內蒙古一機集團鑄造有限公司綜合節能改造項目

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一、案例名稱

內蒙古一機集團鑄造有限公司小件2號臺車式熱處理爐蓄熱式改造、2臺25噸冶煉烤包器節能改造、火焰淬火機床天然氣替代瓶裝火鳥王、連續爐冷卻循環水綜合節能改造項目

二、案例業主

內蒙古一機集團鑄造有限公司是內蒙古第一機械集團有限公司全資子公司，隸屬于中國兵器工業集團公司，企業注冊資金12587萬元。企業占地面積15平方千米，現有職工1400多人。是以大中型鑄鋼件生產為主的單位，經幾十年的發展，形成了以冶煉鑄造、熱處理為核心的技術體系，產品廣泛用于軍品、鐵路車輛、工程機械等行業。

三、案例內容

1.技術原理及適用領域

(1)蓄熱燃燒技術。

蓄熱式燒嘴一般成對工作，其中一個燒嘴處于燃燒狀態，而另一個燒嘴處于排煙狀態，一般經過40~90秒時間(蜂窩體)，換向閥將兩個燒嘴的工作狀態自動交換。燒嘴在排煙狀態時，爐內高溫煙氣通過燒嘴磚進入蓄熱體，將煙氣中的熱量傳給蓄熱體，煙氣溫度可由800~1250°C(視爐溫而定)降到150°C以下，由引風機排出廠房外。蓄熱燒嘴經過自動換向后，轉入燃燒狀態，由鼓風機送出的空氣進入蓄熱器，這時的空氣由20°C升到800~1150°C(視爐溫而定，一般低于爐膛溫度100~150°C)后被送入爐膛內與對應高熱值燃料邊混合邊燃燒，就這樣循環往復，從而將高溫煙氣中90%以上的熱量由空氣重新帶入爐內參加燃燒，從而達到高效節能的目的。

國內蓄熱式燃燒技術發展速度很快，近十年來，隨著蓄熱材料的突破，同時配合燃燒高速切換控制技術的提高，該技術已泛應用于鋼鐵、冶金、機械、建材等工業部門中的各種工業火焰爐。

(2)燃氣射流鋼包烘烤技術。

燃氣射流烘烤器是一種新型燃氣燃燒技術，是獲得國家發明專利技術產品，該產品具備常溫下易點易燃、電子自動點火，不脫火、不熄火及空氣和燃氣燃燒比例自動調配等優點，不需要人工調解，在燃氣管道壓力出現波動或是人為控制燃氣供應時，該技術能根據燃氣量的多少，自動調節助燃空氣比例，以達到燃氣充分燃燒，消除了風機固定送風引起的配比偏差，造成的不完全燃燒現象。鋼包烘烤的質量得到了提高，爐齡得到了延長，同時避免了燃氣不完全燃燒產生泄露，使安全得到了保障。通過提高燃燒效率節約了燃氣消耗;該技術省去了風機送風，節約了風機電耗。

烤包器射流燃燒烘烤技術為國內成熟技術，適用于冶煉、鑄造行業鋼包、精煉包烘烤領域。

(3)天然氣替代瓶裝火鳥王。

采用高效、清潔、安全的管道天然氣替代瓶裝液化氣，降低能源費用和人工成本。

(4)逆流密閉式冷卻塔的冷卻原理。

在盤管中流動,盤管外壁被噴淋水包裹，流體的熱量通過盤管壁傳遞，與水和空氣形成飽和濕熱蒸汽，熱量由風機排入大氣，水分被擋回集水槽循環噴淋，消耗量極少，噴淋水在循環過程中通過風機帶走熱量降低水溫，與新鮮入風形成風水同向流動，盤管主要依靠濕熱熱傳導方式，這樣的運行原理的重要特點就是最大可能抑制盤管外壁的水垢生成。

逆流密閉式冷卻塔與開式冷卻系統相比，可大幅降低循環水和生產水用量，適用于鑄造、熱處理、化工等循環水冷卻領域。

2.節能改造具體內容

(1)改造前。

①小件2號臺車式熱處理爐

內蒙一機集團鑄造有限公司小件2號臺車熱處理爐爐體結構老化，排煙溫度高達500°C，排煙熱損失約占爐子總供熱負荷的40%~50%，煙氣余熱未能得到充分利用，熱能回收率低，能源浪費嚴重。

