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未來幾年風機產品和風機關鍵技術的發展趨勢
時間:16-10-15  來源:錦工原創

從“十三五”時期經濟環境和政策趨勢分析,“十三五”風機行業的發展應該從風機節能方面考慮,盯緊國家節能減排項目,實施風機產品的不斷創新,滿足國家節能降耗的需求,為用戶提供高效、可靠的各類風機,才能使風機行業各企業取得更好的經濟效益。
1.節能減排技術升級與改造
通用機械產品中的通風機、鼓風機、壓縮機是量大面廣的耗能產品,大力發展高效節能通用機械產品,不斷提高產品技術水平,對我國節能降耗,提高能源利用率,為國民經濟各部門實現節能減排目標都具有非常重要的現實和長遠意義。
(1)根據國家《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014~2020年)》的通知,煤電行業要加快燃煤發電升級與改造,努力實現供電煤耗、污染排放、煤炭占能源消費比重“三降低”和安全運行質量、技術裝備水平、電煤占煤炭消費比重“三提高”。因此30萬千瓦亞臨界機組、60萬千瓦亞臨界機組、百萬千瓦超超臨界機組、燃煤電站煙氣脫硫脫硝的技術與裝備是未來煤電發展重點。研發鍋爐用送風機、引風機、一次風機、增壓風機和煙氣再循環風機等的技術升級改造,是提高煤電機組風機可靠性和降低能耗的必經之路。我國特色大型電站對風機的要求,風機性能參數能滿足300~1200MW及以上火電發電機組需求(250~900m3/s,5.0~12kPa);壓力系數更高;配有多種適應變轉速調節(特別是變頻調節)的可調節自身性能的風機;適應小汽輪機驅動的動、靜調風機機組;風機最高效率不低于89%,可靠運行范圍更寬,性能調節更廣,低負荷效率更高,噪聲更低的風機產品。
(2)開拓余熱、余壓能量回收市場。針對水泥、玻璃、鋼鐵、石化等行業的工業用汽和余熱發電研制能量回收新產品。利用透平膨脹能量回收系統、螺桿膨脹能量回收系統、液力透平能量回收系統對過程余熱、余壓回收與余能綜合利用技術與裝備。在冶金工業過程的燒結余熱、高爐煤氣余熱余壓回收與熱能的綜合利用中,高爐、轉爐、焦爐等煤氣發電以及利用蒸汽輪機發電技術與裝備,如大型高爐用離心鼓風機。石油、石化、煤炭等行業生產中排放的廢氣回收再利用的高性能大型壓縮機成套技術與設備。
(3)石油、石化、煤炭等行業生產中排放的工業污水、農業污水、醫療污水以及城市生活污水處理需要大量使用各類新型風機研發或風機技術改造。如近年來發展起來的磁懸浮鼓風機的應用。
(4)煤層氣、頁巖氣的回收利用技術與成套機組的開發。
(5)鋼鐵燒結機煙氣脫硫、脫硝技術與裝備。
(6)石油伴生氣增壓回收技術與裝備。
(7)MVR市場中蒸汽壓縮機/鼓風機的廣泛應用。MVR工藝主要用在蒸發濃縮、蒸發結晶和低溫蒸發工藝當中,其應用領域包括環保行業中的工業廢水、垃圾滲濾液;化工行業中的化工產品生產、氯堿、部分蒸汽能源回收、海水淡化、有機添加劑的濃縮和結晶、香料提純;食品、制藥行業的蒸發、濃縮、結晶等。
2.以實現國家重大技術裝備國產化為目標,堅持發展高端裝備
在自主研發方面,重點開發世界級新產品并形成系列,開展重大技術攻關。通過自主研發、技術合作與并購整合,使風機行業主導產品的設計、制造、服務和成套能力達到國際先進水平。
