節能新技術在工廠中的創新應用

王守鋒，孫國華，王加圣，盧道凱

節能新技術在工廠中的創新應用

王守鋒，孫國華，王加圣，盧道凱

（中國重型汽車集團濟南動力有限公司，山東 濟南 250220）

通過對工廠用能特點進行針對性分析，將多種節能技術創新性組合應用，對企業實現節能減排、降本增效起到了立竿見影的效果，具有社會、經濟雙重效益。通過案例闡述了創新應用的方法，具有啟發、借鑒和示范作用。

節能新技術；創新應用；地源熱泵；余熱回收

能源日趨緊張，節能成為全球關注焦點，國家更加倡導新能源開發和新型節能技術的應用。企業降本增效，既是履行社會責任的要求，也是自身發展的需要。中國重型汽車集團濟南動力有限公司自2013年建立能源管理體系以來，從管理、工藝、設備三個方面，找準問題、多措并舉，開展了形式多樣的節能工作，諸如發動機涂裝線“滿鏈生產”、熱處理工藝優化、空壓機及水泵變頻改造、涂裝線吹水室改造、電力補償裝置更新等，取得了良好的節能成果。但隨著節能工作深入，那些投資少、見效快的節能機會越來越少，因此，必須與時俱進，研究和利用節能新技術。

中國重型汽車集團濟南動力有限公司發動機生產車間面積為50 000 m2，要求全年溫度在（22±5）℃范圍內，冬季利用蒸汽供暖，夏季利用空調供冷，能源消耗十分巨大。在濟南夏季的“火爐”天，空調還會“罷工”，影響生產。通過研究，把熱泵、水蓄能等技術創新應用于實踐，大功率空壓機產生的余熱，可以回收再利用；水蓄冷轉移高峰用電負荷，節省運行費用，同時也可解決空調“罷工”問題；新建廠房引進高效的地源熱泵空調，可節能環保。下面用兩個案例闡述創新的方法和思路。

1 余熱回收+水蓄冷創新應用

2016年，中國重型汽車集團濟南動力有限公司投資了空壓機余熱回收+水蓄冷項目（簡稱“案例1”），將余熱回收與水蓄冷兩種技術相結合，對一期廠房（面積30 000 m2）空調設施進行嫁接改造，投資少、見效快。

1.1 項目內容

空壓機余熱回收：利用熱泵技術，通過高高溫熱泵型余熱回收機組，將空壓機30 ℃左右的循環水利用水泵輸送至機組，通過蒸發器進行熱交換，循環水溫降至20 ℃時返回空壓機，替代涼水塔降溫；同時，供熱系統的低溫水通過供熱水泵在機組的冷凝器內進行熱交換，使水溫升至65 ℃，再返回供熱系統并釋放熱量。

水蓄冷：建造1 500 m3的蓄冷罐，蓄冷量達15 000 kW。在夜間低谷電時段，通過2臺蓄冷機和熱泵制取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機組，實現放冷。

項目具體做法：利用現有3臺制冷機組、冷凍水系統、冷卻水系統、循環水泵房及設施，增加余熱回收裝置、蓄冷裝置及自動控制系統。主要包括高高溫熱泵型余熱回收機組、板式換熱器、供熱水泵、自動控制系統、電氣系統、余熱回收管道系統，以及蓄冷罐、冷水循環泵、空調冷卻水降溫循環泵、蓄冷放冷管道系統等。

1.2 節能模式

本項目使用條件復雜，在不同的季節、環境及生產情況下，所需能源種類與用量存在變數，宜采用不同模式。為精準控制多節能，采用信息化及自動化、智能化技術，將復雜問題簡單化。為此設計了8種可自動轉換的運行模式，包括熱回收主機余熱回收、離心式冷水機和熱泵機組聯合蓄冷、蓄冷罐放冷、蓄冷罐冷卻、熱泵機組制冷兼熱回收、蓄冷罐放冷與機組聯合供冷、離心式冷水機末端供冷、熱泵機組蓄冷兼熱回收。通過網絡技術實現遠程控制，數據自動上傳，實時監控運行狀態，從而實現站房無人值守，降低人工成本。

1.3 應用情況

該項目已投產3年，設備運行良好。夏季，即使是高溫、濕度大的極端天氣也能正常運行，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，克服了環境溫度過低對生產的影響。水蓄冷轉移用電負荷，輕松解決了1 000 kW范圍內的限電問題，對生產毫無影響。

2 地熱熱泵+水蓄冷（熱）創新應用

2017年，中國重型汽車集團濟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+水蓄冷（熱）項目（簡稱“案例2”）。

2.1 項目內容

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

水蓄冷（熱）系統：建造1 500 m3的蓄冷（熱）罐，其蓄量達15 000 kW。夜間低谷電時段，通過熱泵機組制取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機組，實現放冷；或者在需熱源時，夜間制熱蓄熱，白天放熱。