②25噸冶煉烤包器。

冶煉車間使用的2臺25噸鋼包烘烤器為老式鋼包烘烤器，采用風機送風方式，無法調節空氣和燃氣比例，燃氣流通不順暢，固定式風機送風根本無空燃配比概念，燃氣浪費嚴重，空燒現象較多。

③連續爐冷卻水系統。

由于企業所供應的循環水溫度較高，無法起到對淬火槽和水冷梁降溫的作用，經常需要使用溫度相對較低的生產水來進行降溫，導致生產水的用量居高不下。

④火焰淬火機床瓶裝火鳥王(液化石油氣)。

內蒙一機集團鑄造有限公司采用瓶裝火鳥王(液化石油氣)作燃料，每年能源成本人工成本、運輸費用13萬元，且存在較高的安全隱患。

(2)改造內容。

對業主單位2號臺車式熱處理爐進行蓄熱式改造、2臺25噸冶煉烤包器進行節能改造、火焰淬火機床天然氣替代瓶裝火鳥王(液化石油氣)、連續爐冷卻循環水系統進行節能改造。具體改造內容如下:

①11-15-2號臺車熱處理爐蓄熱式燃燒改造。

a.基礎與軌道。

基礎包括爐體基礎，地面軌道基礎，臺車牽引機構(頓齒輪機構)基礎，風機基礎等部分組成。

基礎部分的土建施工的預埋件包括軌道預埋墊板，爐體立柱的預埋墊板。軌道采用43kg重型軌道，頓齒輪的基礎，充分考慮了檢修維護的空間。基坑用鋼蓋板覆蓋，鋼板厚度>10mm，便于吊運。

b.爐體鋼結構。

爐體鋼結構為型鋼和鋼板焊接組成，爐墻鋼板按型鋼框架的自然分割，采用分離式拼裝并與型鋼框架間斷焊接，避免鋼板受熱后發生整體變形。爐墻鋼板厚度>4mm，側墻型鋼均按受熱情況下強度變形驗算，立柱型鋼規格設計時確定。

c.耐火材料爐襯。

全纖維爐襯的施工方式采用層鋪+預制模塊結構。此種纖維爐襯施工方案是:貼靠鋼板處層鋪兩層錯縫搭接的纖維毯，錯縫有利于密封;交錯的內層疊鋪有利于各個方向的膨脹壓緊，增大纖維整體受力強度;在保證纖維回復彈性的情況下采用單向膨脹的折疊模塊，彈性好，收縮小，使用壽命長。爐墻纖維總厚度300mm。

d.臺車及牽引機構。

臺車由耐火砌體、金屬車架、耐熱鑄件行走和牽引機構組成。

e.爐門及升降機構。

爐門密封壓緊采用四輪滑道自力式壓緊機構。簡單、可靠。爐門開啟高度可遙控調節和固定按鈕盒調節，并設有極限限位裝置，

爐門框采用耐熱鋼導板，保證爐門與門框的密封和承受爐門對爐內纖維的單向壓力。

爐門升降機構由安裝于立柱橫梁上部的電機、減速機驅動鏈輪，重型套筒滾子鏈鏈條帶動。爐門通過安裝在兩側的滾輪沿滑道垂直升降，運行準確、平穩。爐門設有升降限位裝置，確保操作安全和運行可靠。

f.空氣、燃氣管路系統。

爐子的主燃氣管道安裝燃氣專用手動截止閥、自動安全快速切斷閥、電動執行器過濾器、氣體流量計、壓力表及安全壓力保護開關等。

空氣管道分為冷空氣管道和熱煙氣管道兩種。

g.蓄熱式燃燒及控制系統。

采用的數字化蓄熱式高速脈沖燃燒技術和控制技術平臺是一種把蓄熱式技術與高速燃燒技術結合在一起的新型的蓄熱式燃燒技術，蓄熱式燃燒器延續采用高速脈沖燃燒技術，該技術主要是利用高速燒嘴的高速噴射特性，強制攪動爐內爐氣，強化爐氣循環使爐溫更均勻。我們將高速燒嘴和脈沖控制的技術特性相結合并將其技術延伸。強制攪動爐內爐氣，強化了爐氣循環，使爐溫更均勻。

