陀酂峄厥諜C(jī)組，將空壓機(jī)30 ℃左右的循環(huán)水利用水泵輸送至機(jī)組，通過蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換，循環(huán)水溫降至20 ℃時返回空壓機(jī)，替代涼水塔降溫；同時，供熱系統(tǒng)的低溫水通過供熱水泵在機(jī)組的冷凝器內(nèi)進(jìn)行熱交換，使水溫升至65 ℃，再返回供熱系統(tǒng)并釋放熱量。

水蓄冷：建造1 500 m3的蓄冷罐，蓄冷量達(dá)15 000 kW。在夜間低谷電時段，通過2臺蓄冷機(jī)和熱泵制取5 ℃左右的低溫水儲存至蓄冷罐；在白天峰電時段，將冷凍水通過放冷泵送至空調(diào)機(jī)組，實(shí)現(xiàn)放冷。

項(xiàng)目具體做法：利用現(xiàn)有3臺制冷機(jī)組、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、循環(huán)水泵房及設(shè)施，增加余熱回收裝置、蓄冷裝置及自動控制系統(tǒng)。主要包括高高溫?zé)岜眯陀酂峄厥諜C(jī)組、板式換熱器、供熱水泵、自動控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、余熱回收管道系統(tǒng)，以及蓄冷罐、冷水循環(huán)泵、空調(diào)冷卻水降溫循環(huán)泵、蓄冷放冷管道系統(tǒng)等。

1.2 節(jié)能模式

本項(xiàng)目使用條件復(fù)雜，在不同的季節(jié)、環(huán)境及生產(chǎn)情況下，所需能源種類與用量存在變數(shù)，宜采用不同模式。為精準(zhǔn)控制多節(jié)能，采用信息化及自動化、智能化技術(shù)，將復(fù)雜問題簡單化。為此設(shè)計(jì)了8種可自動轉(zhuǎn)換的運(yùn)行模式，包括熱回收主機(jī)余熱回收、離心式冷水機(jī)和熱泵機(jī)組聯(lián)合蓄冷、蓄冷罐放冷、蓄冷罐冷卻、熱泵機(jī)組制冷兼熱回收、蓄冷罐放冷與機(jī)組聯(lián)合供冷、離心式冷水機(jī)末端供冷、熱泵機(jī)組蓄冷兼熱回收。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，數(shù)據(jù)自動上傳，實(shí)時監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)站房無人值守，降低人工成本。

1.3 應(yīng)用情況

該項(xiàng)目已投產(chǎn)3年，設(shè)備運(yùn)行良好。夏季，即使是高溫、濕度大的極端天氣也能正常運(yùn)行，車間溫度能保證在27 ℃以下。冬季每小時提供3 GJ的熱量用于采暖。采暖季過渡階段，在不用電廠蒸汽的情況下，余熱回收可以供暖，克服了環(huán)境溫度過低對生產(chǎn)的影響。水蓄冷轉(zhuǎn)移用電負(fù)荷，輕松解決了1 000 kW范圍內(nèi)的限電問題，對生產(chǎn)毫無影響。

2 地?zé)釤岜?水蓄冷（熱）創(chuàng)新應(yīng)用

2017年，中國重型汽車集團(tuán)濟(jì)南動力有限公司在新建二期智能制造廠房（建筑面積22 000 m2）時，大膽投資地源熱泵空調(diào)+水蓄冷（熱）項(xiàng)目（簡稱“案例2”）。

2.1 項(xiàng)目內(nèi)容

制冷制熱系統(tǒng)：選用螺桿式地源熱泵機(jī)組3臺，機(jī)組最高出水溫度65 ℃，最低出水溫度4 ℃。地埋管系統(tǒng)：共打井570口，打井深度102 m，采用雙U型De32PE管。

水蓄冷（熱）系統(tǒng)：建造1 500 m3的蓄冷（熱）罐，其蓄量達(dá)15 000 kW。夜間低谷電時段，通過熱泵機(jī)組制取5 ℃左右的低溫水儲存至蓄冷罐；白天峰電時段，將冷凍水通過放冷泵送至空調(diào)機(jī)組，實(shí)現(xiàn)放冷；或者在需熱源時，夜間制熱蓄熱，白天放熱。

2.2 節(jié)能模式

該項(xiàng)目夏季制冷冬季采暖，為滿足不同使用條件、不同工況下高效使用設(shè)備，設(shè)計(jì)了8種運(yùn)行模式，包括熱泵主機(jī)單獨(dú)蓄冷、蓄冷裝置單獨(dú)供冷、熱泵主機(jī)單獨(dú)供冷、熱泵主機(jī)邊制冷邊蓄冷、熱泵主機(jī)單獨(dú)蓄熱、蓄熱裝置單獨(dú)供熱、熱泵主機(jī)單獨(dú)蓄熱、熱泵主機(jī)邊蓄熱邊供熱。一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多種運(yùn)行模式，優(yōu)化了運(yùn)行策略，不同條件段運(yùn)行不同的模式，始終保持節(jié)能高效的運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)省運(yùn)行成本。

2.3 應(yīng)用情況

該項(xiàng)目已投產(chǎn)2年，設(shè)備運(yùn)行良好，比一期車間空調(diào)使用效果更好。車間溫度在25 ℃左右；制冷機(jī)組COP穩(wěn)定在5.8左右，比一期提高30%；空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)荷同比減少225 kW。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

