能量回收机组（共9篇）
能量回收机组 篇1
近年来, 国外针织工业有不少新的技术成就。有的应用新的科技成就于针织工业, 有的在机械设计向若更合理有效的方向发展。现列举数例建国60年来, 针织行业通过“六五”“七五”“八五”科技攻关、技术开发及技术改造、技术引进等项重大措施, 取得了较大成绩, 落后的面貌有了较明显的改变。例:针织拉幅定形机, 用于克重为70～150g/m的纯棉、涤棉或其它混纺织物以及涤纶长丝、涤纶低弹丝针织物及其交织物的拉幅与热定形。该机器一般为4～10节 (每节3米) , 内部设有落地小循环积木式烘房 (烘房温度100～220℃) , 设置风机 (32000m3/h) 使该节空气经散热管加热内部循环。每节交错设置, 以保证加热均匀效果。设备的进风依靠机器的漏缝从室内 (冬季按10℃) 补入。现鉴于能量的大量消耗在进行合理有效的机械设计, 考虑进行余热回收。
1 能量回收方案及其原理
1) 采用能量回收机组, 将该针织拉幅定形机的排风和新风进行热量交换, 利用排风的热量加热新风, 从而实现热回收。其中换热后的新风均匀分布至每节热风循环的加热管后, 进入该节风机再循环。由于排风含皮类尘, 需要设置不锈钢细目钢丝网过滤。
2) 可根据需要, 再次将经过上述“1”回收后的排风和流体水 (进水温度按10℃计) 进行热量交换, 利用排风的剩余热量再加热水 (其温度和流量根据回收的能量确定) 。就此, 可采用整体式能量回收机组将上述过程实现。该能量回收机组, 将排风过滤后和新风进行能量交换, 再和水进行能量交换后排出。其中新风和排风和水均在不同的通路流动, 完全不接触, 温度效率可达60%。由此而确认该能量回收系统的经济性、可行性及技术方案。
2 热回收的经济性分析
2.1 热量的回收
采用能量回收机组, 将该针织拉幅定形机的排风和新风进行热量交换, 利用排风的热量加热新风, 将其状态参数对比 (冬季、春秋季、夏季均取平均值计算;热回收效率暂取平均值60%计算。) , 得出能量的使用比较如下表:
2.2 年节约费用
暂按年使用时间300天、每天工作8小时, 能源按电能, 电力单价为1元/度计算。年节约费用=年度节约的能量x能量单价
= ( (530+441) *8*150+821*8x150) *1=2150400元≈215万元
注:如年度使用时间与能源单价与此不一致, 可按以上计算进行实际调整。
2.3 机器的配置比较
为了保证生产需要, 原拉幅定形机按最不利的冬季考虑, 需要配置至少883KW (76万大卡) 的加热装置, 以及相应的散热装置 (散热管) 。采用热回收后, 可相应减少该配置。现拉幅定形机的配置= (原配置-热回收的能量配置) x安全系数= (883-530) KW*1.1=388KW校核春秋季、夏季, 均满足。注:以上计算尚未计入由于布料散湿使得排风中水份的增加而增加的能量损耗, 而实际机器配置中应该考虑了该损耗, 那么对热回收比较更加有利。
3 新风的布置与影响
室外的新风经过能量回收机组处理后, 将被送入拉幅定形机内, 均匀分布至每节热风循环的散热管 (1000*1000mm) 后, 进入该节风机再循环。该新风对机器内原来循环的空气将有一定的影响。按最不利状况的冬季考虑, 原机器内经过散热管后的循环空气温度为202℃, 现为:
(其中, 新风20000m3/h均匀分布入8节, 每节为2500m3/h。) 该温度的空气将被循环风机送出。如果该温度不能满足生产要求, 则可以部分提高散热管的散热量, 即增加202℃至合适的温度。需要注意的是, 该增加的散热量, 并没有增加该散热量的额定量。需要注意的是, 原针织拉幅定形机的排风为强制性, 而其进风则依靠机器的漏逢等进行自然补充。在实际使用中, 由于排风压差依靠机器的漏逢而自然补充的新风量, 并没有达到该机器的设计额定量 (20000m3/h) , 这样尽管最终生产由于调试可以满足, 但是该生产是粗放型的, 且没有充分发挥该针织拉幅定形机的工作能力。现该针织拉幅定形机的进风与排风均为强制性, 满足该机器的额定要求, 并且还可根据实际需要进行风量调节。
4 能量回收机组的说明
4.1 机组的运行环境
机组适合在目标地区气候条件下正常工作, 由于机组壁板良好的保温性能和壁板与骨架的独特的密封结构, 机组能够良好、可靠的工作。
4.2 机组的总体能力
1) 本机组以功能段为组合单元, 能够完成空气输送、热回收、过滤等功能。2) 机组可持续在温度200℃时正常工作。3) 机组内静压保持700Pa时, 机组最大漏风率小于2%。4) 机组由通用件、标准件组成, 按ISO-9001质量保证体系要求生产, 并经过检验通过。加热器经过进行气密性和1.6MPa耐压试验通过。风机经过包括静平衡和动平衡在内的各种性能测试, 达到质量要求。5) 机组满足设计负荷条件下平稳运行和消除机组过高的噪音、振动和位移。
4.3 机组综述
1) 箱体采用经除锈、涂层处理的金属框架, 外包覆带岩棉保温壁板, 连接牢固。2) 机组设初效金属网过滤器, 用于对热交换设备的保护。3) 机组设置了检修门及检修用中间段, 以便对每个功能段都能进行检修。4) 风机和电动机配置合适的减振装置。电动机额定功率超过满负荷运行时轴功率的15%。5) 机组的热交换器以热传导率高的铝为基质制造, 性能稳定可靠。6) 机组的加热器的性能满足热量能力的要求, 并经耐压性能试验, 试验压力不低于工作压力的1.5倍。
5 结论
针织工业中能耗高, 污染严重等主要问题还严重存在这是事实, 但总的说来, 在党的十一届三中全会以来, 在改革开放的大好形势下, 我们的纺织工业, 特别是针织工业的发展极为迅速, 相信不断通过技术改造和新技术的应用, 我们必将实现现代化生产, 会很好的保护大气环境、室内外空气环境、水环境, 节约能源, 从而实现绿色生产, 我们大家为“创造美好环境, 让我们生活得更舒适”而努力吧!
参考文献
[1]乔利祥, 井文锋.机组几种能量回收系统的探讨[J].制冷与空调, 2008.
[2]孙鸿声, 王弢.能量回收机组的现状与发展趋势[J].通用机械, 2008.
