简  介 一、项目背景 自20世纪80年代我国有色金属工业提出“优先发展铝工业”的战略发展方针以来，我国铝工业有了长足的发展，电解铝工业的发展更是突飞猛进。经过近30多年坚持不懈的努力，实现了跨越式发展。从引进“日轻”160kA预焙槽技术到自主开发280kA特大型铝电解槽的开发成功，使电解铝整体技术与装备水平进入世界先进行列。目前，500kA~600kA以上超大型电解槽已实现了工业规模化推广应用。40年来由于技术的进步，电解铝单位能耗下降1000kWh/tAl。 （1）高耗能仍是主要特点。尽管铝工业技术上取得了极大的进步，然而时至今日，铝电解的能量利用率仍然仅仅50%，大约有一半的能量都以热量形式散发在大气中（图1）。作为高耗能产业电解铝工业的节能减排仍将是今后相当一个时期的核心任务。   （2）电解铝是碳排放大户。进入21世纪以后，中国电解铝产量的增长速度明显加快，从2000年的279.41万吨增加至2020年3731.7万吨，连续多年成为世界第一原铝生产大国，同时电解铝的节能减排受到广泛关注。2020年，电解铝行业二氧化碳总排放量约为4.26亿吨，约占全社会二氧化净排放总量的5%。 （3）对供电质量要求高，不利于可再生能源电力发展。作为用电大户的铝冶炼企业，传统技术不具备调峰能力，这是由于其核心装备铝电解槽是在预设的热平衡条件下设计的，任何偏离预设热平衡的电力供给都可能导致严重过热或冻结。由于这一限制，现代铝电解槽的运行对供电质量要求相当苛刻（95%一级负荷），因此，作为用电大户的电解铝行业，基本没有调峰能力，对供电系统的适应性和灵活性小。 国际能源署发布的《电力系统转型现状2018》指出：电力系统灵活性已经成为全球优先发展方向。铝冶炼企业急需增加调峰能力，不仅可以适应未来新能源比例逐渐提升带来的电网供电波动，而且能主动调峰成为电力系统灵活电源点运行。 2020年12月16日，习近平主席在2020年中央经济工作会议上指出，要做好碳达峰、碳中和工作，要抓紧制定2030年前碳达峰行动方案。2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议中强调，“要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设总体布局”，指出“要构建清洁安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。” “双碳目标”的提出，给电解铝行业提出了新的课题。开展大型铝电解槽能量平衡及余热回收技术的工业系列化应用，通过国内外技术的集成创新，形成一整套的生产工艺技术和先进的装备，大幅提高电解铝行业的能源利用率，对于实现电解铝行业“双碳目标”具有重大历史性意义。 二、技术简介及工作基础 郑州轻冶科技股份有限公司与郑州大学在15年研究成果积累的基础上，从2017年开始，在铝电解槽能量流优化及输出端节能（余热回收）领域联合国内外多家企业和科研单位，启动郑州市协同创新重大专项，目前“铝电解槽能量流优化与输出端节能（余热回收）技术及成套工业系统（HORRS系统）”已完成工业化试验，进入工业化示范运行阶段。 开创了电解铝工业输入端与输出端“双端节能”的先河，并为进一步工业应用奠定了基础。 1、主要内容 建立独立的铝电解能量流在线优化调节模型（HORR技术），实现控制变量与控制目标的“解耦”，为进一步实现电解铝“输入端节能”的极限优化工艺生产奠定了基础，进一步降低电能消耗； 成功研制了电解铝专用“高效集热装置”，通过国际合作开发成功国际领先的核心技术，并实现了关键设备的量产。在此基础上，进一步开发了铝冶炼过程散热回收系统（HORRS系统），实现大幅节能；铝电解槽能量利用率可由原来的不到50%提升到60%。 研制铝电解槽多参数传感器与快速检测分析系统，并开发了铝电解槽数字化基础上的能量平衡智能化系统； 采用能量流调节系统，为电解铝柔性生产提供了技术保障，初步实现了利用电解铝厂巨大电能容量协助当地电网实现蓄能调峰运行，调峰能力达到±20%。 2、当前工作进展 2019年起，在河南中孚实业股份有限公司4台400kA大型铝电解槽上，开展了“铝电解槽能量流优化及智能调控技术开发”协同创新重大专项工业示范应用。2021年3月11日，首台400kA电解槽余热已成功与巩义示城市供热网实现互联，回收利用热量约占电解槽总耗能8~10%，预计到2021年5月底，全部4台电解槽将整体投运。 三、经济及社会效益 （1）技术指标 本项目工业试验完成后，可实现电流效率≧94%；槽电压低于3.9V，折合吨铝节电800~1000kWh以上,电解铝能量利用率提升8~10% 实现电解槽调峰运行 该技术应用后，铝电解槽可实现蓄能调峰20%，有利支持新能源电力负荷的消纳，减小新能源电源增加后带来的峰谷差，为国家构建新型电力系统提供支撑。 实现电解铝厂与区域、城市融合发展 根据电解铝行业（火-电-铝）的特点，将回收余热资源供入城市供热系统用于冬季居民采暖；夏季并入配套发电厂会热系统，用于发电；也可用于根据产业园区布局，可为周边工业用户（如铝加工、氧化铝厂等）提供工业生产用热源或大规模工业制冷，实现余热资源的高效利用。 社会效益 按照未来推广应用2500万吨计算： 年可节电250亿kWh； 年可减排：2492.5万吨二氧化碳; 年可消纳新能源电量：675亿kWh。

