改革开放以来,我国经济增长取得了骄人成绩,但粗放的发展方式不仅面临紧迫的能源安全问题,而且形成了严峻的环境压力。面对严峻的能源和环境问题,国家提出了节能减排的具体目标,这一目标的实现需要依靠节能减排的技术创新。目前,节能减排技术转让的可能性小,自主研发势在必行,而企业普遍缺乏节能减排技术创新的积极性,支持不足进一步限制了节能减排技术创新的发展,其主要原因之一是没有充分利用系统的融资功能和风险分散功能。因而,如何融合节能减排技术创新与支持是一个亟待解决的问题。
“技术一体化”是指随着社会经济的发展,技术与、技术创新与发展结合日益紧密,相互依存,相互促进,共同发展的客观现象与动态过程。
节能减排技术创新是一个新范式的技术经济系统发展过程,它是一个包括研发、商品化、产业化等阶段的动态过程,需要投入大量的资本、人力和物力,更加依赖于良好的支持。工具尤其是衍生工具能够规避价格风险,降低借贷成本,提高证券市场的流动性,发现未来价格,对节能减排技术创新发展具有积极的推动作用。节能减排技术创新具有高投入、高风险、高收益的特点,这些特点为介入提供了依据和空间。同时,作为虚拟经济,其本质上还是要以实体经济为基础和依托。而在实体经济中,节能减排技术创新给企业带来的高增值性,增强了其产权的流动性,以相对更高的生产力与成长性、相对更高的价值、更广阔的增值空间扩大支持介入的空间,从客观上讲,节能减排技术创新是资本流动的必要动力。
不同的机构可以采用不同的工具,为不同阶段的节能减排技术创新活动提供支持。在具体的支持主体方面,可以参考美国对技术创新的支持经验,如图1。
技术创新被划分为种子期、创业期、成长期、扩张期和成熟期。在技术创新的种子期,主要来自天使人和政府扶持;在技术创新的创业期,主要来自风险基金;在技术创新的成长期,主要来自风险基金和银行;在技术创新的扩张期,主要来自银行、证券公司和商业银行;在技术创新的成熟期,主要来自商业银行和保险公司。
从这一过程来看,我国的节能减排技术创新仍处在创业期和成长期,此阶段节能减排的技术创新具有风险性,其融资途径更多依赖风险。风险作为一种新的投融资方式,在一定程度上迎合了技术创新企业的需求,促进了技术的发展,风险和技术创新企业之间融合度高、互补性强,风险不仅对技术创新企业进行资金的支持,还能为企业提供管理经验、技术研发等方面的支持,以弥补技术创新企业这方面的缺陷。
节能减排、保护生态环境、减少人为对自然的伤害是企业运作、工业生产必须坚持的原则;在实际生产经营过程中,要考虑到环境的容量和能源资源的持续利用的问题。石油产品用途极为广泛,但其工艺繁琐、技术复杂等,但在企业生产经营过程当中,其能源消耗得不到有效控制、其污染得不到有效制约的话,那么势必会造成资源的浪费和环境质量的恶化,会给企业带来高额的末端治理费用,从而给企业增加了沉重负担,使得企业陷入无法摆脱的困境。因此,石油企业在过程当中,需要采用先进的生产工艺,并融合现代科技与创新技术力量,从资源节约、从环境保护的视角对企业生产过程进行全方位的约束和控制,保证生产所消耗的能源、所产生的污染物排放降低到最低程度,以减少资源的浪费以及对环境的污染,构筑良好和谐的生产经营环境。
把开发利用节能减排技术作为科技进步的一项重要内容,使得目前石油企业取得了一定的成效。企业针对节能减排关键点和疑难点问题上,能有计划安排设置技术创新和节能减排的目标相互连接体系,把节能减排的指标列入到技术创新考核体系当中,使得节能减排工作通过考核体系当中的指标来评估;有些石油企业同步开展“安全环保关键技术研究与应用”,但总体而言效果还不是很好,尤其针对炼化污水深度处理、回用油气资源的综合利用、稠油热采集中供汽和废气驱油注采清洁工艺等节能减排技术方面还存在一些差距。
围绕节能减排实施,国内一些石油企业在能源利用效率、实施燃料结构调整、技术创新手法和创新应用方面作出了努力,如:针对注水泵耗电问题、自用油的替代工作问题等方面均被纳入到节能减排技术开发和环境影响评价当中,不仅强化企业生产流程,使得企业生产规范化和有序化,而且还能一定程度上提高环境影响评价的质量,保证了节能减排效果性。但目前众多石油企业依旧采用的是“问题”指向“技术”这一个流程,采取的是末端治理的方法,不仅加重了企业的负担和影响工作效率,也使得技术“创新”只是并非真正的创新而只是针对问题的一种解决方法,并不具有真正意义上的创新含义。
