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2022年鼓风机行业细分应用领域市场份额占比分析及规模前景可行性研究

作者:永乐国际登录网站

  风机是对气体输送和气体压缩机械的习惯简称,即依靠输入的机械能,提高气体压力并排送气体的机械,按出口压力大小分为通风机、鼓风机和压缩机,各类风机的出口压力范围及应用场景如下表所示。

  鼓风机是指在设计条件下风压在30kPa-200kPa以内的风机,是工业生产中提供气体动力的重要工艺设备,在国民经济和日常生活中占有重要的地位。按照工作原理和结构进行分类,鼓风机可分为罗茨鼓风机和离心鼓风机两大类,发行人主要产品磁悬浮离心式鼓风机是一种高速电机直接驱动的单级离心式鼓风机。鼓风机的具体分类如下图所示:

  A.罗茨鼓风机:罗茨鼓风机是一种容积回转式鼓风机。罗茨鼓风机的工作原理是通过一对互相啮合的等直径转子将进气口隔开,在同步齿轮的驱动下,以相同速度做反方向运动,将吸入的气体压缩并从吸气口推至排气口,当气体到达排气口的边缘,因排气侧高压气体的回流而提升压力,从而完成气体输送。

  罗茨鼓风机的主要组成部分有转子、齿轮、轴承、密封和机壳。其中,转子是由叶轮和轴组成,叶轮分为两叶直齿叶型和三叶螺旋齿叶型;齿轮同步传递转矩,带动转子转动;轴承一般选用滚动轴承,具有检修方便、缩小尺寸的优点;轴承密封主要采用骨架式橡胶油封;机壳有整体式和水平剖分式,结构简单。

  B、多级离心鼓风机:离心鼓风机工作原理为:当电机转动带动风机叶轮旋转时,叶轮中叶片之间的气体也跟着旋转,并在离心力的作用下甩出这些气体,气体流速增大,使气体在流动中把动能转换为静压能,然后随着流体的增压,使静压能又转换为动能,通过排气口排出气体,而在叶轮中间形成一定负压,使外界气体在大气压的作用下立即补入,在叶轮连续旋转作用下不断排出和补入气体,从而达到连续鼓风的目的。离心鼓风机根据叶轮数量分为多级离心鼓风机和单级离心鼓风机。多级低速离心鼓风机一般是指转子由2只或2只以上的叶轮串联在一根主轴上的离心式鼓风机。相比罗茨鼓风机,多级离心鼓风机由于具有噪声较低、运行较平稳、供气均匀等优点,20世纪80年代以来,在国外的污水处理厂中取代了罗茨鼓风机,但仍然存在体积大、质量重、流量调节性能差、效率不高、能耗大和维护不方便等缺陷。

  C、单级齿轮增速鼓风机:单级齿轮增速鼓风机是进入20世纪90年代,随着“三元流动理论”在离心式压缩机和鼓风机设计上的应用而发展起来的产品。单级齿轮增速鼓风机在设计上采用了三元流动设计理论,使单级离心式鼓风机效率大幅提高,远优于多级离心鼓风机,在结构上采用了轴向进气导叶调节装置,使得在低负荷条件下运行也有较高的运行效率,这是多级鼓风机和罗茨鼓风机所没有的优点。采用组装式整体结构,电动机和鼓风机安装在共用底座上,润滑油系统紧凑安装在机组底座内,与相同流量和压力的多级离心鼓风机比较,节约消耗,重量大大减轻,占地面积大也大幅缩小。由于采用三元流动叶轮,比普通的二元流动叶轮直径要小,故转子转动惯量小,机组启动和停车时间短,无需高位油箱和蓄能器,鼓风机转速高。

  D.空气悬浮鼓风机:空气悬浮鼓风机是离心式风机的一种,由离心叶轮与通流部件、空气悬浮轴承、高速永磁同步电机、控制系统组成,使用高速永磁同步电机直驱结构把离心叶轮及电机驱动一体化集成设计,实现转轴悬浮的功能。空气悬浮鼓风机采用动压式空气悬浮轴承,在主轴和轴承之间形成空气膜,空气膜产生向外的扩张力达到稳定的悬浮效果。

  E.磁悬浮鼓风机:磁悬浮鼓风机的主要结构是鼓风机叶轮直接安装在电机轴延伸端上,而转子被悬浮于主动式磁性轴承控制器上,不需要增速箱及联轴器,实现由高速电动机直接驱动。磁悬浮鼓风机采用主动式磁悬浮轴承,在可控磁场吸引力的作用下实现转子的悬浮。通过位置传感器、功率放大器和控制器,实现对电机转轴实时检测、控制和故障诊断。控制器能主动控制有效抑制转轴的不平衡振动。