轮式装载机能量回收技术研究 篇2
关键词：轮式装载机；能量回收技术；电液系统；节能减排；发动机 文献标识码：A
中图分类号：TH243 文章编号：1009-2374（2015）18-0089-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.046
隨着我国国民经济的飞速发展，作为工程机械应用最广的装载机的保有量急剧增加，截至2013年底装载机全国保有量已经达到150万台，同比增长5.24%。同时，作为装载机能量源泉的石油在2013年的进口量达到2.82万吨，对外依存度上升至57.39%，我国的能源安全受到了严重的威胁。目前，我国经济可持续发展同时面临着能源危机与环境污染双重挑战。因此，针对装载机的节能技术研究，特别是整机能量回收技术的研究，对减少燃油消耗与降低排放有着重要意义。
1 能量回收技术研究进展
在节能与环保的双重压力下，研究人员发现装载机在部分工作过程中存在有较大的能量，为了能够将这些能量加以回收利用，人们分别提出了飞轮蓄能、液力蓄能、蓄电池蓄能及超级电容蓄能等多种能量回收方式，然后在装载机起步、加速时辅助发动机进行工作。相关资料表明，通过有效地回收制动能量并合理地加以利用，可以使特定工况下（加速、减速）每循环平均油耗降低30%，极大地提高了整车经济与排放性能。因此，在目前节能减排的严峻形式下，根据装载机的特点选择合适的能量回收就显得尤为重要。
为了能够有效回收能量，人们分别使用液压和电动技术对各种驱动型汽车进行研究，结果表明：通过能量的回收与利用，可以使每循环（加速、减速）平均油耗降低30%，极大地提高了装载机的燃油经济性、降低了排放量。根据装载机能量回收系统储能装置形式的不同，能量回收系统可以分为飞轮储能回收系统、液压储能回收系统及电储能回收系统。
2 回收形式分析
2.1 飞轮储能回收系统
飞轮储能回收系统是以飞轮作为能量储备元件，用飞轮的高速旋转进行储存和释放能量的一种装置，是一种机械惯性势能进行蓄能的装置。储能飞轮在装载机减速时装载机的惯性势能使飞轮加速，使装载机的动能储存进高速飞轮中；当装载机加速时，高速旋转的飞轮减速将储存的能量释放出来驱动装载机行驶。由于飞轮蓄能的技术要求高，反之节油效果不高。飞轮储能的主要缺点是抗震性能较差，噪声大，对工作环境要求苛刻，结构复杂，制造要求精度高。因此，尽管飞轮蓄能具有较好的应用前景，但目前还尚停留在试验阶段，距离工程化应用还有一段较长距离。
2.2 液压储能回收系统
液压蓄能器是通过液压能形式将能量进行存储，其中气体皮囊式蓄能器使用最为广泛。液压储能回收系统利用液压蓄能器与液压泵/马达组成能量回收及利用系统，当装载机减速时，液压泵/马达以泵的形式工作将惯性势能转化成液压能储存到蓄能器中，实现能量回收。当装载机启动、加速或爬坡时，液压泵/马达以马达的形式工作将液压能转变为机械能供应装载机动力。
2.3 蓄电池储能回收系统
蓄电池储能回收系统相对于以上两种能量回收系统技术相对成熟，蓄电池与具有可逆作用的电动机/发电机组成辅助动力单元，从而实现对装载机能量的回收与利用。近年来，蓄电池回收技术得到了快速的发展，但主要局限于轿车业。主要原因在于虽然蓄电池储能性能较好，但功率密度较低，充放电速度小，不能迅速转化大功率，因此蓄电池储能不利于负载变化较快的传动系统进行能量回收和利用。对于乘用车及工程机械用装载机，启动频繁和要求能量快速释放与回收，而蓄电池由于自身的缺点，使得电储能回收系统在乘用车及工程装载机上的应用无法大面积推广应用。
2.4 其他能量回收系统
除了上述能量回收系统外，有人提出复合式能量回收系统，比如液压-飞轮能量回收系统、蓄电池-飞轮储能系统和液电混合能量回收系统，其中液电能量回收系统在装载机制动时，液压蓄能系统将泵/马达以泵的形式工作，装载机行驶的动能带动泵旋转，将高压油压入蓄能器中，实现动能或者势能到液压能的转化；在装载机行进时，液压蓄能系统再将泵/马达以马达的形式工作，高压油从蓄能器中输出带动马达，马达与蓄电池系统中发电机/电动机通过离合器连接，此时以发电机形式工作，并将产生的电输送至蓄电池，从而将液压能转变为电能。在装载机启动、加速时液压蓄能系统与蓄电池蓄能系统同时工作，将储存能量转变机械能辅助发动机为装载机提供能量。
3 能量回收技术的应用
在20世纪70年代，美国威斯康辛大学的Norman H.Beachley等研究人员就已经开始了对能量回收进行研究。1979年，丹麦P.Buchwald等研究人员对能量回收理论进行详细研究，并以Ford EscortVan车为原型，研制出液压蓄能式制动能量再生系统。1987年，日本三菱公司在公交汽车上应用了新开发了一种液压储能系统，使经济性得到显著提高。2004年，美国环保署（EPA）在全球汽车工程师会议（SAE）上展示了一台串联液压储能商务SUV，据根据相关报道，油耗可降低55%。1987年，哈尔滨工业大学姜继海教授开始液压节能技术方面的研究，1997年研究了二次调节静液驱动系统并从2001年开始将该技术进行应用于城市公交车，应用二次调节静液传动节能技术回收势能回收，同时深入地研究了液压抽油机、挖掘机等工程机械。赵尚福、刘昕晖详细地分析了装载机液压系统中能量损失较大的部位，分析并找出了能量损失的原因，并改进了动臂下降过程中的节流损失。曲金玉、任传波、李东荣等人提出一种基于液压蓄能节能的装载机节能系统，该系统通过回收动臂和铲斗静止时发动机输出的多余能量、装载机制动过程中的制动动能和动臂下降与铲斗翻转卸料过程中的重力势能，使发动机工作在一个相对稳定功率的经济工况下，从而提高装载机的工作效率，同时降低燃油消耗。
4 结语
本文通过对各种能量回收方式特点进行分析后，指出液电混合能量回收系统将会成为能量回收研究的重点。液电能量回收系统通过液压蓄能系统和蓄电池蓄能系统之间的能量传递，实现了快速回收能量，同时具备较大的能量和功率密度的特点，通过现有技术即可实现。液电能量回收再生系统的实现，对目前装载机的节能减排有着至关重要的意义。
参考文献
[1] 2013年装载机销售情况数据分析.http：//news.lmjx.net/2014/201401/2014012009492337.shtml.
[2] 沈胜强，李素芬，徐钢.可持续发展战略与节能技术节能[J].节能，1998，（12）.
[3] 姚怀新.工程装载机液压动力学与控制原理[M].北京：人民交通出版社，2006.
[4] 罗玉涛，俞明，陈炳坤，等.电动车制动能量再生反馈控制研究[J].机床与液压，2002，（5）.
[5] 曾小华，王庆年，王伟华.混合动力汽车混合度设计方法研究[J].农业机械学报，2006，（12）.