一些石油企业围绕节能减排作出了许多硬性的规定,并针对石油企业相关的体制进行了改革,这些机构的调整和重组对石油生产企业具有较大的影响,但是应该看到所做的这些工作并没有对节能减排产生实质性的效果;问题突出表现在两个方面,一方面是在石油企业中,进行节能减排工作的技术人员多数都是从其他企业抽调来的兼职人员,人数数量少且缺少稳定性,往往计划在前,但实际节能减排工作并不能够如期实施,给企业节能减排效果上大打折扣,严重影响了石油企业节能减排工作。另一方面机构调整并没有真正解决石油企业当中存在的能源结构不合理的现象;石油企业所运用的设备依旧是采用以油气为主燃料结构,不仅仅降低了企业原油产量、加大炼油成本,也使得节能减排工作并没有得到真正的规范,效果自然不尽人意。
石油企业经过多年运行发展,本质上已经拥有了技术创新所要求的技术基础;在环保技术创新过程当中,使得节能减排的管理工作和体系建设成为可能。石油企业应该顺应时代的发展,将传统的经验积累和管理方法进行深度的融合,尤其是在技术创新环节要将节能减排真正意义上的落实到考核的标准当中,并设置相应的监督评判机构对技术创新环节当中节能减排对效果进行实时重点的评判,一方面采取鼓励的方式,对融合了节能减排的技术创新成功的项目进行积极的成果申报,并给予适当的奖励。另一方面针对于在节能减排管理当中,针对于技术创新环节及时寻找自身不足,找出它们之间不相容差距。这些都是构建环保技术创新体系的重要内容之一。
国外的一些石油企业,在企业技术管理方面已经完全抛弃了“问题”指向“技术”这一个流程;其技术创新手段和以往不同的是,不再采用末端治理方式,从问题上来进行对企业技术流程当中不合理的因素分析;而采用技术创新手段则是从预防的角度来进行深化内部结构和技术的调整,使得生产工艺趋向于合理化,这是一种全新的污染防治和节能减排的方法,从而避免能源过度消耗、污染问题产生和发展。 我们国家石油企业应该借鉴国外石油企业成熟的经验,采取培养和扶持的态度来鼓励企业节能减排的技术的推广,增强和引进服务的机制,建立系统的节能减排技术升级系统,提倡真正意义上的技术创新活动的开展。
节能减排工作涉及的技术含量要求比较高,一方面我们要对从事石油企业相关节能减排工作队伍进行管理,培养本企业具有丰富工作经验人员上岗。再由于节能减排是一个较为复杂的系统工程,涉及面广、技术运用复杂,因此需要对石油企业节能减排建立统一的标准,依据标准加快研发节能减排新技术、新方案、新措施,促进企业持续健康稳定发展。
石油企业创新技术不仅在节能减排中占有重要地位,其从源头指向问题本质,可以引导企业把“源头削减、过程控制、末端治理”相结合,对企业节能降耗、排放无害化、资源化处理,推进行业科技进步,提升行业工艺技术与装备水平具有重要作用。
设备是完成节能减排的直接工具,直接关系着节能减排目标能否实现。为此,在设计模式创新后,要对关键的设备进行调整。调整过程要依据设计的参数进行,要求设备与工艺目标和节能目标相符。设计目标落实于设备层面,主要设计设备选型,为此,应创新设备选型。环保设施包含大量的通用设备,考虑到这些设备多由专业制造商制造,所以可以进行精准参数优化,提升设备的节能能力,挖掘设备的降耗潜能。依据设备自身的特性,结合节能减排目标,进行精准定量设计和计算,然后对设备参数进行全面调整。应尽量减少设备容量浪费,同时还要强化辅机容量工艺和降低设备容量[2]。
通过系统局部创新达到节能减排,在现有的工艺基础上,进行系统的局部优化。以城市污水处理厂和火力发电厂为例。污水处理的节能降耗关键是节电能,因此,在节能减排改造中,应充分考虑污水处理工艺的各级能耗,扩大节能空间。在污水处理厂,二级处理过程耗能最大,占污水处理厂总耗能量的70%,因此,污水处理厂运行时节能降耗技术应该重点用在二级处理过程。首先对二级处理单元中各个设备的电能消耗过程进行分析,通常污水处理中所用的设备为搅拌器、内回流污泥泵、外回流污泥泵、剩余污泥泵、鼓风机、二沉池刮泥机、加药泵几部分,它们对电能消耗的比例(相对二级处理总能耗来说)分别是13.5%、3.0%、7.1%、0.4%、75.3%、0.5%、0.2%。可以看出,耗电量最大的是鼓风机,因此,要想有效提高二级处理单元的节能降耗效果,需要参考风量,风压,曝气量等参数,科学合理的选择鼓风机并建立精确的曝气流量控制系统,实现智能化曝气调节。并在处理设备中加设回收二氧化碳装置,以降低二氧化碳的产生量[3]。据统计在二级处理过程中进行局部的技术创新可有效节能35%左右。另外,电力行业普遍认为火电厂的节能减排已接近极限,继续进行,投入太大,难度太大。但是,上海外高桥第三发电厂通过长期的研究和实践,突破陈旧的设计规范,创造了一系列节能减排创新技术,粉尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别达到11.63mg/m3、17.71mg/m3、27.25mg/m3,全部优于我国火电厂大气污染物排放标准。由此可见,通过系统局部创新能达到节能减排,做到节能减排绿色环保生产。
