石油化工行业节能原理和节能技术讲义 91页

'石油化工行业节能原理与节能技术讲义石油化工行业节能原理和节能技术讲义尹洪超教授博士生导师大连理工大学能源与动力学院2007年4月90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义目录目录1前言2第一节节能的基本原理10第二节典型例题分析22第三节节能的基本概念32第四节企业节能的原则和基本途径43第五节企业通用节能技术50第六节石化行业节能技术8590大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义前言节能是指在满足相等需要或达到相同目的的条件下，通过加强用能管理，采取技术上可行，经济上合理以及环境和社会可以接受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，提高能源利用的经济效果。一、我国的能源发展和供求问题1、能源供应压力大“十五”期间，由于能源需求增长迅速，我国能源市场由“九五”时期的供需基本均衡转向供不应求。按可比价格计算，这期间我国GDP年均增长率高达9.7%，而相应的能源消费量年均仅增长4.6%，远低于同期经济增长速度，其中1997至1999三年能耗为负增长。然而，进入21世纪以来，尤其是从2002年开始，我国能源消费增长迅猛，超过了经济发展速度。我国2005年一次能源生产总量20.6亿吨标准煤。其中发电量24747亿千瓦小时，比2004年增长12.3%；原煤21.9亿吨，增长9.9%；原油1.81亿吨，增长2.8%。2005年能源消费总量22.2亿吨标准煤，比2004年增长9.5%。其中，煤炭消费量21.4亿吨，增长10.6%；原油3.0亿吨，增长2.1%；天然气500亿立方米，增长20.6%；水电4010亿千瓦小时，增长13.4%；核电523亿千瓦小时，增长3.7%。“十五”期间我国能源消费总量从2001年的13.49亿吨标准煤增长到2005年的22.2亿吨标准煤。如今我国能源消费总量已经位居世界第二，约占世界能源消费总量的11%。图1“十五”期间我国一次能源生产总量和能源消费总量对比90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义表1“十五”期间我国一次能源生产总量和能源消费总量对比年份一次能源生产总量（亿吨标准煤）能源消费总量（亿吨标准煤）200112.113.5200213.814.8200316.017.1200418.519.7200520.622.2但我国人均能源消费量较低。2004年,我国人均一次能源消费量1.08吨标准油，为世界平均水平的66%，美国的13.4%，日本的26.7%，英国的28.1%。目前，美国人均消费石油是我国的14倍，日本是我国的3.8倍。从世界范围来看，经济越发达，人均能源消费量越高。我国到2010年要实现人均GDP比2000年翻一番，这客观上要求人均能源消费量有较大幅度增长，特别是优质能源需求量的增长。表22004年世界一次能源人均消费（英国石油公司BP资料）世界平均水平1.63吨标准油/人中国1.08吨标准油/人美国8.02吨标准油/人日本4.03吨标准油/人英国3.82吨标准油/人随着需求的快速增长，我国能源供给约束越来越大。综合起来看，当前我国能源供给的矛盾已超出生产能力不足这个层面，更为突出地表现为资源不足的“瓶颈性”约束。2、能源安全特别是石油安全问题日益严峻“十五”期间，我国能源进口依存度不断上升，尤其是石油的进口依存度上升很快。2001～2003年，我国原油进口依存度从39.9%上升到48.6%，平均每年上升4.4个百分点。三年间我国原油进口依存度平均水平达到43.3%。 随着进口石油数量的持续增加，国际石油价格的上涨对我国的影响越来越大。据有关部门测算，国际油价每桶变动1美元，将影响进口用汇46亿元人民币，直接影响我国GDP增长0.043个百分点。最近两年，国际原油价格屡创新高，我国深受其害。从统计资料来看，2004年，原油进口平均价格比2003年上涨58.9美元/吨，我国为此多支付外汇70.68亿美元；2005年，国际油价上涨更多，据估计我国至少为此多支出了10090大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义亿美元外汇。从国际上进口大量的石油，意味着风险性因素增多和不安全程度提高，能源安全特别是石油安全问题日益严峻。3、能源利用效率较低，浪费严重我国在能源利用上仍处于粗放型增长阶段。当前，我国经济社会发展中存在一个较为突出的矛盾，就是在能源资源相对贫乏的条件下，不少地区的经济增长速度仍然是靠“三高”（高投资、高能耗、高污染）来支撑，结果表现为“两低”（低质量、低效益），以及“三荒”（煤荒、电荒、油荒）现象。从能源消耗强度来看，2003年按现行汇率计算的每百万美元能耗，我国为893吨标准油，比目前世界平均水平高2.3倍，比发达国家美国和日本分别高2.7倍和9.4倍，比同样是发展中国家的印度还高0.45倍。从能源利用效率来看，根据国家发展和改革委员会公布的信息，目前我国的能源利用效率为33%，比发达国家低约10个百分点。电力、钢铁、有色、石化、建材、化工、轻工、纺织8个行业主要产品单位能耗平均比国际先进水平高40%；钢、水泥、纸和纸板的单位产品综合能耗比国际先进水平分别高21%、45%和120%；机动车油耗水平比欧洲高25%，比日本高20%；我国单位建筑面积采暖能耗相当于气候条件相近发达国家的2～3倍。如不改变能源低效利用的现实，到2020年，我国要以能源翻一番实现经济翻两番的目标，按2003-2005年能源消费增长的趋势，我国能源消费量将高达40多亿吨标准煤，在能源供应及能源安全等方面都会带来严重问题。即便考虑到各种节能因素，我国能源消费量仍将达30亿吨标准煤，因此必须通过节能提高能源利用效率。图2中国与其他发达国家单位GDP产出能耗量对比（2003年）90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义表32003年单位GDP能耗国际比较（摘自世界经济年鉴）国家GDP（亿美元）一次能源消费量（百万吨标油）单位GDP能耗（吨标油/万美元）单位GDP能耗比率（中国/外国）中国132001178.38.931.00印度5590345.36.181.45韩国73302122.893.09日本58800504.80.8610.40俄罗斯5060670.813.260.67德国27100332.21.237.28法国18300260.61.426.27英国13900223.21.615.56意大利12400181.91.476.09加拿大7540291.43.862.31美国946002297.82.433.68世界363009741.12.683.33 4、我国能源供需结构均以煤为主，能源工作必须兼顾环境保护 随着全球气候变暖和大气环境质量的急剧下降，环保问题受到了世界各国的普遍重视。在我国，以煤为主的能源供需结构是环境污染日趋严重的主要原因。我国是世界气候变化框架公约的签字国，环境因素将逐渐成为我国能源工作中不容忽视的问题。 从能源消费结构优化进程来看，发达国家早在20世纪60年代就基本完成了以煤为主向以油气为主的能源消费结构的转变，其转变历程大约经历了60年。所以，我国要在2050年达到中等发达国家水平，从现在起必须重视改善能源结构的问题。这也是我国树立科学发展观，构建资源节约型、环境友好型社会的必然要求。二、我国能源供需预测“十一五”期间能源市场供需形势呈如下特点：（1）我国能源消费需求继续保持快速增长，增速较“十五”回落。2006～2010年，我国一次性能源消费从19亿吨标准煤，增加到26.2亿吨标准煤，增长37.8%，年均增长8.4%，比“十五”回落约5个百分点。能源消费弹性系数平均为1.1左右，比“十五”末期缩小约0.5个百分点。这一方面表明能源消费需求仍处在较快增长时期，增速仍在经济增长之上；另一方面也表明经济增长对能源需求的依赖性趋于减弱。（2）生活用能源消费需求增长快于工业生产用能源。到2010年，按照可能达到的人口基数13.5亿计算，人均生活用能源消费约300千克标准煤，同目前标准相比，基本上翻一番。届时生活用能源消费占总消费中的比重达到15%左右，比当前水平提高约490大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义个百分点。（3）我国能源生产增长继续快于需求增长,但增势亦有明显回落。2006～2010年，能源生产从18.2亿吨标准煤增加到26.1亿吨标准煤，增长了43%，年均增长9.4%，增幅较“十五”回落6个百分点左右。（4）由于需求增长减缓，生产增长快于需求增长，预计“十一五”期间，我国能源需求自我保障平均在97%左右，特别是“十一五”后期可实现供需基本平衡。整个“十一五”期间，我国能源需求保障对外部的依赖性没有明显上升。另外，根据相关预测，2020年，中国一次能源需求约30亿吨标准煤，其中石油4.3～5.2亿吨，煤炭21～24亿吨，比2000年增加70%～130%，人均1.5～2.0吨标准煤。到2020年，全社会用电需求将达4.2万亿千瓦时，发电装机容量达9亿千瓦，比2000年增长1.8倍。三、我国能源政策我国政府将能源政策确定为“资源节约和开发并举，把节约放在首位”。2004年6月30日国务院提出了关于能源中长期发展八项规划：（1）坚持把节约能源放在首位，实行全面、严格的节约能源制度和措施，显著提高能源利用效率。（2）大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的战略。（3）搞好能源发展合理布局，兼顾东部地区和中西部地区、城市和农村经济社会发展的需要，并综合考虑能源生产、运输和消费合理配置，促进能源与交通协调发展。（4）充分利用国内外两种资源、两个市场，立足于国内能源的勘探、开发与建设，同时积极参与世界能源资源的合作与开发。（5）依靠科技进步和创新。无论是能源开发还是能源节约，都必须重视科技理论创新，广泛采用先进技术，淘汰落后设备、技术和工艺，强化科学管理。（6）切实加强环境保护，充分考虑资源约束和环境的承载力，努力减轻能源生产和消费对环境的影响。（7）高度重视能源安全，搞好能源供应多元化，加快石油战略储备建设，健全能源安全预警应急体系。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（8）制定能源发展保障措施，完善能源资源政策和能源开发政策，充分发挥市场机制作用，加大能源投入力度。深化改革，努力形成适应全面建设小康社会和社会主义市场经济发展要求的能源管理体制和能源调控体系。中共中央公布的“十一五”规划建议提出“能源产业要坚持节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展，构筑稳定、经济、清洁的能源供应体系”；“在优化结构、提高效益和降低消耗的基础上，实现2010年人均国内生产总值比2000年翻一番；资源利用效率显著提高，单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20%左右”。节约能源已经成为工作的硬指标。四、工业节能的战略地位工业是我国能源消费大户，能源消费量占全国能源消费总量的70%左右，特别是钢铁、有色金属、建材、化工、煤炭、电力、石油、石化等八个行业占全部工业能耗的78%，到2020年，虽然工业部门占能源总需求的比例将从2000年的72.7%逐步下降到56.7%～58.7%，但仍然为第一大用能部门，也是获得节能效应最为显著的部门，因此工业节能对于我国节能工作的顺利开展、能源发展规划和“十一五”建设目标的实现具有至关重要的战略地位。首先，工业节能是实现经济持续快速发展的必然选择。虽然我国能源比较丰富，但人均占有量不多，而且开采难度越来越大，同时，能源基础设施建设投资大、周期长，还面临交通运输、水资源制约等一系列问题。今后20年，我国钢铁、有色金属、石油石化、水泥等高耗能产品的需求量将继续增加，汽车和家用电器大量进入家庭。与之相适应，能源消费将进一步增长。能源相对不足造成的资源约束矛盾将会越来越突出。节约使用各种资源，建立节能型工业、节能型社会，必将成为增强经济发展后续保障能力的重要途径。其次，工业节能是保障国家能源安全的战略举措。随着经济发展特别是工业化进程加快，特别是石油石化工业的快速发展，石油需求将继续增长，供求缺口会越来越大。如不采取积极有效的措施，石油供应很可能对我国经济安全带来不利影响。解决石油问题，一方面要注重开源，充分利用国外资源，加强国内勘探开发，积极发展替代产品；另一方面，必须坚持节约优先，降低消耗，提高利用效率。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义再次，工业节能是增强工业企业竞争力的有效途径。近年来，通过广泛采用节能技术和加强管理，冶金、有色、建材、石化等工业企业，特别是大型工业企业的能耗有所下降。但从总体上看，我国主要耗能工业的能耗与国际先进水平相比仍然较高，成为工业企业成本高、经济效益差的一个重要原因。最后，工业节能是保护环境的重要手段。据测算，我国工业能源利用效率若能达到世界先进水平，可减少能源消耗约四分之一，使环境质量得到极大改善。强化工业节能，减轻能源消费增长给环境保护带来的巨大压力，改善环境质量，已成为亟待解决的问题。五、节能的意义和方向《中国节能技术政策大纲（2006版）》指出：节能既是一项长期的战略任务，也是当前一项紧迫的任务。节能工作要全面贯彻科学发展观，落实节约资源基本国策，坚持开发与节约并举，节约优先的方针，以提高能源利用效率为核心，以转变经济增长方式、调整经济结构、加快技术进步为根本，通过调整产业结构、产品结构和能源消费结构，淘汰落后技术和设备，加快发展服务业和高新技术产业，用高新技术和先进适用技术改造提升传统产业，促进产业结构优化升级，提高产业的整体技术装备水平，提高能源利用效率。坚持节能与发展相互促进，把节能作为转变经济增长方式的主攻方向，从根本上改变高耗能、高污染的粗放型经济增长方式；坚持发挥市场机制作用与政府宏观调控相结合，努力营造有利于节能的体制环境、政策环境和市场环境；坚持源头控制与存量挖潜、依法管理与政策激励、突出重点与全面推进相结合。六、节能工作中存在的问题目前，我国节能存在的问题主要有：1、对节能重要性缺乏足够的认识，节能优先的方针没有落到实处。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义在发展思路上存在重开发、轻节约，重速度、轻效益的倾向，把节能仅仅作为缓解能源供需矛盾的权宜之计，供应紧张时重视节能，供应缓和时放松节能，片面认为节能可以依靠市场机制来实现，对节能在转变经济增长方式、实施可持续发展战略中的重要地位以及政府在节能管理中的重要作用缺乏足够的认识，在宏观政策的各个方面节能优先的方针还没有充分体现，一些地方和行业节能管理有所削弱，节能还没有成为绝大多数企业和全体公民的自觉行动。2、节能法律法规不完善。1998年颁布实施了《节约能源法》，但有法不依，执法不严的现象严重，配套法规不完善，操作性上有待改进。能效标准制定工作滞后，尚未颁布机动车燃油经济性标准，大部分工业用能设备（产品）没有能效标准。虽然陆续制定和颁布了各气候区建筑节能50%的设计标准，但全国城市每年新增建筑中达到节能建筑设计标准的不到5%。3、缺乏有效的节能激励政策。国内外实践表明，节能在很多方面属于市场失灵的领域，需要政府宏观调控和引导。目前在财税政策上对节能改造、节能设备研制和应用以及节能奖励等方面，支持的力度不够，没有建立有效的节能激励机制。4、尚未建立适应市场经济体制要求的节能新机制。在计划经济体制下形成的节能管理体系已不适应新形势的要求。国外普遍采用的综合资源规划、电力需求管理、合同能源管理、能效标识管理、自愿协议等节能新机制，在我国还没有广泛推行，有的还处于试点和探索阶段。供热体制改革滞后，受各种因素影响贯彻落实难度较大。5、节能技术开发和推广应用不够。节能必须依靠技术进步，改革开放以来，我国开发、示范（引进）和推广了一大批节能新技术、新工艺和新设备，节能技术水平有了很大提高。但从总体上看，投入不足，创新能力弱，先进适用的节能技术，特别是一些有重大带动作用的共性和关键技术开发不够。同时由于缺乏鼓励节能技术推广的政策和机制，多数企业融资困难，节能技术推广应用难。6、节能监管和服务机构能力建设滞后。目前，全国共有节能监测（技术服务）中心145个，绝大部分受政府委托开展节能执法监督和监测。但总体上看，多数节能监测（技术服务）机构能力建设滞后，监测装备落后，信息缺乏，人才短缺，整体实力不强。能源统计体系不完善、节能信息不畅，难以适应节能工作的需要。我国工业能源消费量占全国能源消费总量的70%，技术与装备良莠不齐，部分装备技术性能低下、生产工艺落后，能耗指标较高、总体用能效率低，严重制约国民经济持续快速发展，是我国节能工作的重点。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义第一节节能的基本原理要搞好节能，就要了解造成能量损耗和损失的原因、能量损耗和损失的分布、科学用能的基本原则、技能的对策等。首先要了解热力学的基本原理和基本定律，为节能工作做好准备。一、基本概念1、热力系统在对能量转换的现象或过程进行分析的时候，需要从相互作用的物体中提取研究对象，该对象就是热力系统，简称系统。一般来说，根据分析研究的需要，热力系统可以是一台设备，也可以是一个车间、一个企业，甚至是一个地区等。一个热力系统如果和外界只有能量交换而无物质交换，则该系统称为闭口系统，又称作控制质量。如果热力系统和外界不仅有能量交换而且有物质交换，则该系统叫做开口系统，又称作控制容积，或控制体。当一个热力系统和外界间无热量交换时，该系统称为绝热系统。当一个热力系统和外界既无能量交换又无物质交换时，则该系统就称为孤立系统。图1-1一个热力系统的简图热力工程中常见的热力系统是由可压缩流体（如水蒸气、空气、燃气等）构成的，这类系统又称作简单可压缩系统。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义2、热力学第一定律能量守恒与转换定律：自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但是能量可以从一种形态转换为另一种形态，且在能源的转换过程中能量的总量保持不变。