作者简介：朱文华（1970-），男，江苏泗阳人，淮阴工学院技师。
能量回收机组 篇3
1 同轴能量回收机组工艺流程
煤气透平膨胀机与电动机同轴驱动的高炉鼓风机组称为能量回收机组, 简称 (BPRT) 。机组主要设备为煤气透平膨胀机、变速离合器、轴流压缩机、齿轮箱、电动机, 机组采用地上平台布置。通过利用高炉炼铁副产高炉煤气的压力与下游用户压力的压差、温差所具有的能量, 通过煤气膨胀机回收一部分能量, 膨胀机通过变速离合器连接到轴流压缩机一端, 另一端通过齿轮箱连接到电机端, 轴流压缩机同时被电机和煤气透平膨胀机共同驱动, 从而降低了电机的轴功率, 节约了电能。同轴机组是高炉鼓风机组和高炉煤气余压透平发电装置的二合一机组, 省去了煤气余压发电装置的一套并网发电系统, 机组整体投资更加节约;透平膨胀机直接将动能转化为了机械能, 减少了煤气余压发电装置发电机能量转化的损失, 同轴机组的节能效果更加明显。
2 同轴能量回收机组布置
同轴能量回收机组采用地上平台布置, 严禁地下或半地下布置。可以采用室内布置或室外 (露天) 布置。多台机组可分开单独布置或者同时布置在一个风机房内, 威远钢铁为两套同轴能量回收机组和一套电拖备用鼓风机组共用一个厂房。同轴机组装置应有满足机组大修的检修空间, 厂房内机组与厂房的内墙净距不宜小于1.5m。机组平台的安全出口不应少于两个, 保证紧急情况下的安全通畅。厂房内地坪标高应高出周围室外地坪标高0.3m以上。装置区域应有设备安全、检修维护及消防用车通道。消防车道的设置应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定。煤气管道系统设计、布置应符合国家标准《工业企业煤气安全规程》GB6222的有关规定。机组平台的设备布置详见图1。
3 同轴能量回收机组工艺参数
AV71-16轴流压缩机进口温度为16℃, 排气温度为216℃, 进口风量为4352Nm3/min, 进口压力为0.0925MPa (A) , 出口压力为0.5MPa (A) , 工作转速4550r/min;煤气透平机为MPG14.2-294.5/150, 进口温度为150℃, 进口流量为335000Nm3/h, 出口压力为11KPa, 工作转速为3000r/min, 煤气含尘量≤10mg/m3。电机额定电压为10KV, 额定电流为1719A, 额定转速为1496r/min, 绝缘等级为F, 冷却形式为上水冷;自洁
式空气过滤器后空气含尘量≤1.5mg/m3, 含尘粒度≤3um。
4 同轴能量回收机组辅机系统
4.1 高炉冷风管道系统
空气经过自洁式空气过滤器进入轴流压缩机, 经过压缩后, 将压力为0.5MPa (A) 压缩空气送入高炉冷风管道母管。川威钢铁用户为两座高炉配套两套同轴机组及一套备用电动鼓风机组, 在冷风管道常规配置中 (止回阀、电动送风阀、防喘振阀、排气消声器、放空消声器) 中增加了拨风系统, 冷风管道中增加了两台配风阀及拨风阀组, 这是区别于常规冷风管道的一个特例。从而实现了三套机组可以给任意一座高炉送风的功能。
4.2 煤气管道系统
煤气管道系统主要由进出口蝶阀、插板阀、快速切断阀、电动均匀蝶阀、旁通液压阀及威力巴流量计组成。煤气管道的入口管道接至高炉减压阀组的前端, 透平机煤气管道出口接至减压阀组的后端, 同轴机组正常运转的时候, 高炉顶压的控制由同轴机组的煤气透平膨胀机控制, 通过调节膨胀机静叶开度控制高炉顶压, 精度可以达±3KPa;机组如遇到故障后高炉顶压由减压阀组控制。这也是同轴机组先进的控制系统的体现。煤气管道温度高达150℃, 根据煤气管道的走向, 在合适的位置增加波纹补偿器, 吸收管道热胀产生的位移, 保证机组的安全运行。由于高炉煤气中会有少量的水分, 所以在煤气管道出口还要设置煤气排水器, 保证多余的水份及时排出。煤气管道的腐蚀裕量应≥2mm, 为了降低管道局部阻力管道弯头的半径最好为1.5DN。进口煤气管道与地面的净距≤6m时, 应选用全封闭式眼镜阀。
4.3 润滑油系统
润滑油站由两台电动油泵、一台直流事故泵、油箱、高位油箱、双联板式油冷却器、双联油过滤器、排烟风机、电加热器等组成。系统同时向透平主机和发电机及轴流压缩机提供润滑油, 保证机组启动、运行、停机等正常工况和事故状态下的轴承润滑用油。系统设置有一次、二次仪表, 对油压、油温、油位等参数进行测量, 配套仪表数量及规格除能满足现场运行状况监测, 同时也能提供信号进入自控系统以满足集中监控的要求。
4.4 液压伺服控制系统
主要由动力油站和液压阀台组成, 系统根据机组自控系统的指令, 准确及时的控制轴流压缩机的风量、风压、透平转速、炉顶压力等。控制对象为轴流压缩机的静叶可调机构和透平两级静叶可调机构, 旁通快开阀、快切阀液压控制系统。伺服控制阀带液压锁, 保证机组安全运行。液压系统所有设备的清洁度出厂时应达到NAS1638-8级清洁度标准要求。
4.5 氮气密封系统
主要由气动薄膜调节阀、止回阀、截止阀及球阀组成;由于煤气透平介质为高炉煤气, 属于可燃有毒气体, 氮气密封系统保证了高炉煤气不向外泄露。氮气气源压力一般为0.3~0.4MPa, 氮气耗量≤60m3/h, 高压氮气经气动薄膜调节阀调压后氮气压力高于被密封的煤气压力0.01~0.03MPa左右, 保证煤气不向外界泄露。
4.6 冷却水系统
主要由阀门、管道、流量计等组成, 给润滑油站、动力油站的油冷却器, 发电机空冷器提供冷却水。冷却水量每套BPRT机组≤600m3/h, 同时提供相应一次仪表, 包括温度、压力、流量检测装置。
4.7 自控系统
机组自控系统为满足高炉供风工艺的需要, 保证高炉顶压的稳定控制, 系统采用西门子S7-414H冗余控制系统, 实现机组所必须的过程控制、逻辑控制和过程监视功能。操作站具有工程师编程功能及操作员操作功能。控制系统CPU、电源、总线采用冗余配置, 系统软硬件性能可靠, 完成对机组的所有数据采集、储存、过程调节、机组保护的功能。
5 结束语
1780m3高炉同轴能量回收机组比单个机组节约约25%的投资, 占地面积小, 能够回收高炉鼓风机30%左右的能耗, 在冶金企业中节能效果明显, 经济效益可观, 符合国家节能减排政策的要求。
摘要：1780m3高炉配套的同轴能量回收机组, 是目前国内投运的最大的同轴机组, 高效的回收了高炉煤气的余压余能, 是冶金企业节能装置应用的典范。
关键词：同轴,轴流压缩机,节能,能量回收
参考文献
[1]GB50584-2010.煤气余压发电装置技术规范[S].
[2]GB6222-2005.工业企业煤气安全规程[S].
[3]GB50016-2014.建筑设计防火规范[S].