商丘市金源机械设备有限公司创建于1982年。该公司立足其现有基础设施,依靠专家技术人才和高新技术,以研发生产工艺现代化和设备自动化、大型化为手段,促进设备生产工艺结构的优化,促进了废旧资源回收再利用的合理与优化,提高劳动生产率,研发生产科技含量高、操作方便的新产品,并提升了公司的整体形象,提高了社会效益和经济效益。
该公司运用先进的环保技术,在脱硫除尘的环保措施上每年投入的资金不低于20万元,能源消耗量每年呈递减趋势,节约了大量能源。工业废水和废气排放达到国内领先水平,生产过程中产生的废料通过循环再利用,达到了最大化利用。在加强废气循环系统的技术改造的同时,又节约了生产成本。创造了可观的经济效益、环境效益和社会效益。1990年商丘金源机械设备有限公司与“郑州粮油食品工程建筑设计院”联合设计,采用国内独创的热催化裂解新工艺,其产品得到升级换代;1998年又与美国亚特兰大韩丽博士合作,其技术水平和产品质量达到国际先进水平;2006年与澳大利亚墨尔本张世民博士合作,产品技术、环保要求达到国际领先水准并通过国际环保质量体系CE和SGS认证;该公司现拥有国家专利12项。
各项控制指标全面达标,能源消耗总量2012年度为30万度电,2013年度为25万度电,同期节省17%,达到国内先进水平;节能量2012年度为50000度电,2013年度为35 000度电,同期节省42%,达到国内先进水平;废料(钢材)排放量2012年度为10吨,2013年度为3吨,同期节省233%,达到国内先进水平;废旧物资处理量2012年度为8吨,2013年度为lO吨,同期节省25%,达到国内先进水平;轮胎出油率2012年度为40%,2013年度为45%,同期节省12.5%,达到国内先进水平;二氧化硫排放量、工业废水排放量、烟尘排放量、工业粉尘排放量2012年度和2013年度均为零,达到国内先进水平。
充分合理利用资源、能源,提高使用能效。金源公司聘用优秀设备制图设计师,在生产制图设计上,本着“资源最优利用’’的原则,最大限度地节省设备制作原料。焊机方面,将普通焊机换成二保焊机,最大限度地节省焊接原料;将普通焊机电源换成逆变式焊机电源,可省电30%;设备下料时采用等离子数控切割,提前排版,可节省钢材20%;生产现场采用“6s”现场管理,原料堆放整齐,减少了重复工作,节省人力资源;公司冷凝设备所用实验水,全部循环使用,节省水资源;生产设备采用技术领先的高效节能设备。
他们积极制定治理方案。在生产过程中,实施废钢材的循环回收再利用,实现最大限度地利用钢材;对于使用不完全的焊条,回收再利用;对车间噪声大的设备加装减震设备,车间外墙采取隔音措施,安装吸音板,设备加消声罩式消声器,车间内设隔音值班室。
加强厂区绿化。绿化重点放在易产生粉尘的车间周围及厂区主干道两侧,种植多种洗尘、吸音树种和花草,使道路不露土,形成优美的工作环境,减少风沙、粉尘。
节约非生产性开支。建立规范办公用品的采购、配备、领用制度,严格办公用品配备标准,合理控制办公用品发放数量,努力减少办公用品的用量。大力提倡废物利用,延长办公用品使用寿命,开展废旧电脑、打印机、复印机、电池、灯管等办公用品的回收利用。节约电器用电,使用计算机、打印机、复印机等办公自动化设备时,要尽量减少待机消耗,不用时及时关闭。加快淘汰高能耗、低效能的办公设备,优先使用环保、节能型电器。
该公司为保证生产工艺流程和技术设备不断采用节能新工艺、新技术,他们组织该厂技术人员集思广益,并在外地专家的指导下,投入资金600多万元,对设备制图、生产工艺流程及部分生产技术设备设施等进行更新和改造。钢材钢板利用率提高20%以上,全生产过程关键技术设备得到调换和更新,部分关键技术的创新,降低了损耗,节约了能源资源,提高了生产效率效益。
2012年金源公司投入资金38万元;进行电焊机的改良,共节约焊条5000余条,节电40000度。2012年度,投入资金约46万对冷凝设备实验用水的循环利用节约水资源300吨;投入资金约96余万对由煤加热而改进采用微波电磁加热技术每年可节约煤200吨以上。
他们试制研发了微波、电磁加热处理容器并对高耐磨压轮的材质进行锻造,热处理渗碳,高频处理;模组模盘开机后温度升高的曲线变化对固体可回收废弃物分解过程影响的实验。着重设计了固体可回收废弃物在主炉里初次升温到温度升高后最大化对电磁热利用和二次辅热原料热解的利用;设计了多回程燃烧热利用技术,开云体育 开云平台提高原料油气产生的利用率,确保热转换率不低于40%,完成了常压锅炉设计工作压力0.09MPA,试验水压0.3MPA,试验时间30MIN。对电磁微波热炉进行试验,循环水压不低于0.2MPA,火力强度不低于2KW,额定的热量不低于12KW;在二次辅热燃烧室的设计创新上取得了突破,提高了油气利用率,确保了无烟排放。