热力学第一定律是能量守恒和转换定律在热现象中的应用，确定了热力过程中热力系统与外界进行能量交换时，各种形态能量数量上的守恒关系。在热力学中，可以表述为热是能的一种，机械能变热能，或热能变机械能的时候，他们之间的比值是一定的。能量从一个物体传递到另一个物体有两种方式：做功和传热。3、卡诺循环1824年法国青年工程师卡诺设想了一部理想热机。该热机由两个温度不同的可逆定温过程(膨胀和压缩)和两个可逆绝热过程(膨胀和压缩)构成的循环过程——卡诺循环。图1-2T-S图上的卡诺循环4、热力学第二定律能量在使用过程中是不断贬值的、以致最后完全无用。热力学第二定律就是用来说明过程进行的方向、条件及限制。热力学第二定律的不同表述：克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传至高温物体，而不引起其它变化。开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用功而不产生其它影响。普朗克说法：不可能制造一个机器，使之在循环动作中，把一种物体温度升高，而同时使一热源冷却。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义卡诺定理：在不同温度的恒温热源间工作的所有热机，不可能有任何热机的效率比可逆热机的效率更高。卡诺循环的热效率：5、熵的基本概念热力学第二定律告诉我们，哪些自然过程（包括非循环过程与循环过程）是可能进行的，哪些是不可能进行的，即说明自然过程是有方向性的，是不可逆的。不过，迄今为止的所有有关论证都是定性的。为了把这种分析提高到定量的阶段，下面我们将在以上讨论的基础上，导出一个新的热力学参数“熵”，它的变化将直接与过程方向性相关。图1-3导出熵参数的示意图设有一个如图1-3所示的任意系统X。它在经历一个微元可逆状态的变化中，由外界吸热δQ，同时对外作功δWi，δWi为内部功，表示由系统本身对外界所作的功。为了利用热力学第二定律推论I的条件，设想热量δQ是由一台工作在系统X与热源d之间的可逆机提供的。可逆机在向系统X排出热量δQ时，将完成若干个完整循环，并向外界作出外部功δWi（是指相对于系统X来说的）。热源的温度Td完全是任意的，在这里我们假定Td＞T。但若Td＜T，则只要把可逆热机换成可逆致冷机或热泵，那么最后的结论将是完全一样的。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义若系统X由稳定状态1可逆地变化到稳定状态2，可写出积分式为系统X与可逆热机一起构成一个扩大的系统Y。对于确定的状态变化来说，系统Y向外界所作总功Wg与系统X和可逆机所作的功Wi+We是相同的，从而所吸收的热量Qd也是相同的，由此可见，上式右边Qd/Td只取决于系统X的初始状态与最终状态，而与过程路径无关，这就是说，被积函数满足状态参数的基本判据，因此，我们可以定义一个状态参数熵S，令dS=δQ/T式中，δQ是在系统温度T下可逆地传给系统的热量。只和单一热源交换热量的系统，经过一有限可逆过程后，熵的变化为 若系统完成一个循环过程，可得到上式再次表明，熵是一个状态参数。现在，我们可以利用状态参数熵来研究过程的方向性，即不可逆性问题。所考察的系统X如图1-4所示，以下标Ｒ与Ｉ分别表示可逆过程与不可逆过程。　图1-4可逆与不可逆过程示意图90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义　假定图中热源为变温热源，以保证在一个无限小的温差下向系统供给热量。当系统在两个无限邻近的稳定状态之间进行一个可逆或不可逆过程时，根据热力学第二定律推论Ⅰ，由于dW1＜dWR，因此必定有dQ1＜dQR。对于微元过程，熵的变化为上式可改为式中等号用于可逆过程，不等号用于不可逆过程。对于在两个稳定状态1与2之间进行的有限过程，则为式中的不等号表示了不可逆性对系统熵的影响。当系统完成一个可逆或不可逆循环时，系统熵的变化为零，于是可以得到这个公式称为克劳修斯不等式。它告诉我们，任何循环的克劳修斯积分总小于零，极限（可逆）时才等于零。同时还应指出，在进行以上推论时，我们曾假定不论是可逆还是不可逆过程，在热量的传递中系统边界处接受热量的局部温度是与热源温度相等的。但是，我们并没有限制热源温度是否恒定，因此所得到的方程具有普遍性，即它既可认为是单一热源，也可以是变温热源，对于孤立系统，δQ=0。上式叫做孤立系统熵增原理。它表明，自发过程只能向熵增加的方向发展，只有在可逆的极限情况下，熵才保持不变。二、火用参数的基本概念、热量火用1、能量的可转换性90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义热力学第二定律限制了某些能量向另一种形态的转变。各种形态的能量相互转换时具有明显的方向性，如机械能、电能等可全部转化为热能，理论上转换效率近100%。这类可无限转换的能量成为火用，机械能全部为火用。但是，反方向的热能转换为机械能、电能等，却不可能全部转换，转换能力受到热力学第二定律的制约。所以，从技术使用和经济价值角度，前者的品味（质量）更高、更为宝贵。热量本身也具有质量的差别。由高于（或低于）环境温度的物体提供的热量中，部分可转换为机械能。以其为高温热源、环境为低温热原，通过可逆机可作出有用功（循环净功），这是技术上可实现的可转换的最大量。这类热能属于可有限转换的能量。供热体温度越高，热量质量也就越高。由于由单一热源提供的热量是不能连续做功的，因为由它们提供的热量无法转变为机械功，它们是不可转换的能量，从动力的观点称其为废热，或者火无。2、火用和火无的定义热力学中的定义：在环境条件下，能量中可转化为有用功的最高份额称为该能量的火用。或者：热力系统只与环境相互作用，从任意状态可逆地变化到与外界相平衡的状态时，做出最大的有用功称之为该热力系统的火用。在环境条件下，不可能转化为有用功称之为热力系统的火无。任何能量（E）都是由火用（EX）和火无（AN）两部分组成的。能量=火用+火无即可无限转换的能量，AN=0，如机械能、电能全部为火用，E=EX；不可转换的能量，EX=0，如环境介质中的热量全部是火无。不同形态的能量或物质，处于不同状态时，包含的火用和火无的比例也不一样。三、热量火用和冷量火用1、热量火用温度为T0的环境温度下，系统（T＞T0）所提供的热量中可转化为有用功的最大值是热量火用，用表示。2、冷量火用温度低于环境温度T0的系统（T＜T0），吸入的热量Q0时所作出的最大有用功称为冷量火用，用表示。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义图1-5热量火用和热量火无四、火用损失和能量贬值原理体系的火用值是指其处于环境条件下经完全可逆过程过渡到与环境平衡时所作出的有用功，这时它的做功能力最大。与此同时，任何的不可逆循环或者不可逆过程，必然会有机械能损失，体系的做功能力降低，必然有机械能损失，体系的做功能力降低，或者说必然有火用损失，火无增量。不可逆程度越严重，做功能力降低越多，火用损失越大。图1-6一个孤立系统的熵增和火用损假设：以A为热源、环境为冷源，其间工作的可逆机作出的最大循环净功Wmax(A)，即为体系A放出的热量Q中的热量火用，即：90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义体系B放出的热量，则它所包含的热量火用为：由此可以看出，孤立系统发生了不可逆传热而引起的火用损失：可以看出，热量Q从A传到B，热量的数量并未减少，但是Q中的热量火用减少了，热量的“质量”降低了，称之为能量贬值。孤立系统中进行热力过程时，火用只会减少不会增大，极限情况下（可逆过程）火用保持不变，这就是能量贬值原理。由于实际过程中，总有某种不可逆因素，不可避免地能量中的一部分火用将退化为火无，而且一旦退化为火无就将再也无法转变为火用，因而火用损失是真正意义上的损失。减少火用损失（有限度地）是合理用能及节能的指导方向。五、举例分析以某炼油厂的加热炉为例，进行火用分析工艺过程的热平衡、热效率不能全面反映热能转换过程中热能的利用情况，也不能用来分析、考察热能转换过程中各种热能的传递、转变和降级(能量变质)的情况。所以，仅从能量的数量来分析、评价是不够的，应对能量的质量进行分析和评价，才能从根本上分析和评价用能的好坏。火用效率(ηE)能够正确地指出过程的用能情况，又能用以分析、考察过程中各种形式能量的传递、转换、降级变质情况的物理量。这是因为，火用效率是建立在热力学第一定律和热力学第二定律这两者基础上的，它更能全面、深刻地反映过程进行的情况。所谓火用(EX)就是在给定环境条件下，能量中理论上能够转变为最大有用功的那部分能量。从火用的概念出发，生产中进行的各种过程不是消耗足够的能量就能实现的，而必须在能量中有足够数量的火用才能实现，一般所谓的用能，实际上是用火用。在一个过程或设备中,被利用或获得的火用与支付或耗费的火用的比值,就是所谓的火用效率,即ηE=EX出/EX入；在火用效率的计算式中，分子、分母属于真正的同类项,不管过程中使用的各种能量的具体形式如何，它们具有的火用在理论上完全是同质、等价的。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义此外，可根据火用效率对用能的情况作出具体的分析。通过火用效率可以确定各单元过程火用效率对总过程火用效率的影响,从而确定各单元过程在总过程中的节能地位。在提高过程总效率时，可以指出主要矛盾所在，分析各单元过程的条件对单元过程火用的影响，从而确定提高火用效率应采取的工艺条件。所以，可将火用效率作为一项主要指标，对生产方法、工艺流程的合理性及设备的优劣进行正确的评价。1、炼油厂加热炉的火用分析加热炉在炼油厂中应用广泛，它是一种提供热源的火力加热设备，加热炉中燃料燃烧以后，放出的热量传给炉内炉管中的介质，使介质达到工艺要求的温度。按加热炉的功能，加热炉大体上可分为：燃料燃烧、辐射、对流三部分，下面就对这三部分进行讨论。（1）燃烧段的火用分析燃烧段火用效率计算式为：ηE燃=EX燃得/EX燃总(1)式中：ηE燃——燃烧段火用效率,%；EX燃得——燃烧段总得火用，kcal/h；EX燃总——燃烧段总供火用，kcal/h。由式(1)可知：只有增大燃烧段烟气的火用值，才能增大燃烧段的火用效率，而决定烟气火用值的主要因素是燃烧段的热力学平均温度，即理论燃烧最高温度和入炉平均温度,要提高燃烧段火用效率，就必须提高理论燃烧最高温度和入炉平均温度。理论燃烧最高温度计算式为：t最高=Q总/(WgC烟)(2)式中：t最高——理论燃烧最高温度，℃；Q总——燃料、空气、雾化蒸汽的显热以及燃料燃烧热的总和，kcal/h；Wg——烟气量，kg/h；C烟——烟气的比热，kcal/(kg·℃)。由式(2)可知：影响理论燃烧最高温度的因素主要有燃料燃烧热和燃料、空气、雾化蒸汽显热的总和Q总以及烟气量Wg；所以，要提高理论燃烧最高温度，其一加热炉必须配有高效燃烧器，使空气和燃料充分混合，完全燃烧；其二减小过剩空气系数及雾化蒸汽量，使烟气量Wg降低。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义此外，提高燃料、空气的入炉温度，也可使燃烧段的热力学平均温度升高，就是说，使燃烧后生成的烟气的得火用增加，这就使得燃烧段火用效率增大。提高燃料油的入炉温度，最好是直接烧热油，粘度小、易雾化，也可少用雾化蒸汽；再者，燃油粘度小，与空气混合充分，燃烧完全。提高空气的入炉温度有两种措施：一是空气和对流段排出的热烟气换热：二是空气和馏分热油换热。空气入炉温度高，有利于使燃料完全燃烧，也能减少雾化蒸汽用量。（2）辐射段的火用分析辐射段火用效率计算式为：ηE辐=EX辐得/EX辐总(3)式中：ηE辐——辐射段火用效率，%；EX辐得——辐射段总得火用，kcal/h；EX辐总——辐射段总供火用，kcal/h。从式(3)可看出，提高辐射段的火用效率，一要减少辐射段总供火用，其措施是提高冷流介质入辐射段的温度，这样，可减少加热炉的总热负荷，从而降低燃料消耗；二是要求炉体保温良好，减少辐射段的散热损失，因为散热火用是算在辐射段的火用损中的；三是炉子密封性要好，减少空气漏入。烟气离开辐射段的温度越高，则辐射段供火用就越少，火用效率相应提高；但是，这一温度太高，辐射段中炉管烧穿和结焦的可能性就越大。所以，这一温度应控制在一定范围内。若辐射管中要注入蒸汽，注入位置应适当，注汽点尽量接近介质气化点，相应降低注汽量，减少辐射段的供火用，这样也可提高辐射段的火用效率。（3）对流段的火用分析对流段可能只有一种介质被加热，也可能有两种以上的介质被加热，为此，视被加热介质数目的多少，把对流段划分为若干段来分别进行讨论，对每一对流段火用效率的计算方法完全与辐射段的计算和分析方法相同，在此，不多加赘述。2、加热炉的火用损和火用效率全炉的总供火用和总得火用之差即为全炉的火用损(ΔEX损)；即表示为：ΔEX损=EX总供-EX总得；全炉的火用效率(ηE炉)为全炉的总得火用与全炉的总供火用之比；即表示为：ηE炉=EX总得/EX总供；90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义根据各段及全炉火用效率的计算结果，找出薄弱环节，从而采取各种节能措施。目前，全国各炼油厂的加热炉热效率都高达85%以上，有的甚至在90%以上，但是火用效率才只有50%左右，这主要是燃烧过程的高度不可逆性引起的。虽说也相应采取了一些技术措施，但仍不能从根本上解决低火用效率的问题。现在仍有相当数量的加热炉火用效率只有20%～30%，所以要提高这些加热炉的火用效率,仍有许多工作要做。3、加热炉热效率及火用效率的计算结果对比分析下面对一常减压装置的减压炉火用的计算结果进行分析。图1-7给出了该加热炉的工艺操作条件，表1-1给出了减压炉的热平衡及火用平衡的计算结果。从表1-1可以看出，此减压炉的热效率高达82.2%。但是，全炉的火用效率只有41.3%。该减压炉的火用损部位主要在燃烧段和辐射段，这主要是由于燃烧过程为一种高度不可逆过程以及辐射段传热温度太高造成的。图1-7减压炉操作条件示意图针对上述情况，可以从两方面来采取措施：其一，尽可能提高燃料油、空气入炉温度，特别是提高空气的温度。因为空气量比燃料量大，提高空气的温度可降低烟气的升温温差，从而提高燃烧段的火用效率。其二。降低该减压炉的过剩空气系数。此减压炉过剩空气系数高达1.25，这就导致烟气量增大，使炉膛理论燃烧最高温度降低，烟气的物理火用减少，燃烧过程的火用损增大，同时，也降低了三原子气体的浓度，使辐射能力降低，从而引起辐射火用损增加。另外，也使得烟气向大气排火用增加。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义表1-1减压炉各段热平衡及火用效率计算结果4、结论及建议为了提高加热炉用能的合理性,首先要从质量上提高加热炉用能的合理性,这就必须进行火用分析。据各段及全炉火用效率的比较结果,把火用效率作为目标函数,找出薄弱环节，获得优化加热炉的条件，制定出相应的解决措施。为提高加热炉的火用效率，在操作、维护和设备技术改进等方面应采用自动仪表，降低烟气含氧量；将蒸汽雾化改为温度较高的空气雾化；提高炉壁及看火门密封性；将普通喷嘴改为低过剩空气喷嘴；炉内壁涂高温辐射物质；用陶纤作炉衬减少炉壁散热损失等措施。在可能的情况下，可采用功热联产利用燃料能量的方法。即燃料先在烟气轮机中燃烧做功，使高温烟气进入加热炉供热，或者利用其中尚含16%左右的高温烟气来燃烧燃料，这样也可提高加热炉燃烧过程的火用效率。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义第二节典型例题分析例题1求解下列两种情况下，由不可逆传热造成的火用损失，设Q=100kJ，环境温度T0=23℃，见图1-6。（1）tA=420℃，tB=420℃；（2）tA=70℃，tB=50℃。解：（1）TA=（420+273）K=693K，TB=（400+273）K=673K因为TA＞TB＞T0，热量从A传向B，故（2）TA=（70+273）K=343K，TB=（50+273）K=323K因为TA＞TB＞T0，热量从A传向B，故由此可以看出，同样大小的传热温差ΔT，低温传热时火用损失更大。工程上，在不降低（或减少降低）传热效果的同时，尽量减少传热温差，对低温换热器尤为重要。例题2某蒸汽动力系统流程如图2-1所示，能量平衡与火用分析计算见表2-1。图2-1蒸汽动力系统流程图90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义表2-1某蒸汽动力系统能量平衡与火用分析项目能量平衡火用分析能量kJ/kg百分率%火用kJ/kg百分率%输入燃料供给能37041003226.6100输出系统净输出能839.722.67839.826.03锅炉损失555.615.01929.659.81汽轮机内部损失236.06.37221.06.85汽轮机摩擦损失13.20.3613.20.41凝汽器损失2006.454.7164.05.08管道损失27.10.7333.01.02发电机损失26.00.7026.00.80系统效率22.67从表2-3可以看出，蒸汽动力系统中造成火用损失最大的设备是锅炉，为59.81%。锅炉的火用损失主要是燃烧不可逆损失和燃烧产物与工质的热交换损失。尽管凝汽器的能量损失很大（54.7%），但由于温度很低，火用损失仅占5%，改进凝汽器的效率对提高整个系统的火用效率作用不大。由此可见，提高蒸汽动力系统能量利用率的关键在于提高锅炉的火用效率。例如提高蒸汽的压力和温度，以减少炉内传热过程的火用损失等，这样可以在发电作功量相同的条件下，减少燃料的供入量。同时为了减少凝汽器的能量损失，可以通过热电联产，将汽轮机排汽压力提高作为供热热源用，才可使燃料能量得到充分利用。例题3利用稳定的供应的0.69MPa、26.8℃的空气源和-196℃的冷源生产出0.138MPa、-162.1℃的空气流，质量流量qm＝20kg/s。装置示意图见图2-2。求：（1）冷却器每秒的放热量（2）整个系统的熵增，判断该方案能否实现。已知空气的气体常数Rg＝0.287kJ/(kg.K)，比热容cp＝1.004kJ/(kg.K)，绝热指数к＝1.4。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义图2-2例题3附图解：T1＝(26.8+273.15)K=299.95KT3=(-162.1+273.15)K=111.05KTr=(-196＋273.15)K=77.15K（1）由热力学第一定律能量守恒式确定每秒的放热量qQ节流前后焓值相同，故h2＝h1。