能量回收机组 篇4
【关键词】贫富吸收油换热器；轻柴油；干气
一、前言
胜利石化总厂重油催化装置轻柴油经过解吸塔底重沸器后温度为150～160℃左右，原设计先经过贫富吸收油换热器和轻柴油水冷器冷却至40℃后进再吸收塔。但由于贫富吸收油换热器在运行一段时间后会由于轻柴油携带的少量催化剂的沉积而出现换热效果下降的问题，造成轻柴油进水冷器温度高达70～90℃，从而导致水冷器冷却水结垢严重、贫吸收油进再吸收塔的温度偏高、干气中C3以上组分含量偏高。为此胜利石化总厂重催车间提议在贫富吸收油换热器与轻柴油水冷器之间增设轻柴油-空气换热器，利用轻柴油预热CO锅炉补燃空气，既可以降低贫吸收油温度，改善再吸收塔的吸收条件，又可提高CO锅炉补燃空气入炉温度，减少补燃瓦斯流量，降低装置能耗。
二、改进的具体内容和措施
胜利石化总厂重油催化车间在借鉴国内同类装置CO余热锅炉防腐节能改造中增设热媒水加热补燃空气改造成功经验的基础上，将热媒水改成低温轻柴油，同时针对轻柴油携带少量催化剂，需要进行定期清洗的特点，对柴油-空气换热器结构进行了进一步完善和修改。
新增设的柴油-空气换热器，利用贫富吸收油换热器出口的轻柴油加热CO锅炉的补燃空气，使补燃空气从20℃升温至85℃左右，轻柴油则从110℃冷却至75℃左右，再进轻柴油冷却器冷却，最后进再吸收塔完成后续生产工艺过程。新增的柴油-空气换热器与贫富吸收油换热器、轻柴油冷器串联。因CO锅炉补燃空气入炉温度提高了65℃左右，则减少补燃瓦斯流量约90kg/h，大大降低了装置能耗。
三、实施过程
胜利石化总厂重油催化车间利用2005年装置大检修之际，进行了轻柴油低温能量回收工艺流程改造，增设了柴油-空气换热器。新增设的柴油-空气换热器与原贫富吸收油换热器、轻柴油冷却器串联。并于2005年8月在重油催化装置投入运行付诸实施，目前运行状况良好。
新增设的柴油-空气换热器利用贫富吸收油换热器出口的60t/h、100～110℃左右的轻柴油加热约50000Nm3/h的CO锅炉补燃空气，使补燃空气从20℃升温至85℃（为统计平均值），轻柴油冷却至75℃后，再进轻柴油冷却器冷却至40℃，最后进再吸收塔完成后续生产工艺过程。投用后在同样的烟气流量和蒸汽产量条件下，CO锅炉所需补燃瓦斯流量由改造前的平均640kg/h下降到改造后的平均550kg/h，下降了约90kg/h。
四、解决的问题及应用范围
重油催化装置轻柴油低温能量回收工艺的投用，首先解决了由于贫富吸收油换热器换热效果转差后，柴油进水冷器温度偏高、轻柴油水冷器结垢严重的问题，延长了设备运行周期，降低了设备维护费用；其次，增设CO锅炉柴油-空气换热器，利用空气冷却轻柴油，确保柴油温度满足后续生产工艺条件，可以缓解夏季吸收塔温度偏高时存在的干气不干的问题；再次，利用低温轻柴油加热补燃空气，提高了CO锅炉补燃空气入炉温度，改善了CO锅炉的燃烧状况，减少了补燃瓦斯量，既回收了低温余热，又节约了燃料，降低了装置能耗。
炼油化工装置具有大量尚未回收的低温余热，如果能为其找到合适的使用场所，将会为炼油化工装置节约大量的能量投入，因此，低温能量回收利用工艺具有较高的推广使用价值，可以广泛应用于常减压、重油催化、加制氢、焦化装置的低温能量回收利用。
五、经济效益和社会效益
资金投入：重油催化装置轻柴油低温能量回收工艺用于增设设备的投资主要有：柴油-空气换热器：40.17万元；
金属膨胀节：2.20万元；
系统改造设计费7.0万元合计：49.37万元。
经济效益：本次改造后，CO锅炉补燃空气温度由20℃升至85℃，改善了燃烧条件，提高了燃烧效率，在同样的烟气流量和蒸汽产量条件下，CO锅炉所需补燃瓦斯流量由改造前的平均640kg/h下降到改造后的平均550kg/h，下降约90kg/h。以每年运行8400小时，每吨瓦斯1200元计算，每年可降低成本90.72万元。每年可降低成本=8400h/a×（640-550）×10-3t/h×1200元/t=90.72万元/a。
改造后，延长了设备的运行周期，降低了设备维护费用，并可以缓解夏季吸收塔吸收温度偏高时存在的干气不干的问题，其所带来的间接经济效益尚未计算在内。
参考文献
[1]重油催化裂化装置操作规程.中国石化胜利油田石油化工总厂，2011-02-20
[2]刘英聚，张韩.催化裂化装置操作指南.中国石化出版社，2005
[3]侯玉宝，刘静翔，赵华等.重油催化裂化装置的用能分析及节能措施[J].炼油技术与工程，2005，35（3）：21-24.
[4]牛驰.重油催化裂化装置能耗分析及节能措施[J].石油炼制与化工，2010，41（2）：59-63.
[5]施俊林.重油催化裂化装置能耗现状及对策[J].炼油技术与工程，2003，33（6）：28-31.
[6]王伟华，任丽萍.重油催化裂化装置低温热水的综合利用[J].炼油技术与工程，2009，39（6）：46-48.
[7]徐柏福.重油催化裂化装置热联合及低温热回收[J].石化技术，2010，17（1）：19-21.
能量回收机组 篇5
1 机组概述
RFCC装置能量回收机组一直采用同轴式三机组配置方案, 即烟机+离心式鼓风机+齿轮箱+电动机, 2007年6月调剂1台6E1900-3.8/0.97旧主风机及1台4 927 k W的烟机代替原有的主风机及烟机。烟机是YLⅡ-4000N型烟气轮机, 它是把催化裂化再生烟气所具有的热能和压力能经静、动叶降压膨胀转化为烟气的动能, 高流速的烟气冲动转子进而将烟气动能转变为转子的机械能, 从而带动风机达到减轻电动机负荷及能量回收的目的。本烟机为二级透平, 采用轴向进气悬臂式结构, 与单级透平相比, 每级的焓降减少, 气流速度降低, 从而大大减少了催化剂颗粒对叶片的冲蚀磨损, 延长了烟气通过部分零部件的寿命, 并且提高了效率。增速机齿轮为平行轴渐开线齿轮, 齿轮箱上安装有半自动电动盘车机构。
2 烟气能量回收系统流程简述
来自再生器的高温烟气首先进入1台多管式三级旋分器, 分离出其中大部分催化剂, 使进入烟气轮机的烟气中催化剂含量降到0.2 g/m3 (标况) 以下, 大于10μm的颗粒基本除去, 保证烟气轮机的叶片长周期运转。净化后的烟气从三级旋分器出来后分为两路:一路经调节蝶阀和切断闸阀轴向进入烟气轮机膨胀做功, 驱动主风机回收烟气中的压力能;做功后的烟气再经水封罐与另一旁路通过双动滑阀及降压孔板室放空的烟气汇合后进入CO焚烧余热锅炉, 回收烟气中的化学能及显热并发生3.9 MPa (A) 、425℃的过热蒸汽。烟气经CO焚烧余热锅炉后排入烟囱。在烟气轮机前的水平管道上装有高温碟阀及高温平板闸阀, 高温平板闸阀在事故状态下紧急切断烟气, 使之不能进入烟气轮机。从三旋排出的细粉夹带有2%~5%的烟气, 要连续从细粉收集罐顶部排出。为了维持整个系统压力, 在放空线上装有临界流速喷嘴, 此喷嘴在近临界状态下操作。
3 机组设备性能数据对比
2007年根据加工负荷及能量回收的需求对烟气轮机及主风机进行了改造, 改造前后性能参数对比见表1。
4 改造措施
4.1 严格控制烟机入口催化剂浓度及粒度分布