采用的燃燒器有著與常規高速燃燒器完全相同的火焰速度，火焰速度設計為60~120m/s，高速沖擊的火焰，形成爐氣強烈攪拌效果。特殊的燒嘴孔型設計，將爐膛上部煙氣強制回流，進一步強化爐氣的攪拌，使爐溫更均勻。特殊的燒嘴孔型設計蓄熱箱采用外置式倒向放置結構，有效防止蓄熱體堵塞和由于蓄熱體移動造成的蓄熱體損壞，提高了蓄熱體的使用壽命。

②鋼包應用燃氣射流技術。

a.燃氣射流烘烤器組成

燃氣射流烘烤器主要是由燃燒器和包蓋兩部分共同組成，兩部分為一個整體，燃燒器引進燃氣，包蓋利用余熱加熱空氣，通過射流裝置將燃氣和空氣混合后開始燃燒，由于設計上是采用以燃氣為主配比空氣的原理，燃氣能夠和一定比例的空氣充分燃燒燃氣燃燒效率得到了提高，火焰溫度得到提高，燃燒沖擊力強，可直達包底。

烘烤器的系統接入如圖1所示:

圖1 烘烤器系統接入圖

b.燃氣調節。

燃氣調節可分為手動調節和自動調節兩種，手動調節通過手輪、調徑操縱桿來控制燃氣的用量，自動調節則是通過控制系統來控制燃氣的用量，一方面能實現最佳的空燃比，同時又能減少高熱值燃氣的流量，既能夠調節鋼包烘烤溫度，又達到了節約燃氣的目的。

c.出口溫度曲線圖。

圖2 出口溫度曲線圖

圖2為烘烤器出口理論溫度圖，在空氣與燃氣配比較好的情況下溫度還會上升。現場壓力5kPa左右，壓力更高時烘烤效果會更好。

③壓力淬火工序天然氣替代液化石油氣。

天然氣引自企業4號調壓站中壓管道，

敷設φ57無縫鋼管，管道架空敷設，支架支撐，進入設備廠房，與原膠管連接，供設備使用。

④密閉式冷卻循環技術。

a.系統狀況。

為節約用水，更好的滿足工藝要求，該項目工藝設備--連續淬火爐及水冷梁需設置閉式冷卻循環水系統一套，涉及新增設備包括逆流閉式冷卻塔1臺，輔機(包括水箱臺及循環水泵4臺等)，及設備間的工藝管道及閥門、附件等。

b.工藝流程。

采用雙系統共用1臺閉式冷卻塔的運行方式，各自的循環水在冷卻塔中依靠內置的兩套獨立盤管運行，降溫。

-套盤管供水冷梁使用(作為水冷梁板式換熱器的低溫側供水，另一側的高溫水循環為原有系統):循環水由軟水箱到循環泵，經加壓后通過φ76管道輸送至原有板式換熱器進行熱交換,然后依靠余壓回冷卻塔盤管經逆流閉式冷卻塔的風冷和噴淋水冷作用使其降溫后，回到軟水箱再經泵供出，完成一個循環。

另一套盤管用于連續淬火爐循環水的冷卻，其工藝流程為:高溫淬火液經循環泵加壓，通過p159管道輸送到逆流閉式冷卻塔第2套盤管，經風冷和水冷的作用降溫，依靠重力流回淬火槽。同時，在設計中采用原有系統和新系統并聯運行的方式，可以降低投資費用，且舊系統可作為備用。

c.系統布置情況。

逆流閉式冷卻塔布置于企業7號廠房南側(需占用原有車棚的一部分)，循環泵軟水箱及系統的電控柜布置于休息間的地下室，冷卻塔至建筑間的管道采用直埋敷設輔房中管道部分架空、部分需新砌地溝敷設，廠房內管道全部在新砌筑地溝內敷設。

d.設備選型

選型:YCT-200N逆流閉式冷卻塔。

四、項目年節能量及節能效益

1，小件2號臺車式熱處理爐蓄熱式改造項目

(1)能耗基準。

2013年淬火+回火天然氣噸單耗230m’。甲方使用天然氣低位發熱量為8410大卡，折標系數12.01 tce/Nm’，天然氣價格2.02元/m’。甲乙雙方協定，產量按2298噸計算。

