張 禕 申 沛

上海市能效中心

0 引言

上海市為了響應國家的節(jié)能減排政策，完成“十三五”的節(jié)能目標，即到2020 年全國萬元國內生產總值能耗比2015 年下降15%，能源消費總量控制在50 億tce 以內，依據(jù)國務院印發(fā)的相關工作方案，在“十三五”期間繼續(xù)推進工業(yè)節(jié)能工作，歸并整合了節(jié)能方面的扶持辦法，對工業(yè)節(jié)能、合同能源管理、高效電機等三項節(jié)能政策進行歸并整合，確定了五個重點支持方向，推進工業(yè)節(jié)能全領域、全過程、全模式的升級改造。

1 工業(yè)節(jié)能技術改造的背景

為了落實節(jié)約資源的基本國策，加快建設節(jié)約型社會，實現(xiàn)節(jié)能目標，2006 年8 月，國務院印發(fā)了《國務院關于加強節(jié)能工作的決定》，提出要在六個方面著力抓好重點領域的節(jié)能，大力推進節(jié)能工作的落地實施。2007 年6 月，國務院印發(fā)了《節(jié)能減排綜合性工作方案》，對節(jié)能減排工作作出了部署，提出要完善政策，形成激勵和約束機制[1]。2013 年7 月，國務院再次印發(fā)《節(jié)能減排綜合性工作方案》，針對用能規(guī)劃及用能形勢，繼續(xù)加大節(jié)能投入，從四個方面和十大重點節(jié)能工程（比如能量系統(tǒng)優(yōu)化、工業(yè)鍋爐窯爐等）持續(xù)推進節(jié)能減排工作。

為了積極完成本地區(qū)的節(jié)能減排任務目標，上海市也先后出臺了《上海市節(jié)能技術改造項目專項扶持實施辦法》《關于做好節(jié)能項目節(jié)能量核定工作的通知》等文件，確定由市級財政安排專項資金“以獎代補”方式對企業(yè)實施節(jié)能技術改造給予適當支持和獎勵[2]。

2 上海市“十三五”期間節(jié)能技改政策的更新

上海市依據(jù)國家和本地節(jié)能減排政策，發(fā)布了節(jié)能技術改造項目的專項扶持辦法，旨在提高工業(yè)能源利用效率，加快工業(yè)節(jié)能改造升級。隨著節(jié)能工作的不斷深入，工業(yè)節(jié)能成本大幅上升。因此，2017年上海市更新了相關扶持辦法，主要加大了支持力度，降低了補貼門檻。在節(jié)能技改方面，補貼標準由 300 元/tce 提高到 600 元/tce，補貼門檻由500 tce降低到300 tce。

3 節(jié)能量審核項目的總體情況

“十三五”期間（2016 年沒有項目申報和審核，因此僅考慮2017-2020 年期間項目）上海市工業(yè)節(jié)能專項共補貼節(jié)能技改項目114 個，投資額總計14.9 億元，節(jié)能量總計24.3 萬tce，專項補助資金共計0.98萬元。

按照年份來統(tǒng)計項目數(shù)量、投資額和節(jié)能量的情況詳見表1。

表1 “十三五”節(jié)能技改項目總體情況表

3.1 按照打包和單一項目分析

根據(jù)項目打包申報（即同一個企業(yè)將不同設備的節(jié)能改造項目作為一個項目申報）或單一申報（即同一個企業(yè)僅對某個設備節(jié)能改造項目進行申報）的數(shù)量變化情況可知，打包項目占比不斷增加，而單一項目占比不斷下降（見圖1）。

圖1 打包或單一節(jié)能技改項目數(shù)量變化情況

這一變化趨勢表明，隨著節(jié)能技改工作的不斷深入，許多節(jié)能技術成熟、效果好的項目已經完成，而企業(yè)在不斷的節(jié)能技術改造過程中，可挖掘的節(jié)能潛力變小，只能從多種設備的小改造入手。因此。300 tce 節(jié)能量的申報門檻導致了越來越多的小項目通過打包才能進行申報。

3.2 按照五大領域匯總的項目特點分析

“十三五”期間，上海市市級財政獎勵節(jié)能技改項目按照能量系統(tǒng)優(yōu)化工程、電機系統(tǒng)節(jié)能工程、余熱余壓利用工程、工業(yè)鍋爐窯爐工程、綠色照明工程這五大領域進行劃分，其中：能量系統(tǒng)優(yōu)化項目 53 個，投資額 120 916 萬元，節(jié)能量 15.5 萬 tce；電機系統(tǒng)節(jié)能項目36 個，投資額16 230 萬元，節(jié)能量2.8 萬tce；余熱余壓利用項目13 個，投資額5 901 萬元，節(jié)能量4.5 萬tce；工業(yè)鍋爐和窯爐工程項目 5 個，投資額 4 442 萬元，節(jié)能量 1.1 萬 tce；綠色照明項目7 個，投資額1 773 萬元，節(jié)能量0.4 萬tce（見表2）。

