通用機械產(chǎn)品——泵、風機、壓縮機、干燥設備等是量大面廣的耗能產(chǎn)品，國務院關于印發(fā)節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃的通知，國發(fā)(2012)40號文，具體目標明確指出：“風機、壓縮機、泵等新增主要耗能設備能效指標達到國內(nèi)或國際先進水平……”，因此，大力發(fā)展高效節(jié)能通用機械產(chǎn)品，不斷提高產(chǎn)品節(jié)能技術水平，對我國節(jié)能降耗，提高能源利用率，為國民經(jīng)濟各部門實現(xiàn)節(jié)能減排目標都具有非常重要的現(xiàn)實和長遠意義。
一、通用機械節(jié)能產(chǎn)品技術開發(fā)與應用情況
通用機械產(chǎn)品繁多，其中量最大、應用最廣的產(chǎn)品是泵、風機、壓縮機。根據(jù)這幾類產(chǎn)品每年的產(chǎn)量和投入運行的數(shù)量，經(jīng)測算，其年耗電量約為全國工業(yè)用電量的40%，其中泵用電量占20%，風機10.4%，壓縮機9.6%。
能源是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的基礎，我國能源需求在不斷增長中面臨巨大的節(jié)能減排壓力。特別是隨著節(jié)能工作深入推進，進一步挖掘節(jié)能潛力的難度加大，節(jié)能的任務更加艱巨。這迫切需要全社會在產(chǎn)品節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能創(chuàng)新和推廣應用等方面得到共識，使我國節(jié)能技術實現(xiàn)更大突破。
為加快節(jié)能技術與裝備產(chǎn)業(yè)化步伐，我國先后發(fā)布了《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》、《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和《關于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》，明確把推進重大節(jié)能技術與裝備產(chǎn)業(yè)化作為發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容，各項政策措施力度不斷加大，這為推進節(jié)能技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化工作營造了良好的政策環(huán)境，通用機械制造業(yè)面臨重大發(fā)展機遇。
提高通用機械產(chǎn)品節(jié)能技術水平是促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要舉措。近年來，通用機械行業(yè)不斷加強產(chǎn)品與系統(tǒng)節(jié)能技術創(chuàng)新，積極推進節(jié)能技術的開發(fā)與推廣應用。目前泵、風機、壓縮機三類節(jié)能產(chǎn)品的比例有了較大提高，已由原10%提高到30%。提高泵、風機、壓縮機能效標準已著手修訂，系統(tǒng)節(jié)能標準也開始起草，干燥設備的能效標準已完成上報待批。余能回收利用技術在泵、風機、壓縮機生產(chǎn)企業(yè)得到重視，部分企業(yè)已開發(fā)出余能回收系統(tǒng)裝備，并推廣應用，取得明顯的節(jié)能效果。越來越多的企業(yè)加入合同能源管理，與用戶達成節(jié)能考核目標與效益目標。部分制造企業(yè)已從單純提供節(jié)能產(chǎn)品發(fā)展到為用戶提供系統(tǒng)節(jié)能方案。
但總體看，我國通用機械產(chǎn)品節(jié)能技術水平與節(jié)能挖潛需求相比仍有一定差距，主要表現(xiàn)在：一是自主創(chuàng)新能力不強。以企業(yè)為主體的節(jié)能技術創(chuàng)新體系不完善，產(chǎn)學研結(jié)合不夠緊密，技術開發(fā)投入不足，一些核心系統(tǒng)節(jié)能技術尚未完全掌握;二是產(chǎn)業(yè)集中度低。企業(yè)規(guī)模普遍偏小，龍頭骨干企業(yè)帶動作用不強，節(jié)能產(chǎn)品成套化、系列化、標準化水平低;三是政策不完善。相關法規(guī)、標準體系以及財稅、金融政策不健全，中小型制造企業(yè)融資困難;四是市場化推廣體系不健全。用戶與供應商之間的節(jié)能技術產(chǎn)品信息傳播途徑較少，第三方評價機制不完善，用戶對新型節(jié)能技術裝備認知程度低、識別成本高，合同能源管理、設備租賃等市場化推廣模式?jīng)]有得到普遍應用。