互联网数据中心(Internet Data Center,IDC)是一种拥有完善的设备(包括高速IP接入、超强的网络安全、安全可靠的机房环境等)、专业化的管理和应用级服务的互联网数据平台。与传统电信机房相比,其主要特点是服务器、存储和网络设备众多且集中,需要大量的集中供电。数据显示,2009年我国通信行业年电耗量已达290亿kWh 以上,而空调耗电则达100亿kWh以上,通信行业成为未来节能减排的重要行业。
数据中心能耗主要集中在服务器设备、制冷设备方面,空调用电占机房总用电量的30~50%。数据中心的高能耗不仅带来运营成本的急剧攀升,而且产生沉重的碳排量负担[1-2]。如何利用各种管理、技术措施降低数据中心的能耗,已经成为当务之急。
该文针对目前普遍存在的数据中心高密度机房能耗过高问题,结合数据中心节能减排技术,分别从服务器设备节能、空调设备节能、电源设备节能等方面进行研究[3],以达到机房建设绿色环保、节能减排的目的,同时提高运营商的IT运维水平,以支撑网络业务的快速增长。
目前,服务器节能技术方案包括服务器芯片及配件节能、基础架构级节能和系统级节能。服务器芯片级节能技术主要包括CPU功耗控制、CPU频率调整、芯片级冷却技术和专用低功耗部件等。基础架构级节能主要包括存储制冷、高效率电源、水冷及液态金属制冷机柜和智能温控风扇等。在系统级节能的技术中,可以基于负载情况动态调整系统状态、实施部分节点或者部件的休眠,根据各进程能耗的不同对CPU任务队列进行调整,根据能耗进行进程及作业级迁移等。
Performance Level和PowerCap(功耗封顶)是服务器节能方案经常采用的节能技术,其中Performance Level通过设置系统的性能级别,控制CPU的工作状态,从而实现服务器节能,该技术无需布置BMC网,实施相对简单,技术适用性极高,能够有效对所有x86服务器进行节电。PowerCap是服务器BMC(Baseboard Management Controller,基板管理控制器)卡提供的一个功能,通过设置该服务器最高的能耗值来限定整机的功耗,该技术可控制度高且灵活,控制程度更精细,数据精准度达到100%。在实际应用中,服务器节电采用何种控制方式,取决于服务器本身条件。
通过在不同操作系统下针对不同厂家、不同类型的服务器进行实际节能测试,采用Performance Level节能技术,服务器平均可节约功耗87W/h,平均节电比例为16.17%。采用PowerCap节能技术,服务器平均可节约功耗64W/h;平均可节电比例14%。
传统的机房空调节能主要包括采用变频技术、提高冷水机组运行效率、采用节能环保型制冷剂、充分利用自然冷源(室外新风)等方式[6]。如前所述,服务器是空调或新风系统最终服务的对象,其发热量降低能够减少空调及新风的能耗需求。基于此,该文提出一种基于服务器散热系统定制化的空调节能技术[7],通过有效减少服务器散发到数据中心的发热量,达到提升数据中心环境温度和空调系统节能减排的目的。
该方案将热管技术应用在服务器散热系统,充分利用热管的高效导热性能,将服务器内部器件产生的热量传递到冷水板,在冷水板中与流动的冷水进行换热,最后由冷水板中的冷水将热量排出数据中心。本方案可以有效消除服务器的热岛效应,降低数据中心空调系统的制冷压力。同时,通过与冷却塔免费供冷、室外新风量冷却等技术有机结合,能够充分利用室外自然冷源,从而到达到空调系统节能的目的。
热管水冷散热系统应用方案如图1所示,整套系统包括热管固定板、热管、水冷板和管道等。其中,水冷板装配在服务器机架外,这样既可以利用冷却水高效的冷却性能,又可以使冷却水不进入服务器机架,保证服务器运行的安全性。
经过实际测试,当数据环境温度为25℃、水冷板进水温度为25℃、水冷板进水流量为0.5L/min时,与采用风扇散热的服务器相比,两个CPU温度最高分别降低38℃和31℃。当水温从25℃提高至30℃时,CPU温度分别提高了5℃和4℃,但仍比传统风扇散热系统的服务器CPU温度要低很多。
服务器工作温度降低,能够有效消除热岛效应,数据中心空调制冷的压力也大大降低,按照空调机组蒸发温度每提高 1℃,机组节能2%计算,空调系统能够达到不错的节能效果。