“十三五”節(jié)能技改審核項目中能量系統(tǒng)優(yōu)化和電機系統(tǒng)節(jié)能這兩個領域的技改項目數(shù)量，合計占到總量的78%（見圖2）。同時，圖3 反映了能量系統(tǒng)優(yōu)化領域的項目數(shù)量隨著年份變化，逐漸減少。而相反，電機系統(tǒng)節(jié)能領域的項目數(shù)量則不斷增加。其它三類領域的項目數(shù)量比較穩(wěn)定，變化趨勢不明顯（見表3）。

圖2 五大領域的技改項目數(shù)量占比

結合圖3 和圖4 分析，余熱余壓和工業(yè)鍋爐窯爐工程進行節(jié)能技改產生的節(jié)能量效果的性價比較高，且投資門檻低，但考慮到大部分企業(yè)沒有余熱余壓或采用工業(yè)鍋爐窯爐，且鍋爐提標改造適用其他專項政策，因此每年的項目總數(shù)量變化不大。綠色照明工程的投資門檻低，而且節(jié)能技術成熟，考慮大體量的節(jié)能項目改造已在前幾年完成，目前大多數(shù)是較小體量的改造工程，不一定滿足申報門檻，因此項目總數(shù)量處于較低水平。電機系統(tǒng)節(jié)能工程的適用性非常廣，且投資門檻低，因此項目總數(shù)量逐年遞增。能量系統(tǒng)優(yōu)化工程節(jié)能量較高，但投資門檻也較高，出現(xiàn)了項目數(shù)量逐年下降的趨勢。

表2 “十三五”節(jié)能技改項目數(shù)量按照五大領域的逐年分布情況

表3 五大領域的項目總數(shù)量、總投資額和總節(jié)能量的情況

圖3 五大領域的技改項目數(shù)量變化趨勢

圖4 五大領域單個項目的平均節(jié)能量和平均投資額

3.3 按照年度匯總的項目特點分析

按照年份來比較投資額和單個項目產生的平均節(jié)能量，查看所有的項目發(fā)現(xiàn)，某幾個重大項目的投資額或節(jié)能量占比非常大，從而影響了節(jié)能效果對于總體節(jié)能技改情況的分析。因此，我們剔除以下幾個項目，分別為：2017 年的寶鋼和上電的2個技改項目，其投資額占比為95.2%，節(jié)能量占比為60.0%；2018 年寶鋼的3 個技改項目，其投資額占比為56.8%，節(jié)能量占比為36.4%；2019 年的漕涇熱電和吳涇第二電廠的2 個技改項目，其投資額占比為68.8%，節(jié)能量占比為41.7%；2020 年寶鋼的技改項目，其投資額占比不高，為5.8%，但其節(jié)能量占比為37.1%。

依據(jù)以上調整，將原始數(shù)據(jù)作為調整前數(shù)據(jù)，剔除上述項目后的作為調整后數(shù)據(jù)，對比調整后每年的情況如表4。

圖5 每萬元投資額的平均節(jié)能量的年度趨勢

圖6 每個項目的平均節(jié)能量的年度趨勢

通過圖5 和圖6 可知，每萬元投資額和每個項目產生的平均節(jié)能量均呈現(xiàn)階梯式下降，但后者較前者下降趨勢更緩慢，而兩者的線性趨勢均為逐年減少。

4 節(jié)能技改項目典型案例介紹

從審核項目中按照不同節(jié)能領域，選取節(jié)能技術成熟且效果較好的典型案例作簡要介紹，其中綠色照明工程的技術已經非常成熟，普及性容易且改造要求低，因此不在此進行贅述，僅從另外四個領域中選取了典型案例。

表4 “十三五”節(jié)能技改項目調整前后總體情況對比

4.1 能量系統(tǒng)優(yōu)化項目案例

1）某糧油公司優(yōu)化精煉生產線中車間的工藝流程。在兩個車間中均增加一臺換熱器并通過管路改造，使車間一中的中間油產品與精煉油產品進行換熱，減少精煉油的熱量浪費。改造后中間油產品溫度提高30 ℃，減少后續(xù)加熱中間油產品的蒸汽消耗。車間二中的油產品二與精煉油換熱，提高了油產品二的出油溫度，改造后油產品二溫度上升5 ℃，減少后續(xù)燃氣爐燃料氣消耗。項目最終節(jié)約了蒸汽和天然氣的消耗。