又理想气体的焓取决于温度，所以T2＝T1冷却器不对外作功，放热量等于焓降，所以＝20kg/s×1.004kJ/(kg·K)×（111.05-299.95K）＝-3973.11kJ/s负值表示放热。（2）由控制体积、冷源、物质源组成的一个孤立系，孤立系的熵变等于三者熵变的代数和，即稳定流动控制体积的，而＝20kg/s×[1.004kJ/(kg·K)×ln－0.287kJ/(kg·K)×ln＝-10.71490大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义＝49.165-10.714＝38.45>0该方案能够实现，是不可逆过程。例题4同样的冷源（-196℃）、同样的空气源（0.69MPa、26.8℃），达到同样的目的：生产0.138MPa、-162.1℃的空气，质量流量qm＝20kg/s。现改进方案，以涡轮机代替节流阀，同样起到降压的作用。设涡轮机内进行的是绝热膨胀过程，其相对内部效率ηT＝0.8（相对内部效率ηT是实际功和理论功的比值）。图2-3例题4的附图求：（1）涡轮机的输出功率PT；（2）冷却器的放热量qQ：（3）整个系统的熵增；（4）两个方案的火用损失。从热力学能源利用的角度分析，哪一个方案更合理？环境温度t0＝25℃.解：T1=(26.8+273.15)K=299.95KT3=(-162.1+273.15)K=111.05KTr=(-196＋273.15)K=77.15KP2=P3=0.138MPa涡轮机的理论技术功率为而90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义涡轮机输出的功率=20kg/s×1.004kJ/(kg·K)×（299.95K-211.5K）＝1776.07kJ/s（2）=20kg/s×1.004kJ/(kg·K)×（111.05K-211.5K）＝-2017.04kJ/s(负值为放热)（3）＝20kg/s×[1.004kJ/(kg·K)×ln-0.287kJ/(kg·K)×ln＝-10.714kJ/(kg·s)=＝26.144kJ/(kg·s)+0+(-10.714kJ/(kg·s))＝15.43kJ/(kg·s)>0新方案也是可行的。（4）两种方案的火用损方案Ⅰ的=38.45kJ/(kg·s)＝（25＋273.15）K×38.45kJ/(kg·s)＝11463.9kJ/s＝（25＋273.15）K×15.43kJ/(kg·s)＝4600.5kJ/s计算结果表明：方案2通过涡轮机做出有用功，火用损失比方案1小得多，因而更为合理。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义例题5蒸汽减温减压过程火用损失与余压发电应用实例分析某钢铁厂炼铁部1号锅炉房现有2台燃用高炉煤气的中温中压锅炉，每台锅炉产汽(一次蒸汽)量为18t/h，压力为3.43MPa，温度为435℃。原设计中，利用一次蒸汽通过凝汽式汽轮机发电，带动送风机向高炉送风。现计划用这2台锅炉替代焦化厂锅炉，向焦化厂输送蒸汽，送风机改用外网电力驱动。焦化厂工艺设备用汽(即二次蒸汽)压力为1.25MPa，温度为260℃。为达到焦化厂工艺设备的用汽参数要求，一次蒸汽须经减温减压后变为符合工艺设备要求的二次蒸汽。减温水的压力为3.82MPa，温度为104℃。分析：1、蒸汽在减温减压过程中的火用损失（1）减温水及二次蒸汽流量①能量平衡方程忽略减温减压过程中热量损失，能量平衡方程为：（1）式中：——二次蒸汽比焓，查表得到2950.82kJ/kg；——二次蒸汽质量流量，kg/h；——一次蒸汽比焓，3301.49kJ/kg；——一次蒸汽质量流量，36000kg/h；——减温水比焓，439.37kJ/kg；——减温水质量流量，kg/h。②质量平衡方程（2）由式（1）和（2）计算可得，二次蒸汽质量流量=41.03t/h，减温水的质量流量=5.03t/h。（2）一次蒸汽火用降将减温减压过程的蒸汽流动简化为稳定流动。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义①一次蒸汽比火用降（3）式中，——一次蒸汽比火用降，kJ/kg；——环境温度，取293.15K；——一次蒸汽比熵，6.956kJ/(kg·K)；——二次蒸汽比熵，6.834kJ/(kg·K)。由式（3）计算可得到，减温减压过程一次蒸汽比火用降Δes,p=314.94kJ/kg。②单位时间一次蒸汽火用降（4）式中，——单位时间一次蒸汽火用降，kJ/h。由式（4）计算得到，减温减压过程单位时间的一次蒸汽火用降=11.34GJ/h。（3）减温水的火用升由于减温水被加热变为二次蒸汽，因此应分别计算出一次蒸汽减温减压前减温水的比火用和一次蒸汽减温减压后减温水生成的二次蒸汽比火用。①减温减压前减温水的比火用（5）式中，——减温减压前减温水的比火用，kJ/kg；——环境状态下的减温水比焓，83.86kJ/kg；——减温减压前减温水的比熵，1.352kJ/(kg·K)；——环境状态下的减温水的比熵，0.296kJ/(kg·K)。由式（5）计算可得到，减温减压前减温水的比火用=45.94kJ/kg。②减温减压后减温水的比火用（6）式中，——减温水生成的二次蒸汽的比火用，kJ/kg；90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义——环境状态下蒸汽的比焓，2537.20kJ/kg；——环境状态下蒸汽的比熵，8.665kJ/(kg·K)；——环境状态下的减温水的比熵，0.296kJ/(kg·K)。由式（6）计算可得，减温水生成的二次蒸汽的比火用=950.38kJ/kg。③单位时间减温水火用升（7）式中，——单位时间减温水火用升，KJ/h。由式（7）计算可得到，单位时间减温水火用升=4.55GJ/h。（4）一次蒸汽火用损失率①单位时间一次蒸汽实际火用降（8）式中，——单位时间一次蒸汽实际火用降，KJ/h。由式（8）计算可得，单位时间一次蒸汽实际火用降=6.79GJ/h。②一次蒸汽的比火用（9）式中，——一次蒸汽的比火用，kJ/kg。由式（9）计算可得，一次蒸汽的比火用=1265.37kJ/kg。③一次蒸汽火用损失率（10）式中，——一次蒸汽火用损失率。由式（10）计算可得，一次蒸汽火用损失率=0.15=15%。2、节能措施为了有效利用工质的做功能力，避免高品质能源的浪费，将一次蒸汽先通入90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义背压式汽轮机发电，再将排汽供工艺设备使用，即余压发电。余压发电可使热能得到充分利用，可提高能源利用率，是一项有效的节能措施。在炼铁部1号锅炉房中温中压锅炉改造过程中，选择1台背压式汽轮机代替减温减压装置，汽轮机进汽参数为3.43MPa、435℃。蒸汽在汽轮机内绝热膨胀后排出，排汽压力为1.25MPa。①蒸汽理想比焓降（11）式中，——蒸汽理想比焓降，kJ/kg；——汽轮机进汽比焓，3301.49kJ/kg；——汽轮机排汽比焓。3018.51kJ/kg。②蒸汽有效比焓降（12）式中，——一次蒸汽的有效比焓将，kJ/kg；——汽轮机相对内效率，取0.76。由式（11）、（12）计算可得，蒸汽有效比焓降=215.06kJ/kg。③汽轮机实际排汽比焓（13）式中，——汽轮机实际排汽比焓，kJ/kg。由式（13）计算得到，汽轮机实际排汽比焓=3086.43kJ/kg，则汽轮机实际排汽温度为320.8℃（此温度高于工艺设备要求的温度，可增减减温装置进行减温）。④汽轮机组输出的电功率（14）式中，——汽轮机组输出的电功率，kW；——机械效率，取0.98；——发电机效率，取0.97。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义由式（14）计算可得，汽轮机组输出的电功率=2044.36kW。⑤年经济效益汽轮机组年运行时间为6000h/a，则年发电量为1226.62×10kWh/a。电价按0.5元/(kWh)计算，每年余压发电创造的经济效益为613.31×104元/a，改造工程造价约900×104元，约1.5年即可收回全部改造资金。3、结论分析（1）蒸汽的减温减压虽为绝热过程，减温减压前、后总热量不变，但减温减压后蒸汽火用损失很大，造成蒸汽品质下降。合理使用蒸汽不但应着眼于蒸汽热量的利用，更应注重蒸汽火用的充分利用。高品质蒸汽先用于发电，再用于工艺生产，是提高蒸汽能量利用率的有效途径。（2）对于该厂炼铁部1号锅炉房采用减温减压装置制取二次蒸汽，一次蒸汽的火用损失率达0.15。（3）在该厂炼铁部1号锅炉房改造工程中，采用背压式汽轮机代替减温减压装置进行余压发电，年发电量可达1226.62×10kWh/a，年经济效益达613.31×104元/a。综上所述，综合运用热力学第一定律分析法和热力学第二定律分析法对工业企业的用能情况进行分析，才能找出企业用能的主要问题，并从中寻找解决的办法，确定最为合理的用能方案，减少能量在“量”的方面和“质”的方面的损失，提高能量的利用率，利用能源创造更大的经济效益。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义第三节节能的基本概念一、当量单位和等价单位不同的能源的实物量是不能直接进行比较的。由于各种能源都有一种共同的属性，即含有能量，且在一定条件下都可以转化为热。为了便于对各种能源进行计算、对比和分析，我们可以首先选定某种统一的标准燃料作为计算依据，然后用各种能源实际含热值与标准燃料热值相比，即能源折算系数，计算出各种能源折算成标准燃料的数量。所选标准燃料的计量单位即为当量单位。1、低位热值与高位热值燃料燃烧会释放出一定数量的热量，单位质量(指固体或液体)或单位体积(指气体)的燃料完全燃烧，燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所释放出的热量。燃料热值有高位热值和低位热值两种。高位热值是指燃料完全燃烧，且燃烧产物中的水蒸气凝结成水的发热量，其数值由测量获得。低位热值是指燃料完全燃烧，燃烧产物中水蒸气仍然以气态存在时的发热量。由于燃料大都用于燃烧，各种炉窑的排烟温度均超过水蒸汽的凝结温度，不可能使水蒸汽中的凝结热释放出来，所以在能源利用中，都以燃料的应用基低位热值作为计算依据。2、当量热值与等价热值当量热值是指某种能源本身所含的热量。具有一定品位的某种能源，当热值是固定不变的.如汽的当量热值是42054kJ/kg，电的当量热值即是电本身热功当量3600kJ/（kWh）。3、等价热值是指为了获得一个度量单位的某种二次能源或耗能工质（压缩空气、氧气、各种水）所消耗的，以热值表示的一次能源。4、耗能工质是指生产过程中所消耗的，不做原料使用，也不进入产品，制取时又需要消耗能源的工作物质。只有作为能量使用的耗能工质才具有等价热值和当量热值。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义5、由于当量热值，实质上是除当量热值外，加上了能源转换过程中的能量损失，因此等价热值是一个变动值，，它与能源加工转换技术有关。随着技术水平的提高，等价热值会不断降低，而趋向于二次能源具有的能量。例如，电的等价热值是不断变化的。我国1978年发电煤耗（标准煤）为0.429kg/(kWh)，每千克标准煤为29308kJ，这时电等价热值为12573kJ/（kWh），随着发电效率的不断提高，1983年的发电煤耗（标准煤）下降为0.404kg/（kWh），表明电的等价热值已下降为11840kJ/kWh。由于电的当量热值3600kJ/（kWh），相当于标准煤0.1229kg/（kWh），可见，目前我国电力的当量值与等价值相差约3倍。6、标准煤标准煤（又称煤当量）是指按照标准煤的热当量值计算各种能源量时所用的综合换算指标。标准煤迄今还没有国际公认的统一标准。1kg标准煤的热当量值，联合国、中国日本、西欧和前独联体诸国等大陆国家按29.3MJ(kcal)计算。表3-1部分能源的低位发热值和折标煤系数能源名称平均低位发热量折算标煤系数原煤20934kJ/kg0.7143原油41868kJ/kg1.4286汽油43124kJ/kg1.4571柴油42705kJ/kg1.5714天然气38979kJ/m31.33电力3600kJ/kWh，11840kJ/kWh0.1229,0.404二、万元产值能耗1、综合能源消费量综合能源消费量：指报告期内工业企业在工业生产活动中实际消费的各种能源的总和。计算综合能源消费量时，需要先将使用的各种能源折算成标准燃料后再进行计算。根据生产活动的性质，综合能源消费量在不同的企业有不同的计算方法。非能源加工转换企业综合能源消费量，就是企业工业生产消费的各种一次能源和二次能源的总和，即：综合能源消费量=工业生产消费的能源合计能源加工转换企业综合能源消费量，是企业工业生产消费的各种一次能源和二次能源扣除加工转换产出的二次能源后的实际能源消费量。计算公式为：综合能源消费量＝工业生产消费的能源合计－能源加工转换产出合计2、工业总产值和工业增加值90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义工业总产值是全部工业产品价值的总和。它既包括在生产过程中物质和劳务消耗转移的价值，也包括新创造的价值。工业总产值采用“工厂法”计算，即按企业工业生产活动的最终成果计算，不允许把企业内部各车间的生产成果相加重复计算，但企业之间可以重复计算。随着社会分工的越来越细，一个产品从初始原料到最终可用于消费和投资或出口的产品之间需要多个企业加工生产，因此，总产值也越来越大，而静态的产品规模并没有增多。工业增加值是指工业企业在一定时期内工业生产活动新增加的价值，是国内生产总值的组成部分。工业增加值就是工业总产值中扣除原材料、燃料、动力消耗和各项劳务消耗以后的新增价值，是以货币表现的工业企业在报告期内的生产活动的最终成果，是工业企业生产产品或提供劳务过程中新增加的价值。工业增加值总量取决于投入和最终产品划分的界线，界线规定到哪里，工业增加值总量就计算到哪里。工业增加值的计算价格，我国采用的是按生产者价格（出厂价格）计算。工业增加值的计算方法：1、生产法：是用工业总产值减去工业中间投入，加上应缴增值税，是一种主要的常用的计算方法。无论在年度统计工作，还是在进度统计工作中，都用此法。工业增加值（现价）=工业总产值（现价）-工业中间投入+应缴增值税2、收入法：也称分配法，是一般的计算方法。是从收入的角度出发，根据生产要素在生产和提供劳务过程中应得到的收入份额计算。工业增加值（现价）=固定资产折旧+劳动者报酬+生产税净额+营业盈余由此可见，总产值和增加值这两个指标既有联系又有区别，总产值包括了转移价值的多次重复计算，它不能确切地反映全社会生产经营活动的成果；增加值是生产活动所增加的价值，可以比较确切地反映生产的成果和速度。因此，目前大多以增加值代替总产值来反映经济发展的规模、速度和水平。全社会所有行业的增加值之和即构成国内生产总值。3、工业中间投入指工业企业在报告期内用于工业生产所消耗或转换的外购货物和对外支付的各项服务费用。4、万元产值能耗90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义5、万元增加值能耗表3-2是2005年全国各地区的GDP能耗等指标的通报。表3-22005年全国各地区的GDP能耗等指标通报地区单位GDP能耗（吨标准煤/万元）单位GDP电耗（千瓦时/万元）单位工业增加值能耗（吨标准煤/万元）全国1.221358.52.59北京0.80828.51.50天津1.111040.81.45河北1.961487.64.41山西2.952264.26.57内蒙古2.481714.15.67辽宁1.831386.63.11吉林1.651044.73.25黑龙江1.461008.52.34上海0.881007.21.18江苏0.921198.21.67浙江0.901222.21.49安徽1.211082.93.13福建0.941151.81.45江西1.06966.33.11山东1.281032.42.15河南1.381277.74.02湖北1.511210.03.50湖南1.401035.82.88广东0.791195.31.08广西1.221251.73.19海南0.92912.33.65重庆1.421132.32.75四川1.531276.33.52贵州3.252460.65.38云南1.731604.63.55西藏   陕西1.481405.02.62甘肃2.262531.04.99青海3.073801.83.44宁夏4.144997.79.0390大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义新疆2.111190.93.00三、企业节能量的分类、使用范围和计算公式节能量是指一定时期内节约和少用的能源数量，包括由于提高管理水平和技术水平，使单位产品（或产值）能源消耗量下降直接节约的能源数量，以及由于调整产业结构、产品结构等，使单位产值能源消耗量下降，而少用的间接节约能源数量。节能量是评价和考核节能工作好坏的重要指标。1、企业产品总节能量（1）企业产品总节能量是指按企业各种产品的单位产量节能量之和计算出的总量。（2）某种产品单位产量节能量是指按产品单位产量综合能耗计算出的节能量。（3）企业产品总节能量是用于评价企业节能效果的指标。（4）企业产品总节能量的计算公式：式中：——企业产品总节能量，t(标准煤)；——第种产品的单位产量节能量，t(标准煤)/产品单位；——期内产出的第种产品的合格品数量，t(件、箱等)；——期内企业生产的产品种数。第种单位产品节能量按下式计算：式中：——第种产品统计报告期内的单位产量综合能耗量，t(标准煤)/产品单位；——第种产品基期的单位产量综合能耗量或单位产量标准能耗定额。2、企业产值总节能量（1）企业产值总节能量是指用企业单位产值节能量计算的总量。（2）企业单位产值节能量是指用企业单位产值综合能耗计算出的节能量。（3）企业产值总节能量是计算行业(部门)、地区、国家节能量的基础，也是衡量企业节能经济效益的依据。（4）企业产值总节能量的计算公式：90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义式中：——企业产值总节能量，t(标准煤)；——企业单位产值节能量，t(标准煤)/万元；G——期内产出的净产值(价值量)，万元。