冷却塔免费供冷技术是室外自然冷源的一种利用方式。在高温季节时,冷却塔可以用来制备冷水机组的冷却水;当室外空气温度降低、满足免费供冷要求的时,可以关闭冷水机组,通过阀门调节让冷却塔直接制备冷水送入服务器水冷板,对热管蒸发端进行制冷。一般地,按照冷却塔工艺与冷却效果,冷却塔的出水温度比室外空气的湿球温度高3℃,即还存在比室外空气的干球温度更低的可能,同时考虑水冷空调系统的制冷效果优于风冷空调系统,因此,冷却塔免费供冷技术有较高的节能效果。
服务器散热系统中热管主要偏重于将服务器CPU产生的热量以及少部分其他部件产生的热量带走,因此,在高温季节,数据中心仍需开启机房空调来保持较低的环境温度。而在冷季或者过渡季节,当室外温度低于室内机房温度时,理论上即可将室外较低温度的新风送至室内,带走室内负荷后再由排风机排出机房。此时,可以考虑将机房空调直接关闭,尽最大量地利用自然免费冷源,从而达到节能的目的。新风的直接引入会对机房环境造成影响,在做新风直接引入系统的同时需要考虑机房温度、湿度、洁净度等问题。
传统数据中心中供电系统构架一般是由市电、变配电系统、柴油发电机组系统、楼层配电系统、交流不间断电源系统、交流列头柜和设备机架电源组成[8]。该文在不改变传统供电系统结构的基础上,对数据中心的UPS主机运行模式进行调整,将传统UPS的双变换在线工作模式更改为ECO经济运行模式。绿色休眠在线UPS技术(ECO模式)是在市电正常情况下通过静态旁路给负载供电,只有在市电断电情况下才切换到电池逆变模式,通过减少UPS主机整流滤波和逆变环节来实现电源系统的节能减排,其技术应用方案如图2所示,与传统双变换在线式UPS系统相比,绿色休眠在线UPS系统节能效果突出。
运行效率高:现有UPS主机采用ECO运行模式,UPS主机效率在98%以上,且UPS主机的运行效率与UPS主机负载率无关。
可靠性高:市电停电时,由蓄电池组通过逆变器为IT设备提供电源,逆变器切换时间小于10ms。
电源质量:静态旁路正常供电时UPS输入、输出电源质量包括:电流、电压、频率等均满足服务器电源模块输入要求。
目前,UPS主机ECO运行模式能够在市电正常时,由UPS主机旁路为IT设备提供交流电。但是,为了保证市电断电时转换开关切换时间满足IT设备需求,UPS主机整流滤波电路和逆变器电路需要时刻处于待机状态,因此存在电能损耗问题。
数据中心基础设施的模块化建设是近年来一个非常热门的话题。在新型绿色数据中心建设方面,可以采用单元模块化建设方案。按照最初的定义,模块化数据中心(Modular Data Center,MDC)把整个数据中心场地分为若干独立区域,各区域的规模、功率负载、配置等均按照统一标准进行设计,数据中心的扩展随着业务需求的不断增加由一个模块扩展到另一个模块[9]。随着集装箱数据中心的出现,MDC也用来描述集装箱数据中心。然而,目前国内的地理环境不具备部署集装箱的条件,因此,越来越多的客户开始尝试采用开放式机架构成模块化模组,将送风单元、配电单元与机柜整合后构成标准的模块化数据中心模组,按照业务需求进行分阶段部署。
数据中心采用模块化建设,可以大大提高数据中心的可用性、灵活性以及降低成本,其中降低成本方面包括降低初始成本、降低非能源的运营成本和降低能源成本。就节能减排而言,数据中心采用模块化建设方案,可以按照现有的IT需求规划基础设施,并根据IT需求的增长添加新的组件,这种方式使用户只需为所需的设备提供配电和制冷,因此节约的电力成本非常可观。此外,模块化UPS设计使得UPS的容量与负载需求更为匹配,从而提高了UPS的工作效率并减少了实现冗余所需的UPS模块的容量。
在该文提出的空调节能方案中,由于热管散热系统集成在服务器机架上,制冷模块里主要包含冷却水系统。为保证水冷系统的长期有效安全运行,在数据中心建设中,冷却水可以采用二级换热冷却技术,即水冷板中的冷却水采用闭式水循环系统,以保证循环水的水质来保证水冷板的换热效果。在冷却水的另一端通过加设板式换热器,来与冷却塔中的冷却水进行“水-水”换热。
该文针对数据中心能耗过高的问题,分别从服务器设备、空调设备、电源设备和模块化数据中心建设等方面进行了节能性方案研究,并综合考虑服务器与空调系统和电源系统的联动效果,提出一种基于服务器散热系统定制化的空调节能技术和绿色休眠在线UPS技术,通过实测表明,提出的技术方案能够实现良好的节能效果。随着数据中心数量的迅速增长和规模的急剧扩大,节能减排仍是未来数据中心的主要研究方向。开云 开云体育平台
[1] 黄森,潘毅群,Peng XU.数据中心节能研究现状与发展[A].全国暖通空调制冷2010年学术年会,2010.