可滿足150萬噸/年大型乙烯三機、110萬噸/年PTA、2000萬噸級煉油、天然氣管網加壓、輸送用20MW及以上的大型天然氣長輸管線(長輸管線3萬kW燃氣輪機驅動的壓縮機組、2萬kW以上電機驅動的壓縮機組)、2×180萬噸/年甲醇、10~15萬m3/h等級空分設備(軸流 離心空壓機、高壓氧氣壓縮機、膨脹機等、7~8萬m3/h空分多軸空壓機、多軸增壓機等);大型液化天然氣LNG(550萬噸/年LNG裝置用MR1混合冷劑離心壓縮機、MR2混合冷劑離心壓縮機、設計壓力10~14MPa高壓板翅式換熱器)、浮式液化天然氣(FLNG)等裝置的需要。
3.重點發展能源領域重要產品
天然氣發電機或天然氣鍋爐增壓;油田石油催化裂解;輕烴氣回收及煉化中氣體分餾裝置中的各類壓縮機;加氫精制,潤滑油脫臘,丙烷脫瀝青的各類壓縮機;化工流程中的增壓、輸送、回收的各類壓縮機;煤層氣(瓦斯氣)的回收的各類壓縮機;頁巖氣的開采與利用等所需的各類壓縮機。研制合成橡膠中的三元乙丙、丁基橡膠/溴化丁基橡膠、ABS橡膠等工藝所需的壓縮機。EO/EG(環氧乙烷/乙二醇)、丙烯酸及VAM(氯乙烯)用壓縮機。
高溫氣冷堆核電主氦風機和氦氣壓縮機關鍵技術開發。包括高效基本級;機殼結構靜動力強度分析及抗地震優化技術,壓縮機通流部分設計技術;熱停堆技術研究;密封性研究。
滿足第三代核電技術的關鍵核級、非核級風機及核電暖通空調系統的自主研發。
海洋工程用氣體分離設備技術研究(海洋環境下的低溫空氣分離設備、常溫氣體分離設備研發)。
4.突破大型透平壓縮機關鍵技術攻關
(1)大型壓縮機組(1000kW以上)減振降噪關鍵技術研究。
(2)空分設備核心技術和產品的研究:空分設備節能降耗技術研究、能效評估技術研究、工程成套設計技術研究、精準性設計、建立仿真模型、精細化設計技術研究與標準化、空分設備及系統安全性設計研究。
(3)風洞系統及核心部件壓縮機系統關鍵技術研究。在0.3m低溫跨聲速風洞壓縮機研制成功的基礎上結合低溫跨聲速風洞進行深入模型級試驗研究、樣機各種工況的綜合性能試驗研究。建設大型力矩秤、高精度轉子高速動平衡試驗臺、真空超速試驗臺等用于轉子動力學研究、風洞系統、低溫及風機結構研究、低溫材料應用研究、壓縮機氣動性能研究和大型軸流壓縮機制造技術研究,用以保證研制的大型風洞壓縮機滿足各種工況的運行需要。
(4)離心壓縮機技術發展難點包括:高壓比超臨界二氧化碳或硫化氫之類工質的壓縮機;寬高效區離心壓縮機系統節能優化運行技術研究;高密度氣體離心壓縮機的研究;融合軸流和離心壓縮機技術;為應用于每個領域的離心壓縮機配置一個合適的擴壓器。
一體機將是未來我國透平壓縮機企業努力的重點方向。一體機采用了高速電機和磁力軸承,用于管線輸送和海底等特殊場合。國際上著名壓縮機生產企業如GE、曼透平、西門子、德萊賽蘭公司都先后推出了一體機。一體機機型結構緊湊,占地面積小,高可靠性,維護簡單,零泄漏,低噪聲。如GE的ICL一體機功率達到15MW,壓力高達103bar,流量30000m3/h。曼透平HOFIM型一體機最高流量達230000m3/h,最高壓力達300bar。
(5)隨著石化、空分等裝置的大型化以及重型燃氣輪機技術開發與應用,軸流壓縮機朝著大型、高效、高負荷的方向發展。對內流機理的研究不斷深入,基于非定常流動理論的設計方法越來越多的應用。為了使機組小型化,單級壓比不斷提高,航空工業中使用的跨音速、超音速葉柵設計技術正應用在固定式軸流壓縮機中。此外,為了拓寬壓縮機穩定工作范圍,進行旋轉失速、喘振機理的研究,使用機匣處理技術來擴大軸流壓縮機穩定工作裕度。
(6)高端壓縮機高效可靠及智能化控制研究。高端壓縮機能源消耗在中國流程工業能源總消耗的比重非常高,高端壓縮機的高效、可靠運行對于節能減排、實現可持續發展意義重大。