企业单位产值节能量按下式计算：式中：——统计报告期内的企业单位产值综合能耗量，t(标准煤)／万元；——基期的企业单位产值综合能耗量，t(标准煤)／万元。3、企业技术措施节能量（1）技术措施是指设备更新、改造和采用新工艺等措施。（2）某项技术措施实施后比采取该项措施前生产单位产品(工件)能源消耗减少的数量，称为该项技术措施节能量。各项技术措施节能量之和等于企业技术措施节能量。（3）企业技术措施节能量，用于评价企业技术措施总节能效果。单项节能技术措施节能量，用于评价该项技术措施的节能效果。（4）企业技术措施节能量的计算公式：式中：——企业技术措施节能量，t(标准煤)/年；——第种单项技术措施节能量，t(标准煤)/年；——企业技术措施项目数。单项技术措施节能量按下式计算：式中：——第种单位产品(一工件)的生产(加工)，采取某项技术措施前所消耗的能源量，t(标准煤)/产品单位；——第种单位产品(一工件)的生产（加工），采用某项技术措施后所消耗的90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义能源量，t(标准煤)/产品单位；——第种单位产品(一工件)的生产(加工)，采用某项技术措施后一年共生产(加工)出该产品(工件)的数量，t(件、箱等)；——考核该项技术措施效果的产品种数。4、企业产品结构节能量（1）企业产品结构节能量是指企业生产的各种产品比重发生变化所形成的能源消耗减少量。（2）各种产品，均指合格品。（3）企业产品结构节能量是分析企业节能因素，改善经营管理，提高能源利用效率的指标。（4）企业产品结构节能量的计算公式：式中：——企业产品结构节能量，t(标准煤)；——第种产品产值在统计报告期内占企业产值的比重；——第种产品产值在基期内占企业产值的比重；——基期内第种产品的单位产值综合能耗量，t(标准煤)/万元。5、企业单项能源节能量企业按能源品种计算的实物节约量称为企业单项能源节能量。6、企业节能量计算结果的表示（1）企业节能量应注明统计报告期的性质、名称。（2）计算的结果如为负(-)，则表示节能；如为正(+)，则表示费能；等于零(O)表明持平。7、节能率（1）定义：统计报告期比基期的单位产品(产值)综合能耗降低率称节能率。（2）计算公式：产量节能率ξ=90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义式中：ξ——产量节能率，％；——统计报告期内单位产品节能量，t(标准煤)/产品单位；——基期的单位产品综合能耗量，或单位产品的标准能耗定额，t(标准煤)/产品单位。产值节能率ξ=式中：ξ——产值节能率，％；——统计报告期内的单位产值节能量，t(标准煤)/万元，——基期内的单位产值综合能耗量，t(标准煤)/万元。四、能源弹性1、能源需求弹性影响能源需求弹性因素主要表现在以下4个方面：能源价格的变化；能源有效利用程度的变化；经济结构和产品结构的变化；可替代能源的开发利用。2、能源消费弹性系数能源消费弹性系数是指某个计算时期内能源消费量年均增长率与国民经济年均增长率之比。它反映能源与经济增长的相互关系，其计算公式为式中，国民经济年均增长率通常采用国民生产总值、国内生产总值、国民收入、社会总产值或工农业总产值的年均增长率来表示。节能管理包括节能（能源）的计量、统计、台帐、监测（测试）、定额、标准、审计、经济运行（优化运行）、经济评价等等。五、能耗指标90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义能耗指标是以生产单位产品或创造单位产值所消耗的能源来计算的，对于生产单一产品的企业，用单位产品能耗来计量是合理的，如果同时生产几种产品，要力求按照能量平衡分析的结果进行能耗分摊，从而对每一种产品或是主要耗能产品计算出单位产品能耗。现行的能耗指标有三类：1、单耗单耗是指某一种能源的消耗。一般均按实物消费量考核，也有按照等价热量换算到相应的标准煤消耗量或是千卡数。单耗的通用换算公式如下：e=B/G式中，e——某种能源的单位消耗量，其计量单位视产品和能源消耗的计量单位而定；B——考核期内的某一能源消耗量，单位为千克、度、立方米或千焦等；G——考核期内产品产量或产值，单位为吨、百米等。在进行产品单耗考核时，产品量一般指合格的产品量，即剔除废品、残次品后产品量。另外，在某些行业里，单耗不是按照成品产量来计算的，而是以作业量计算。例如轧钢的单耗就分为很多种，分别按照作业量来考核。2、综合能耗综合能耗是以消耗的各种能源综合折算到总能耗后计算得到的，其计算公式为：E=(B1+B2+…+Bn)/G式中，E——产品综合能耗，其计量单位视产品和能源消耗的计量单位而定；B1、B2……——各种能源的消耗量，均按照等价热量折算。G——产品产量，单位为吨、百米等。综合能耗的计算，除了各种能源的折算和相加以外，其余均与单耗计算相同。一般来说，用产品综合能耗作为评价指标比单耗要全面，特别是在行业内不同企业间能源结构差别较大时，综合能耗比单耗更有相对可比性，但综合能耗在折算上还存在一些问题，应灵活运用。3、可比综合能耗可比综合能耗是为了在同行业中更合理的对比评价而进行某些折算的综合能耗，一般以标准产品为准。所谓标准产品，指行业所规定的基准产品。以该产品的耗能为基础，并制定出其它产品能耗的折算系数，从而进行产品产量的折算。这在工艺过程相近，而产品品种多样化的行业（如轻工、纺织、机械等）使用较方便。由此求得标准产品的综合能耗，就是可比综合能耗，公式如下：90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义Eb=(B1+B2+…+Bn)/Gb式中，Eb——可比单位产品综合能耗；Gb——标准产品产量。从以上介绍的三类能耗指标计算方法可以看出，单耗只能反映一家企业某一种能源消耗水平的高低，这往往受到企业能源消费结构的影响；综合能耗可以反映出企业能源利用的总水平，提高了行业内部能源消费结构不同企业之间的可比性，显然，只有把所有购入的二次能源都折算到等价热量，才是相对合理的，否则，用当量热量，则会掩盖一些企业能源利用不善的问题，评价也会失去意义。三类能耗指标中的可比综合能耗是一种更为完善的评价指标，特别适用于品种、规格繁多的大类产品，它借助于测试分析，引入不同条件下的修正系数，而更趋于合理。对于企业产品的能耗指标，由于各地区、各行业的情况不同，应根据实际情况制定本地区、本行业的相关产品能耗定额标准，为节能降耗工作的开展提供合理的依据。六、效率指标能源在转换中不可避免地会有损失，输入设备的能量中只有一部分被有效利用。能源转换设备的输出有效能量占输入能量的百分比，反映能量转换的效率；能源使用设备中被有效利用的能量占输入的百分比，反映能源使用效率。不论使用什么用能设备，或是哪一种能源，在使用中都有效率的问题。对于一个企业来说，要综合评价企业能源利用效率比较复杂，常用的能源利用效率指标主要有以下几类：1、设备效率设备效率用来反映供入某设备的能量有效利用程度。对能量转换设备和大多数用热设备，如锅炉，煤气发生炉，各种换热设备等，均可采用设备效率表示，通常定义为有效能量与供给能量之比，即：对用热设备，有效能量为工艺有效热，设备的供给能量是指煤，油，天然气燃料等一次能源和电，蒸汽，焦炭，煤气等二次能源的等价能量（一般化学反应热不大时可略）。2、装置能量利用率90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义生产装置一般同时消耗几种不同的能源实现某一工艺目的，许多装置同时燃用燃料，消耗电能，还进行能量回收，这样对于一套装置而言，就有一个综合的装置能量利用率，也属于效率指标范畴。装置能量利用率的一般计算公式为对于装置，有效能量包括因进行能量回收得到的回收能量。3、企业能量利用率企业能量利用率是考察整个企业用能水平的指标，可以看作是本企业内各种装置能量利用率的加权水平，表示企业各种用能设备的总有效能占企业总耗能的百分比，或者用生产某种产品的理论消耗与企业总能耗之比计算。这一指标也常常作为企业能量平衡分析的最终结果。企业能量利用率的计算公式与装置能量利用率形式相同，所不同的是有效能量和全部能量是企业整体水平的。企业能量利用率还可表示为式中，——各种产品的理论能耗之和。4、企业能量回收率企业能量回收率用来反映企业能量回收所带来的收益，计算公式为：企业能量回收率反映了由于能量回收而带来的燃料消耗节约率。随着节能工作的深入，除了不断改进设备，提高设备效率外，能量回收，提高整个企业的能量回收率，将成为今后企业节能的重要方向。上述效率指标可以评价企业能量利用的水平，但在应用中应注意：既不要选用过多的指标使评价复杂化；也不要只选用某一种指标，缺乏可比性。选择什么样的评价指标，应当根据各自行业的生产和用能的特点加以决定。选择评价的指标应当能够反映企业用能的总水平，反映耗能设备的能量利用水平，反映可回收的能量回收水平，从中看出节能工作的效果。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义综上所述，把能耗指标和效率指标集中起来，可以全面衡量一个企业的能源利用情况（耗能多少，用能水平，节能潜力，省能效果）；同时可以初步衡量一个企业的能源科学管理程度，并为企业技术改造提供科学依据。第四节企业节能的原则和基本途径一个企业的能耗水平是由错综复杂的多种因素影响决定的，如自然条件、经济体制、经济因素、管理水平、政策倾向、社会因素、技术水平等。对于企业本身来说，降低能耗、节能增效需要针对企业的实际情况，既要注意依靠加强管理与节能技术改造来降低产品单位能耗的直接节能途径，又要重视以调整经济结构为中心的间接节能途径。一、企业合理用能的基本原则热力学第一定律约束了能量转换的数量关系,热力学第二定律规范其质量关系。能量合理利用就是要求能量系统中能量在数量上保持平衡，在质量上合理匹配。从能量利用经济性指标的角度考虑，就是要尽量使系统的能量利用效率和火用接近100%，即量质匹配,梯级利用。能量在数量上保持平衡在实践中容易做到，根据热力学第一定律，没有足够的能量输入，就不能达到人们所需要的生产生活需要。但同时还要认识到，输入的能量并不一定能够完全被生产和生活利用，工业生产过程中的跑、冒、滴、漏带走的能量、管道运输中能量沿途损失、废热废物的遗弃等都是不可避免的。通常把这种能在数量上表现出来的能量损失叫做外部损失。工程上常常采用余热回收利用、保温防漏、废副产物回收利用等重要措施来减少外部损失，实现节能。能量在质量上合理匹配，在很长的一段时间被人们忽视，即使现在也往往不被人们所重视。工业实践中使用高压蒸汽通过减压阀来提供低压动力，把高压蒸汽和电能这种高质量能量直接转换成低压蒸汽和热能这种低质量能量，使能量中的大量的火用变成火无，也是能量损失的一种形式。通常把这种不能从数量上表现出来的，只能在数量上反映出来的能量损失引发能量损失叫做内部损失，能量发生内部损失，贬值到一定的程度，往往难以利用而只能废弃，又引发能量的外部损失。所以，能量在质量上的合理匹配是不容忽视的。对于我国企业，上述问题都比较突出，合理的用能应注意以下几个基本原则：90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义1、最小外部损失原则对于由废气、废渣、冷却水、各种中间物或产品带走能量造成的损失，跑、冒、滴、漏造成的损失以及保温和保冷不良造成的散热和散冷损失等外部损失，虽然能量能级不太高，但它们都是由投入系统的高级能源因过程的不可逆性转化而来的。所以在设计和生产中，应力求使排出系统而未利用的余热降低到最低的限度，做到能量的充分利用。2、最佳推动力原则从能量利用的观点看，一切过程都是能量的传递和转化过程，都是在一定的热力学势差（如温度差、压力差、电位差、化学位差等）推动下进行。没有热力学势差，过程是无法实现的。由于任何热力学势差都是不可逆因素，都会导致过程的火用损失。能量利用的中心环节是，在技术和经济条件许可的前提下，采取各种措施，寻求过程进行的最佳推动力，以提高能量的有效利用率。（1）按需供能，按质用能按需供能是按用户所需要能量的能级要求，选择适当的输入能量。不要供给过高质量的能量，否则就是浪费。按质用能是按输入能量的能级来使用能量，而不要大幅度降级使用，否则也是浪费。按需供能和按质用能两者的核心都是尽量避免能量的无功降级，实现能级匹配。例如，高参数的蒸汽用于驱动高压透平；中参数的蒸汽用于驱动中压透平；低参数的蒸汽作为工艺或加热用汽。对热量也要按能级高低使用，用高温热源加热高温物料；用中温热源加热中温物料；用低温热源加热低温物料。盲目地用高参数蒸汽加热物料就是一种浪费。（2）能量的多次梯级利用。为了防止能量的无功降级，应根据用户对输入能的不同能级要求，使能源的能级逐次下降，对能量进行梯级利用，只有系统无法再使用的低温余热才加以废弃，做到能尽其用。（3）适当减少过程的推动力传统的设计方法，往往追求推动力来强化过程，这样虽然可以减少设备投资费用，但却增加了过程的火用90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义损，从而增加了长期运行的能耗费用。这种做法在能源充足、价格相对低廉的条件下是可行的，但从节能的观点分析却是不合理的。适当地减少推动力，若不增大设备而又能保证必要的过程速率，就得设法降低过程的阻力，这就需要研制新型、高效的设备。例如，传热过程采用板式换热器、热管换热器、高效换热器等。另外在操作管理设备的维修上，要注意防垢、防腐，保持运行中热阻不增大，这样也可以避免因实际推动所导致能耗的增加。梯级降温和梯级制冷，可以减少传热温差，减少火用损。由于在相同的温差下，火用损与传热温差成反比，所以在制冷过程中实行梯级制冷意义更大。适当减少机械能传递过程的推动力也是降低能耗的措施。降低流体流动的流速、缩短流程，减少摩擦火用损，功耗可以大为降低。3、能量优化利用原则用能系统往往是一次能源与二次能源、热量与冷量、电能、高压流体的机械能等共存的系统，各种形式能量的相互匹配、综合利用，使之各尽其能具有特别重要的意义。例如，用燃料燃烧的热能在锅炉中产生蒸汽，蒸汽用于加热工艺物料，而工艺物料的显热或潜热，又要冷却（通常是水冷），这样不仅余热未利用，反而需要消耗冷却剂，增加能耗。如果采用热电联产，将高压蒸汽先通过蒸汽透平作功或发电，然后用背压蒸汽作为工艺蒸汽或热源加热工艺物料；生产过程中放出的热量也按能级高低回收利用，以减少外供能源，这就构成了按能量能级高低综合利用的系统，称为总能系统。该系统能量的有形损失和不可逆损耗将大为减少，从而将会达到相当高的能量有效利用率。综上所述，最小外部损失原则、最佳推动力原则和能量优化利用原则是企业合理用能的基本指导原则，最终实施还要取决于技术经济的总评价。二、直接节能途径1、管理节能通过加强企业能源管理进行节能，是一条花费少、收益快的重要节能途径。管理节能十分广泛，主要有以下几方面：（1）建立健全能源管理机构为了落实节能工作，必须有相对稳定的节能管理班子，去管理和监督能源的分配、计量、使用，制定节能计划，提出具体的节能措施，并进行节能技术培训。（2）建立企业的能源管理制度对各种设备及工艺流程，要制定操作规程；对各种类产品，制定能耗定额；对节约能源和浪费能源，有相应的奖惩制度；等等。（3）加强计量管理企业必须完善计量手段，建立健全仪表维护检修制度，强化节能监测。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（4）合理分配和使用各种能源合理分配使用能源，就是要根据各类能源的特性（成分、质量和品位等），把它用在最适宜的地方。例如石油，不仅是品位很高的一种能源，而且是非常宝贵的化工原料和重要的战略物资，不能轻易的当作一般燃料放到各种锅炉中烧掉。（5）合理组织生产，减少能源消耗。2、技术节能以节能为中心进行技术改造，通过技术革新和技术进步节约能源，是企业节能的一条重要的途径，主要包括以下几个方面：（1）工艺和设备节能能源的开采、运输、转换和使用都是通过各项设备和工艺完成的，各类设备和工艺的效率、质量和性能的高低、好坏，在很大程度决定了能源利用水平的高低。因此，改造消耗大、效率低的设备，特别是改造那些已经十分陈旧的设备和工艺，消除各种严重浪费能源的机器和设备，是技术节能的重要方面。①大力改造陈旧落后的耗能设备。目前我国企业中仍然有一些技术状况较差的设备，对这些设备进行改造，逐步用省能高效的设备替换，对节约能源具有很大的意义。由于设备种类很多，包括输送机械（泵、压缩机等），换热设备（锅炉、加热炉、换热器、冷却器等），蒸发设备、干燥设备等，每一类设备都有其特有节能方式：a.流体输送机械对可变负荷的设备，采用调速控制。b.换热设备换热设备的节能方法有：加强设备保温，防止结垢，传热温差合理，强化传热；对锅炉和加热炉还有控制过量空气，提高燃烧特性，预热燃烧空气，回收烟气余热；采用高效率设备，如热管换热器等。c.蒸发设备节能措施有：预热原料，多次蒸发，热泵蒸发等。d.干燥设备控制和减少过量空气，余热回收，排气的再循环，热泵干燥等。②积极改革各种落后的工艺流程，也是技术节能的重要一环。目前，我国企业许多生产工艺的连续性较差，经过逐步的技术革新和改进会节约大量的能源。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义③加强设备和管道的绝热保温是许多企业的有效节能措施。工业企业的不少设备，如炉窑、热交换器、热网管道、阀门和法兰等等，温度高，散热量大。例如，某厂测得1m不保温的蒸汽管道，一年损失蒸汽为16t，一个不保温的直径500mm的阀门，一年损失蒸汽12t，一个不保温的直径400mm的法兰，一年损失蒸汽4.2t。可见，保温是一项重要的节能措施，要加强保温工作。另外，要选择新型的保温材料和最佳的保温层厚度。④消除各生产环节各类能源的“跑、冒、滴、漏”。例如，每小时泄漏423K的饱和蒸汽15㎏，相当于每年损失标准煤⑤余能的回收利用是我国企业的一项重要节能措施。我国余能资源非常丰富，特别是冶金、化工和建材等部门，可以利用和回收的余能很多。企业中可以回收和利用的余能有三类：一类是有压性余能，如压力较高的蒸汽，这是目前企业中最经常利用的一种余能资源；另一类是载热性余能，有排气热、化学反应热以及物料、产品和工质等带走的高温热，如排放的各类废气，锅炉和炉窑的烟道气，燃气轮机和内燃机的排气，冷却水和冷凝水等带走的热量等；再一类是可燃性余能，这是可以作为燃料使用的一种余热资源，应大力开发和加以回收利用，这类余能回收的经济效益显著。