烟机中催化剂的浓度及粒度分布是直接影响烟机良好运行的最重要的外因。经验表明, 由于叶片不均匀磨损:催化剂在叶片上的不均匀沉积, 以及催化剂进入两级轮盘间空腔内, 导致转子动不平衡, 是引起烟机振动超标造成能量回收机组被迫停机的主要原因。因此, 掌控反应再生系统的系统操作, 控制烟气中催化剂的浓度和粒度, 是烟机良好运行的首要条件。该装置的烟气粉尘浓度一直控制在80~95 mg/m3之间, 为烟机的安全平稳运行创造了良好的条件。
4.2 严防烟机入口烟气温度超标
高温是烟机装置长周期运行的大敌, 高温的主要原因是二次燃烧。高温一方面影响烟机的寿命, 严重时使烟机部件变形, 各零部件之间的间隙变化, 甚至发生静动部件相磨的事故;另一方面, 高温也会造成催化剂细粉的黏度增大, 粉尘容易附着在叶片周围, 造成烟机叶片磨损, 使烟机振动。在实际操作中把烟机入口烟气温度作为公司控制的指标, 进行严格监控。
4.3 保证轮盘蒸汽的品质及流量
催化剂在烟机流道部位的沉积和烧结已成为烟机长周期运行的大敌, 其原因是由于钠、钾、氯化钙和钒在高流速、低静压情况下, 当温度为500℃到600℃时生成的低熔点共晶体使催化剂变得十分胶黏所至。当这种沉积在围带上发展到一定厚度时就会与动叶产生摩擦, 而这种摩擦的研磨作用所产生的高温和高压将使催化剂沉积而烧结, 因此, 建立一个稳定的轮盘冷却蒸汽和一个合适的温度场是十分必要的。为此, 公司严格规定了轮盘温度, 把该指标纳入公司级工艺指标进行控制。在实际生产中, 当冷却蒸汽品质较差时, 一方面会造成催化剂堆积和烧结, 使动平衡遭到破坏, 产生振动过大的问题;另一方面也会造成动静部件的腐蚀, 当蒸汽品质较好时, 严格地稳定轮盘温度, 以保证平稳操作。
4.4 提高机组运行水平
技术上的改进是提高机组运行水平的根本, 正确操作和精心维护是机组长周期运行的重要环节。除了搞好人员培训, 机组的日常维护、管理和特护工作外, 以下措施对提高机组的运行水平非常重要。
4.4.1 加强辅助设备的选用和管理
公司对主要设备的选用和管理十分重视, 各单机本体问题不多, 但一些辅助设备的问题影响了机组的长周期运行, 如油站、主辅油泵、特殊阀门、控制系统等。因此, 要使机组长周期运行, 一定要加强辅助设备的选用和管理。另外, 公司还根据多年的经验, 制定了大型机组的维护保养制度, 制度要求机修、电气、仪表及生产车间等部门共同搞好机组的日常维护及巡检工作, 发现问题及时解决。
4.4.2 投用前对特殊阀门及联锁自保控制系统进行联校
机组的特性曲线是指导机组操作的依据, 也是设定机组保护系统的基础。实测离心式风机的特性曲线, 对离心式风机防喘振保护的设置及事故状态准确及时动作非常重要。在每次开机前都要对机组仪表控制系统进行认真的单校、联校;对特殊阀门及行程开关、电磁阀等进行重新标定和调校;对机组各项逻辑保护系统逐一进行模拟试验。这一环节有利于发现问题, 减少机组运行故障。
4.4.3 扎实检修, 严格按规程开停机
计划停工检修及改造安装后的机组质量, 对机组长周期运行影响较大。因为烟机停运后, 沉积在叶片、围带上的催化剂, 由于温降会产生不均匀的脱落, 从而导致转子动不平衡, 甚至使轮盘和二级围带间塞入催化剂, 所以每次检修必须进行认真清理。为了确保转子不受损害, 在装置停工时, 首先将备用主风机启动, 并且将烟气轮机切离系统;装置开工时, 先由备用主风机供风;装置操作平稳后, 采用烟气轮机冲转启动, 当转速达到3 200 r/min时, 给电动机合闸, 这样可减少启动电流以及对电网的冲击, 也能充分暴露机组的问题。在机组启动无问题后, 将备用主风机切离系统, 由主机来完成反再系统的供风。这样对机组及整个装置的平稳运行都有好处。
5 建议及结论
大型机组应该采用现代的计算机在线状态监测诊断技术, 利用在线振动监测系统, 可以在恶性事故发生前发现问题, 解决问题。机组安全运行不能仅看机组振动值是否超越现行规定的振动停机极限, 还要根据相位改变等从不同角度来分析其运行状态, 保证机组安全运行, 延长设备的运行周期。
能量回收机组 篇6
关键词：高炉,鼓风机,同轴机组,回收能量,计量
0引言
在高炉炼铁生产过程中,回收炉顶煤气压力能量是节能减排的重要措施之一。回收方式主要是通过高炉煤气余压回收装置(TRT)将炉顶压力能量转换成电能或者机械能。目前国内容积大于1 000 m3的高炉中有96%以上配备了TRT,1 000 m3以下的高炉也有相当大比例配备了TRT,而且有不断增长的趋势。据统计,TRT回收的能量大约可以占到高炉鼓风机消耗能量的25%～40%,具有回收效率高、投资少、运行成本低廉的优点,
已经成为炼铁生产中最具有节能成效、运行最为成功的节能设施。
根据能量转换方式TRT可以分为两种,一种是透平机直接驱动发电机工作,产生电能,电能反馈回电网;另一种是透平机和高炉鼓风机组成同轴机组,透平机通过变速离合器直接驱动鼓风机,产生旋转机械能,与电动机共同驱动鼓风机,从而降低电动机的输出功率,达到节能的目的[1]。
崇利制钢有限公司9#高炉的TRT采用的是第2种能量转换方式,高炉鼓风机由电动机和透平机共同驱动,构成同轴机组。在这种转换方式下,鼓风机消耗的能量由电动机和透平机共同提供,TRT回收的能量就是透平机产生的能量,同时也是电动机的节电量。
该同轴机组的主要参数如下:鼓风机型号 AV50-13;额定排气压力 316 kPa;额定入口风量 2 257 m3/min;电动机型号 YGF1000-4;电动机额定功率 9 500 kW;透平机型号 MPG5.4-251.6/170;设计工况点煤气入口流量 120 000 m3/h;透平机进口压力 150 kPa;透平机进口温度 200 ℃;透平机最大输出功率 4 500 kW。
同轴机组控制系统采用西门子S7-400H冗余系统,下位编程软件采用Step7 V5.4,上位监控软件采用WinCC6.0 ASIA版。
机组自2008年投运以来,运行平稳,达到了预期效果。但是由于同轴机组不发电,回收能量无法直接通过仪表来测量,因此在确定生产经济指标时,就难以对TRT的回收能量进行考核。为此,我们于2009年开始对同轴机组回收能量的计量方法进行了研究,提出了一种新型的计量方法。
1现有解决方案
对于同轴机组透平机回收能量的计量,在现有资料中,尚没有一种公认的、科学的解决方案。目前大致分为使用厂家和设备制造厂家两种做法。
使用厂家大部分采用统计方法,即将透平机未投用和投用后的鼓风机功率相比较,得到一个一段时间的数据,再将功率乘以时间得到回收能量。这种方法优点是计算简单,容易得到结果,具有参考价值,缺点是统计周期太长,采用的鼓风机功率是透平机未投用时的数值,是一个固定值,而实际上鼓风机和透平机的工况一直在变化,因此得出的数据不能实时反映透平机的运行状况,因而得出的回收能量就不准确。
设备制造厂家则从透平机设计的角度,根据热工力学和流体力学理论,计算透平机功率,再对功率进行积分得到回收能量。透平机功率
N=ηQCpT1[1-(P2/P1)(K-1)/K] (1)