[2] 曹茂春,齐雄.基于能效模型的数据中心节能研究及其应用[J].技术与工程,2012(6):101-105.
[3] 王铁楠.数据中心节能方案分析[J].智能建筑与城市信息,2012(3):15-20.
[4] 吴甜,刘利祥,虎嵩林.绿色数据中心的服务器节能机制与策略[J].微电子学与计算机,2011,28(8):108-111.
[5] 毛兴江.服务器性能测试与能效研究[D].北京:北京邮电大学,2012.
[6] 钱晓栋,李震.数据中心空调系统节能研究[J].暖通空调,2012,42(3):91-96.
[7] 周峰,田昕,马国远.IDC机房用热管换热器节能特性试验研究[J].土木建筑与环境工程,2011,33(1):111-117.
在人们环保意识逐渐增强、环保政策法规越来越严格的今天,减排节能电除尘新技术越来越受到人们的关心和重视,长期以来,电除尘以其省、能耗低、维护费用低而倍受广大使用单位的欢迎。
通过综合应用电力电子、微电子等技术,实现对电能的高效能变换和控制,包括电压、电流、频率和波形的变换,满足电除尘供电特性和要求。
(1)高效节能。效率与功率因数高,高频电源效率大于0.9,功率因数大于 0.9,比工频电源节能 20%以上。
(2)可以较大幅度地提高除尘效率。配套高频电源可以有效提高电除尘器效率,按照国内外应用高频电源经验,由于其卓越的电气和放电性能,通常能降低排放30%左右。
(3)体积小、质量轻。高频电源变压器与控制柜集成一体化,可以安装在电除尘器顶部,电缆用量少,不占用控制室空间,可节省一定的土建成本。
在世界各地,已经有 500 多台 SO3烟气调质装置作为电除尘提效补丁设备成功配套使用。龙净公司在国内率先引进了德国 PENTOL 公司的专项技术。该产品具有集成度高、全自动控制、免维护等优点,是针对高比电阻工况下提高电除尘效率的一项较为实用的补丁技术。
该产品作为电除尘提效的补丁手段,独立性强,操作灵活,综合运行费用较低。当机组燃用比电阻合适煤种时,电除尘器能满足排放要求,调质设备可不投用;当机组燃用热值差、比电阻高的煤种时,调质设备投用,仍可确保电除尘满足低排放要求。
在现今大型化电除尘装备中,必须高度重视气流分布和浓度分布技术,不正确的分布将直接导致排放超标。这种影响包括:烟气未经电除尘处理,即气流旁路,为电除尘内部阻流板设置不到位所致;多室电除尘器各室的烟气流量不均衡,与电除尘器连接的烟道结构及导流引流设计相关;多室电除尘器各室的烟尘浓度不均衡,与电除尘器连接的烟道结构、空预器等相关;多室电除尘器各室的烟气温度不均衡,与电除尘器连接的烟道结构、空预器、烟尘浓度分布等相关。
可从检测分析着手,通过现场检查电除尘器内部阻流结构及连接烟道的内部气流分布装置的安装情况,结合电除尘性能测试结果加以评估,找到症结所在,对症下药。对于大型电除尘器,还可利用计算机开展 CFD 气流分布数字模拟计算各室气流分布情况,找到问题症结,并设计修正方案。
二次扬尘主要受振打和高气流速度影响,在高电风下也会造成不必要的二次扬尘,使得除尘效率下降。
(1)合理配置振打机构的振打强度,避免过大的振打力。(2)优化振打程序,避免过于频繁振打,对于大型化设备,可采用正交试验法结合烟尘浓度排放变化情况通过试验确定最佳振打制度。(3)采用断电振打控制模式,使得聚集在极板上的粉尘层更多地呈块状脱落,清灰更加彻底。(4)采用关断气流断电振打或移动电极技术,可有效解决二次扬尘问题。
(1)高风速意味着高浓度,可换用高频电源,以减少电晕闭塞,提高电场工作效率,减轻二次扬尘损失。(2)在电场下部高粉尘浓度区设置低风速渐变阻流格栅,有利于粉尘安息,减轻粉尘扬起。(3)在除尘器前端安装凝聚装置,改善粉尘凝块,例如只使用氨或同时用氨和 SO3进行调质。(4)增加电场高度或宽度,扩大电场烟气流通断面积,降低电场风速。