綠色化、智能化、信息化是高端壓縮機發展方向。研究重點包括:高端壓縮機自動故障預測與健康管理;高端壓縮機效率監測;高端壓縮機故障自愈化調控技術;高端壓縮機與過程匹配適應智能調控技術;智能高端壓縮機技術;高端壓縮機在役再制造關鍵技術。
高端壓縮機綠色化、智能化發展需要創新設計,首先面臨的設計規范方面的挑戰;再者,對于創新設計高端壓縮機產品,用戶的選型應用也面臨著挑戰。
5.基礎理論學科的發展重點
流體機械內部損失機理和非穩態流動的數值、理論及試驗研究;壓縮系統動力學特性及穩定性、檢測與診斷的分析研究;流體機械的噪聲及氣動聲學的模擬分析;用大渦模擬方法來預測、分析和解決風機噪聲;壓縮機反設計方法;壓縮機風機旋轉失速和喘振的控制方法;壓縮機試驗方面,未來將深入研發提高整機的效率,大量采用探針測量壓縮機內部流場,分析壓縮機內部葉輪的匹配性能,定子與轉子的匹配性能,達到提高整機的最高效率。來進一步對壓縮機產品結構進行優化。未來壓縮機一體機的發展成為主流,所有壓縮機的測量技術也相應要求提高,如要增加對電能參數的測量。
6.智能制造、新工藝技術的發展方向
未來風機的制造將迎來智能制造時代,數字化、電子自動化、信息化、機器人是智能制造的基本元素,這些技術的應用必將促進風機制造水平的提升,穩定可靠地提高產品質量和工作效率,并能大大降低操作工人的勞動強度。
隨著新一代信息技術、智能制造、新材料、新工藝等技術的發展,傳統的數控加工將獲得突破性的發展。高效、高精、智能,制造方法的多樣性將是葉輪、葉片這些流體機械心臟部件的未來加工的常態。針對復雜葉輪葉片的數控電加工技術、葉輪自動焊接技術以及基于增材制造的3D打印技術將得到更廣泛的應用。為了適應這種科技變革,隨之對應的材料研究會成為將來制約制造加工效率和技術關鍵所在,對其研究刻不容緩。
7.通風機發展方向是由中低端向高端發展
一要加強通風機的系統優化設計,進一步提升整體性能(達到或超過國家一級能效標準),在保證可靠性的前提下降低成本。二要在耐高溫、防粘附、防腐、耐磨、降噪、新材料應用等方面突出產品特色。三要加強對用戶系統的運行分析,提高風機設計選型的準確性,提升用戶系統運行能效。在運行中的調節節能方面,除了采用較先進的動葉可調、雙速電動機、液力耦合器及交流電動機的各種方法調速外,對大型通風機又出現了調速節能的新裝置——多級液力變速傳動裝置。
8.鼓風機重點發展單級高速鼓風機全系列產品
單級高速鼓風機向高、中、低各種壓比的全系列產品目標發展。以高效、可靠、無油、寬覆蓋為目標,以系列化、模塊化、標準化為抓手,提高產品綜合性能。未來將會大力開展節能型鼓風機的研制工作。通過改進葉輪型線、通流部件、進口導葉調節來提高產品效率。并且在鼓風機主軸的另一端設有尾氣透平,回收尾氣排放時的膨脹功,也是一種節能趨勢。
9.實現中央空調風機傳統產品的升級換代
要求風機能效更高、體積更小、質量更輕、噪聲更低、外觀更美。很多空調廠家將靜音風機設為一項重要研發課題,從電機和風機整體提高機組效率。
10.羅茨鼓風機
國內外羅茨風機技術的主要發展方向:一是利用先進的設計制造技術優化產品結構及性能,特別是葉輪結構和葉型的優化,以提高鼓風機效率,同時提升產品可靠性;二是羅茨鼓風機的高速小型化、集成化、配套件的優化、監控智能化等,并輔以先進的隔聲、降噪設計,開發出運行維護周期長的節能輕便型羅茨機組,使鼓風機操作維護更簡便、快捷;三是羅茨應用技術的發展,如以各種工業氣體增壓輸送為主的特型羅茨技術以及MVR用羅茨式壓縮機的發展。

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