在本文案例中，多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)組合使用，余熱、地?zé)豳Y源得到利用，優(yōu)化用能結(jié)構(gòu)，真正實(shí)現(xiàn)能源綜合利用、多能互補(bǔ)，創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在兩個方面：①運(yùn)行模式多，控制程序復(fù)雜。為適應(yīng)復(fù)雜的工況，節(jié)能技術(shù)與智能化、信息化及自動化技術(shù)融合，將余熱回收、制冷、蓄冷、放冷和制熱、蓄熱、放熱等功能進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)出8種自動轉(zhuǎn)換的運(yùn)行模式，不同條件段自動啟用不同模式，節(jié)能效果更好。②新技術(shù)的組合，難度大。節(jié)能技術(shù)的組合，需要進(jìn)行大量的設(shè)計(jì)及計(jì)算、分析，才能尋找到最大效益組合，得到最佳方案。像這樣大規(guī)模、多技術(shù)組合在工廠應(yīng)用的并無先例，研究過程復(fù)雜，難度較大。

4 創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)

投資節(jié)能項(xiàng)目的宗旨是投資少、見效快。如果節(jié)能技術(shù)單獨(dú)使用，投資的目的很難達(dá)到。只有多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新組合使用，才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。因此，如何將節(jié)能技術(shù)組合使用是本項(xiàng)目的難點(diǎn)，也是項(xiàng)目成敗的關(guān)鍵。需要經(jīng)過方案初步設(shè)計(jì)、分析、決策三個步驟才能確定組合，即最終方案。

4.1 案例1技術(shù)方案設(shè)計(jì)過程

首先從投資控制、前期困境和政策應(yīng)用三個方面充分考慮，確定以下初步方案：①投資控制。采暖等需熱設(shè)施要求水溫60 ℃以上，需要增加熱泵系統(tǒng)；除熱泵系統(tǒng)外的水循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等借用原有制冷系統(tǒng)的設(shè)施或公用，以降低投資。②前期困境。余熱回收原有空調(diào)系統(tǒng)設(shè)施完整，但存在遇到夏季極端天氣，設(shè)備因涼水塔降溫效果差導(dǎo)致冷水機(jī)組報警停機(jī)的問題，利用蓄冷罐的水給冷水機(jī)組供水即可解決。③政策應(yīng)用。當(dāng)?shù)卣秒娬撸罂蛻糁惫╇娪?jì)價采用分時段計(jì)價和需量電價，峰谷平電價差距大，水蓄冷可節(jié)約費(fèi)用，且受政策支持。其次，設(shè)計(jì)不同方案組合，從投資、收益和政策三個方面分析對比：①余熱回收。投資94.4萬元，年收益172.23萬元，投資少，見效快。②水蓄冷。投資359.5萬元，年收益22.12萬元，投資大，見效慢，受政策支持。③余熱回收+水蓄冷。投資375萬元，年收益194.35萬元，投資大，但見效快，且受政策支持。最后，確定最終的技術(shù)方案是余熱回收與水蓄冷兩種技術(shù)相結(jié)合，利用現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行嫁接改造，比單項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢。

4.2 案例2技術(shù)方案設(shè)計(jì)過程

案例2技術(shù)方案設(shè)計(jì)過程與案例1相似，但要增加兩方面的考慮：地源熱泵在工廠大規(guī)模應(yīng)用無先例，需要充分研究，確保一次成功；地源熱泵空調(diào)比普通空調(diào)效率高且節(jié)約用水。

4.3 小結(jié)

做好節(jié)能創(chuàng)新工作的關(guān)鍵點(diǎn)：在實(shí)踐中，結(jié)合工作實(shí)際，研究節(jié)能技術(shù)，提出節(jié)能措施，測算經(jīng)濟(jì)收益。不同節(jié)能技術(shù)解決不同的問題，產(chǎn)生的效果也不同。只有進(jìn)行大量的技術(shù)組合設(shè)計(jì)及計(jì)算、分析，才能尋找到最大效益組合，得到最佳解決方案。同時，企業(yè)也要充分研究國家和地方能源發(fā)展規(guī)劃，利用好能源政策，尋求政策支持。

5 經(jīng)濟(jì)和社會效益

本文所述案例，年節(jié)約383.4萬元；轉(zhuǎn)移高峰負(fù)荷 1 884 kW，實(shí)現(xiàn)移峰填谷，平衡電網(wǎng)；年節(jié)水9 800 t，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1 886.6 t，減少二氧化碳排放4 959.57 t。案例1空壓機(jī)余熱回收及水蓄冷項(xiàng)目被評為2016年濟(jì)南市電力需求側(cè)管理示范項(xiàng)目，獲得98萬元的政府補(bǔ)貼，《濟(jì)南日報》稱之為“電力需求側(cè)管理的‘濟(jì)南樣本’”。

6 結(jié)束語

積極響應(yīng)政府號召，學(xué)好利用好節(jié)能政策，深入挖掘節(jié)能機(jī)會，研究節(jié)能新技術(shù)，創(chuàng)新運(yùn)用新技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)新時期節(jié)能減排的重要方法，實(shí)踐證明是成功有效的，在行業(yè)內(nèi)具有廣泛的應(yīng)用價值和推廣價值。

［1］王守鋒，盧道凱，王加圣，等.多種模式的節(jié)能技術(shù)在制造工廠中的運(yùn)用［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2018（19）：1-3.

［2］國家發(fā)展改革委經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)節(jié)局，國家電網(wǎng)公司營銷部，南方電網(wǎng)公司市場營銷部.電力需求側(cè)管理系列叢書：電蓄冷蓄熱技術(shù)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評估［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［3］張昌.21世紀(jì)高等教育建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程系列規(guī)劃教材：熱泵技術(shù)與應(yīng)用［M］.2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

TM92

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.067

2095－6835（2020）08－0150－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