神宁煤化工甲醇厂冷却塔风机节能改造项目

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一、案例名称

神宁煤化工甲醇厂冷却塔风机节能改造项目

二、案例业主

神华宁煤集团注册资本101亿元人民币，其中神华集团占51%，宁夏政府占49%。神华宁煤集团是宁夏最大的煤炭企业，拥有煤炭资源储量295.08亿吨，占宁夏已探明煤炭资源量的93%。神华宁煤煤化工基地计划在2020年前建成，届时煤基甲醇生产能力将达到50万吨/年，煤基烯烃达到250万吨/年，煤炭液化达到800万吨/年，煤制天然气达到40亿立方米/年。

此次节能改造项目对象为年产甲醇85万吨的神宁煤化工甲醇厂。甲醇厂的生产用能主要是煤炭、电力、水和天然气。有5个工艺车间，4个辅助车间。现水汽车间自备配置有2台25MW发电机组，提供企业部分用电，其余所需电力由外部购入。

三、案例内容

1.技术原理及适用领域

(1)概述。

水轮机是将水的动能或势能转化成旋转机械能的原动机，是水力发电的主要设备之,在水资源丰富的地区得到了广泛的应用水动风机，顾名思义就是以水力驱动风机而不是传统的电力，是在循环水系统本身具有充足富余扬程的前提下，采用水轮机代替电机来驱动风机进行热交换。水轮机的工作动力来自系统的富余流量和富余扬程。改造后，水泵驱动的循环水经过工艺装置去后到达水轮机并带动其旋转。水轮机的输出轴直接与风机相连，进而带动风机旋转。理论上水轮机的输出功率只要达到或超过所带动风机的轴功率就能满足风机原来的转速，满足冷却要求，从而实现成功改造。

(2)系统富余能量来源。

把循环水系统浪费的富余能量利用起来，用水轮机替代原来的电机及传动系统是项目改造的技术要点。现有循环冷却水系统里的富余能量的来源主要是三大部分:设计余量、势能、水泵的自身调节能力。此三部分足以带动水轮机做功，此外还有两部分:一是循环水中存在的动能，二是阀门开启是否到位。

①设计余量。

在冷却塔的循环水系统设计的热力学传热学计算中，从换热设备热负荷、换热面

积到冷却水需求量的各个环节，由于考虑到设备和系统管道的阻损，一般都要放一些设计余量，在水泵选型时还要在此基础上再乘1.1倍至1.3倍作为水泵选型的依据，而在具体选型时往往很难凑巧选到参数完全一致的水泵，根据就高不就低的原则，一般选择扬程较大的水泵，由于上述几种情况的叠加，循环水系统中存在着大量的富余扬程和流量。富余扬程和流量就为冷却塔的节能改造提供了可能。

②水的势能。

冷却塔内的循环水到达换热设备进行热交换后又回到冷却塔，冷却塔布水器与换热设备的绝对高度之差往往是数米甚至于几十米,这部分势能被从布水器白白的释放掉了。

③水泵的自身调节能力。

从水泵性能曲线中可以看出，水泵的流量Q(m'/h)和扬程H(m)可以相互转化。在不增大水泵功率的前提下，流量和扬程可以相互转化以满足水轮机所需的实际压头。

进塔阀全开后状况

④循环水的动能。

循环水产生的动扬程过去完全被忽视掉了，一般水轮机的入口流速为10~20m/s，能够产生很可观的动能用于推动水轮机叶轮做功。

⑤阀门开启度的余量。

从水泵出口，经换热设备到冷却塔，最后回到水池，在整个循环水管道系统中，由于沿途设计余量过大，许多企业阀门没有100%打开。由于阀门未全部开启，导致整个循环水闭路系统并不畅通，致使流量和扬程损失巨大。很多改造事例证明:在阀门未开启的情况下，往往在改造后，稍稍进一步开启阀门所释放的能量(减少的流量损失和扬程损失)足以带动水轮机做功。