  (2)全球鼓风机行业发展概况:在国外,罗茨鼓风机由于容量小、效率低、噪声大、供气不均匀等问题,基本上已经被淘汰。至20世纪90年代,国外学者创造性地将三元流理论在离心鼓风机上实现应用,部分生产厂商据此设计制造出了单级离心鼓风机产品。相较于罗茨鼓风机和多级低速离心鼓风机,单级离心鼓风机具有效率高、占地面积小、流量调节范围宽、自动化水平高等优点,现已在全球范围内得到广泛应用。

  磁悬浮概念于19世纪中叶被提出,欧洲、美国和日本等国家在20世纪60代开始大力开展磁悬浮轴承的研究工作。自20世纪90年代中期,国外开始研究高速磁悬浮电机,相继出现了永磁同步型磁悬浮电机、开关磁阻型磁悬浮电机、感应型磁悬浮电机等各种类型,主要应用于离心压缩机。进入21世纪,随着制造工艺技术的进步、控制理论与智能信息技术的发展,磁悬浮轴承技术趋于成熟,产品的性能也得到了优化和提高。国外生产磁悬浮轴承技术相关产品的公司已有几十家,如瑞典斯凯孚(SKF)、美国沃喀莎(Waukesha)、瑞士伊贝格(IBAG)、瑞士苏尔寿(SULZER)、德国路斯特(LTIMOTION)、德国赛特勒斯(ZEITLOS)、日本精工株式会社(NSK)等公司均有磁悬浮轴承产品在不同领域得到应用。瑞士苏尔寿(SULZER)的ABSHST高速磁悬浮鼓风机从1996年进入市场,发展到现在已有超过3,000台设备在世界各地运行。瑞典阿特拉斯·科普柯(AtlasCopco)的ZBVSD+离心式磁悬浮鼓风机功率可达250kW,已经成功应用于食品生产和火力发电烟气脱硫。国内虽然起步较晚,发展至今也取得了一些达到国际先进水平的研究成果,并涌现出了一批具有市场地位的磁悬浮轴承制造企业。

  总体来说,罗茨鼓风机因为结构简单,技术门槛低,早些年广泛应用于诸多需要供气的场合,但此类风机运行能耗高,导致运营成本较高;之后出现了离心叶轮技术,但在未能解决高速驱动的情况下,鼓风机厂商开始采用多级压缩的方式,来提高风机的效率,这类风机广泛地应用于中等以上规模的污水处理厂;随着高速齿轮箱技术的发展,出现了齿轮增速单级离心鼓风机,进一步提高了风机的效率,但齿轮箱造价高,结构复杂,维护成本高,导致这类风机应用并不普遍;此后出现了磁悬浮离心式鼓风机,彻底解决了高速驱动、传动、摩擦损耗、流体效率优化等若干问题,实现了离心式鼓风机效率的最大化;得益于高效流体部件,高速永磁同步电机以及高频变频器,磁悬浮离心式鼓风机调节范围广。

  中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国鼓风机市场监测调查分析与投资战略咨询预测报告》

  (3)我国鼓风机行业发展概况:据中国通用机械协会风机分会统计的会员企业上报数据,2017-2020年行业产值年均增长率保持在30%左右,离心鼓风机和罗茨鼓风机的产值年均复合增长率分别为39.05%、18.00%,产量年均复合增长率分别为41.20%、18.19%。离心鼓风机产值和产量的增速都大于罗茨鼓风机。2020年国内鼓风机产量达到90,170台,其中罗茨鼓风机产量79,855台,离心鼓风机产量10,315台,如下表所示:

  根据中国通用机械工业协会风机分会统计会员企业数据,截至2020年12月31日,协会会员单位中生产离心鼓风机的企业有33家,比上年增加3家;生产罗茨鼓风机的企业有29家,比上年增加2家,如下表所示:

  根据中国通用机械工业协会风机分会统计会员企业数据,国内鼓风机行业企业主要分布在山东、江苏、辽宁、陕西等地区,2020年,罗茨鼓风机的产值集中在华东地区,华东地区占据全国罗茨鼓风机产值86.59%的市场份额,离心鼓风机的产值主要分布在西北地区与华东地区,产值占比分别为32.69%和38.31%。具体情况如下表所示:

  目前,国内鼓风机主要应用在环保、化工、冶金、电力等行业,2020年产品应用领域分布如下表所示:

  目前,鼓风机在下游市场主要集中在环保、化工、冶金、电力等领域,其中在环保领域占比最高,罗茨鼓风机占比达到42.18%,离心鼓风机占比达到31.99%。

  2、市场前景:未来,随着国家节能环保政策的有效实施以及行业技术水平的不断进步,对鼓风机设备的能效要求会日益提高,具备节能高效、低噪音等优势的磁悬浮离心式鼓风机市场前景广阔。