有些原本是節(jié)能產(chǎn)品，可是應用到工程中卻變得不節(jié)能了。出現(xiàn)這種情況的原因：一是系統(tǒng)匹配設計不合理，設計院在計算管路阻力時，為了保險期間，將阻力系數(shù)放大，如輸送流體的揚程是100米，設計院就加10%的安全系數(shù)，變?yōu)?10米，泵、風機、壓縮機制造企業(yè)又為了保險，就配120米揚程的泵、風機、壓縮機，再加上標準中對選用電機的安全系數(shù)為1.1，這樣幾項安全系數(shù)疊加后就形成了大馬拉小車的情況，造成原本是節(jié)能產(chǎn)品變成了不節(jié)能了;二是泵、風機、壓縮機等節(jié)能產(chǎn)品的高效是指產(chǎn)品在額定工況下(滿負荷)的運行效率，此時最節(jié)能。但設備運行時往往偏離最佳工況范圍，這時節(jié)能產(chǎn)品也就不節(jié)能了。就像2.0以下排量汽車的經(jīng)濟時速在每小時70-100公里時最節(jié)油，如果偏離這個速度就不省油了。據(jù)統(tǒng)計，我國70%以上的泵、風機、壓縮機等產(chǎn)品都在偏離工況條件下運行，這時的平均效率不到70%，本來90%的效率產(chǎn)品一下降低了20%的效率，這樣能源浪費太可惜了。
二、余能回收技術開發(fā)與應情況
余能回收的定義十分廣泛，具體來說就是將已經(jīng)使用過的能量剩余部分轉(zhuǎn)變成可再次使用的能量，比如熱能、機械能、壓力能、光能等轉(zhuǎn)化為可利用能源。余能回收能夠充分利用能源，減少碳排放、節(jié)能降耗有利于可持續(xù)發(fā)展。
目前，通用機械行業(yè)正在開展余能回收技術研究，研制余能回收新產(chǎn)品。例如蒸汽余熱回收的蒸汽透平(汽輪機)、余壓液能回收的液力透平(水輪機)、低品位余熱回收的螺桿膨脹回收裝置等。
(一)液力透平流動中的液態(tài)流體(水)所具有的能量經(jīng)過透平噴管時轉(zhuǎn)換為動能，流過葉輪時流體沖擊葉片，推動葉輪轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動透平軸旋轉(zhuǎn)。透平軸直接或經(jīng)傳動機構(gòu)帶動其它機械，輸出機械功。液體(水)通過轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，變?yōu)橐?水)力透平工況。液力透平在一定條件下可替代電動機或汽輪機等驅(qū)動裝置，并且最高可回收80%的流體能量并用來驅(qū)動泵、風機、壓縮機或其它轉(zhuǎn)動機械。
如山東長志泵業(yè)有限公司研制的液力透平平均每臺可回收功率300kW，以年運轉(zhuǎn)300天計算，則每臺液力透平裝置每年可節(jié)約電力216萬度，節(jié)約電費151萬元，經(jīng)濟效益非?？捎^。另外，大連深藍泵業(yè)公司等企業(yè)也開發(fā)出高效的液力透平機組，并已在不同領域應用取得良好的節(jié)能效果。
(二)螺桿膨脹機螺桿膨脹機屬于容積式膨脹機，是通過吸入有一定壓力的氣態(tài)工質(zhì)使得基元容積由小到大的連續(xù)膨脹，從而對外做功的動力機械，是螺桿壓縮機的逆運轉(zhuǎn)。
螺桿膨脹機對于余熱回收利用的原理是通過有機朗肯循環(huán)來實現(xiàn)的。有機朗肯循環(huán)是常見制冷循環(huán)的逆循環(huán)，通過有機朗肯循環(huán)就可以把低品位熱能轉(zhuǎn)化成電能或機械能。目前，國內(nèi)開發(fā)的螺桿膨脹機轉(zhuǎn)子型線能保證螺桿膨脹機的高效、低噪聲和高可靠性，可以滿足不同質(zhì)量流量的水蒸汽的膨脹需求。
浙江開山壓縮機股份有限公司開發(fā)生產(chǎn)的有機朗肯循環(huán)螺桿膨脹發(fā)電機組采用螺桿膨脹機直聯(lián)驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，不用增速或減速齒輪，不僅消除了齒輪的功率消耗和傳動噪聲，而且還提高了系統(tǒng)的可靠性。該公司開發(fā)的首臺有機朗肯循環(huán)螺桿膨脹發(fā)電機組在天津天豐鋼鐵公司得到成功應用，順利并網(wǎng)發(fā)電，得到市場認同，現(xiàn)已取得幾十套市場訂單。
(三)透平膨脹機組陜西鼓風機集團公司近年來在透平膨脹余能回收方面開展多項研究和產(chǎn)品開發(fā)，重點開發(fā)了三類產(chǎn)品。
1、純低溫余熱能量回收系統(tǒng)裝置
陜西鼓風機集團開發(fā)的純低溫余熱能量回收系統(tǒng)裝置，其核心技術是利用排向大氣環(huán)境中的溫度低于380℃的中低溫的廢氣、煙氣所含的低品位的熱能來發(fā)電或直接驅(qū)動動力設備，采用的是以低參數(shù)系列的熱交換器、低參數(shù)汽輪機及發(fā)電機組成的純低溫余熱能量回收裝置，同時，對尾氣中的粉塵進行回收。目前主要應用在水泥、鋼鐵和石化行業(yè)中。每套純低溫余熱能量回收系統(tǒng)裝置每年可發(fā)電0.72億度;每年可回收效益3千多萬元;每年可節(jié)約標準煤2.55萬噸;每年可減少二氧化碳排放6.9萬噸。
2、工業(yè)流程余能回收利用裝置