该项目针对聚酯行业引进装置能耗高、竞争力弱的背景展开，结合实际工业反应器及其生产、操作状况，在理论分析、实验研究和计算的基础上，开发了酯化过程宏观反应动力学模型和缩聚过程的宏观反应动力学模型。通过采集的数据对模型进行进一步的校核和不断地修正，获得了全面良好反映聚酯装置特性的模型。通过模型寻优，对操作参数进行较小的调节，根据调整后的装置具体生产情况，对模型进行进一步的验证和校核，并在新的操作点周围的一个新的较小的范围内对模型进行进一步的寻优。采用这种逐步外延的寻优技术，使装置平稳的移到最优操作点上，在提高等级品率、降低能耗的同时保证生产的顺利进行。该项目通过系统的信息采集、信息处理对系统进行优化，并在工业装置上实施，具有投资小、收益高的特点，尤其适合旧的聚酯生产系统信息化改造。同时，该项目的技术也可推广到相关聚合物过程的节能降耗等过程优化项目中。该项目已在洛阳石化、上海石化等企业得到应用，流程热媒用量下降8%以上，创造了1813万元/年的经济效益。该项目所包含的相关技术获2008年中国石化集团科技进步三等奖、2008年国际工业博览会高校展区优秀展品奖。该项成果具有国际先进性，可直接推广应用到国内其他聚酯装置。此外，该成果中的建模技术、优化技术等亦可以推广应用到其他石油化工生产过程中，采用自动化技术提升传统产业生产技术水平，推动我国石化工业科技进步，为信息化带动工业化，实现社会生产力的跨越式发展，提供强有力的示范作用。登记计算机软件著作权1项；“聚酯装置节能降耗技术”获2008年中国国际工业博览会中国高校展区优秀展品奖三等奖。获中国石化集团科技进步三等奖1项。

该项目针对聚酯行业引进装置能耗高、竞争力弱的背景展开，结合实际工业反应器及其生产、操作状况，在理论分析、实验研究和计算的基础上，开发了酯化过程宏观反应动力学模型和缩聚过程的宏观反应动力学模型。通过采集的数据对模型进行进一步的校核和不断地修正，获得了全面良好反映聚酯装置特性的模型。通过模型寻优，对操作参数进行较小的调节，根据调整后的装置具体生产情况，对模型进行进一步的验证和校核，并在新的操作点周围的一个新的较小的范围内对模型进行进一步的寻优。采用这种逐步外延的寻优技术，使装置平稳的移到最优操作点上，在提高等级品率、降低能耗的同时保证生产的顺利进行。该项目通过系统的信息采集、信息处理对系统进行优化，并在工业装置上实施，具有投资小、收益高的特点，尤其适合旧的聚酯生产系统信息化改造。同时，该项目的技术也可推广到相关聚合物过程的节能降耗等过程优化项目中。该项目已在洛阳石化、上海石化等企业得到应用，流程热媒用量下降8%以上，创造了1813万元/年的经济效益。该项目所包含的相关技术获2008年中国石化集团科技进步三等奖、2008年国际工业博览会高校展区优秀展品奖。 该项成果具有国际先进性，可直接推广应用到国内其他聚酯装置。此外，该成果中的建模技术、优化技术等亦可以推广应用到其他石油化工生产过程中，采用自动化技术提升传统产业 生产技术水平，推动我国石化工业科技进步，为信息化带动工业化，实现社会生产力的跨越式发展，提供强有力的示范作用。

蒸发浓缩、结晶、干燥等是化工、医药、食品、环保等多个行业最为普遍采用的工艺过程之一，众多企业花费在蒸发、干燥环节的成本占到总成本的50%以上，均迫切需要寻找一种高效节能的蒸发技术。MVR是国际上最先进的蒸发技术，是替代传统蒸发器的升级换代产品。该项技术一直被北美和欧洲等一些发达国家掌握。技术特征MVR系统是一项高效节能的技术，较常规的单效蒸发设备而言，可节省标准煤85％以上，比三效蒸发技术节能65%以上。应用范围:成果广泛运用于食品和饮料工业（牛奶、果汁、糖溶液等蒸发浓缩）化学工业，制药工业，高含盐废水蒸发结晶技术、烟草、颗粒、污泥干燥，海水淡化，低沸点溶剂回收等。