2.2 節能模式

該項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備，設計了8種運行模式，包括熱泵主機單獨蓄冷、蓄冷裝置單獨供冷、熱泵主機單獨供冷、熱泵主機邊制冷邊蓄冷、熱泵主機單獨蓄熱、蓄熱裝置單獨供熱、熱泵主機單獨蓄熱、熱泵主機邊蓄熱邊供熱。一套系統實現了多種運行模式，優化了運行策略，不同條件段運行不同的模式，始終保持節能高效的運行狀態，節省運行成本。

2.3 應用情況

該項目已投產2年，設備運行良好，比一期車間空調使用效果更好。車間溫度在25 ℃左右；制冷機組COP穩定在5.8左右，比一期提高30%；空調系統總負荷同比減少225 kW。

3 創新點

在本文案例中，多項節能技術組合使用，余熱、地熱資源得到利用，優化用能結構，真正實現能源綜合利用、多能互補，創新點表現在兩個方面：①運行模式多，控制程序復雜。為適應復雜的工況，節能技術與智能化、信息化及自動化技術融合，將余熱回收、制冷、蓄冷、放冷和制熱、蓄熱、放熱等功能進行組合，設計出8種自動轉換的運行模式，不同條件段自動啟用不同模式，節能效果更好。②新技術的組合，難度大。節能技術的組合，需要進行大量的設計及計算、分析，才能尋找到最大效益組合，得到最佳方案。像這樣大規模、多技術組合在工廠應用的并無先例，研究過程復雜，難度較大。

4 創新經驗

投資節能項目的宗旨是投資少、見效快。如果節能技術單獨使用，投資的目的很難達到。只有多項技術創新組合使用，才能實現目標。因此，如何將節能技術組合使用是本項目的難點，也是項目成敗的關鍵。需要經過方案初步設計、分析、決策三個步驟才能確定組合，即最終方案。

4.1 案例1技術方案設計過程

首先從投資控制、前期困境和政策應用三個方面充分考慮，確定以下初步方案：①投資控制。采暖等需熱設施要求水溫60 ℃以上，需要增加熱泵系統；除熱泵系統外的水循環系統、控制系統等借用原有制冷系統的設施或公用，以降低投資。②前期困境。余熱回收原有空調系統設施完整，但存在遇到夏季極端天氣，設備因涼水塔降溫效果差導致冷水機組報警停機的問題，利用蓄冷罐的水給冷水機組供水即可解決。③政策應用。當地政府用電政策，大客戶直供電計價采用分時段計價和需量電價，峰谷平電價差距大，水蓄冷可節約費用，且受政策支持。其次，設計不同方案組合，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，確定最終的技術方案是余熱回收與水蓄冷兩種技術相結合，利用現有設施進行嫁接改造，比單項技術應用具有明顯的優勢。

4.2 案例2技術方案設計過程

案例2技術方案設計過程與案例1相似，但要增加兩方面的考慮：地源熱泵在工廠大規模應用無先例，需要充分研究，確保一次成功；地源熱泵空調比普通空調效率高且節約用水。

4.3 小結

做好節能創新工作的關鍵點：在實踐中，結合工作實際，研究節能技術，提出節能措施，測算經濟收益。不同節能技術解決不同的問題，產生的效果也不同。只有進行大量的技術組合設計及計算、分析，才能尋找到最大效益組合，得到最佳解決方案。同時，企業也要充分研究國家和地方能源發展規劃，利用好能源政策，尋求政策支持。

5 經濟和社會效益

本文所述案例，年節約383.4萬元；轉移高峰負荷 1 884 kW，實現移峰填谷，平衡電網；年節水9 800 t，節約標準煤1 886.6 t，減少二氧化碳排放4 959.57 t。案例1空壓機余熱回收及水蓄冷項目被評為2016年濟南市電力需求側管理示范項目，獲得98萬元的政府補貼，《濟南日報》稱之為“電力需求側管理的‘濟南樣本’”。

6 結束語

積極響應政府號召，學好利用好節能政策，深入挖掘節能機會，研究節能新技術，創新運用新技術，是實現新時期節能減排的重要方法，實踐證明是成功有效的，在行業內具有廣泛的應用價值和推廣價值。

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

［2］國家發展改革委經濟運行調節局，國家電網公司營銷部，南方電網公司市場營銷部.電力需求側管理系列叢書：電蓄冷蓄熱技術及技術經濟評估［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［3］張昌.21世紀高等教育建筑環境與能源應用工程系列規劃教材：熱泵技術與應用［M］.2版.北京：機械工業出版社，2015.

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.067

2095－6835（2020）08－0150－02

〔編輯：嚴麗琴〕