（2）系统节能我国企业能源利用效率与国际先进水平相比有较大差距，除了有工艺、技术的原因外，很重要的一点就是在系统用能方面，我国企业特别是炼油、乙烯、合成氨和钢铁等行业在系统用能方面存在以下主要问题：①具备热联合或热集成条件的装置（或生产单元）孤立运行，致使系统总体用能不合理。②蒸汽管网布置不合理，蒸汽配送与装置不匹配，凝结水没有回收，管网和设备的保温性能差，运行参数控制不准确，致使蒸汽损耗大。③余热余压未能利用，致使一些换热网络、生产系统和装置能耗水平相对落后。④由于生产建设滚动式发展，公用工程系统未进行整体能量系统优化设计，致使企业供能系统效率低。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义这些问题的产生主要是由于我国企业用能和节能多着眼于局部，忽视了企业能量利用整体性的特点。企业生产过程中与能量转换、回收、利用有关的过程往往组成一个庞大复杂的系统，各过程之间有着有机的联系，因此必须从全局合理用能的角度，对整个系统进行节能工作，即系统节能。系统节能的理论和方法是随着系统工程和热力学分析两大理论的发展及其相互结合与渗透而产生的，把节能工作由局部推上了全局的新高度。系统节能方法的研究始于70年代中期，80年代在理论上逐渐成熟，方法上逐渐完善，并在工业实践中取得了巨大的经济效益。用一个石油化工企业的例子可以说明该方法的优越性：一个由乙烯厂及其下游产品构成的联合企业，如果每个分厂自选优化节能改造，需投资220万英镑，年效益为144万英镑，投资回收期18个月。而整个企业整体优化节能改造，需投资330万英镑，可得到266万英镑的年效益，投资回收期15个月。目前系统节能常用的方法主要有：①夹点技术；②数学规划法；③顶层分析法；④夹点技术与数学规划法结合的能量集成综合优化方法（3）控制节能控制节能包括两方面：一是节能需要操作控制；另一是通过操作控制节能。节能需要操作控制，以加强仪表计量工作为主，做好生产现场的能量衡算和用能分析，为节能提供基本条件。特别是节能改造之后，回收利用了各种余热，物流与物流、设备与设备等之间的相互联系和相互影响加强了，使得生产操作的弹性缩小，更要求采用控制系统进行操作。另外，搞好生产运行中的节能，必须加强操作控制。例如产品纯度准确控制不够是引起能量损失的一个主要原因。若产品不合格将蒙受很大的损失，所以一些设备留有很大的设计实际裕度，使产品的纯度高于所需的纯度，大大增加了能耗。控制节能投资小、潜力大、效果好。目前各企业已陆续上了DCS控制系统，计算机优化控制不仅使产品质量明显提高，而且能耗有所下降。特别是由国外引进的一些模拟优化操作软件，会明显改善操作水平，降低产品能耗。随着科技的迅猛发展，计算机优化控制会有更大发展。三、间接节能途径近几年的节能实践证明，间接节能和直接节能同样重要。间接节能占全国企业总节能量的50%90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义。因此，在今后的长时期节能工作中，企业必须在抓好直接节能的同时，同时重视间接节能工作。间接节能的途径，主要有：1、经济结构合理化工业企业的能源消耗与其本身的经济结构是否合理关系极大。单位产值能耗之所以高，除科学技术水平和管理水平落后外，经济结构不合理也是重要的原因之一。最近几年，我国企业在经济结构调整方面已做了不少努力，而经济结构的调整，是包括产品结构、生产规模结构等各方面的调整，在这些方面节能的潜力还大得很：①产品结构随着产业结构向省能型的方向发展，产品结构也应努力向高附加值、低能耗的方向发展。②生产规模结构调整生产规模结构是节能降耗的重要途径。应有计划、有步骤地调整企业的组织结构，新建装置应当有经济规模的限制，能耗较高，经济效益较差，缺乏竞争力的装置应关、停、并、转。2、加强监管特别是能耗大的企业，应千方百计提高各种能量的利用效率和能量节约。3、努力提高能源的加工深度和综合利用程度通过对石油加工深度的提高，综合利用的程度的加深，努力创造出更多的价值。4、加强生产的连续化和专业化间接节能的途径非常广泛，实践表明，只有既抓好直接节能，又抓好间接节能，节能工作才能获得应有的效果，才能确保生产的稳定发展，才能提高工业企业能源所创造的价值。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义第五节企业通用节能技术一、热电联产节能技术1、热电联产电能和热能的联合生产称为热电联产，如利用汽轮机中作过功的蒸汽对外供热，即将燃料的化学能转化为具有较高压力和温度的高品位的热能以发电，同时将已在供热式汽轮机中作了部分功（即发了电或热化发电）后的低品位热能对外供热，这种热电联合能量生产的方式符合按质用能的原则，可以提高电厂的经济效益。l热电联产的意义（1）节约能源：热电联产利用发电后工作介质的热能，以蒸汽或热水形式向热用户供热。热电联产的热能利用率非常高，理论上可达100%，减少了二氧化碳的排放量。我国2004年300MW凝气机组的发电标准煤耗率为0.330kg/kWh，供电标准煤耗率0.353kg/kWh，12MW火电厂标准煤耗为0.480kg/kWh，供电标准煤耗率0.552kg/kWh，而热电联产的发电标准煤耗率为0.20kg/kWh左右。燃煤小锅炉分散供热的标准煤耗率为55kg/GJ，而1997年热电联产的平均供热标准煤耗率为40.22kg/GJ。据统计，我国目前新建的热电机组，每100MW每年大约节约2500到4000t标准煤。因此，热电联产的节能效果非常明显。（2）保护环境：城市大气污染的主要原因是燃煤生成的二氧化硫气体和煤烟粉尘。热电联产、集中供热相对于分散小锅炉供热在降低污染，尤其是减少颗粒污染方面效果显著。近几年推广使用的循环流化床电站锅炉还可以在炉内脱硫，有利于环境保护。我国1998年热电总发电量约为1200亿千瓦时，供热量为10.36亿吉焦，年节能4100万吨标准煤，相当于减少烟尘排放62万吨，减少二氧化硫排放82万吨，减少二氧化碳排放量1800万吨。（3）补充电源：热电厂可以补充区域供电，减少电力传输损失，缓解目前电力供应紧张的局面。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（4）提高生活质量：随着人民生活水平的提高，采暖范围不断扩大。城市集中供热面积的提高、新建筑的增加、供热范围的扩大，都对城市热源建设提出了巨大的需求。l蒸汽轮机热电联产蒸汽轮机热电联产燃用的是化石燃料，并通过较成熟完善的原动机——汽轮机把热能转变成电能并对外供热，这种形式的热电联产目前仍然是国内外发展热化事业的基础，是联产集中供热的最主要形式。供热式汽轮机主要有背压式汽轮机、抽汽式汽轮机和凝汽采暖两用机等型式。（1）背压式汽轮机背压式汽轮机利用排汽向外供热，热用户作为它的冷源。其优点是热能利用率高，结构简单，不需要凝汽器，投资少。但其运行按“以热定电”的方式进行，背压机的电功率取决于热负荷，热和电不能独立调节，因此难以同时满足电、热负荷的需要，所以，必须有稳定可靠的热负荷时才采用背压式汽轮机。（2）抽汽式汽轮机（C型，CC型）C型表示汽轮机带有一级调整抽汽，抽汽可供工业用汽，压力调整范围一般为0.78～1.23MPa；可供采暖用汽，压力调整范围一般为0.118～0.245MPa。CC型表示汽轮机带有两级调整抽汽，抽汽压力的可调整范围与上述相同。抽汽式汽轮机的特点是：①热电负荷可独立调节，运行灵活；②抽汽式汽轮机有最小凝汽流量，以保证低压缸有通风冷却蒸汽；③凝汽流绝对内效率比同参数的凝汽机组低，对该类机组的节能有不利影响。（3）凝汽采暖两用机组（简称两用机）这是一种把大型凝汽机组改造为供热机组的型式。它是在中低压缸之间的导汽管上装了蝶阀以调节抽汽量，在采暖期供热，在非采暖期或暂无热负荷时仍以凝汽机组运行。两用机的特点是：①由于两用机是将凝汽机改造为供热机，高压缸通流容积是按凝汽流设计的，所以当抽汽供热时，电功率减少，以牺牲电功率来增加供热。②由于在导汽管上装了蝶阀，有压损的影响，在非采暖期虽为凝汽机组，热经济性仍会下降约0.1%～0.5%。③90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义在抽汽运行时具有抽汽式汽轮机的特点，但其设计、制造简单，成本低，是适应热电联产供事业迅速发展的一项有效措施。l燃气轮机热电联产燃气轮机热电联产是利用燃气轮机发电后的排气进人余热锅炉产生蒸汽，蒸汽作为供热热源，系统如图5-1所示。图5-1燃气轮机热电联产系统图燃气轮机热电联产可以有效的配置资源，稳定、持续地利用天然气、煤气等资源，减少燃气的调节，降低因燃气调峰导致的储采比下降、地下储气库损失等不必要的资源浪费，减少燃气管网的建设投资，提高设备运行效率，从而降低燃气利用成本，提高用气企业的竞争能力。如果燃气轮机系统再增加一个蒸汽轮机，即余热锅炉出来的水蒸汽进入蒸汽轮机膨胀做功，就组成了燃气——蒸汽联合循环，机组的热效率还可进一步提高。l热电联产的主要热经济性指标为了计算热电联产的热经济性指标，必须把热电联产总的燃料消耗量分摊给热和电。热能和电能是两种不同质的能量，如何分摊，目前学术上还没有定论。（1）经济效益的分摊热电燃料的分摊是解决热电联产热经济指标制定的基础，也是热价制定的重要因素。目前，国内对热电联产总热耗量所采用的分摊方法有多种，归纳起来有三类：①热电联产效益归电法：代表方法有热量法，联邦德国的卡路里法和日本的热焓90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义基准法等。这种方法是将部分冷源损失的热经济效益以产品形式卖给热用户，效益被电厂占有，这显然是不合理的。因为这种方法既没有反映热和电两种能量质的不同，也没有反应不同参数蒸汽供热的不同。按照热量法的分摊原则，供热量愈大，汽轮机的内效率愈低，则全厂的热效率愈高，这种情况不利于汽轮机的制造水平，也不利于提高电厂的管理水平，更不利于热用户采用热电联产的积极性。②热电联产效益归热法：如实际晗降法、日本的轴功率法和固定煤耗法。实际晗降法是按汽轮机抽汽的实际晗降和凝汽流的实际晗降之差与凝汽流的实际晗降之比作为热电分摊比，即把部分冷源损失（实际是供热量）分摊给电厂，热电联产的效益电厂没有得到，而热用户却把这部分效益作为废热利用了。这种分摊方法从热经济效益来看也不尽合理。但从效能的观点看，这种分摊方式是合理的，它有利于合理评价热力设备的热力学完善性，有利于提高电厂的管理水平。③热电联产效益折中分析法。如热泵法、能量等价法、M比法及其他各种折中分摊法等。上述的两种方法是分摊热电总耗量的两个极端，在经济效益上不容易被生产者（电厂）和热用户所接受，而效益折中分析法则是将这两种方法折中，但由于折中的方法多种多样，这类方法也是种类繁多。（2）热电联产的主要热经济指标通过对热电联产总热耗量Qtp(kJ/h)的分摊，在求出供热热耗量Qtp(h)(kJ/h)和发电热耗量Qtp(e)(kJ/h)以后，可以求出热电联产的燃料消耗量和经济效益指标。其中，Ql(kJ/h)表示燃料的低位发热量，Pel(kWh)表示发电量热电联产总的燃料消耗量：(kg/h)供热方面分摊的燃料消耗量：(kg/h)发电方面分摊的燃料消耗量：(kg/h)热电联产的发电热效率：(%)热电联产的发电热耗率：90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义(kJ/kWh)热电联产的发电标准煤耗率：(kg/kWh)热电联产的供热效率：(%)热电联产的供热标准煤耗率：(kg/GJ)2、热电冷三联产热电冷三联产是指热、电、冷三种不同形式能量的联合生产，简称CHCP，热电冷三联产是一种先进的供能系统，其特点是能提高一次能源利用率，实现能量分级利用。对于夏季需要制冷、冬季需要供热的或需要大量制冷负荷的工厂等用户，热电冷三联产系统能为用户提供更大的功能灵活性。l热电冷三联产的优点（1）缓解夏季电力供需矛盾；（2）提高热电厂的设备利用率及经济效益；（3）节省能源且环保。l热电冷三联产的主要形式（1）基于热电厂的热电冷三联产热电冷三联产系统是在热电联产系统的基础上加上吸收式制冷机组合而成。燃料在锅炉中产生的高温高压蒸汽，带动汽轮机组发电，做功后的低品位的汽轮机抽汽或背压排汽用于供热，同时作为吸收式制冷机的热源，使吸收式制冷机产生冷冻水，供给热用户。①锅炉+背压式汽轮机+吸收式制冷机：此组合可以增加背压机的夏季热负荷，因此可提高背压供热机组发电效率和能源利用率。②90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义锅炉+抽凝式汽轮机+吸收式制冷机：此组合可根据冷热负荷的变化调节经过凝汽器的蒸汽量，便于运行管理和调节负荷。③锅炉+抽背式汽轮机+吸收式制冷机：兼有抽汽凝机组和背压机组的特点，发电量、供热量、制冷量可以在一定范围内调节。④燃气轮机+余热锅炉+汽轮机+吸收式制冷机：此机组在夏季不需要采暖，采暖所需的蒸汽或热水可送到制冷机来制冷。这种制冷系统除了用于空气调节外，还能用来增加燃气轮机的出力。（2）楼宇热电冷三联产制冷、采暖和湿度控制在人类的生活中日益重要，世界上对楼宇（包括商用建筑、写字楼、公寓和住宅小区）采暖供热有两种模式：分散式采暖和小型热电冷三联产。楼宇热电冷三联产BCHP(BuildingCoolingHeating&Power)，即为建筑物提供电、冷、热的现场能源系统，通常也称为小型热电冷三联产CCHP(CombinedCooling,HeatingandPower)。楼宇热电冷三联产与分散式采暖相比有以下特点：①实现热电冷三联产可以通过进行余热回收，使用吸收式制冷机组提供空调或工艺用冷，可将能源效率提高到70%以上；②能源生产设备靠近用户避免了能量传输和分配的损失，能够在回收热量的同时减轻电网压力。③装置容量小、占地面积小、投资少、效益好。3、热电联产的发展趋势根据近年来热电联产的发展情况，国家计委、经贸委、建设部和环境总局于2000年8月22日印发了《关于发展热电联产的规定》，今后热电联产的发展方向是：l增大大型供热机组的比重目前北京、沈阳、吉林、长春、郑州、秦皇岛和太原等中心城市都安装有200MW和300MW的大型抽汽冷凝两用机组，在城市集中供热方面发挥着主要作用。一些城市为了适应工业和民用热负荷的增长，淘汰上世纪五六十年代建设的小型供热机组，建设单机100MW和140MW的大型供热机组。l推广循环流化床锅炉90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义循环流化床锅炉可以燃用含硫较高的煤以及劣质燃料，有利于煤炭工业的发展，建设热电厂为当地的工业发展提供充足的电力和热能，促使国民经济走上良性循环的发展轨道。l城市发展热电冷三联产随着工业的发展和人民生活水平的提高，采暖范围由北向南扩展。由于宾馆、饭店、商场和文体设施等公用建筑的增加，人民居住条件的变化，对空调和制冷的需要也日益迫切，为此一些地区已发展起一批以热电厂为热源的集中供热与制冷系统，溴化锂制冷负荷增加，使热电厂的综合效益明显提高，现已出现热电冷三联产迅速增加的势头。l发展多联产能源系统以煤气化为核心的多联产能源系统，生成的合成气通过高温净化后作为城市的煤气，实现热电冷三联产或作为燃料电池及燃气——蒸汽联合循环燃料。多联产能源系统能够实现多种产品生产过程的优化组合，可以很好的解决我国能源领域面临的能源供应、液体燃料短缺、环境污染、温室气体排放和农村能源结构调整等问题。l有条件的地区利用现有的工业锅炉发展热电联产我国现在有很多单台容量大于10t的工业小锅炉，生产蒸汽29.4万t/h，如果将其中的1/3改造为热电联产，将安装供热机组8000MW，这将对缓解电力紧张、节约能源、改善环境、提高供热质量等发挥重要作用，并给建设单位创造出可观的经济效益。l现有中低压凝汽机组改造为热电联产机组我国目前尚有总装机容量达9300MW的小型凝汽机组，煤耗高、热效率低，急需进行技术改造，电力部门已对此作出规划，对一些有条件的中小机组已结合当地的热负荷需求改造为供热机组。l积极发展燃气轮机热电联产燃气轮机热电联产污染小、效率高并靠近热电负荷中心，国家鼓励以天然气、层煤气作为燃料的燃气轮机热电联产。二、锅炉、加热炉节能技术1、锅炉的主要节能技术及应用l改善燃烧改善燃烧节能技术包括高效燃烧器、燃料添加剂、合理调节送风量、采用二次回风系统等。此类技术主要是使炉子燃烧过程更加完全、充分，并且尽量减少过剩空气。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（1）高效节能燃烧器常用燃烧器有自然引风式扩散燃烧器、鼓风式燃烧器、大气式燃烧器、无焰式燃烧器等，不同的燃烧器的特点和应用范围不同。①自然引风式扩散燃烧器自然引风式扩散燃烧器燃烧稳定，不回火，运行可靠；结构简单，制造方便，操作简单，容易点火；可应用于低压燃气，燃气压力为200～400kPa或更低时，仍能正常工作。但此种燃烧器燃烧热强度低，火焰长，需要较大的燃烧室；容易产生不完全燃烧，为使燃烧完全，必须提供较多的过剩空气；由于过剩空气系数较大，因而燃烧温度低，适合于温度要求不高，但要求温度均匀、火焰稳定的场合。②鼓风式燃烧器鼓风式燃烧器与热负荷相同的引射式燃烧器相比，结构紧凑，占地面积小；而且热负荷调节范围大，调节系数一般大于5；并且可以预热空气或预热燃气，预热温度甚至可以接近燃气的着火温度，这对高温工业炉很有必要。鼓风式燃烧器要求燃气压力较低，容易实现煤粉——燃气、油——燃气联合燃烧，但是需要鼓风，耗费电能，而且燃烧室容积热强度通常比无焰燃烧器小，火焰较长，因此需要较大的燃烧室容积。其本身不具备燃气与空气成比例变化的自动调节特性，最好能配置自动比例调节装置，该燃烧器主要用于各种工业加热炉及锅炉中。③大气式燃烧器大气式燃烧器比自然引风扩散式燃烧器火焰短、火力强、燃烧温度高，可以燃烧不同性质的燃气；燃烧比较充分，燃烧效率比较高；烟气中CO含量比较低，可应用低压燃气；由于空气依靠燃气吸入，所以不需要送风设备，适应性强，可满足多种工艺的需要。缺点是由于只预混了部分空气，故火焰热强度、燃烧温度仍受限制，不能满足某些工艺的要求，而且当热负荷较高时，多火孔燃烧器的结构比较笨重，大气式燃烧器应用非常广泛，单火孔大气式燃烧器在中小型锅炉及某些工业加热炉上广泛应用。④无焰式燃烧器无焰式燃烧器燃烧完全，过剩空气少(α=1.05～1.10)，当用于工业炉直接加热工件时，不会引起工件过分氧化，燃烧温度高，容易满足高温工艺的要求，其中火道式无焰燃烧器燃烧热强度大，容积强度可达105～210GJ/(m3•90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义h)或更高，因而可缩小燃烧室容积；设有火道，容易燃烧低热值燃气；由于不需鼓风，因而节省电能及鼓风设备。