未來(lái)幾年風(fēng)機行業(yè)及關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢
從“十三五”時(shí)期經(jīng)濟環(huán)境和政策趨勢分析,“十三五”風(fēng)機行業(yè)的發(fā)展應該從風(fēng)機節能方面考慮,盯緊國家節能減排項目,實(shí)施風(fēng)機產(chǎn)品的不斷創(chuàng )新,滿(mǎn)足國家節能降耗的需求,為用戶(hù)提供高效、可靠的各類(lèi)風(fēng)機,才能使風(fēng)機行業(yè)各企業(yè)取得更好的經(jīng)濟效益。
1.節能減排技術(shù)升級與改造
通用機械產(chǎn)品中的通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓縮機是量大面廣的耗能產(chǎn)品,大力發(fā)展高效節能通用機械產(chǎn)品,不斷提高產(chǎn)品技術(shù)水平,對我國節能降耗,提高能源利用率,為國民經(jīng)濟各部門(mén)實(shí)現節能減排目標都具有非常重要的現實(shí)和長(cháng)遠意義。
(1)根據國家《煤電節能減排升級與改造行動(dòng)計劃(2014~2020年)》的通知,煤電行業(yè)要加快燃煤發(fā)電升級與改造,努力實(shí)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(zhì)量、技術(shù)裝備水平、電煤占煤炭消費比重“三提高”。因此30萬(wàn)千瓦亞臨界機組、60萬(wàn)千瓦亞臨界機組、百萬(wàn)千瓦超超臨界機組、燃煤電站煙氣脫硫脫硝的技術(shù)與裝備是未來(lái)煤電發(fā)展重點(diǎn)。研發(fā)鍋爐用送風(fēng)機、引風(fēng)機、一次風(fēng)機、增壓風(fēng)機和煙氣再循環(huán)風(fēng)機等的技術(shù)升級改造,是提高煤電機組風(fēng)機可靠性和降低能耗的必經(jīng)之路。我國特色大型電站對風(fēng)機的要求,風(fēng)機性能參數能滿(mǎn)足300~1200MW及以上火電發(fā)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(fēng)機;適應小汽輪機驅動(dòng)的動(dòng)、靜調風(fēng)機機組;風(fēng)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(fēng)機產(chǎn)品。
(2)開(kāi)拓余熱、余壓能量回收市場(chǎng)。針對水泥、玻璃、鋼鐵、石化等行業(yè)的工業(yè)用汽和余熱發(fā)電研制能量回收新產(chǎn)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(guò)程余熱、余壓回收與余能綜合利用技術(shù)與裝備。在冶金工業(yè)過(guò)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(fā)電以及利用蒸汽輪機發(fā)電技術(shù)與裝備,如大型高爐用離心鼓風(fēng)機。石油、石化、煤炭等行業(yè)生產(chǎn)中排放的廢氣回收再利用的高性能大型壓縮機成套技術(shù)與設備。
(3)石油、石化、煤炭等行業(yè)生產(chǎn)中排放的工業(yè)污水、農業(yè)污水、醫療污水以及城市生活污水處理需要大量使用各類(lèi)新型風(fēng)機研發(fā)或風(fēng)機技術(shù)改造。如近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的磁懸浮鼓風(fēng)機的應用。
(4)煤層氣、頁(yè)巖氣的回收利用技術(shù)與成套機組的開(kāi)發(fā)。
(5)鋼鐵燒結機煙氣脫硫、脫硝技術(shù)與裝備。
(6)石油伴生氣增壓回收技術(shù)與裝備。
(7)MVR市場(chǎng)中蒸汽壓縮機/鼓風(fēng)機的廣泛應用。MVR工藝主要用在蒸發(fā)濃縮、蒸發(fā)結晶和低溫蒸發(fā)工藝當中,其應用領(lǐng)域包括環(huán)保行業(yè)中的工業(yè)廢水、垃圾滲濾液;化工行業(yè)中的化工產(chǎn)品生產(chǎn)、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(yè)的蒸發(fā)、濃縮、結晶等。
2.以實(shí)現國家重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化為目標,堅持發(fā)展高端裝備
在自主研發(fā)方面,重點(diǎn)開(kāi)發(fā)世界級新產(chǎn)品并形成系列,開(kāi)展重大技術(shù)攻關(guān)。通過(guò)自主研發(fā)、技術(shù)合作與并購整合,使風(fēng)機行業(yè)主導產(chǎn)品的設計、制造、服務(wù)和成套能力達到國際先進(jìn)水平。