式中,η为透平机能量转换效率,%;Q为通过透平机的煤气流量,m3/h;Cp为定压比热容,kJ/m3;T1为透平机入口煤气绝对温度,K;P1为透平机入口煤气绝对压力,kPa;P2为透平机出口煤气绝对压力,kPa;K为绝热指数,这里取1.4。这种方法的优点是从理论的角度用式(1)可以非常准确、及时地计算出透平机的功率,缺点是在实际应用中公式中的一些参数误差较大,尤其是Q误差较大,不能满足计算需要,而且η是一个理想状态下给出的值,并不能反映真实的数据[2]。
2新型解决方案
上述第1种解决方案的缺点是鼓风机功率采用了一个固定不变的值,不能反映实际功率,要提高计量精度就必须采用实时数据,而鼓风机的实时功率无法直接测量,结合第2种方案的思路,如果能找出与鼓风机功率相关的参数进行测量并计算,就可以间接求出透平机的功率。根据流体力学知识,鼓风机功率主要与鼓风机进口空气流量及出口压力有关,由于鼓风机进口管道比较粗,直管段难以满足测量需要,导致空气流量的测量误差通常较大,因此有的鼓风机就不检测进口空气流量。而对于轴流式鼓风机而言,静叶开度实际上就反映了鼓风机的进口空气流量,且静叶开度的反馈信号非常精确,因此这里我们考虑可以用静叶开度代替鼓风机进口空气流量进行计算。由于同轴机组在透平机未投用时鼓风机功率就等于电动机功率,因此我们用电动机功率代替鼓风机功率进行计算。我们统计了崇利制钢有限公司同轴机组在透平机未投用时的运行数据,选取了其中具有代表性的15组进行分析[3](15组数据如表1所示)。
根据表1数据可知,鼓风机功率与静叶开度、出口风压虽然不是严格的线性关系,但都是递增关系,为了便于计算,我们进行了线性简化,假设鼓风机功率Nb与静叶开度J、出口风压Pb有如下关系:
Nb=X1J+X2Pb+X0 (2)
式中,X1,X2和X0分别为静叶开度系数、出口风压系数和补偿系数。
用二元线性回归方法对表1中的数据进行求解[4],可以得出:
X1=54.8,X2=13.28,X0=75.84
将各系数代入式(2)可得:
Nb=54.8J+13.28Pb+75.84 (3)
将表1中的数据代回式(3)中进行校验,可以得出与15组数据相应的Nb,与实际测量值比较的平均误差为0.56%,其中第1点误差最大,为1.64%,而该工况点在实际运行中不经常用到,所
以采用假设的式(2)完全可以满足计量的要求。
当同轴机组的透平机投入运行后,由于鼓风机由电动机和透平机共同驱动,因此,透平机功率
Nt=Nb-Nd=54.8J+13.28Pb+75.84-Nd (4)
式中,Nd为电动机功率。
式(4)中的所有变量在机组的控制程序中都有,可以直接使用。为了保证数据的实时性,采样周期选择为1 s。利用Step7循环调用周期为1 s的组织块OB32,在OB32中编程就可以实现上述方案。
得到透平机功率后,对功率进行累积就是透平机所做的功,也即同轴机组的回收能量,该回收能量在上位机画面中显示。实际运行如图1所示。
3应用效果及结论
程序运行以来,准确、实时地对透平机的回收能量进行了计量,计量数据与透平机出厂设计的理论计算数据相比误差小于1%。不但为制定经济指标提供了准确数据,而且为掌握透平机运行状态提供了准确参数,便于及时了解设备运行情况。
这种解决方法是在统计大量风机运行数据的情况下,运用数学方法得到的工程近似方法,统计数据区间越接近平时运行的工况区间,数据量越大,得到的公式就越精确。需要注意的是由于鼓风机功率还与鼓风机进口空气温度有关,而本文统计的数据是在一个较短时间段得到的,温度变化比较小,如果考虑全年温度变化,可能会产生较大的误差,因此如果增加对温度的补偿,结果会更加接近实际数据。另外,该解决方法采用的是鼓风机功率的假设公式,如果采用鼓风机设计厂家实际的功率理论计算公式并进行简化,采用工程中容易测量、精度可以满足计算需要的参数进行运算,得到的结果可能会更准确,这将是下一步研究的课题。
参考文献
[1]西安陕鼓动力股份有限公司.能量回收透平装置技术及应用[R].西安:西安陕鼓动力股份有限公司,2007.
[2]张焕荣.宝钢TRT功率效验及分析[J].炼铁,2005(9):96-98.ZHANG Huan-rong.Power test and analysis for TRT at Baosteel[J].Ironmaking,2005(9):96-98.
[3]冯磊,张晓东,李大伟.混合煤气热值的合理化计算[J].冶金自动化,2009,33(6):65-66.FENG Lei,ZHANG Xiao-dong,LI Da-wei.Rationalization calculation of mixed gas calorific value[J].Metallurgical Industry Automation,2009,33(6):65-66.
能量回收机组 篇7
(1) 在水提或醇提过程中, 循环泵运转, 使药液外循环, 提取率大大高于静态的提取率, 缩短了提取时间, 节约能源。
(2) 可提取高含量的药物芳香油, 从油水分离器中取出。外循环真空蒸发浓缩, 效率高是突出的优点。料液在加热器被加热至所需沸点后, 产生向上运动的热动力———浓缩罐内料液与加热器内料液产生重度差, 浓缩罐内料液从下流进加热器, 从加热器上部循环管流出, 形成了料液的自然外循环流动, 加快了料液热量吸收速度。料液在低温真空条件下沸腾, 水分 (或醇等) 大量蒸发, 加快了浓缩过程, 浓缩比重大。
(3) 可真空回收酒精、蒸馏挥发油等。
(4) 与料液接触的部位均采用不锈钢制成, 管路为卫生级管路, 符合GMP要求。
(5) 提取罐加热方式为盘管式加热。
成都永泰制药化工机械厂
地址:成都市温江区永宁医学城邮编:611135联系人:戚顺年
汽车制动能量回收方案及比较 篇8
1 能量回收方法
1.1 飞轮蓄能
飞轮蓄能是机械蓄能的一种形式,以惯性能(动能)的方式,将能量储存在高速旋转的飞轮中。当车辆制动时,飞轮蓄能系统带动飞轮加速,将车身的惯性动能转化为飞轮的旋转动能。当车辆需起动或加速时,飞轮减速,释放其旋转动能给车身。按构成材料,飞轮主要有两种:金属制飞轮与超级飞轮。金属制飞轮以钢制飞轮为主,此种飞轮能量密度(单位飞轮重量储存的最大能量)较低,但因其价廉,宜于加工,并在传动系中易于连接而得到广泛应用。超级飞轮选用比强度(拉伸强度/密度)高10倍。然而它的成本却相当高,并且转速甚快,目前已有78 000 r/min的报道。为了使飞轮能充分有效地保存能量,常将飞轮运行于密闭的真空系统中。目前该方面的前沿研究是飞轮轴承采用高温超导磁悬浮技术,利用永磁铁的磁通被超导体阻挡所产生的排斥力使飞轮处于悬浮状态。设计飞轮时,既要考虑本身强度,又需注意系统的共振及稳定性。飞轮储能附加重量较轻、成本低,但技术难度大,节油效果不如液压蓄能。
1.2 液压蓄能