2）某電腦公司的中央空調系統(tǒng)冷回收。該項目通過增加冷卻塔板式換熱器，在冬季室外溫度較低的情況下替代冰機制冷，節(jié)約冰機的用電量。

工廠中共有4臺不同制冷量的冰水主機，一般夏季4 臺全開，春秋季開2 臺，冬季開1 臺?？紤]到冬季室外溫度為8 ℃或者更低，而冷卻塔系統(tǒng)中的循環(huán)水經冷卻后溫度為5～8 ℃或者更低，所以，工廠結合實際情況進行流程優(yōu)化設計。在冷卻塔系統(tǒng)中增加板換來回收冷卻水中的冷量，轉換成冷水后接入冰水系統(tǒng)，供給車間使用，能夠完全滿足冬季車間冷負荷的使用要求，節(jié)省了冬季冰機的運行費用。

4.2 電機系統(tǒng)節(jié)能項目案例

1）某公司傳動系統(tǒng)的工廠空調系統(tǒng)原先使用兩臺溴化鋰機組及兩臺螺桿式冷水機組。此次改造是將一臺離心式冷水機組（制冷量4 650 kW）替換原先的一臺溴化鋰機組（制冷量6 265 kW），即拆除一臺溴化鋰機組，另一臺作為備用。

新增的離心式冷水機組采用變頻磁懸浮壓縮技術，無任何接觸摩擦，因此無需潤滑油，也不產生無換熱器油膜熱阻，可提高蒸發(fā)、冷凝換熱效率15%以上。采用永磁同步電機實現(xiàn)變頻驅動，其轉速隨負荷變化進行自動調節(jié)，確保機組在不同工況下的高效運行。

該改造實現(xiàn)了用一臺離心式冷水機組完全替代一臺溴化鋰機組，并且改造后在夏季制冷時，備用溴化鋰機組在未開啟狀態(tài)已經能滿足工廠內需求，達到了很好的節(jié)電效果。

2）某儀表公司通過增加伺服系統(tǒng)來改變傳統(tǒng)注塑機的定量泵液壓系統(tǒng)的缺點。傳統(tǒng)的注塑機的液壓傳動裝置中的油泵都是定量油泵,電動機提供額定功率和轉速，油泵將電動機所輸入的機械能轉變?yōu)閴毫δ埽缓笙蛞簤合到y(tǒng)的液壓元件輸送具有一定壓力的恒定流量液壓油，滿足液壓執(zhí)行機構驅動負載所需能量的要求，但從注塑成型整個過程來看，在加料及冷卻這兩個階段所需的液壓油量要求較低，完全可以通過減少供油量來減少油泵的用電量。

因此，伺服馬達通過編碼器傳輸信號回饋至驅動器進行精準的回轉控制，來調節(jié)輸出合適的液壓流量，且油泵上串聯(lián)壓力傳感器，將壓力信號反饋至驅動器端進行連續(xù)的閉回路控制來精準調節(jié)液壓油的壓力，通過伺服控制系統(tǒng)匹配注塑成型各階段所需要的壓力與流量，大幅降低非必要的電力消耗。

另一部分改造是采用新型的電磁感應加熱系統(tǒng)，來替代傳統(tǒng)的電熱圈即電阻絲發(fā)熱方式。其采用磁場感應渦流加熱原理，即電流通過線圈產生磁場，磁場內磁力線通過導磁性金屬材料時會使金屬體內產生無數(shù)小渦流，使金屬材料本身自行高速發(fā)熱，達到加熱金屬材料體內物件溫度。另外，可以根據(jù)具體情況在料筒外部包裹一定厚度的隔熱保溫材料，這樣就大大減少了熱量的散失，提高了熱效率，因此節(jié)電效果十分顯著，可達30%～75%。

4.3 余熱余壓利用項目案例

1）某化工塑料公司的增設預加熱器回收蒸汽余熱技改項目。原先工藝是需要通過一股額外蒸汽循環(huán)加熱溫度為20～30 ℃A+B 的混合溶劑，在精餾分離塔進行分離提純。混合溶劑進入分離塔后，其中低沸物A經過塔頂流出，而含有水蒸氣的氣相混合物B 需要先進入冷凝器，使用冷卻循環(huán)水降低混合物溫度，最后進入靜置分離槽分離回收B。