可滿(mǎn)足150萬(wàn)噸/年大型乙烯三機、110萬(wàn)噸/年P(guān)TA、2000萬(wàn)噸級煉油、天然氣管網(wǎng)加壓、輸送用20MW及以上的大型天然氣長(cháng)輸管線(xiàn)(長(cháng)輸管線(xiàn)3萬(wàn)kW燃氣輪機驅動(dòng)的壓縮機組、2萬(wàn)kW以上電機驅動(dòng)的壓縮機組)、2×180萬(wàn)噸/年甲醇、10~15萬(wàn)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(wàn)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(wàn)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(diǎn)發(fā)展能源領(lǐng)域重要產(chǎn)品
天然氣發(fā)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(lèi)壓縮機;加氫精制,潤滑油脫臘,丙烷脫瀝青的各類(lèi)壓縮機;化工流程中的增壓、輸送、回收的各類(lèi)壓縮機;煤層氣(瓦斯氣)的回收的各類(lèi)壓縮機;頁(yè)巖氣的開(kāi)采與利用等所需的各類(lèi)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(huán)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(fēng)機和氦氣壓縮機關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)。包括高效基本級;機殼結構靜動(dòng)力強度分析及抗地震優(yōu)化技術(shù),壓縮機通流部分設計技術(shù);熱停堆技術(shù)研究;密封性研究。
滿(mǎn)足第三代核電技術(shù)的關(guān)鍵核級、非核級風(fēng)機及核電暖通空調系統的自主研發(fā)。
海洋工程用氣體分離設備技術(shù)研究(海洋環(huán)境下的低溫空氣分離設備、常溫氣體分離設備研發(fā))。
4.突破大型透平壓縮機關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)
(1)大型壓縮機組(1000kW以上)減振降噪關(guān)鍵技術(shù)研究。
(2)空分設備核心技術(shù)和產(chǎn)品的研究:空分設備節能降耗技術(shù)研究、能效評估技術(shù)研究、工程成套設計技術(shù)研究、精準性設計、建立仿真模型、精細化設計技術(shù)研究與標準化、空分設備及系統安全性設計研究。
(3)風(fēng)洞系統及核心部件壓縮機系統關(guān)鍵技術(shù)研究。在0.3m低溫跨聲速風(fēng)洞壓縮機研制成功的基礎上結合低溫跨聲速風(fēng)洞進(jìn)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(dòng)平衡試驗臺、真空超速試驗臺等用于轉子動(dòng)力學(xué)研究、風(fēng)洞系統、低溫及風(fēng)機結構研究、低溫材料應用研究、壓縮機氣動(dòng)性能研究和大型軸流壓縮機制造技術(shù)研究,用以保證研制的大型風(fēng)洞壓縮機滿(mǎn)足各種工況的運行需要。
(4)離心壓縮機技術(shù)發(fā)展難點(diǎn)包括:高壓比超臨界二氧化碳或硫化氫之類(lèi)工質(zhì)的壓縮機;寬高效區離心壓縮機系統節能優(yōu)化運行技術(shù)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(shù);為應用于每個(gè)領(lǐng)域的離心壓縮機配置一個(gè)合適的擴壓器。
一體機將是未來(lái)我國透平壓縮機企業(yè)努力的重點(diǎn)方向。一體機采用了高速電機和磁力軸承,用于管線(xiàn)輸送和海底等特殊場(chǎng)合。國際上著(zhù)名壓縮機生產(chǎn)企業(yè)如GE、曼透平、西門(mén)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(jiǎn)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(zhù)石化、空分等裝置的大型化以及重型燃氣輪機技術(shù)開(kāi)發(fā)與應用,軸流壓縮機朝著(zhù)大型、高效、高負荷的方向發(fā)展。對內流機理的研究不斷深入,基于非定常流動(dòng)理論的設計方法越來(lái)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(yè)中使用的跨音速、超音速葉柵設計技術(shù)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(jìn)行旋轉失速、喘振機理的研究,使用機匣處理技術(shù)來(lái)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(yè)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(shí)現可持續發(fā)展意義重大。
綠色化、智能化、信息化是高端壓縮機發(fā)展方向。研究重點(diǎn)包括:高端壓縮機自動(dòng)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(shù);高端壓縮機與過(guò)程匹配適應智能調控技術(shù);智能高端壓縮機技術(shù);高端壓縮機在役再制造關(guān)鍵技術(shù)。