缺点是为了保证燃烧稳定，要求燃气热值及密度稳定，而且发生回火的可能性大，为防止回火，头部结构复杂，当热负荷大时结构庞大，因此每个燃烧器的热负荷一般不超过2.33MW，无焰式燃烧器噪音大，特别在高压和高负荷时更为严重，所以主要应用在工业加热装置上。高效节能燃烧器节能改造实例：燃烧器的性能和应用范围与其种类有关，在同一类燃烧器中，其性能参数和它的各部件有关，其中火嘴是关系燃烧器性能的最重要的部件，2001年曾对中石化齐鲁石化胜利炼油厂进行了火嘴改造。胜利炼油厂燃油锅炉使用的火嘴为七十年代建设时所采用的自然通风的老式火嘴，燃油雾化效果较差，极大地影响了锅炉的燃烧，使得燃油消耗增加，锅炉热效率降低。由于采用老式火嘴燃烧重油，还引发了其它方面的不良后果和问题，例如点火困难，析碳严重，阻碍传热，影响雾化效果，恶化燃烧工况，排烟中SO2、NOx、CxHy、CO和碳黑粒子等不完全燃烧物含量较高，噪音大，灰沉积及高温腐蚀严重等问题，而且调节困难，排烟温度高，由于重油燃烧后期废气中有少量的灰在锅炉尾部受热面表面积累并吸附废气中SO2等酸性气体，腐蚀了尾部受热表面。通过实验比较选用了改进后的Y型火嘴，新型Y型火嘴的孔径取得比早期小，靠增加孔数来保证所需的喷油量，由于喷孔数目增加，油从许多小孔同时喷出，可以更容易和空气混合，无论喷油量多大，Y型火嘴都始终保持良好的雾化质量。应用Y型火嘴的实践证明，其单个火嘴出力大，在任何喷油量下都能保持良好的雾化质量，汽耗率低，一般负荷下调节比可以达到25%，而且负荷变化时，雾化角不变，使用期较长，对液体燃料的适应性较强。（2）燃料添加剂在燃料中加入添加剂是一种新型的节能燃烧技术，它是改善锅炉燃烧状况，提高热效率，减少环境污染的有效措施。燃料添加剂节能改造实例：大连理工大学能源研究所在2001年9月10日至2001年11月20日曾在中石化齐鲁石化胜利炼油厂动力管网车间2#中压锅炉上进行了助燃剂工业试验以研究助燃剂改善燃烧的效果。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义2#中压锅炉燃用燃料油，由于燃料油的粘度较高，雾化效果不理想，因而燃烧不完全，油枪内部积碳严重，火焰带有明显黑烟，而且火焰发生跳动，燃烧不稳定；又因燃料油含硫量较高(一般为1.2～2.0%)，造成烟气中SO2、NOX含量较高，严重污染环境；在燃烧过程中形成各种硫酸盐容易粘着在炉管的外表面上，使炉管表面结垢严重，影响传热，降低了装置的加工能力，导致排烟温度高达500℃，造成辐射室顶部钢结构圈梁变形，烟囱的衬里脱落，产生严重局部过热现象，成为安全的一大隐患。试验采用台湾生产的PW-28助燃剂，PW-28助燃剂采用生物脱硫技术，利用酵素清除存在石油中的硫。生物催化脱硫技术是根据天然微生物能移除石油中的有机态结合性物质而不损害石油的燃烧价值，酵素可选择性切除C、S之间化学键，产生含氧的碳、氢化合物产品及硫酸盐副产品等。由于脱硫化学反应是透过微生物酵素之催化作用进行，微生物在化石燃料脱硫后既不再作用，也不致与化石燃料发生其他化学反应。此种技术是在自然环境常温常压下进行处理，故比一般传统式轻油裂解厂加氢脱硫裂解技术便宜许多，生物脱硫技术可处理来自不同国家之石油，且因其为自然氧化态，裂解不需要加氢，故比传统式加氢脱硫技术节省成本。试验开始后45天左右，火焰呈现出好的特性：较以前明亮，不冒黑烟，无大小火现象，滤网较使用前明显清洁，此时逐渐减少空气量以及喷油压力及前段油温。2#中压锅炉单位油耗的产汽量有明显上升的趋势，最高值达到每t燃料油产生17.92t蒸汽，记录期间内平均产汽量由试验前的16.95t蒸汽/t燃料油上升到17.1t蒸汽/t燃料油。锅炉烟气含氧量曾经一度达到11%，加入助燃剂后，烟气含氧量最低时降为6.6%，试验前烟气平均含氧量为9.4%，试验开始后降为7.67%，下降幅度达18.4%，较为明显。锅炉所需空气量减少，使得空气预热器出口风温增加变为可能，从而使锅炉燃烧更加稳定。由于燃料油预热温度降低，所需空气量减少，使得锅炉排烟热损失和散热损失减少，从而提高锅炉的热效率。试验开始后，锅炉热效率有所上升，由原来的89.38%上升到试验开始后的平均90.60%，最高值达到91.84%。排烟中SO2含量降低，试验前排烟中SO2含量为357ppm，试验后平均降为151ppm，取得了非常显著的环保效益。（3）合理调节风量燃料在锅炉内燃烧，燃烧的过程不同，燃烧的情况也不同。例如：燃料在链条炉排锅炉中燃烧，随炉排的转动而依次着火，燃烧是沿炉排长度方向分区进行的。在炉排的前部和尾部需要空气量减少，而炉排中部的燃烧区需要大量的空气。根据这一现象，合理调节送风量，在保证燃烧的条件下，可有效减少空气过量系数，降低排烟损失。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（4）二次回风系统二次回风系统能在锅炉内形成烟气漩涡，这一方面增加了悬浮煤粉在炉膛内的停留时间，另一方面能使炉膛内的温度梯度降低，提高了炉膛内受热面的利用率，所以采用二次回风系统是改善燃烧的重要手段。据测算，利用二次回风系统的锅炉热效率可提高5%到10%，效果十分显著。l加强保温加强锅炉保温主要是采用新型高效保温材料，提高炉体保温效果，减少散热损失。这些新型高效保温材料主要有硅酸盐复合保温材料、有机泡沫保温材料等。这些新型材料具有重量轻、耐高温、导热系数小、热容小、保温绝缘性好、耐酸、耐碱、化学性能稳定等优点。例如硅酸盐复合保温材料是由多种轻质硅酸镁材料加入适量化学添加剂，经特殊工艺制成的一种膏状不定形材料。常温下导热系数为0.072W/(m•K)，干燥后容重等于或小于300kg/m3，可以在800℃以下长期安全使用。l减少排烟热损失当锅炉排烟温度一般较高时，烟气所含有的热量较高，如果不加以回收利用，则排烟热损失较大，直接影响锅炉的热效率，排烟温度每提高10℃时排烟热损失约增加1%，所以应尽可能降低排烟热损失。通常采用两种方法来减少排烟热损失：（1）减少炉膛过量空气系数和堵塞各烟道的漏风量以降低排烟温度。当炉膛的过量空气系数减小时，锅炉的排烟热损失降低，而化学不完全燃烧损失增大，所以应选用适当的过量空气系数使这两种损失的和最小。对燃用无烟煤和贫煤的工业锅炉，空气过量系数一般为1.2到1.25。其他工业锅炉为1.2。（2）增加空气预热器、余热锅炉等有效的节能设备。这些设备可以强化传热过程，预热燃烧用空气或产生工艺用蒸汽，充分利用烟气余热，提高锅炉热效率。l控制系统改造控制系统改造主要有以下两类：（1）按照锅炉负荷要求，实时调节给煤量、给水量、鼓风量和引风量，使锅炉处在良好的运行状态下。这类改造一般将原有手工或半自动控制改造成全自动控制，对于负荷变化幅度较大、变化频繁的锅炉节能效果较好，一般可达到10%左右。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（2）对于供暖锅炉，控制系统改造的内容是在保持足够室温的前提下，根据户外温度的变化，适时调节锅炉的输入热量，达到舒适、节能、环保的目的。实现这种控制，可使锅炉节约20%左右的煤。三、加热炉的主要节能技术及应用提高加热炉热效率的主要渠道在于如何对排烟的低温余热进行回收，实质就是通过降低排烟温度而减少排烟热损失，达到提高加热炉热效率的目的，主要可以分为以下两种情况：（1）利用自身烟气或其他炉外的工艺热源预热燃烧用空气，节约燃料，提高加热炉热效率；（2）在既定的工艺条件下（排烟温度）利用一些低温介质，继续与烟气换热，此时加热炉燃料用量及烟气量都不变，但可以降低排烟温度，提高热效率。加热炉节能改造实例：中石化齐鲁石化丙烯腈厂废水焚烧炉用于焚烧有毒废水，排烟温度850℃，能源浪费严重，2000年增上火管式余热锅炉，每小时产生1.0MPa中压蒸汽10t，但改造后结渣非常严重而长期停炉。此次改造由大连理工大学完成，在对废水和结渣成份进行实验研究的基础上，结合气固两相流流动和传热理论进行了流场和温度场的模拟，找到了结渣的具体成因：高温烟气受到换热管壁低温激冷作用而使其中某些低熔点化合物发生冷凝，这些化合物一般呈粘稠状，所以很容易附着在换热管壁上形成熔渣，堵塞流道，造成燃烧的进一步恶化，同时这些熔渣可以进一步吸附后续产生的熔渣，造成流道堵塞时间缩短，而且这些熔渣还可以吸附由于燃烧不完全产生的碳粒和烟气中的SO2及Fe离子等，发生化学反应，造成熔渣在冷却后坚硬难于清理。图5-2原系统示意图90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义此次改造本着延长运行时间和便于结渣清理的改造原则，针对结渣原因，在炉型设计上进行了多次技术攻关，最终采用角管式水管炉的方案，设计上采用活动炉门，清渣通道与凝渣管相结合，光管与翅片管共存，增设吹灰器等具体防渣和清渣技术。此次改造2002年12月完成，2003年1月投入运行，一次开车成功，开停车周期由原来的2～3天延长到3个月。经齐鲁分公司2003年4月组织验收，年经济效益263万元。2003年实际经济效益291万元，间接经济效益200多万元，年总效益500余万元。图5-3改造后的锅炉结构图四、热管及热管换热器节能技术热管是1963年由美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。我国已相继开发出热管气——气换热器、热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生器、高温热管热风炉等各类热管设备。1、热管的工作原理热管是一个封闭的管壳或壳体，形状各式各样，其内表面镶套着多孔的毛细吸液芯，吸液芯浸满液相工质，其余空间则容纳着气相工质。外热源在蒸发段把热量加进去，使该段的工质蒸发。由此造成的压差把蒸汽从蒸发段驱送到冷凝段，在这里蒸汽进行凝结，并把汽化潜热释放出来。蒸发消耗了液相工质，而毛细压力把凝结下来的液相工质又送回到蒸发段，重新进行蒸发。这样，热管连续不断的把汽化潜热从蒸发段传送到冷凝段，而不烧干吸液芯。只要工质流动通道不被阻塞，并维持足够大的毛细压力，这个过程就将继续进行下去。整个过程如图5-4所示。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义2、热管换热器的类型利用热管导热能力强，传热量大的特点，以多根热管作为中间传热元件，实现冷、热流体之间换热的设备叫热管换热器。从热管换热器结构型式来看，热管换热器又可分为整体式、分离式、回转式和组合式。下面主要介绍整体式热管换热器和分离式热管换热器。图5-4热管的工作原理l按冷热流体的状态分类按照冷热流体的状态分类，热管换热器可分为气气式、气液式、液液式、液气式。在烟气热能利用方面的热管换热器主要是气——气式和气——液式两种。根据热管换热器的传热特点，它最适宜于气——气之间的换热（气——气式热管换热器如图5-5所示。因为它在冷、热段均可加翅片来扩展传热面积，大大提高以管基为基准的传热系数。它也可作为气——液换热器，此时只需在烟气侧加翅片，以增强传热。但是，对液——液之间的换热，热管换热器并不能显示出它的优点。1一热管；2一中间隔板；3一外壳图5-5气——气式热管换热器图5-6为气——液热管换热器示意图，它的一个重要特点是气侧热管管壁破坏时，水侧的水不会漏入气侧，增加了设备使用的可靠性。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义图5-7为热管余热锅炉的两种结构型式。冷侧一般均为承压的锅筒（或与锅筒系统相连通）。目前热管余热锅炉产生的蒸汽压力可达12MPa。进入余热锅炉的烟气温度最高可达1100℃。热管余热锅炉的最大特点是结构紧凑，体积小，安全可靠。与一般的烟管式余热锅炉相比，其质量仅为烟管式余热锅炉的1/3～1/5，外形尺寸只为烟管式余热锅炉的1/2～1/3。烟气通过余热锅炉的压力损失一般为20～60Pa，故引风机的电耗也很小。热管元件的破损，不影响蒸汽系统的循环，无需为此停机检修。图5-6气——液热管换热器示意图图5-7热管余热锅炉示意图l按换热器的结构型式分类（1）整体式热管换热器整体式热管换热器的典型结构如图5-5所示。热管平行交错排列在换热器内，中间用隔板将每根热管分隔成两部分，一部分与热流体通道相连，为热管的蒸发段；另一部分与冷流体通道相连，为热管的冷凝段。冷、热流体均在热管外部横向流过，通过热管轴向传输热量，将热从热流体传给冷流体。（2）分离式热管换热器90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义分离式热管换热器如图5-8所示，其蒸发段和冷凝段相互分开，两者之间通过蒸汽上升管和冷凝液下降管连接成一个循环回路，其循环动力为下降管系统（包括冷凝段）与上升管系统（包括蒸发段）中工作介质的密度差，即不需要外加动力，但存在着一个最小高度差Hmin，冷凝段与蒸发段的高度差必须大于Hmin。图5-8分离式热管换热器示意图分离式热管换热器拥有一些常规换热器不具备的特性：①根据现场实际情况，可灵活地布置蒸发段和冷凝段；②一种热流体可同时加热两种不同的冷流体(如图5-9所示)，安全而又可靠；③管排内的蒸汽温度可以调整。在分离式热管换热器中，改变蒸汽上升管和冷凝液下降管的连接次序，可以调整管排内的蒸汽温度，这样可避免高温侧因管内温度高而造成的压力过高的安全性问题和因低温侧温度过低带来的露点腐蚀问题。图5-9多种流体换热的分离式热管换热器3、热管换热器的应用l余热回收当热管换热器被用于回收工业排气的余热时，有以下几种流程：（1）用热管换热器从工业炉的排气中回收余热以加热空气，预热后的空气返回到工业炉作为助燃空气使用。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（2）用热管换热器从排气中回收余热以加热空气，使之成为热风可作为烘房的热源。（3）将热管换热器回收的余热用来加热水，使之成为锅炉给水，或使水产生蒸汽供其它方面使用。（4）将热管换热器从排气中回收来的余热再次加热排气自身。使得经洗涤过的气体温度升高，以免腐蚀排烟设备。l化学反应化学反应往往总是有热效应相伴随的，对于放热反应，需要及时导走热量，而对于吸热反应，则需及时供给热量才能维持化学反应的正常进行。利用热管式或热管换热器导走化学反应热或供给化学反应热是一项新的技术，它可以把化学反应控制在理想的温度范围内进行，从而可以得到高质量的产品，同时还可以提高产量。热管换热器节能改造实例：中石化齐鲁石化胜利炼油厂联合装置车间第一常减压装置常压加热炉001/2，以渣油和瓦斯气作为燃料。该炉因排烟温度过高，基本测定在400℃左右，烟气热损失较大，大量的热量随烟气排入大气，既浪费了能源，又造成了环境的热污染。根据车间提供初始的设计参数，通过改造分析，在常压加热炉001/2尾部增加空气预热器进行烟气余热回收，降低排烟温度，如图5-10所示，利用常压加热炉001/2烟气的余热来加热进入常压加热炉001/1、001/2和减压加热炉002的空气温度，改善加热炉的燃烧效果，提高加热炉效率，达到节省燃料的目的。图5-10热管式空气预热器改造方案改造后，空气预热器回收热量为4.182MW,折合359.6×90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义104kcal/h。燃料（渣油）的发热值为41797kJ/kg，折合为10000kcal/kg，加热炉的热效率按70%计算。则燃料的节约量为359.6×104/10000/0.7=513.7kg/h。每年加热炉的运行时间按8000小时进行计算，则每年节约燃料为513.7×8000/1000=4109.4吨/年。渣油的价格按1000元/吨计算，则每年节约燃料费为4109.4×1000=410.9万元项目的改造投资假定为500万元，投资回收期为500÷410.9=1.21年，全部设备投资在不到450天的时间内即可收回。五、热泵节能技术热泵是一种以消耗一部分能量为代价，通过热力循环，把热能由低温物体转移到高温物体的能量利用装置，被广泛应用于低温热回收的升级利用中。1、热泵的分类热泵应用广泛，种类繁多，分类复杂，以下给出按照工作原理的分类：（1）蒸汽压缩式热泵。蒸汽压缩式是最常用最普遍的一种热泵形式。它的工作原理为：热泵工质在由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器组成的系统中循环，通过工质的状态变化及相变将低温下的热能“泵”送到高温区。（2）气体压缩式热泵。气体压缩式热泵与蒸汽压缩式热泵的主要区别是其内工质不发生相变，始终以气态进行循环。（3）蒸汽喷射式热泵。蒸汽喷射式热泵是以蒸汽喷射器代替蒸汽压缩式热泵的机械式压缩机，其他原理大体相同。对有蒸汽来源的场合可以考虑用这种形式。（4）吸收式热泵。吸收式热泵通常由发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器和节流装置等组成，它消耗高温的热能将低温热能“泵”送到高温区。常用的吸收式热泵有水——溴化锂吸收式热泵和氨——水吸收式热泵。（5）吸附式热泵。吸附式热泵是利用一些固体表面能够吸附大量气体（或液体）的特性，通过发生—吸附器的吸附和解吸作用实现“泵热”。2、热泵原理及性能指标l蒸汽压缩式热泵90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义蒸汽压缩式热泵是以消耗一部分高质能为代价制热的，图5-11是闭式蒸汽压缩式热泵基本原理图。制冷剂首先在蒸发器内吸收低温热源的热量蒸发形成蒸汽，蒸汽被压缩机吸入后压缩至规定的压力后进人冷凝器内冷凝，使热量传递给需要加热的介质，冷凝液则经膨胀阀后回到蒸发器继续重复上述过程。从循环过程可以看出，系统完成一个循环后的效果就是通过消耗部分动力能将低温热量回收、提高温度后输出，达到余热回收利用的目的，所以蒸汽压缩式热泵和吸收式热泵相比，节能效果并不明显。图5-11蒸汽压缩式热泵系统l吸收式热泵吸收式热泵的基本工作原理如图5-12所示。由吸收剂和工质组成的溶液装于发生器1中。吸收剂要对工质有较强的吸收能力，而二者的沸点差要尽可能大。吸收式热泵一般采用H2O-LiBr（水——溴化锂）溶液，水作为工质，溴化锂为吸收剂，溴化锂溶解于水中构成溴化锂水溶液。当高温热源对发生器中的溶液进行加热时，由于工质容易汽化，在发生器中产生一定压力的水蒸汽，发生器起到压缩机的作用。