  (1)应用领域日益广泛,应用深度逐渐加强:磁悬浮离心式鼓风机可广泛应用于城镇污水以及化工、印染、造纸、制药、垃圾焚烧等工业废水的污水处理工艺;可广泛应用于氧化铜、氧化铁、氧化锆等金属颜料和化工新材料行业;可广泛应用于食品发酵、乳制品发酵、饮料、生物工程、制药、精细化工等生物发酵行业;可广泛应用于ABS塑料粒子、煤粉、短纤等其他轻质颗粒状物料的输送工艺;可广泛应用于冶金、焦化、石化、水泥、热电等行业的烟气脱硫处理工艺。

  ①污水处理行业:根据“十四五”规划要求新增和改造污水收集管网8万公里,新增污水处理能力2000万立方米/日。目前污水处理中使用最普及、运行数量最多、最成熟的技术是活性污泥法。当污水处理工艺采用活性污泥法工艺时,曝气鼓风机是处理工艺的核心设备之一。在城市污水处理中,鼓风机的风量与污水处理量(容积)的气水比一般为3~10,在我国通常为6.7~7。在工业污水处理中,由于废水浓度大,气水比可高达35。在城市污水处理过程中,由于季节的变化,每天的污水处理量(负荷)和溶解氧浓度也变化,因此,要求运行中的鼓风机在恒定压力条件下自动调节所需的风量,而且要求流量调节范围广,调节效率高,以保证系统优化运行,达到高效节能目的。污水处理厂能耗成本占其运营维护成本的40%~80%,其中曝气供氧过程中鼓风机的能耗占总能耗比例较大,占整个污水处理厂能耗的50%~60%,因此鼓风机的节能效率将对污水处理厂的能耗水平和运营成本起着至关重要的作用。鼓风机在污水处理过程中主要起曝气增氧的作用,通过将空气中的氧气溶解入水中,促进好氧微生物的生长,利用它们的代谢作用分解污水中的悬浮物、溶解性有机物以及氮磷营养盐从而达到污水处理的目的。污水处理厂曝气池的水深一般达到5-8米,对鼓风机的压力值和性能要求很高,若曝气供氧不足将直接导致污水处理效果下降。

  目前,国内外污水处理厂使用的曝气鼓风机主要有罗茨鼓风机、多级离心鼓风机、齿轮增速单级高速离心鼓风机、空气悬浮离心鼓风机、磁悬浮离心鼓风机。其中,罗茨鼓风机及多级离心鼓风机由于效率低、噪声大、能耗大、体积及重量大和流量调节性能差等缺陷,在国外的污水处理厂中逐步被淘汰。齿轮增速单级高速离心鼓风机由于具有体积小、重量轻、效率高、节约能源、性能调节范围广泛以及自动化水平高等特点,在国内外污水处理厂得到广泛应用。磁悬浮单级离心鼓风机及空气悬浮单级离心鼓风机属于最新形式的单级高速离心鼓风机,由于采用先进的变频调速、磁悬浮轴承及空气悬浮轴承等技术,取消了传统单级高速离心鼓风机的齿轮增速组件及润滑系统,满足污水处理厂对曝气鼓风机节能、环保、风量调节范围广泛、低噪声、低振动及维护成本低等要求,是未来污水处理行业曝气鼓风机的发展趋势。

  综上所述,在环保要求、节能政策日益趋紧的形式下,污水处理行业磁悬浮离心鼓风机未来的市场空间主要来自于两方面:一是新增项目的设计中为了达到节能减排的要求,磁悬浮离心鼓风机将成为主要考虑的选用设备;另一方面,随着国家对于节能减排要求的进一步严格,原有传统鼓风机面临着更新换代的需求,磁悬浮离心式鼓风机由于其具有节能、环保、低噪声等诸多优势成为污水处理行业更新产品的重要选择,存量替代也将是未来不可忽视的市场。

  ②化工医药行业:鼓风机在化工医药行业主要发挥以下功能:一是作为助燃设备,如硫酸厂用鼓风机鼓空气燃烧硫磺或硫铁矿石;二是作为氧化设备,如污水处理厂鼓空气氧化有机废物;三是作为好氧发酵设备,如制药厂生产青霉素往反应釜内鼓空气;四是加强空气对流,如产生废气的车间利用风机鼓进新鲜空气。

  《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要(草案)》指出,“十四五”时期能耗目标为单位国内生产总值能耗降低13.5%。化工行业为重点关注的高耗能行业之一,在能耗双控和碳达峰、碳中和的背景下,化工医药行业将逐步淘汰能耗大、效率低的生产设备,将为磁悬浮离心式鼓风机带来广阔的市场前景。

  ③冶金行业:鼓风机在冶炼行业占有重要的位置。氧气对钢铁工业在于强化冶炼过程,特别是氧气顶吹转炉炼钢已成为钢铁工业飞跃发展的一条主要途径。炼钢用氧量非常之大,它是使用空气分离设备从空气中采用深度冷冻法而取得。每套制氧机中必须使用空气压缩机、氧气压缩机、加热鼓风机和透平膨胀机,即一般所称的“制氧四大机”。冶金行业的稳定增长将给鼓风机市场带来良好拓展前景。