(1)电除尘在运行时安装在灰斗上的气化风大多处于常开状态,当灰斗灰封不足时,气化风就成为二次扬尘的风源。应对措施主要有两条:一是保持一定的灰封;二是气化风由常开状态改为与输灰联动控制的间歇供气方式。(2)灰斗输灰系统采用正压气力输送方式时,与灰斗连接的仓泵的气压平衡管往往插入到灰斗内中上部,该平衡管的排气成为二次扬尘的风源,其周期性的气压释放气流对落入灰斗内的灰尘会产生较大的扬起,对电除尘满足低排放要求产生致命影响。解决的措施是增设气力输送平衡管的母管,通过该母管汇集各仓泵平衡管释放仓压的气流,并将该气流送到电除尘器前置竖井烟道内,这种方式可较为彻底地解决气力输灰扬尘问题。
常规的电除尘器粉尘荷电与收尘功能是在同一个电场内完成,电场场强往往受荷电电压限制,使电除尘效果不能得到最佳发挥。这里提供一种阴阳极分小区布置、复式组合的机电多复式双区收尘电场新型产品技术,开云 开云体育平台根据设计要求,可沿电场长度方向设置2~3组荷电与收尘小区并呈复式交错布置。
移动电极电除尘器(以下简称 MEEP)由日本日立公司大约在1979 年研发成功并投入首台样机的工业应用。MEEP 选型要点如下:
(1)采用移动电极的电除尘器与全部固定电极的电除尘器相比,由于选型小,占用场地明显减少。不论是对于改造项目,还是对于新建项目都是非常有利的因素。(2)移动电极清灰效果明显,能保持极板持续干净,从本体结构上能够消除高比电阻粉尘反电晕的条件。(3)由于转刷安装在下部无烟气通过的地方,能有效消除二次扬尘。(4)要保证可靠性,关键在移动结构件的制造,包括用材、制作工艺和保证精度等。主要是金属丝刷与转轴的固定,极板与框架的装配以及框架与链子的装配,驱动轮与链子的啮合精度等。(5)移动电极极板驱动轮和传动轮系统,转刷的驱动轮和传动轮系统,都需要密封和支撑,需要用到承重轴承、定位轴承等,因此需要增加和密封的油路系统。(6)移动电极转速不宜过快(一般为 0.5 m/min),否则容易加剧磨损,甚至可能会出现电极摆动等问题。由于电极移动转速的限制,对于移动电极电场,前提条件是入口浓度小于 1 g/m3。在 600 MW等大型除尘器上,移动电极单向总高将达到 17 m 左右,由于移动电极转速不高,若入口浓度过高以及粉尘比电阻较高时,仍将存在由于电极上积灰得不到及时清理而出现的反电晕问题,会影响除尘效率的正常发挥。
湿法电除尘器采用洗涤电极的方法,可确保电极清洁,并可有效捕集细微粉尘、去除 SO3
及一些重金属等,主要应用在冶金环境除尘等常温型工况场合。用在燃煤锅炉湿法脱硫后,可捕集逃逸的 PM2.5细微粉尘等,有效解决石膏雨等问题,实现近似零排放。但要注意解决好设备防腐以及废水循环处理。
主要是通过对不同煤种、不同工况、不同负荷条件下的各种运行数据的分析、归纳和总结,对电场动态伏安曲线族与工况特性变化的关系规律进行对比和分析,建立不同的工况特性分析诊断的数学模型,基于该模型可以可靠地计算出电除尘器的反电晕指数和常电晕指数,正确地反映整台电除尘器的工况状态和变化趋势。结合锅炉负荷、烟气量、烟气温度、吹灰信号等多种信号;自动分析、诊断电场工况;实时自动选择高压供电的供电占空比和运行参数;实现综合节能,使电除尘器始终运行在功耗最小、效率最高状态。
全布袋除尘工艺不仅在技术上可行,且具有省、占地少、运行费用低等优势,是符合我国特点的新技术,是典型的节能环保工程。电加袋除尘器由电除尘器改造而成,开云 开云体育平台改善了电除尘器的除尘效率收粉尘“比电阻”的影响很大,除尘效率低的缺点。
综上所述,各项提效技术均有与其相适应的工况条件,针对每个项目的不同特点,可以选择性地使用,或者将各种补丁技术进行有机结合,可实现10~30 mg/m3的超低粉尘排放,应用湿法电除尘技术甚至可实现 5 mg/m3以下接近零排放的目标,达到节能减排的最大化效益。
宝钢集团八钢公司的两台265m2烧结机,先后于2006年12月18日和2008年10月5日建成投产,一台430m2烧结机2011年8月1日建成投产。八钢烧结坚持以技术进步为核心,不断创新,不断改进,始终坚持节能减排以取得经济效益和社会效益为追求目标。
以前,部分炼钢和轧钢污水由泥浆泵泵入A265烧结混合机,多余的污水则通用罐车倒到附近山上晾晒,干污泥再配入烧结混匀料中,这种污水处理法既污染了环境,又增加了运输成本。