(2)改造前成本。

甲方臺車式熱處理爐熱處理件天然氣平均單耗為230Nm'/t。

單位熱處理件天然氣成本為464.6元/t。

(3)改造后預計單耗

改造后按裝爐量到達最大裝爐量的80%以上計算，預計可以達到120Nm'/t。

(4)節能量預計。

甲乙雙方協定，改造后的年加工量按2298噸計算。

改造后單位熱處理件節約天然氣230-120=110Nm'/t。

年節約天然氣量=110x2298-25.28萬Nm

年節約標煤=25.28x12.01=303.61tce。

(5)經濟效益預計

年節約天然氣25.28萬Nm’，每Nm’天然氣價格為2.02元，年節約天然氣費用:25.28x 2.02=51.07萬元。

2.冶煉烤包器節能改造項目

(1)改造前成本。

甲方單包烤包器天然氣平均單耗為340Nm/臺次;

單位熱處理件天然氣成本為686.8元/t。

(2)改造后預計單耗。

改造后預計單包烘烤天然氣耗量可以達到185Nm’/臺次。

(3)節能量預計。

甲方乙方協定改造后的烘包量按每臺1500次計算。

改造后每臺次烤包器節約天然氣340-185-155Nm

2臺烤包器年節約天然氣量155x1500x2-46.5萬Nm

年節約標煤=46.5x12.01=558.47tce。

(4)經濟效益預計。

年節約天然氣46.5萬Nm’，每Nm天然氣價格為2.02元，年節約天然氣費用:46.5x2.02 =93.93萬元。

3.火焰淬火機床瓶裝火鳥王替代項目

(1)能耗基準。

甲方原使用丙烷(火鳥王)折標系數1.7143 kgce/kg;年使用133瓶火鳥王，每瓶50kg，每瓶500元。管理費、運輸費6萬元。

甲方擬使用天然氣低位發熱量為8410大天然氣價格卡，折標系數12.01tce/萬Nm’，2.02元/m'。

(2)改造前成本。

甲方年使用133瓶火鳥王，每瓶50kg，每瓶500元。

年能源成本為:133x500/10000=6.65萬元。

管理費、運輸費6.4萬元:

改造前總成本=6.65+6.4=13.05萬元。

(3)改造后預計。

改造后預計使用天然氣1.8萬Nm，，成本為3.64萬元。

(4)節能量預計。

改造后年節約標煤=1.8x12.01-133x50x1.7143/1000=21.62-11.40-10.22tce。

(5)經濟效益預計。

年節約費用=13.05-3.64=9.41萬元。

4.連續爐冷卻循環水改造項目

(1)改造前成本。

甲方小件清理車間水費為3萬元/月。

(2)改造后預計。

改造后預計水的用量減少90%，水費為0.3萬元/月。

(3)經濟效益預計

年節約水費用=(3-0.3)x12=32.4萬

5.四個項目節能效益和節能量合計

年節能效益=51.07+93.93+9.41+32.4=186.81萬元

年節能量=303.61+558.47-10.22-851.86tce。

五、商業模式

采用節能效益分享型合同能源管理模式，合同期3年，年節能效益為186.8萬元年。效益分享期內，第一年乙方分享90%的項目節能效益，甲方分享10%的項目節能效。

益;第二年乙方分享85%的項目節能效益甲方分享15%的項目節能效益;第三年乙方分享45%的項目節能效益，甲方分享55%的項目節能效益。節能收益每六個月付一次，直至合同期結束;支付總額為430萬元;項目(設備)所有權在合同期結束后按1元資產轉交用戶。

六、融資渠道

項目投資額313.9萬元，均為節能服務公司自有資金。