  ④电力行业:在电力、冶金和其他行业生产中,为了除去煤中的硫元素,防止燃烧时生成二氧化硫进入大气污染环境,通常采用烟气脱硫的方式收集燃烧后的烟气通过石膏湿法工艺进行脱硫。鼓风机在烟气脱硫工艺中主要承担送风氧化的作用,要保证鼓风机在工艺中能提供足够的氧气,如风量不足会造成氧化不充分,导致副产品品质低、脱硫不彻底等。

  2015年12月,国务院第114次常务会议和国家三部委《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》指示要求,决定全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造,大幅降低发电煤耗和污染排放。我国目前发电仍以火力发电为主,根据国家能源局统计,2020年全国发电量为220,058万千瓦,其中火力发电为124,517万千瓦,占比56.58%,同比增长4.7%。当前我国电力行业面临的降低发电煤耗和污染排放压力仍较大,对鼓风机有较大需求。

  ⑤水泥行业:目前“节能降耗”是水泥行业发展的方向,国家对节能减排的重视带给高能耗、高污染的水泥企业众多压力,迫使水泥企业更新水泥生产设备,向节能环保的方向发展。水泥企业已开始积极借助新型节能化生产设备进行技改。风机是水泥行业用电的重要设备之一。水泥行业是高耗能行业,受市场需求的拉动,淘汰落后产能政策的调控,企业自身市场竞争的需要和水泥生产技术装备的进步,新型干法水泥的生产方式得到大力推广应用。因此,推进鼓风机更新换代是水泥行业实现节能降耗的重要途径。水泥行业淘汰落后产能及新增产能的大量固定资产投资为鼓风机行业带来重要的市场机遇。

  (2)产品技术升级换代不断带来新需求:随着我国《节能中长期专项规划》等政策的出台,国家把节能降耗作为经济转型的重要内容。目前国内投入运行的鼓风机产品普遍存在效率低、能耗高的现象,节能降耗空间巨大,需求迫切。此外,国内已投入运行的鼓风机不断有老产品因达到使用寿命进行更换。在此背景下,鼓风机生产企业和科研机构不断研究开发技术工艺,通过对叶轮、蜗壳等部件的设计改进,提高制造精度,可使各类鼓风机的效率提高。鼓风机新产品的不断推出,形成对现运行老产品的升级替代。

  磁悬浮离心式鼓风机以节能、高效、故障率低等优势广泛应用在污水处理、印染、制药、化工、食品、水泥等多个领域,目前国内企业生产的磁悬浮离心式鼓风机的功率等级大多在50kW-300kW之间。从发展趋势来看,未来国内会研发更大功率的磁悬浮离心式鼓风机,以响应各行业对鼓风机的不同需求。

  (1)行业目前发展状况:当前,国内鼓风机龙头企业都在加大研发投入,壮大科研团队,不断开发新产品,国内鼓风机企业与国外品牌在技术上的差距将进一步缩小,未来国内鼓风机企业将进一步占据国内鼓风机市场份额,同时,立足国内市场,走出国门,开发国际市场。据中国通用机械协会风机分会统计会员企业的数据,2020年国内鼓风机产量达到9万多台,产值为50多亿元。未来,随着污水处理、大气污染治理等行业的发展,将进一步推动鼓风机需求增长,中国鼓风机行业仍有较大的发展空间。

  (2)所属行业在新技术方面的发展趋势:提高效率、降低能耗是未来风机必然的发展方向。一是优化设计叶轮降低能耗,通过改变叶轮截面形状进一步改进风机的风量、能耗、噪声;二是提高转速有效促进风机小型化,在提高效率的同时,达到缩小体积和减轻重量的效果;三是通过设计机壳风口形状、运用回流消声、共振消声等先进技术实现风机的消声降噪;四是实现智能化控制,利用PLC、DSP和触摸屏对鼓风机的各种运行参数进行有效的控制,根据工况参数的变化自动实时调整风机的运行参数,以满足流程的要求,并且通过对压力、温度、振动等参数的监控,保证风机的安全运行。

  随着国内制造高端化、智能化、绿色化的发展趋势,部分风机企业开始瞄准制约各行业发展的节能降耗痛点问题。未来单级高速鼓风机将向高、中、低各种压比的全系列产品目标发展,满足不同行业领域的需求。以高效、可靠、无油、宽覆盖为目标,以系列化、模块化、标准化为抓手,提高产品综合性能。未来将会大力推动节能型鼓风机的研制和应用,节能效果显著的磁悬浮离心式鼓风机将有越来越大的发展空间。



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