(3)项目主要设备简述

水动能回收冷却塔技术的核心是根据冷却塔热力特性和循环系统的水力特性研发的超低比转速混流式水轮机，该产品是国家节能产品目录中推荐的一种新型高效节能型产品，其核心技术是高效水轮机，用水轮机取代传统的电机作为风机动力源，使风机由原来的电力驱动改为水力驱动。

该技术将循环水系统中的富余压力收集并转移给水轮机做功，水轮机的输出轴直接与风机相连，从而驱动风机旋转达到抽风效果，该技术不仅保持了传统冷却塔的工作原理，而且保证与原冷却塔气水比相同，完全可以满足换热设备的工艺要求。

此技术利用系统的富余能量，不会增加水泵的功耗，这种节能改造是“系统能量的二次利用或回收”，能够在满足用户设备正常使用的基础上实现节能目的。

2.节能改造具体内容

该项目对甲醇一套装置6台冷却塔、甲醇二套装置12台冷却塔共18台4500m'h冷却塔进行节能改造，将冷却塔风机电机和减速机拆除，用冷却塔专用超低比转速混流式水轮机替代，使风机由电机驱动改为水轮机驱动，实现冷却塔风机无电运行，达到节能的目的。

(1)项目改造流程。

工序1:拆除原风机、电机和减速机，割断上水管;

工序2:根据改造管路布置图、水轮机外形连接尺寸图和水轮机尾水管外形连接尺寸图做基础和预埋基础螺栓;

工序3:安装水轮机;

工序4:根据改造管路布置图、水轮机外形连接尺寸图和水轮机尾水管外形连接尺寸图进行水管布置、支持和固定;

工序5:安装风机;

工序6:通水试车。

(2)改造实施内容。

改造时原框架结构基本不变，只拆除电机、传动轴、减速机和略微调整减速机基础高度。改造后系统工况有所改变，对系统阀门进行调节，使工况满足水轮机设计标准，对上塔水管进行调整，使循环水在经过水轮机以后再流入布水系统再进行布水。改进水管为旁通管,在因特殊情况而需停开风机时使冷却塔仍能正常使用。进出水管、水轮机底座做支撑，风筒开孔并加固。管道防腐处理。

3.项目实施情况

该项目于2012年2月20日正式开工，2013年5月完工，2013年9月9日正式完成项目验收评价。

四、项目年节能量及节能效益

1.年节能量

(1)改造前后系统(设备)用能情况及主要参数。

①改造前甲醇一套装置循环水系统用能情况及主要参数。

表1改造前甲醇一套装置循环水系统用能情况及主要参数

  续表

注:此表摘自神宁集团煤炭化学工业分公司甲醇厂能源案例报告。

改造后序号24~29共6台冷却塔风机电机全部拆除，且循环水泵功率不增加，实现完全节电。

②改造前甲醇二套装置循环水系统用能情况及主要参数(摘自神宁集团煤炭化学工业分公司甲醇厂能源审计报告)。

表2改造前甲醇二套装置循环水系统用能情况及主要参数

改造后序号3共18台冷却塔风机电机全部拆除，且循环水泵功率不增加，实现完全节电。

(2)节能量计算方法

因改造后冷却塔风机电机拆除，因此这部分冷却塔风机消耗的用电量即为该项目的节能量。

(3)项目年节能量。

根据与业主的合同，项目实施后年节电量为16390486.60kW·h，折合标准煤5408吨。项目完成后经与业主双方实测，实际节电量比合同中约定略高，达到了合同约定，

2.年节能效益

依据合同签订时的电价0.406元/W·h计算，每年节省的电费共计665.4万元。

五、商业模式

该项目采用节能效益分享型合同能源管理模式，节能服务合同的合同期为4年，节能效果的测定以双方协商与国家权威机构验证相结合的方式实施，节能效益的分享比例

为合同能源管理公司80%，业主方20%。节能量的保证在项目完成后根据业主方各部门联合评价验收而形成的评价报告为准，如达不到合同约定则由节能服务公司承担全部责任。节能效益款的支付按季度支付，前15个季度每季度支付140万元，最后1个季度支付62万元，所有支付完成后涉及设备无偿转让给业主方。

六、融资渠道

该项目投资额约为1400万元，全部为节能服务公司自有资金