工质在冷凝器2中的放热过程，以及经节流阀3降压、降温后，在蒸发器4中从低温热源的吸热过程，与压缩式热泵相同。在蒸发器中蒸发的低压蒸汽送至吸收器5中，再次被吸收剂吸收后的稀溶液送回蒸发器循环使用。1—发生器；2—冷凝器；3—节流阀；4—蒸发器；5—吸收器；6—溶液泵；图5-12吸收式热泵的工作原理一般吸收式热泵分为第一类型吸收式热泵和第二类型吸收式热泵两种，第一类型又称为增热型，第二类型又称为升温型。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（1）第一类型吸收式热泵系统（TypeⅠHeatPump）用于提高主要能源的利用率。众所周知，在实际生产中，常常遇到能源降级使用的情况，根据热机的原理，在能量降级过程中，可对外作功，如果利用这部分功驱动热泵，于是在热泵的作用下，使部分低位热量的温度提高而成为有用的热量。这就提高了能量的利用效率。这种依赖主要能源驱动的热泵系统称为第一种类型热泵，原理如图5-13所示。图5-13第一类吸收式热泵第一类型型吸收式热泵以温度较高的热量为驱动能量，其回收余热温度为20～60℃，可获得100℃左右的可用热能。图5-13是第一类型吸收式热泵流程图。系统由蒸发器、冷凝器、再生器、吸收器及中间换热器构成，系统的工作过程如下：①蒸发器内的热回收过程——由冷凝器来的制冷剂（水），在低压下于蒸发器内吸收低温热源的热量而蒸发，汽化潜热即为回收的热量；②吸收器内的加热、吸收过程——由再生器来的浓吸收液经中间换热器放热后进入吸收器，吸收由蒸发器来的水蒸汽，并对工作流体进行初次加热；③再生器内LiBr浓溶液的再生过程——在吸收器内被稀释的LiBr溶液经中间换热器温度升高后进入发生器，在此吸收驱动热源的热量而被浓缩，浓液经中间换热器放热后返回吸收器，而蒸发出的制冷剂(水)蒸汽进入冷凝器；④冷凝器内的冷凝、加热过程——由再生器进入冷凝器的制冷剂蒸汽，在加热工作流体的同时被冷凝，冷凝液经过节流进入蒸发器，重新开始下一个循环。根据评价热泵循环的一般方法，可得到第一类型吸收式热泵的供热系数（COP）：式中，Qa—工作流体在吸收器内吸收的热量；90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义Qc—工作流体在冷凝器内吸收的热量；Qg—再生器消耗的热量。第一类型吸收式热泵系统的COP值一般可高达1.7左右，由此计算，此系统的节能率可达到40%.（2）第二类型吸收式热泵（TypeⅡHeatPump）与第一类型吸收式热泵不同，它利用废热驱动，在生产中，特别在化工生产中，具有大量低温位、无法用常规方法进一步利用的废热，这部分热量通常只能被冷却水带走，或者排放到大气环境中去。如果根据热机的原理，使热量（废热）向环境排放的同时对外作功，并利用这部分功驱动热泵，这样就可以把部分废热转移到更高的温位而重新利用。由图5-14可见：从热流方向看，第二种类型热泵正好是第一种类型热泵的反过程。实现热泵循环的方法有机械压缩和化学吸收两种，对第二种类型热泵来说，多数采用化学吸收的办法，通常称为吸收式热转换器（AbsorptionHeatTransformer），简称A.H.T.。图5-14第二类吸收式热泵第二类型吸收式热泵不需要驱动能量，其回收余热温度为60～100℃，最高可以提供150℃左右的可用热能。图5-14是第二类型吸收式热泵流程图，系统由蒸发器、冷凝器、再生器、吸收器和中间换热器构成，系统的工作过程与第一类型基本相同，只是在工作压力上，第一类型的蒸发压力低于冷凝压力，而第二类型的冷凝压力低于蒸发压力。为此，对于第一类型吸收式热泵，制冷剂从冷凝器通过节流阀进入蒸发器，而第二类型则是通过液泵送到蒸发器。第二类型吸收式热泵不需要高温热源，所以原则上不能用节能效益、供热系数等指标进行评价，不过，在热泵理论中为了便于理解，仿照I型吸收式热泵仍以供热系数（COP）来评价它，其表达式为：90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义式中：Qa——工作流体在吸收器内吸收的热量；Qe——低温热源在蒸发器内放出的热量；Qg——低温热源在再生器内放出的热量。第二类型吸收式热泵系统的COP值一般略低于0.5，即输入机内的低温热量有近一半被有效利用。3、热泵的应用l热泵在蒸发与蒸馏工艺中的应用在食品、制药、造纸、化工等工业中，液体的浓缩、脱水等工艺都是利用蒸发来实现的，产品分离工艺通常用蒸馏来实现。常规的蒸发与蒸馏是一项耗能巨大的工艺过程，而两者的工艺过程又非常适合应用热泵。蒸发与蒸馏主艺中应用热泵系统，因其温升小及重复利用蒸发和蒸馏中蒸汽潜热，从而达到节能的目的。因此，蒸发与蒸馏工艺过程是工业热泵应用最有前途的领域之一。l热泵技术在精馏中的应用热泵精馏就是靠补偿或消耗机械功，把精馏塔塔顶低温处的热量传递到塔釜高温处，使塔顶低温蒸汽用作塔底再沸器的热源。根据热泵所消耗的外界能量不同，热泵精馏可分为蒸汽喷射式方式和吸收式两种类型。（1）蒸汽喷射式热泵精馏蒸汽喷射式热泵是提高低压蒸汽压力的专门设备，其原理是借助高压蒸汽（驱动蒸汽）喷射产生的高速汽流，使低压蒸汽的压力和温度提高到工艺能使用的指标，从而达到节能的目的。在该流程中，塔顶蒸汽是含低沸点物质的水蒸汽，其一部分用蒸汽喷射泵加压升温，随驱动蒸汽一起进入塔底作为加热蒸汽。蒸汽喷射式热泵在利用蒸汽的企业有着广泛的利用。（2）吸收式热泵精馏90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义吸收式热泵常用溴化锂水溶液或氯化钙水溶液为工质。由再生器送来的浓溴化锂溶液在吸收器中遇到从再生器送来的蒸汽，发生了强烈的吸收作用，不但升温而且放出热量，该热量即可用于精馏塔蒸发器，实际上热泵的吸收器即为精馏塔的蒸发器。浓溴化锂溶液吸收了蒸汽之后，浓度变稀，送再生器蒸浓。再生器所耗用的热能是热泵的原动力。从再生器中蒸发出来的水蒸汽，在冷却器中冷却、冷凝，而后送入精馏塔冷凝器，在此冷凝器中，塔顶馏出物被冷凝，而水又重新蒸发进入吸收器。由此可见，精馏塔的冷凝器也是热泵的再生器。热泵节能改造实例：国内首套A.H.T系统（北京燕山合成橡胶厂SBS车间的A.H.T），于2000年5月建成开车。图5-15AHT回收橡胶生产中凝聚过程余热的流程示意图项目投资总额为568.2万元，运行后的年总收益为321.6万元，其中每年节省蒸汽费用为285万元，每年节省溶剂油费用为34万元。六、余热回收节能技术1、余热的分类余热就是在各种热能转换和利用过程中未被利用而排弃的能量，也称为“废热”。过去在技术上认为余热无法回收利用，或在经济上不值得回收，现在随着科学技术的发展和能源价格的上涨，余热回收利用已成为节能的重要手段，越来越受到人们的重视。余热资源可分为以下几类：（1）高温排气余热主要是各种冶炼炉、加热炉、石油化工装置、燃气轮机、内燃机、和锅炉的排气，一般温度高，数量多，回收容易，通常占设备输入热量的10%到60%，约占工业余热资源的一半。（2）高温产品和炉渣的余热90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义经高温加热过程生产出来的产品，如焦炭，钢水和钢锭，水泥，陶瓷，砖瓦等等，以及其炉渣废料，温度都很高，达到几百甚至1000℃以上，通常产品又都要冷却以后才能使用，在冷却时散发的潜热就是余热。现在炼钢工业中采用的干法熄焦、连铸、热装连轧等新工艺，就是回收这部分余热。（3）冷却介质的余热为了保护高温生产设备，或生产工业的需要，都需要大量的冷却介质。通用的介质是水，空气和油，温度受设备要求的限制通常都很低，如电厂汽轮机冷凝器的冷却水，不能超过25℃～30℃，内燃动力机械的冷却水大约50℃～60℃，温度最高的冶金炉窑炉冷却水，也不过80℃～90℃。因此，这部分低温余热的利用比较困难，需要较大的设备投资，如利用热泵或低沸点工质动力设备。（4）化学反应余热在化学工艺过程中，有些反应是放热反应，这些放出的热量温度较高，可加以利用。如生产硫酸，在培烧硫铁矿时，每生产1kmol的SO2放出460MJ的热量，炉内温度为850℃～1000℃，利用余热锅炉，约可回收60%。（5）可燃废气、废液和废料的余热生产过程中的排气、排液和灰渣中，往往含有可燃成分，如高炉煤气、造纸黑液、甘蔗渣等，可以用做燃料加以回收。这部分余热约占余热资源的8%左右。（6）废汽、废水余热这部分余热包括各种用汽设备的排汽（余热占有其总热量的70～80%），如蒸发、浓缩和干燥工艺过程生产的二次蒸汽，蒸汽凝结水和锅炉排污水，以及生产和生活的废热水等。废气、废水的余热约占余热资源的10～16%左右。2、余热回收的原则尽管余热回收的方式各种各样，但一般可分为热回收（直接利用热能）和动力回收（转变为动力或电力后再回收）两大类。从技术角度看，利用余热锅炉回收气、液的高温余热比较容易，回收低温余热则比较困难。在回收余热时，首先要考虑到所回收余热要有用处，经济上也比较合算。如为了回收余热所耗费的设备投资甚多，而回收后的收益又不大时，就得不偿失了。通常进行余热回收的原则是：（1）要根据余热的种类、排出的情况、介质的温度、数量及利用的可能性，进行企业综合热效率及经济可行性分析，决定设置余热回收利用设备的类型及规模。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（2）应对必须回收余热的冷凝水，高、低温液体，固态高温物体，可燃物和具有余压的气体、液体等的温度、数量和范围制定利用的具体管理标准。（3）对于排出高温烟气的设备，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。如预热助燃空气、预热燃料或被加热物体（工质、工件），以提高本设备的热效率和降低燃料消耗为目的。（4）在余热余能无法回收用于加热设备本身，或用后仍有部分可回收时，应用来生产蒸汽和热水，以及生产动力等。按照上面的原则，可以得出一些余热利用的具体方式，如表5-1所示。3、余热锅炉回收高温排气和可燃性废气余热的常用方法是利用余热锅炉生产蒸汽。在50年代以前，一般仅利用余热锅炉生产少量的中、低压蒸汽，供生活或工艺用汽。近些年来，由于石油化工、冶金、炼油等工业发展，余热锅炉已向高压大容量发展，蒸汽压力已达到10到14MPa，单台蒸发量也已超过200t/h，所产蒸汽可供汽轮机发电，实现热电联产使企业的综合热效率大为提高。年产30万吨合成氨装置，如充分利用余热，可以产高压蒸汽300t/h以上，除供发电拖动合成气压缩机（18MW）外，并可供工艺用汽100t/h，全年可节约用煤24万吨，节约用水800万吨。一套年产30万吨乙烯装置余热产生的高压蒸汽，可取代一台190t/h的高压锅炉。一个年处理240万吨的石油催化裂化装置，可回收能量24MW。表5-1余热利用方式余热利用举例余热利用技术余热利用形态高温焦炭（1000℃）干法熄焦空气预热、蒸汽工业炉体（300～700℃）介质热交换器空气预热、蒸汽高温烟气（700℃以上）高温烟气用热交换器空气预热、蒸汽低温烟气（150～400℃）热管式热交换器空气预热、蒸汽热虹吸管大型换热器热水高温水（60～80℃）热泵热水直接接触式换热器电力低温水（30～60℃）热泵采暖、制冷热泵式热交换器供热水90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义余热锅炉的原理和普通锅炉是相似的，也包括省煤器、蒸发受热面和过热器等部分。但由于余热锅炉的热源多样而分散，各处热源温度水平有高也有低，往往不能像普通锅炉那样组成一个整体，其布置必须满足生产工艺的要求，而采用分散布置；又因为不用炉膛，所以有时外形更类似于换热器。各种工艺排气中往往含有腐蚀性气体和粉尘，因此余热锅炉的腐蚀和磨损问题比较严重。另外余热源的热负荷往往不稳定或周期性波动，为了保持余热锅炉供汽稳定，就必须利用与它并联的工业锅炉来调节负荷，或在余热锅炉中加装辅助燃烧器或采用蒸汽蓄热器。在燃用一些可燃性废料时，有时需要特殊的燃烧装置。在提高了余热锅炉生产的蒸汽压力后，炉水的饱和温度也随之提高，为了在高温气体和炉水之间保持足够的传热温差，就不能过分降低余热锅炉的排气温度，从而导致余热回收量减少。为了能在产生高压蒸汽的同时，还能经济的回收较多的余热，可以在同一热源中设置两台压力不同的余热锅炉。在高温气设置高压余热锅炉，在低温区设置低压余热锅炉。高压蒸汽用于汽轮机发电，低压蒸汽用于加热锅炉给水或作为生活或工艺用汽，从而进一步提高余热回收率。余热锅炉节能改造实例：中石化齐鲁石化胜利炼油厂二制氢装置工艺气出原料气加热器E104温度较高（330℃），流量较大（干气55000Nm3/h），且含有大量饱和水蒸汽，由于水蒸汽冷凝热量较大，如果加以利用，热量非常可观，目前用于加热除氧水（3.34MPa，100.9～239.2℃），用来供应3.5MPa锅炉产汽，虽然也属于余热资源的回收利用，但由于工艺气的温度与锅炉给水进口温度（100.9℃）温差较大，从能量梯级利用的角度来看，完全可以利用工艺气进行发汽，降温后再加热锅炉给水，同时工艺气温度降低还可以解决现存的后部空冷、水冷热负荷较大的问题。（工艺流程如图5-16所示）。图5-16二制氢装置工艺流程图90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义经过分析与方案比较，原料预热器E104和锅炉除氧水加热器E105之间增设一台0.6MPa余热锅炉，温度降低后，工艺气再进入E105加热锅炉除氧水，在0.6MPa余热锅炉前面增设一台锅炉给水加热器，对进3.5MPa汽包的锅炉给水进一步加热，提高3.5MPa蒸汽产量，考虑蒸汽的输送问题，在原料加热器E104和增设的锅炉给水加热器之间增设一台蒸汽过热器，保证低压蒸汽的输送，具体改造流程如图5-17所示。图5-17改造流程图采用改造方案进行改造，可以产生0.6MPa蒸汽13.6t/h，减掉3.5MPa蒸汽减少量7.4t/h，可以净产生蒸汽6.2t/h，输送到胺液集中再生装置可以节约1.0MPa过热蒸汽6.2t/h，1.0MPa过热蒸汽按80元/t计算，脱盐水价格按20元/t计算，年运行8000小时，则每年可节约6.2×(80-20)×8000298万元。此部分的效益只是节约蒸汽的效益评估，没有加入因为后部温度降低节约的空冷与水冷的效益，所以效益应该大于300万元/年。4、蒸汽冷凝水回收系统冷凝水回收的最佳利用方法，就是将冷凝水送回锅炉房，作为锅炉给水。冷凝水回收系统可以分为开式和闭式两类。l开式冷凝水回收系统所谓的开式系统，即从用汽设备来的冷凝水，经过疏水器，或蒸汽动力设备的排气经冷凝器冷凝后，由冷凝水本身的重力（或凝结水泵）排至凝水箱中。此凝水箱与大气相通，此时冷凝水处于大气压力下，并于空气直接接触。然后由锅炉给水泵将冷凝水压回锅炉（如图5-18）。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义1一用汽设备；2一疏水阀；3一冷凝水箱；4一冷凝水泵图5-18低压重力冷凝水系统开式系统比较简单，尤其在冷凝水可用自身重力流回冷凝水箱时，更是如此。但在工作蒸汽压力较高时，由于冷凝水也具有一定的压力，当流回处于大气压力下的开式水箱时，将会因为降压而产生大量二次蒸汽。这些二次蒸汽如果直接散逸到大气，不但导致大量热损失，而且污染环境。所以，在冷凝水回收时应尽量采用闭式系统。l闭式冷凝水回收系统闭式冷凝水回收系统和开式系统的主要区别在于闭式系统的冷凝水箱是密闭的，其内部压力比大气压力稍高，在蒸汽动力装置中往往由除氧器下部储水柜兼任。闭式冷凝水回收系统包括背压闭式冷凝水回收系统、闭式满管冷凝水回收系统、密闭式蒸汽冷凝水回收系统等。背压闭式冷凝水回收系统、闭式满管冷凝水回收系统等传统冷凝水回收方式在回收系统的设计时，要考虑系统地形的限制条件，这是传统方法上的一点不足。而密闭式冷凝水回收系统不是以传统的位差观念来设计考虑系统的，而是采用压差式回收的新思路，从而使得回收系统在选择上可以有更大的随意性，不再受地形条件的限制。一般地，密闭式蒸汽冷凝水回收系统由用汽设备、疏水阀、高温冷凝水回收装置、管线和自控电气系统组成，如图5-19所示。1一用汽设备；2—疏水阀；3一集水罐；4一高温冷凝水回收装置；90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义5一压力调节器；6一软水箱；7一原锅炉给水泵图5-19密闭式冷凝水系统蒸汽在加热设备中放热后成为饱和水，经疏水阀靠压差提升到管线中，汇总到集水罐，集水罐压力根据设备用汽压力、冷凝水排水量、回水管网阻力等因素，靠压力控制阀来确定，集水罐中饱和状态的冷凝水通过冷凝水回收装置压送到锅炉。在此系统中，冷凝水回收是连续的、密闭的，回收装置运行是间歇的、全自动的。此种系统可根据不同的场合采用不同的回收方法:（1）直接输送冷凝水进锅炉；（2）输送冷凝水到某集中地然后再输入锅炉；（3）可采用分级系统，分别将冷凝水回收进锅炉。密闭式冷凝水回收系统具有技术先进、节能效果显著、适用性强等特点，在实际中被较为广泛的应用。蒸汽冷凝水回收节能改造实例：图5-20是某化工厂的蒸汽冷凝水回收流程图。该厂主要生产醋酸（乙醇法）及其再加工产品，用汽设备大体分两个压力等级：一部分相对高压，用汽压力在0.5～0.7MPa，回水量占50%；而另一半则相对低压，用汽压力在0.3MPa左右。采用两个相对独立的回收系统（必要时也可连通），系统集水罐定压在0.25MPa，温度130～135℃，系统集水罐定压在0.05MPa，温度105～110℃，分别采用一台LN8-200型高温冷凝水回收泵送入锅炉，总计回水量10～12t/h。图5-20某化工厂回收管网图七、风机与水泵节能技术90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义风机与水泵是电能转换为机械能的主要设备，被广泛用于电力、石化、冶金、机械、建材、农业等生产部门以及日常生活中。风机与水泵所消耗的能量巨大，而其额定效率大都低于70%，平均电能利用率在30%以下，因此风机与水泵的节能有着重要的意义。1、风机与水泵的能耗公式l风机运转消耗能量(kWh)式中，Q——工艺所需风量，m3/sK——与气体密度有关的系数；P——工艺所需风压，Pa；t——通风时间，h；η——风机系统效率,η=η1η2η3η4，%；η1,η2,η3,η4——分别为电机效率、电机与风机间的传动效率、风机效率、管路效率。l泵及其系统消耗能量(kWh)式中，Hs——工艺所需扬程，m；g——重力加速度，9.81m/s2；ρ——流体密度；t——运行时间；η——泵系统效率，η=η1η2η3η4，%；η1,η2,η3,η4——分别为电动机的效率、传动系统的效率、水泵效率和管道系统效率。