B265、C430烧结投产后,随着水幕除尘的使用,我厂将污水直接加入生石灰消化器中。烧结生石灰消化平均耗水约2100m3/天,八钢污水产出量约为1200-1500吨/天,因此污水可完全消耗掉,不足用水由生石灰水幕除尘排放的冲洗水补充。
污水用于生石灰消化,产生了良好的经济和社会效益:除减少环境污染外,每年回收污泥(干基)约7.3万吨,烧结矿水耗降低0.38m3/吨,降低运输费用134万元。
生石灰消化对提高烧结矿的产质量效果非常明显,但是由于生石灰在消化过程中放出大量的热,产生大量蒸汽,温度高达200-300℃,同时夹带大量有腐蚀性的粉尘,对岗位的环境影响较大。因此,很多烧结厂因环境问题都没有使用。
我们在对兄弟烧结厂和除尘器厂家考察、论证的基础上,采用湖南金钟环保除尘器厂生产的水幕除尘器很好的解决了此项难题。
3.1配料胶带机加装导流罩隔绝粉尘蒸汽外溢保证混合料料温,因受到建厂后厂房限制,水幕除尘器只在生石灰消化器处安装了两台,保证了配料皮带消化端的现场环境,配料皮带进混合机仍有约100米的通廊处在粉尘蒸汽的恶劣环境中,因此我们采用了在配料皮带上加装一层导流罩,导流罩上架设风管安装轴流风机。使用轴流风机通过风管将导料槽内的粉尘和蒸汽抽走,环境改善明显。但生石灰配加污水消化产生了大量的粉尘蒸汽,一段时间后,轴流风机叶片粘泥严重,轴流风机烧损严重,增加了设备维护成本。为保证人员设备安全及现场环境,开云体育 开云平台配料环节被迫停止熔剂加水消化,从而导致烧结机产能受限。
在原导料槽上方在增加一层密封罩,风管位置上移。具体实施方式:密封罩在导料槽上方,将导料槽密封住,密封罩为梯形,使用φ20mm长为1000mm圆钢作为密封罩的支撑腿,上方用40mm*40mm的角钢做架,两面用帆布密封,帆布上方用螺栓固定,下方不固定,便于打开,不影响点检设备和更换胶带机托辊,前后用0.5mm铁皮密封。将轴流风机风管上移至密封罩内,只抽取密封罩内的粉尘和蒸汽,密封罩内的粉尘量小,这样可有效减少轴流风机叶片粘泥的现象。
通过加装二层密封罩和风管位置的移动,减少轴流风机叶片粘泥的现象造成的轴流风机烧损,保证风机的正常运行,也可以对混合料起到保温效果提高烧成效率,消除皮带通廊内的蒸汽及粉尘,有效解决了环境污染问题,保证了生产的正常运行。
炼钢工序不但产生大量的污水而且还产生了含水量30%以上的粗颗粒污泥,含水量30%以下的粗颗粒污泥可通过污水泵车加入配料混合系统参与生石灰消化。含水量30%以上的粗颗粒污泥则通过车辆拉运倾倒晾晒后再拉运至料场参与混匀,不但污染了环境还增加了生产及运输成本。
为治理炼钢粗颗粒污泥堆存场地污染问题,降低工序环节的生产运输成本,八钢公司决定由烧结工序直接配加利用炼钢粗颗粒污泥,因此需加新增烧结工序直接配加炼钢粗颗粒污泥的装置设施,达到能够完全消化掉炼钢粗颗粒污泥的问题。通过在烧结直接配加使用炼钢粗颗粒污泥,每日接收处理炼钢工序产生的粗颗粒污泥160-180吨。
炼钢粗颗粒污泥项目采用地坑进料,行车抓斗上料,螺旋输料的方式。污泥配加点选取在265烧结的B混-1皮带上。考虑到新疆冬季时间长及物料特点,需新建一工房(配套采暖设施),面积约119平方米,长14米,宽8.5米,高度12米,污泥地坑、行车及螺旋设备均设置在工房内。采用一台φ500无轴螺旋输送机及配套的小料仓(容积7.2m3,采用称重传感器)等,一台7.5米跨度5吨单梁桥式抓斗起重机抓料,污泥卸料地坑长6米,宽6米,深3米,容积108立米。
2012年11月炼钢粗颗粒污泥项目建成投入运行,开云体育 开云平台通过3个月的生产运行每天全部处理掉炼钢工序产生的粗颗粒污泥160-180吨,预计年处理量达55000吨以上。产生了良好的经济和社会效益:除减少环境污染外,每日处理量160吨×365天×95%作业率×(代替铁料成本500元/吨-污泥压滤运输成本50元)-项目投入=2346.6万元/年。
为提倡低碳、环保、节能的生存理念,八钢公司以技术进步为核心,深入现场不断创新,不断改进,节能减排与环保新技术相结合取得了社会效益和经济效益的双赢。