工業(yè)流程余能回收利用裝置廣泛應用于冶金、硝酸、精對苯二甲酸等生產(chǎn)工藝過程中的余能回收綜合利用。其中，高爐煤氣余壓發(fā)電透平裝置是利用冶煉高爐的副產(chǎn)品——高爐爐頂煤氣具有的壓力能及熱能轉(zhuǎn)化為機械能以驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電的裝置。我國冶金行業(yè)是全國最大的能源用戶，用電量占全國的13%—15%。而安裝高爐煤氣余壓發(fā)電透平裝置(TRT)，則是冶金企業(yè)節(jié)能降耗的重要途徑?？蔀殇撹F企業(yè)減少外購電量的6%—8%。
3、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置
燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置是先將高爐煤氣、脫硫焦爐煤氣混合，經(jīng)煤氣壓縮機加壓，與壓送至燃燒室的空氣混合燃燒，生成高溫、高壓的氣體，經(jīng)燃氣透平機膨脹做功，推動燃氣透平帶動壓縮機和外部負荷高速旋轉(zhuǎn)，從燃氣透平中排出的乏氣引至余熱鍋爐，產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽驅(qū)動汽輪機，與燃氣透平一起帶動發(fā)電機發(fā)電。
一般來說，以高爐煤氣作為鍋爐燃料產(chǎn)生蒸汽來驅(qū)動汽輪機發(fā)電的熱效率僅能達到25%左右，而燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組在不外供熱的情況下熱效率可高達40%-50%。世界發(fā)達國家主要鋼鐵廠均裝有燃用高爐煤氣的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組。
燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置主要由燃氣輪機組、煤氣壓縮機組、汽輪機、發(fā)電機、余熱鍋爐等關鍵系統(tǒng)構(gòu)成，由這些系統(tǒng)構(gòu)成一個復雜完整的發(fā)電系統(tǒng)。目前國外掌握該系統(tǒng)核心技術主要廠商有日本三菱、美國GE、法國阿爾斯通、德國西門子及日本川崎和三井、法國ALSTOM等。陜鼓在該機組的研發(fā)方面做了大量工作，并在技術方面取得一些重大突破，曾獲得過國家科技進步二等獎。
三、通用機械產(chǎn)品節(jié)能技術發(fā)展目標
1、利用通用機械行業(yè)現(xiàn)有的國家工程中心、國家重點試驗室和國家產(chǎn)品檢驗測試中心的基礎條件，強化科技創(chuàng)新體系建設，形成一批支撐節(jié)能技術與產(chǎn)品和系統(tǒng)裝備研發(fā)的高水平、基礎性、戰(zhàn)略性和前沿性科研機構(gòu)。圍繞通用機械節(jié)能產(chǎn)品的關鍵、共性技術加大研發(fā)投入力度，開展系統(tǒng)節(jié)能科技研發(fā)攻關，突破系統(tǒng)節(jié)能核心技術瓶頸，形成自主的知識產(chǎn)權，為創(chuàng)建大規(guī)模推廣節(jié)能產(chǎn)品和系統(tǒng)提供技術支撐。
2、不斷完善節(jié)能產(chǎn)品和設備運行系統(tǒng)的能效標準、檢驗標準和評定規(guī)則，使我國通用機械產(chǎn)品和系統(tǒng)節(jié)能指標更加完善、科學。
3、在泵、風機、壓縮機、干燥設備等領域形成一批擁有自主知識產(chǎn)權和核心競爭力的節(jié)能產(chǎn)品，形成一批有國際競爭力的骨干企業(yè)，到2020年，高效節(jié)能技術與產(chǎn)品市場占有率由目前30%提高到60%以上，產(chǎn)值超過3000億元，實現(xiàn)年節(jié)能能力折合成標準煤600萬噸。
4、余能回收利用領域重點攻克余熱余壓直接轉(zhuǎn)換為機械能回收利用、中低品位余能有機朗肯循環(huán)發(fā)電等重大技術開發(fā)與應用，不斷提高液力透平、透平膨脹和螺桿膨脹余能回收的效率，進一步提升余能回收系統(tǒng)運行效率。政府盡快出臺支持余能發(fā)電上網(wǎng)相關政策，推動能源按品質(zhì)高低實現(xiàn)梯級利用。
5、逐步形成一批泵、風機、壓縮機制造企業(yè)與電機、內(nèi)燃機等生產(chǎn)企業(yè)和用戶建立“節(jié)能創(chuàng)新技術戰(zhàn)略聯(lián)盟”，實現(xiàn)全方位節(jié)能水平的提高。
6、加大推廣達到國家1、2級能效標準的泵、風機、壓縮機產(chǎn)品的力度，為用戶提供最佳系統(tǒng)節(jié)能方案。加快現(xiàn)有不合理的泵、風機、壓縮機系統(tǒng)節(jié)能改造。對此，我們有理由相信，“十三五”期間，多項舉措必將使我國通用機械產(chǎn)品節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能和余能回收技術邁上新臺階，實現(xiàn)國發(fā)(2012)40號文提出的“風機、壓縮機、泵等新增主要耗能設備能效指標達到國際先進水平”的目標。