高端壓縮機綠色化、智能化發(fā)展需要創(chuàng )新設計,首先面臨的設計規范方面的挑戰;再者,對于創(chuàng )新設計高端壓縮機產(chǎn)品,用戶(hù)的選型應用也面臨著(zhù)挑戰。
5.基礎理論學(xué)科的發(fā)展重點(diǎn)
流體機械內部損失機理和非穩態(tài)流動(dòng)的數值、理論及試驗研究;壓縮系統動(dòng)力學(xué)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(dòng)聲學(xué)的模擬分析;用大渦模擬方法來(lái)預測、分析和解決風(fēng)機噪聲;壓縮機反設計方法;壓縮機風(fēng)機旋轉失速和喘振的控制方法;壓縮機試驗方面,未來(lái)將深入研發(fā)提高整機的效率,大量采用探針測量壓縮機內部流場(chǎng),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(lái)進(jìn)一步對壓縮機產(chǎn)品結構進(jìn)行優(yōu)化。未來(lái)壓縮機一體機的發(fā)展成為主流,所有壓縮機的測量技術(shù)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(shù)的發(fā)展方向
未來(lái)風(fēng)機的制造將迎來(lái)智能制造時(shí)代,數字化、電子自動(dòng)化、信息化、機器人是智能制造的基本元素,這些技術(shù)的應用必將促進(jìn)風(fēng)機制造水平的提升,穩定可靠地提高產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率,并能大大降低操作工人的勞動(dòng)強度。
隨著(zhù)新一代信息技術(shù)、智能制造、新材料、新工藝等技術(shù)的發(fā)展,傳統的數控加工將獲得突破性的發(fā)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(lái)加工的常態(tài)。針對復雜葉輪葉片的數控電加工技術(shù)、葉輪自動(dòng)焊接技術(shù)以及基于增材制造的3D打印技術(shù)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(huì )成為將來(lái)制約制造加工效率和技術(shù)關(guān)鍵所在,對其研究刻不容緩。
7.通風(fēng)機發(fā)展方向是由中低端向高端發(fā)展
一要加強通風(fēng)機的系統優(yōu)化設計,進(jìn)一步提升整體性能(達到或超過(guò)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(chǎn)品特色。三要加強對用戶(hù)系統的運行分析,提高風(fēng)機設計選型的準確性,提升用戶(hù)系統運行能效。在運行中的調節節能方面,除了采用較先進(jìn)的動(dòng)葉可調、雙速電動(dòng)機、液力耦合器及交流電動(dòng)機的各種方法調速外,對大型通風(fēng)機又出現了調速節能的新裝置——多級液力變速傳動(dòng)裝置。
8.鼓風(fēng)機重點(diǎn)發(fā)展單級高速鼓風(fēng)機全系列產(chǎn)品
單級高速鼓風(fēng)機向高、中、低各種壓比的全系列產(chǎn)品目標發(fā)展。以高效、可靠、無(wú)油、寬覆蓋為目標,以系列化、模塊化、標準化為抓手,提高產(chǎn)品綜合性能。未來(lái)將會(huì )大力開(kāi)展節能型鼓風(fēng)機的研制工作。通過(guò)改進(jìn)葉輪型線(xiàn)、通流部件、進(jìn)口導葉調節來(lái)提高產(chǎn)品效率。并且在鼓風(fēng)機主軸的另一端設有尾氣透平,回收尾氣排放時(shí)的膨脹功,也是一種節能趨勢。
9.實(shí)現中央空調風(fēng)機傳統產(chǎn)品的升級換代
要求風(fēng)機能效更高、體積更小、質(zhì)量更輕、噪聲更低、外觀(guān)更美。很多空調廠(chǎng)家將靜音風(fēng)機設為一項重要研發(fā)課題,從電機和風(fēng)機整體提高機組效率。
10.羅茨鼓風(fēng)機
國內外羅茨風(fēng)機技術(shù)的主要發(fā)展方向:一是利用先進(jìn)的設計制造技術(shù)優(yōu)化產(chǎn)品結構及性能,特別是葉輪結構和葉型的優(yōu)化,以提高鼓風(fēng)機效率,同時(shí)提升產(chǎn)品可靠性;二是羅茨鼓風(fēng)機的高速小型化、集成化、配套件的優(yōu)化、監控智能化等,并輔以先進(jìn)的隔聲、降噪設計,開(kāi)發(fā)出運行維護周期長(cháng)的節能輕便型羅茨機組,使鼓風(fēng)機操作維護更簡(jiǎn)便、快捷;三是羅茨風(fēng)機應用技術(shù)的發(fā)展,如以各種工業(yè)氣體增壓輸送為主的特型羅茨技術(shù)以及MVR用羅茨式壓縮機的發(fā)展。
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