液压蓄能以液压能的方式储存能量。系统由一个具有可逆作用的泵/马达实现蓄能器中的液压能与车辆动能之间的转化,即在车辆制动时,蓄能系统将泵/马达以泵的形式工作,车辆行驶的动能带动泵旋转,将高压油压入蓄能器中,实现动能到液压能的转化;在车辆起动或加速时,蓄能系统再将泵/马达以马达的形式工作,高压油从蓄能器中输出,带动马达工作,实现液压能到车辆动能的转化。蓄能器主要有重锤式、弹簧式和充气式,其中以气体储能器使用最为广泛。该储能器是在钢制的压力容器内装有气体和油,中间以某种材料隔开,按隔离方式分为活塞式和皮囊式两种,都是利用密封气体的可压缩性原理制成。液压储能的能量密度比飞轮储能与蓄电池储能都小,但其在三者中,具有最大的功率密度,能在车辆起步和加速时提供给车辆所需要的大扭矩。同时,液压储能系统可较长时间储能,各个部件技术成熟,工作可靠,整个系统实现技术难度小,便于实际商业化应用。
美国明日浦公司设计的制动能量回收系统就是采用这一原理,其结构如图1所示。
1.3 蓄电池储能
蓄电池以电能方式储存能量。系统以具有可逆作用的发电机/电动机实现蓄电池中的电能和车辆动能的转化。在车辆制动时,发电机/电动机以发电机形式工作,车辆行驶的动能带动发电机将车辆动能转化为电能并储存在蓄电池中。在车辆起动或加速时,发电机/电动机以电动机形式工作,将储存在蓄电池中的电能转化为机械能供给车辆。蓄电池储能非常适合于电动车。现在由于人们环保意识增强,对汽车排放有日趋严格的限制,同时为进一步缓解非再生石化燃料紧张的矛盾,电动汽车的无污染、行驶噪声小的优点受到人们广泛关注。蓄电池储能,各方面性能都较好,但是功率密度低,充放电频率小,不能迅速转化吸收大量能量,而车辆在制动或起动时,需要迅速释放或得到大量能量,这使储能蓄电池的应用受到很大限制。现在,各国技术人员加紧研制大容量、高性能蓄电池,从而为蓄电池储能提供应用基础。现在又出现超级大电容,可望对制动能量回收的棘手问题有一定的解决。
2 方案比较
从以上的各种方案看,飞轮蓄能虽然结构比较简单,但无法实现大量蓄能,要加大蓄能就要增加飞轮的质量或增加转速,同时要求增加强度,这会使成本增加,使实现的难度增大。而且如果要实现高效蓄能,要将飞轮置于真空的环境,需要增加许多额外的设备。蓄电池蓄能也面临着大量蓄能的实现问题,虽然实现大量蓄能的超级电容已经出现,但是其成本太高。因此,选用液压蓄能法,它能很简便地实现大量蓄能,且可靠性比较高。液压蓄能能量回收系统主要由液压马达/液压泵、蓄能器、离合器和控制系统组成。
液压蓄能能量回收系统的工作原理如图2所示,主要由机械传动和液压系统两部分组成。其中,机械传动主要由车轮轴、三角皮带、传动轴、摩擦片式离合器、气/液组合缸等组成;液压系统主要由液压泵/液压马达、顺序阀、液压蓄能器、溢流阀、二位四通换向阀等组成。当车辆开始制动时,气/液组合缸受到来自车辆制动分配阀压力气体(或压力油)的作用,使原来处于分离状态的摩擦片式离合器转换成结合状态,再通过三角皮带、传动轴将车轮轴与液压泵连接成一体,实现启动液压系统工作,开始吸收车辆动能之目的。液压油经过滤油器、单向阀、液压泵/液压马达、顺序阀(用来调节液压泵/液压马达出口的工作压力,即制动装置的制动力)进入液压蓄能器,此时在压力气体(或压力油)的作用下,机动二位四通换向阀的左位工作,使液压油不能通过换向阀,而只能通过顺序阀进入液压蓄能器;当进入液压蓄能器的液压油超过其额定容量时,作为安全阀的溢流阀将打开,起过载保护作用,以限制液压系统的最高工作压力。
在车辆停止的过程中,制动用的压力气体(或压力油)仍然存在(此时车辆的原制动装置仍在工作)或车辆的原手制动装置在起作用,都能使液压机动二位四通换向阀仍然以左位工作,使吸收了车辆能量的高压油在顺序阀、溢流阀和液压机动换向阀的共同作用下,被封闭储存在液压蓄能器中,以备车辆随时再次起动或加速时使用。
在车辆再次起动或加速的过程中,车辆原有的制动装置(包括手制动装置)已停止工作,液压机动二位四通换向阀在其弹簧力的作用下以右位工作,使从液压蓄能器中流出的压力油经换向阀的右位后同时到达气/液组合缸的液压腔和液压泵/液压马达的进油腔,促使液压泵/液压马达在与车轮轴连接的状态下以液压马达的工况运行,将液压蓄能器中的液压能以机械能的形式返还给车辆,用来增加车辆的动能。当从液压蓄能器中流出的液压油的压力很低时,气/液组合缸将使摩擦片式离合器自动脱开,实现车轮轴与液压泵/液压马达的自动脱离,从而实现车辆的正常行驶。
3 结束语
制动能量回收的研究是一项利国利民的项目,对于提高燃料的利用率,降低汽车的燃油消耗,将起到重要的作用。将回收的能量用于汽车启动的加速,不但节约汽车的燃油,更重要的是使汽车在更多的时间处于最佳工况下运行,不仅提高了效率,而且会大大降低汽车尾气的排放。
参考文献
[1]关志伟,徐胜云,杨玲,等.应用虚拟仿真软件ADAMS进行半挂汽车列车制动动力学分析[J].吉林农业大学学报,2004(6):24-25.
[2]刘?,刘芳明,林慕义.工业车辆线控制动系统[J].机械管理开发,2004(5):8-10.
[3]包帅善.制动系统的维修保养与故障排除[J].汽车维修,2002(4):21-22.
[4]昊光强.车辆混合动力传动系统开发现状与展望[J].汽车工程,1997(3):15-17.
容积式能量回收系统优化设计研究 篇9
在能源缺失和工业效益等因素下,国内外许多科研人员已经致力于能量回收技术的应用研究。能量回收技术最早应用于海水淡化工艺,随后应用到越来越多的行业。在化工行业,合成氨工艺中废液的高压能量被浪费[1],能量回收技术的应用能有效的解决这个问题,不同形式的能量回收装置涌现出来。容积式液压能量回收装置利用液压能量一次转换,理论上回收效率达100%,实际应用中则是部分代替铜液泵对低压新鲜铜液增压。
1 能量回收机的应用背景
容积式能量回收装置采用立式双作用液压缸结构,工作时双缸交替使用。PLC和人机界面等组成能量回收电气控制系统,可以实时监控能量回收系统的运行状况。能量回收系统根据工艺要求对废液的高压能量进行回收,进而利用到低压新液的加压工序中,减少了能量的浪费,缩小了高压泵的使用范围,从而节省电能的使用,为企业带来经济效益。
在合成氨工艺流程中,洗涤原料气时需要高压新鲜铜液,铜洗结束后流出铜洗塔的废铜液仍带有高压能量,废铜液进入再生系统时不需要高压能量,通过多级减压阀将其高压能量减掉[2],铜洗塔工艺流程如图1所示。在铜洗工艺流程中装有能量回收装置,利用高压废铜液的能量对新鲜低压铜液进行加压,供洗涤原料气使用。高压铜液在洗涤过程中会有部分能量损失,而流出铜洗塔后通过管道、阀门进入活塞中也会损失小部分能量,因此在实际工程中还需要小型的高压铜泵为系统提供部分动力[3]。
2 能量回收系统的工作流程
容积式液压能量回收装置的主体是双作用液压缸,液压缸内由活塞隔离成上下两个腔室,硬件部分还包括换向控制集成块(换向阀件、压力传感元件等)、配流块(为双液压缸的进、排液阀集成块)、供料泵和活塞组件等。
高压废铜液由铜洗塔底部排出,其中小部分铜液经过减压阀直接进入再生系统,而大部分废铜液经过管道、阀门进入能量回收装置,回收其高压能量后进入再生系统。