改造增設預加熱器，使用未冷卻前的氣相混合物作為熱源，對混合溶劑進行預加熱，使其升溫至45 ℃，從而減少額外蒸汽的加入量。而在預加熱器中，換熱冷凝后的氣相混合物B 可直接送入靜置分離槽，分離后回收B，減少使用冷卻循環(huán)水，降低了水泵等耗電量。

2）某材料公司原先車間的蒸汽加熱布匹后冷凝水未進行回收直接排走。公司通過節(jié)能技改增加冷凝水收集箱，用2臺水泵供給鍋爐房，用于補充鍋爐水。鍋爐房供水溫度提高了，軟水的使用量也減少了，不僅節(jié)約了天然氣用量，也減少了新水的用量。

4.4 工業(yè)鍋爐窯爐項目案例

1）某陶瓷公司的干燥窯在設備改造前采用天然氣直接燃燒產熱對生坯進行加熱干燥，需要消耗大量的能源。本次改造主要包括將原來的單層干燥窯改造為雙層干燥窯，放慢干燥速度，使得窯體內的熱氣和坯體充分交換熱量，與原來的單層干燥窯相比提高了熱交換效率。改為雙層窯爐后，干燥窯通過熱風管與后工段燒成窯爐的窯頭尾氣排放管進行連通，直接利用后工段燒成過程中排放的尾氣預熱（尾氣溫度在200～250 ℃）對坯體進行加熱干燥。后工段燒成窯爐尾氣提供的熱量可以完全滿足干燥窯加熱干燥坯體的需要，大幅減少了天然氣的使用量。雙層干燥窯全部改裝了變頻器，將原來單層干燥窯使用的50 Hz 變頻器全部改為20 Hz的變頻器，可以使干燥窯內熱風溫度自動控制，同時也使窯內的濕氣快速而有效地排出體外，干燥效率提高，減少電能消耗。

2）某化工公司新增一套廢熱鍋爐及配套的給水泵組鍋爐，使700 ℃的煙氣經過廢熱鍋爐換熱后降至550 ℃，然后再經過水冷卻到240 ℃后進入袋式過濾器（袋式過濾器的最高溫度為260 ℃）。減少原先直接采用噴水將高溫煙氣從700 ℃冷卻至240 ℃的過程中，浪費的大量水蒸氣。同時又產生2.2 Mpa 的蒸汽用于加熱其它產品。

廢熱鍋爐采用的是效率高，產氣量大的帶汽包的管殼式余熱鍋爐，煙氣由管層由上至下流經換熱器，經過處理的軟水進入汽包后在重力作用下由下降管進入換熱器殼層，所產生的蒸汽由上升管進入汽包后進行氣液分離，分離后的氣體通過蒸汽出口進入系統(tǒng)，而液體則再通過下降管進入換熱器本體進行熱交換。同時，項目采用了大量的先進儀表，如雙液位控制、溫度、壓力、流量測量、智能調節(jié)閥調節(jié)、DCS 實時監(jiān)測控制等措施保證鍋爐的高效安全運行。

項目運行后，根據(jù)車間產品生產情況的不同，廢熱鍋爐吸收的煙氣余熱所產生蒸汽，可年產2.2 MPa 的蒸汽3.2 萬t，用于加熱某原料油到200 ℃，對于未使用完的蒸汽通過減壓閥降壓至1.2 MPa 后供另外兩個車間生產使用。

5 結語和建議

5.1 “十三五”節(jié)能技改項目的主要趨勢

1）節(jié)能技改項目的總投資額每年波動變化，但整體呈現(xiàn)下降趨勢。對應的每萬元平均節(jié)能量呈現(xiàn)階梯式下降，整體呈現(xiàn)減少的趨勢。

2）每年的總節(jié)能量整體變化較平穩(wěn)，但單個項目產生的平均節(jié)能量呈現(xiàn)階梯式下降，整體呈現(xiàn)減少的趨勢。

3）企業(yè)申報項目多為幾個子項目的打包項目，單一項目節(jié)能量超過300 tce 的難度增大，改造項目的節(jié)能挖掘難度增大，節(jié)能潛力隨著改造工作的實施逐步減小。

5.2 建議

1）深入挖掘新的節(jié)能技術和節(jié)能產品，需要從審核完成并且節(jié)能效果好的項目中總結適用性廣的技術和產品，通過各種宣傳渠道推廣，讓企業(yè)能夠了解并轉化為己用。

2）對于采用新的節(jié)能技術和節(jié)能產品的項目，提高補貼標準，提高企業(yè)對新技術的應用意愿。

3）引入專業(yè)的第三方機構對企業(yè)能源利用狀況進行全方位的診斷，采用新技術、系統(tǒng)能源利用優(yōu)化等節(jié)能措施，進一步提升企業(yè)能效水平。