（1）泵系统经济运行的判别与评价。依据泵系统经济运行相关的工况调查分析，对机组设备、机组运行、管网、系统运行经济性进行判别与评价。（2）泵节能增效措施。在泵系统运行经济性评价的基础上，开发非经济运行泵系统的节能增效技术，根据系统的运行状况和泵的类型制定相应的改造措施。具体包括：①叶轮切割方法研究。②多级泵抽减或更换叶轮研究。③泵变频调速节能方法研究。④高效叶轮设计研究。（3）汽蚀防治技术。考虑定常和非定常流动以及泵结构参数对汽蚀性能的影响，建立基于泵内部流动分析的汽蚀性能预测方法，提出汽蚀防治措施。  （4）开发“石化企业泵系统的经济运行评价与节能增效技术支持系统”计算机应用软件。项目优势：应用本项目的研究成果可大大降低泵运行的能耗，节约生产成本，提高泵系统运行的安全可靠性，减少或避免非计划停车。开发的设计软件操作简单，便于工程技术人员掌握。  此外，本研究成果可提高泵运行的稳定性，减少噪声污染，有利于加速我国环境保护事业的发展。应用实例：扬子石化公司机泵节能评估与改进；扬子石化水厂泵效率测试。

为了更广泛和充分地利用冷却水余压，通过水轮机将冷却水系统中的余压转化为电能，并采用智能化电源管理技术，优先使用水轮机发出的电量供给风机电机运转所需，不足部分则由电网补充，由此实现了对余压的广域利用。发电机组在转速变化时仍然能够正常发电，从而实现更加高效节能。该技术已经可以进行工程应用。 

当前我国电力行业由计划经济体制逐步向市场经济体制过渡，迫切要求挖掘机组运行的潜力，提高机组运行效率，降低生产成本和污染排放。目前我国绝大部分火力发电企业都是燃煤机组，锅炉普遍存在运行效率降低、NOx排放偏高的问题。优化空间和挖掘节能潜力备受发电企业的关注。 技术团队开发了具有自主知识产权的基于精确测量的运行优化系统——锅炉燃烧精确管理系统和低NOx燃烧技术，通过锅炉燃烧优化系统的应用来解决，达到提高锅炉燃烧效率、有效降低煤耗的目的，同时也能够大幅降低NOx的排放。 锅炉燃烧精确管理系统包括精确监测设备、燃烧精细调节装置与控制系统、软件管理系统、工程安装与调试、工程服务全过程；采用国外先进的精确测量装置，自主开发的管理软件系统，用户显示界面简洁，产品模块功能独立，选配灵活、方便，可根据具体项目提供单独的针对性配置优化方案，对单只燃烧器的燃烧参数实施精确监测与调节，对锅炉燃烧优化效果明显。 低NOx燃烧技术采用先进的低NOx燃烧器和炉膛空气分级燃烧组合，构成低NOx燃烧系统，通过燃烧精确管理系统对燃烧过程进行控制或对运行方式的改进来控制燃烧过程中NOx的生成量。 技术路线：基于先进、可靠的监测技术，通过在线精确监测锅炉燃烧相关的煤粉浓度、煤粉细度、一次风管风速及风量、烟气成分、入炉煤质等多个重要参数，配以相应的数据计算软件，实现锅炉的燃烧精确管理，达到锅炉经济、环保运行的目的。 优化模块：以精确测量为基础，主要测量参数包括风量、煤粉浓度、煤粉细度、煤粉流量、飞灰含碳量、煤质成分、烟气成分、炉膛温度等。并形成独立检测管理模块，可根据各电厂情况的不同，监测重点可以根据需要进行组合，结合其他DCS重要参数给出优化方案。 工程安装与调试:测点位置确定与测点的具体开孔；设备安装； 线路的铺设（包括电源线、信号线）；设备调试；系统运行过程调试。 工程服务:锅炉运行问题诊断；运行服务及用户培训；技术跟踪服务。燃烧控制NOx技术包括：先进的低NOx燃烧器；炉膛空气分级燃烧；燃烧运行控制--煤粉锅炉单火咀风粉在线精确控制系统，可根据不同现场情况，同时采用烟气脱硝技术，为客户提供全面解决方案。

利用真空多靶磁控溅射镀膜技术在普通的PET薄膜上镀制9层金属、氧化物和氮化物纳米多层膜，从而使普通的PET薄膜具有隔热、保温、防紫外等多种功能，可广泛用于汽车玻璃和建筑玻璃的节能贴膜。可节约汽车或大玻璃窗建筑冬天或夏天利用空调加温或制冷所需能量的30%以上。

人造革生产线的节能减排技术是通过降低人造革产品的发泡温度而达到减少能耗和降低有害气体及热能的排放。该项技术主要运用在人造革产品的生产工艺上通过配方调整、生产工艺和设备改造，使所有人造革产品在不改变当前的发泡速度下，由原来215℃-220℃发泡温度下降控制在185℃-195℃，实现节能降耗，同时由于发泡温度降低，增塑剂挥发损失减少，可减少人造革配方中的增塑剂含量，节约原料成本，同时还提高人造革的弹性和柔韧性。

该项技术成果集成应用了应用新型育苗设施结构、综合环境控 制技术、新型廉价替代基质的研制与应用、免营养基质育苗技术和化控壮苗技 术，与当前育苗工场当前应用的技术相比具有成本更低、秧苗质量更稳定的特 点，适合不同地区推广应用。