回收装置工作时,供料泵将低压新鲜铜液输送到A缸上腔后,下腔连接的电磁阀打开,高压废铜液进入下腔,高压废铜液推动活塞上行对低压新鲜铜液加压,上腔连接的排液阀门打开,将加压的新鲜铜液泵入铜洗塔顶部。A缸动作的同时B缸上腔进液阀开启,由供料泵供应的新鲜低压铜液进入B缸上腔推动活塞下行,下腔连接的电磁阀打开,下腔被回收能量的低压废铜液由B缸下腔排出进入再生系统。
当A缸活塞上升到限位点时,接近开关1KT闭合,进而控制进液电磁阀闭合,排液电磁阀打开,供料泵提供新鲜铜液由进液阀进入A缸上腔推动活塞下行,下腔废铜液经排液电磁阀排出进入再生系统。当B缸下行至限位点时,接近开关4KT闭合,下腔连接的排液电磁阀关闭,进液电磁阀开启,来自铜洗塔的高压废铜液进入B缸下腔,高压液体推动活塞上行对上腔新鲜铜液加压,上腔排液阀开启将新鲜铜液排出进入铜洗塔。双缸如此循环,交替上行、下行工作[4]。
能量回收装置在回收高压能量的过程中,对新鲜铜液不断提供高压能量并将其送入铜洗塔,减少了传统工艺中高压泵的电能消耗。
3 能量回收系统的电控部分
3.1 电气控制系统的组成结构
为了适应车间级工作现场实时监控的趋势,能量回收系统加强了电气控制系统部分的设计。电气控制系统采用PLC、触摸屏、变频器、传感器以及组态王等硬件和软件,实现能量回收过程中的数据采集和监控,包括铜液压力信号、液缸位置信号、供料泵工作情况、主机流量等信号,并实现报警。
电气控制系统主要包括人机界面、组态软件以及硬件结构等。其结构图如图3所示。
人机界面部分采用西门子公司的S7-200PLC和TP171系列触摸屏,通过组态王软件实现对能量回收系统的组态和监控。TP系列触摸屏代替传统的控制面板,增加了文本显示量,丰富了显示界面,提高了工作人员对人机界面的可操作性。PLC和CPU通信模式通用性强,可与整个合成氨生产工厂DCS系统互联互通。数据采集仪器将采集的现场信号送到PLC,通过液晶屏显示出来,组态软件的图形界面可以直观的呈现出工作现场,工作人员根据现场工况标准对采集信息进行分析,采取调整措施保障能量回收机正常工作并处于最佳状态。
3.2 PLC的报警设置及控制功能
在能量回收系统工作运行时,压力传感器将检测到的高低压废铜液及新鲜铜液的压力信号转换成4m A~20m A的电流信号,直接送入PLC中,PLC再传输到触摸屏显示出来,PLC根据程序员设定的各项压力报警极限,实时监控报警,工作情况严重时能量回收机将自动保护停车。接近开关将检测到的位置信号直接传入PLC,PLC根据程序指令实时控制电磁阀通断电,进而控制液压缸往复自动换向。
3.3 组态软件及人机界面
能量回收系统采用组态王软件进行系统组态,组态王是一个具有易用性、开发性和集成能力的通用组态软件,它向下能与低层数据采集设备通信,向上能与管理层通信,实现上位机与下位机的双向通信。组态王强大的界面显示组态功能和仿真功能,使得能量回收系统在设计阶段以及今后的使用阶段具有直观的实时监控性。
对于能量回收系统电气控制部分,组态王软件以画面和报表的形式将能量回收机的工作状态展现在操作人员眼前,如图4所示,方便工作人员实时地监视控制系统运行。组态王将从能量回收系统工作现场采集的数据记录在实时数据库中,把数据的变化用动画的方式形象地表示出来,同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能,并生成立式数据文件。
4 系统设计方案优化分析
容积式能量回收系统在设计方案中针对以下环节进行了分析、设计和优化。
4.1 液压冲击
由于某些因素影响,液压系统中会产生液压冲击,如阀门的迅速开启或关闭会引起液压冲击,应尽可能减慢电磁换向阀的移动速度,适当降低阀门的控制压力,或加入阻尼装置。选用气动阀作为先导阀,辅助电磁阀控制液体流量,降低功率消耗。
对于活塞换向或制动时在液压缸内产生的液压冲击,可以利用一些缓冲装置来减少冲击力度。液压缸中常见的缓冲结构有圆柱形环隙式、圆锥形环隙式、可变节流槽式和可调节流孔式,如图5所示[5]。
比较四种装置后选取圆锥形环隙式缓冲结构,其缓冲柱塞为圆锥形,缓冲环形间隙随位移的变化而变化,即通流截面面积随缓冲行程增大而减小,使机械能的吸收较均匀,其缓冲效果较好,相较可变节流槽式装置而言结构简单[6]。
4.2 流量调节
进入铜洗塔的高压铜液流量需要满足铜洗工艺需求,流量的变化对工业生产影响很大。为保证铜洗塔不间断供应铜液,两个液压缸交替工作时,双缸活塞上下行时间差应尽可能小。当活塞上、下行到极限时,PLC检测到位置信号并计算出液缸运行时间,对两缸活塞的运行时间进行比较,时间差过大时需要调整运行时间,通过调节进入液压缸的流量可调节活塞运行时间。
供料泵输入到液压缸的铜液流量影响着活塞下行时间,通过调节变频器的频率可调整供料泵的运行速度,对输出流量进行控制,进而缩小两缸运行的时间差。变频器频率与供料泵电机转数的关系如下式:
其中,n为电机转数;
f为变频器频率;
p为电机的极对数。
影响活塞下行时间的流量可通过调节阀来调整,工业中常通过手动阀控制阀门开度调整流量,由于手动调节偏差较大、调节滞后,故选择与控制系统相连的自动调节阀,当PLC检测到流量信号时,分析实际情况对自动调节阀发出命令,控制流量在设定值偏差范围内。在流量调节过程中,可利用PID控制算法进行优化。
4.3 设备故障诊断功能优化
当系统故障时,一般由检修人员检查各个设备或线路是否正常,这样造成故障停车时间较长,影响了生产进度。针对这一因素,在人机界面的设计中增加了自诊断功能界面(如图7所示),将现场检测量实时状态显示在诊断界面中,如电机启停状态、阀门开启关闭状态等,工作人员实时了解和掌握设备运行技术状态,确定其整体或局部正常与否,早期发现故障并判断故障的部位和程度,分析故障原因,及时排除故障。这大大缩短了故障检修时间,缩短了工厂故障停机的时间,降低了对维修人员的依赖程度,提高了生产效率。
5 结论
容积式能量回收系统采用以PLC为核心的电气控制部分,人机界面作为操作人员与工业现场的桥梁将PLC采集数据直观展现出来,以便实时监控系统运行工况。分析了系统优化方向,使能量回收系统能高效、稳定的工作。
摘要：以容积式能量回收装置在合成氨铜洗工艺中的应用为研究基础,对能量回收系统电气控制部分进行设计,并提出优化措施提高能量回收机的性能,使系统稳定、有效地回收利用铜液的高压能量。构建以PLC为基础的工业控制系统,采用触摸屏和组态软件等构成人机界面,操作人员通过操作人机界面直接控制现场运行状态,及时对现场工况进行分析与调整。
关键词：容积式能量回收装置,工业控制系统,人机界面
参考文献
[1]曹志锡,汪小洪,赵文宏,等.铜氨液能量回收机在合成氨生产中的应用[J].浙江工业大学学报,2003,31(1):75-77.
[2]朱芸,曹志锡,洪孝鹏.活塞式多相流能量回收装置的研究[J].液压与气动,2010,(1):77-79.
[3]杨守智,张冲,李姝娟,等.原料气洗涤液体能量回收机的研究与开发[J].化肥工业,2003,30(4):26-27,37.
[4]杨守智,马小兵.合成氨原料气湿法脱碳富液能量回收方法的选择[J].化肥工业,2006,33(5):17-19.
[5]袁承训.液压与气压传动[M].机械工业出版社,2008,61-62.