2、风机与水泵的节能措施l减少风机或水泵的流量l减少运行时间l降低管道阻力和提高管道输送效率l采用高效率的机器及设备主要包括控制装置、电动机、传动装置、风机、水泵等的正确选型，下面简要介绍一下风机与泵及电机的正确选型。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（1）风机与泵的选型原则①准确计算设计参数。风机与泵的工作点流量、压力（扬程）不当时，会影响风机或泵的运行经济性，如偏离最佳工况点较远时，将导致泵或风机低效率运行。风机与泵必须满足系统使用的流量和压力（扬程），系统的使用流量和压力（扬程）要经过准确计算。如有可能，最好以实测数据为准，或参考类似系统确定。②风机与泵运行工况点的选择要使风机与泵在高效区运行。选型点应处于效率曲线的最高点或稍偏右运行。预留的富裕量要适合，使正常使用时的工作点尽可能接近设计工况，使风机与泵长期运行在高效区。③选择风机与泵性能曲线与实际要求相适应，保证在正常工作区泵不发生汽蚀及其他不稳定现象。④所选择的风机与泵应具有结构简单，易于维护，体积小，重量轻，设备投资少等特点，同时运行维护费用也要小。⑤如果从现有产品中选不出满意的型号，可以采用变形选型的办法来解决，如切割叶轮、改变叶轮或机壳的宽度等。（2）电机的选型原则①容量超过250kW负荷，用于不要求调速的稳定负荷时，应选用同步电动机。②容量大于250kW负荷，应尽可能选用高压电动机。③负荷经常轻重载交替变化，经常小于其额定值的33%，并持续一段时间的，应采用可以△→Y变换的接线方式。④容量大于100kW的交流异步电动机，应尽量考虑就地进行无功功率补偿。⑤电动机与被拖动的机械载荷，要合理配套使综合效率提高，其中以功率匹配最为重要。如果功率选得过大，将出现“大马拉小车”现象，设备投资加大，运行效率降低；反之，功率选得过小，电动机经常过载运行，使电动机温度升高，绝缘易老化，缩短电动机寿命，同时还可能出现启动困难，经受不住突然过载等现象。3、合理调整风机与水泵的运行工况其方法主要有两种：改变管网的性能曲线和改变风机与泵的性能曲线，其中有以第二种方法应用较多。在泵或风机设备固定的情况下，通常采用变速调节的方法。变速调节主要包括以下几种方法：（1）液力耦合器90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义液力耦合器是一种利用液体（多数为油）的动能来传递能量的叶片式传动机械。工作原理如图5-21所示。将两个电风扇的叶轮对面放置，当左边的风扇通电旋转后所吹出的风就会吹动右边的风扇转动。可以设想，把左风扇叶轮换成离心式水泵的泵轮，把右风扇叶轮换成一个水轮机的涡轮，并用一个壳体将这两个叶轮包容起来，形成一个密闭的充满工作油的空腔。当电动机带动泵轮旋转时，液体在离心力作用下由中心向外周流动，冲击涡轮旋转，流出的液体又进入泵轮进行再循环，这样，就实现了能量从泵轮到涡轮的传递。图5-21液力耦合器工作原理示意图液力耦合器的调速方法：电动机驱动泵轮旋转，泵轮带动液压油进行旋转，涡轮即受到力矩的作用，在液压油量较小时，当其力矩不足于克服负载的起步阻力矩时，所以涡轮还不会随泵轮的转动而转动，增加液压油，作用在涡轮上的力矩随之增大，作用在涡轮上的力矩足以克服负载起步阻力而起步，其液压油传递的力矩与负载力矩相等时，转速随之稳定。负载的的力矩和转速平方成正比，当随着液压油量的增加，输出力矩加大，涡轮的转速随之加大，达到调节转速的目的。液力耦合器的优点：①无级调速。可以用调速调节代替节流调节一般可以节电20%～30%。②带载启动。当原动机与负载为刚性联结时，带载启动需较大启动力矩。采用液力耦合器后，启动力矩很小，并可大大缩短启动时间。③过载保护。由于耦合器是以油为工作介质的柔性传动，故对电机及负载机械起到了保护作用。④90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义隔离振动。液力耦合器的泵轮与涡轮之间设有机械联系，转矩通过工作液体传递，属于柔性传递。当主动轴有周期性振动时，不会传到从动轴上，具有良好的隔振效果，能减缓冲击负荷，延长电机和风机的机械寿命。（2）变频调速由于异步电动机的同步转速n0与电源频率f1成正比，所以改变f1就改变了n0而实现调速，即为变频调速。它的调速特性基本保持了异步电动机固有特性转差率小的特点，具有效率高、范围宽、精度高、能无级调速的优点，是异步电动机比较理想的调速方法。变频调速系统的主要环节是能提供变频电源的变频器，因此变频器也是按照变频器的特点来进行分类的。变频器可分成交流——直流——交流变频器和交流——交流变频器。前者又称带直流环节的间接式变频器，后者又称直接式变频器。变频调速的优点：①效率高，没有因调速而带来的附加转差损耗；②调速范围大，一般可达20:1；③调速精度高；④无级调速；⑤可以根据不同负载的要求，配以不同的协调控制。（3）电磁转差离合器电磁转差离合器主要由电枢与磁极两个旋转部分组成。电枢部分与异步电动机联接，是主动部分；磁极部分与异步电动机所拖动的负载联接，是从动部分。图5-22为电磁转差离合器的示意图。图5-22电磁转差离合器工作示意图电磁转差离合器通过磁极与电枢间的电磁力来传递力矩，改变磁极中的励磁电流，即可改变离合器的输出转速。与液力耦合器一样，电磁转差离合器也是利用主动和从动间的滑差作用来调速的。电磁转差离合器的优点：①交流无级调速，具有速度负反馈自动调节系统；90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义②结构简单，使用维护方便，价格低廉；③无失控区，调速范围广，最大可达10:1；④控制功率小，便于自控、群控、集控；⑤启动性能好，启动力矩大，启动平滑，可广泛用于恒转矩无级调速的各种机械设备上。（4）串级调速在绕线型异步电动机的转子电路中串入一个附加电势Ef，其相位与转子电势E的相位相反，则电机的速度能降低，达到调速的目的，这种方法就是串级调速。图5-23为转子电路串入附加电势时的串级调速原理图，改变Ef的大小即可改变异步电动机的转速。串级调速系统按运行速度范围不同，可分为次同步串级调速系统和超同步串级调速系统。图5-23串级调速工作示意图串级调速的优点：①节能。绕线型异步机速度降低时便产生响应的转差功率，速度愈低，转差率s愈大，转差功率Ps也愈大。如果采用转子串电阻调速，则这些转差功率全部消耗在转子电路的电阻中，造成能量的很大浪费。采用串级调速方式则可以把转差功率回馈到电网，从而提高了效率，节省了能量。②控制方便。③设备投资少。（5）无换向器电动机调速90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义无换向器电动机是改变电源频率来进行调速的。通常把同步电动机、变频装置、位置检测器三者合在一起称为无换向器电动机。无换向器电动机的工作原理与直流电动机的工作原理相同，区别在于无换向器电动机用电力电子器件来代替直流电动机中的换向器组成逆变器，来改变电动机中电枢绕组的电流力方向；用无接触式的位置检测器代替直流电动机中的电刷，来检测电动机换流位置。无换向器电动机的优点：①具有和直流电动机相似的调速特性，但没有换向器，结构简单，不会产生火花，便于维护，容易做到大容量，高转速；②虽然用的是同步电动机，但其输出转速是由与电机本身转速相应的频率决定的，因此永远是同步的，不会有失步现象。4、风机与水泵的发展趋势l标准化和系列化我国已引用了一些国际标准，如ISO2858性能参数标准，ISO3069机械密封和软填料的空腔尺寸标准，ISO3661底座尺寸和安装尺寸标准等；l缩短产品更新换代周期l高转速化、小型化提高泵的转速，减少泵的级数，缩短泵的轴向尺寸，使泵体积小型化是今后的发展趋势。于是出现了高扬程单级离心泵代替多级离心泵，小型离心泵代替大型离心泵的局面。目前，离心泵转速已高达24000r/min，有的单级泵扬程超过1150r/min，圆周速度达150m/s；l机电一体化与智能化一些厂家将一种或几种参数传感器、控制器、执行器等控制设备与泵和风机作为一体化设备出厂，配套性好，实用性强。人工确定一个运行参数后，泵或风机就能自动控制在这一参数下运行。有的还与当地计算机一起配套出厂，可适时地将泵和风机的各种运行参数信号传送到中央计算机系统，以使中央计算机系统对全厂生产过程进行综合平衡和处理，自动调整泵和风机的运行参数，发出调整指令，再由当地计算机控制相应的执行机构，调整控制风机与水泵的运行参数；l高效化我国已可以生产效率达90%的风机和效率大于88%的泵。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义第六节石化行业节能技术石化行业是我国工业中的第一耗能行业，耗电量在全国工业中也占首位，节能工作非常必要，而且石化节能改进是有规律可循的。着手对其进行节能改进时，应先从工艺能量使用和回收环节的改进入手，当两者的改进确定后再考虑转换环节的改进，并且从全局出发考虑单元之间与系统优化。否则，节能改进的投资难以奏效。1、改进工艺条件，降低工艺总用能工艺总用能是衡量装置用能水平的重要指标，它是把原料变化到过程要求的条件下（温度、压力）所需要能量的数量。一般地，工艺总用能可分为热、蒸汽和流动功三种形式，即用热工艺总用能、用汽工艺总用能和动力工艺总用能。（1）降低用热工艺总用能①改进流程采用新的节能型工艺流程是降低用热工艺总用能的一个重要方面。如炼油行业的常减压蒸馏装置，把初馏塔、常压塔的过气化油直接抽出，绕过加热提温设备。避免了过气化油的反复加热汽化和冷凝，减少加热炉的热负荷和初馏塔底油的换热负荷，从而减少带入用能设备(分馏塔)的能量，使用热工艺总用能减少。.②改进催化剂，使反应温度和压力降低。③减小回炼比、回流比。（2）减少用汽工艺总用能改进操作加强管理汽提蒸汽，在保证产品质量前提下，结合工艺操作条件和设备的流体力学状况，减少吹汽量。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义吹扫、事故、消防用汽，其用量没有固定标准，实际中往往是吹汽时间和用汽量都大于实际需要，只有靠加强管理来减少。伴热和采暖用汽也属管理内容，排汽的相态和温度、室内取暖温度以及可否停用伴热都可通过加强管理得到改进。许多汽提用汽可用重沸器代替，如把常减压蒸馏装置常压塔一线汽提为重沸器汽提可利用267kw热能代替0.5t/h蒸汽，减少了塔顶的冷却负荷，还使侧线物流温度提高15℃；加热、伴热用汽，可用适宜的低温热代替；用惰性气体代替塔底吹汽、用松动风代替催化裂化U型管松动汽等。轻质油管线输送过程中不需伴热，完全可以停用伴热，以减少用汽工艺总用能。（3）减少动力工艺总用能①选择机泵时注意不要留过大裕量，否则泵出口大于需要部分的扬程多在出口调节阀节流损失。流量变化频繁的机泵，可采用调速装置节约扬程，避免大量节流损失；②系统管线各处的节流阀，在保证调节质量下尽量减少调节阀压降；③对管线系统进行优化设计，选取经济管径，降低流动阻力；④改进工艺流程，避免物流反复加压、节流，缩短工艺路线均可降低动力工艺总用能；⑤减少反应系统未转化原料的循环量，可减少动力工艺总用能。2、提高能量回收率，减少排弃能量及火用损（1）减少散热量目前管线设备的保温多是以散热量为基础制定的，考虑流体温度的因素不够。减少散热的途径是改进保温，按照确定经济保温层厚度方法对设备管线、阀门进行优化保温。并注意区分不同物流温度的散热热能价格，最好采用火用经济保温层厚度的方法。装置散热能耗约占总能耗的10～20%，减少散热量是重要的节能措施之一，其投资不多，收效却很显著。（2）优化换热系统减少传热火用损换热系统的优化，一是设备结构的优化，使设备处于最佳工况下传热；二是合理安排换热流程，使冷热物流匹配合理，避免过度的不可逆传热，即大于经济传热温差部分。（3）降低冷却排弃能降低冷却排弃能可以从两方面考虑：①对于存在的70℃以上的物流显热及潜热，应寻找合适的热阱加以利用，作锅炉预热水的热源，也可作其它用途；90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义②与系统结合，提高产品输出装置温度，不仅降低本装置冷却负荷，减少冷却介质的使用，而且增加了装置输出热能，对于储运系统，相应节省了罐区加热、伴热能耗。3、提高能量转换环节效率，减少装置供入能耗（1）提高加热炉效率①采用空气预热器，其次，应注意降低过剩空气系数，尤应避免冷风渗漏，加强看火孔及对流管箱的堵漏及管理。②利用燃气轮机——加热炉联合供电供热，提高加热炉火用效率。利用燃气轮机将燃气首先在高温下膨胀做功，排热用作工艺热源，可提高火用效率10％左右，既满足了供热又发电。（2）采用自动调速设施目前，机泵总效率在50％左右，选用新型高效节能泵是节能的重要措施。在流量变化大且频率、系统流动阻力（调节阀、出口阀等）在总扬程中占的比例较大的情况下，使用自动调速机泵，克服负荷率变化的不利因素，在低负荷运行时，使泵的扬程与管路系统要求相适应，保持效率基本不变，单位能耗保持不变且略有降低。（3）利用背压式蒸汽轮机背压式蒸汽轮机利用蒸汽先作功，排出蒸汽仍可作工艺用汽。引进的大型合成氨装置用能水平高，很大程度上是蒸汽产用比较合理，做到逐级用能。因此，在选择蒸汽动力驱动方式时，要重视背压式蒸汽轮机的选用，进行蒸汽动力系统的优化。（4）催化裂化再生器排烟能量的回收利用回收烟气显热充分利用烟气显热及CO燃烧热发生较高参数的蒸汽，然后由设置的余热锅炉回收显热能，或作其它物流的加热热源。4、低温热回收利用生产使用的能量是由转换设备供入和能量回收循环两部分构成的。一般地循环回收能量在生产中不断循环：进入利用环节→进入待回收系统→回收循环→90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义进入利用环节。对于稳定的连续生产过程，循环回收能量几乎不变。当然，这是由于转换设备不断地供入能量，使待回收能量参数保持恒定。从出和入两方面来说，供入系统的有效能量部分进入产品和回收输出用于其它系统或装置以外，其它全部排弃于环境。通常能量排弃方式为冷却、散热、物流带出和其它排弃四种方式。而冷却排弃能所占的比例最大（约70%），而且随着不同装置不同用能水平而异。仔细分析就会发现，这些需要冷却的工艺物流温位在70～150℃，甚至更高。特别是在节能工作不断深入的今天，欲降低装置及全厂的能耗，低温热回收利用是必不可少的一个方面。但由于低温热温度低、客观上存在着回收技术难度大、经济效益不高的问题。因此，在制定低温热回收方案时，应全面分析论证确定。低温热回收利用，需要在全厂建立配套的回收系统，通过一种载能工质把热从装置取出。为保证装置操作的安全可靠，可恒定取热量，通过回收系统设置、冷却器等手段调节用热负荷波动。低温热回收利用可分为两类：（1）低温热同级利用（直接利用）根据低温热回收的温位，选择适宜的用户，不仅改变了用户原使用高、中温热源所造成的过大能量传递损失，而且把高、中温热源顶替下来，是低温热利用中最具吸引力的方案，节能效益尤为显著。①生产用低温热利用低温热源取代生产中使用高、中温热源的场合，不仅可直接减少生产能耗，而且生产用热大多属连续、负荷稳定的情况，节能幅度大，效益高。在安排低温热方案时，应优先考虑。②生活科研用热目前，随着生活水平的提高和劳保福利设施的不断完善，生活用能也相应增加。此外，随着企业的发展，办公楼、教育培训系统、设计研究院所用能也相应增加，这部分能耗影响到全厂综合能耗。如果以低温热取代其能源消耗，不仅可降低全厂综合能耗，而且使直接生产能耗也得以下降。这类用热一般分为两类：a.厂区办公和生活区采暖。用低温热水代替蒸汽，虽为季节性使用，但由于用汽采暖往往超过国家采暖标准，且使用中存在许多浪费现象，因此效益还是相当可观的；b.生活用热水。这类用热一方面提高了职工生活福利，另一方面节省了已经存在的液化石油气热水器洗澡、洗菜用热水，减少液化气使用。其特点是一年四季均有，但负荷随昼夜而变化，其变化规律类似生活用水系统，在制定方案时，应考虑在用热减少时，如何保持系统平衡，取出热量。（2）低温热升级利用90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义低温热在优先考虑连续、稳定的热负荷用户之后，就应考虑过剩低温热的升级利用。这类用热有三种形式。①热泵热泵是将低温热通过施加外部高质能量把低温热提高到工艺过程能够使用的参数。利用热泵提高其温度，再用于生产过程，是一种有效利用低温热能的技术手段。热泵分为压缩式热泵和吸收式热泵两类。②制冷制冷是低温热利用的一种重要内容。低温余热制冷主要是吸收式制冷。蒸汽溴化锂吸收式制冷已得到普遍应用。用低温余热代替蒸汽热源的吸收制冷也投入了工业使用。低温余热制冷用途有两个：一个是生产制冷，在炎热的南方夏季，气温和循环水温度较高，产品的冷却温度难以满足要求，致使产品收率下降，损失增大。解决催化裂化吸收稳定干气不干的状况，除从工艺上改进外，利用低温余热制取8-10℃冷水进一步冷却、也可使问题得到改善。另一个是集中空调制冷，采用回收余热吸收式制冷，作为集中空调的冷源，既回收了能量，又改善了工作和生活条件。③发电低温余热发电是升级利用另一类重要形式。在大量过剩低温余热难以找到适宜的同级利用方案时，采用发电是一种途径。5、搞好蒸汽逐级利用由于企业操作条件不同，全厂各单元及系统的用汽压力等级也各不相同，而在安排产汽时，不可能产生各种压力等级的蒸汽以适应不同的单元和系统。根据按质用能的原则，燃料产汽的动力锅炉尽可能产生较高参数的蒸汽，一般为高压蒸汽，产汽和用汽的压差是蒸汽逐级利用的重要内容。过去的做法是供汽参数大于用户需要的参数，造成无谓的火用损失，或是采用节流减温减压，造成用汽的浪费。开展蒸汽逐级利用的步骤为：（1）动力锅炉根据厂区蒸汽系统情况发生中压或高压蒸汽避免发生低压蒸汽。（2）装置（单元）的过剩热量，应在装置换热流程优化的基础上，发生相应参数的蒸汽，并受全厂蒸汽平衡的制约，避免产用不平衡造成排空浪费现象。（3）核准全厂总的蒸汽用量及参数，从而根据用汽量及余热发汽量安排动力锅炉的产汽量。（4）调查可以利用蒸汽背压式透平的动力机械的功率参数、耗汽量等。90大连理工大学编制 石油化工行业节能原理与节能技术讲义（5）制定蒸汽逐级利用方案。（6）对方案进行技术经济评价和优化。虽然各用户等级不同，但受工程和经济因素影响不可能设置更多的系统管网，一般是设置10.0MPa，3.5MPa，1.0MPa和0.3MPa四个系统管网；对于无高压蒸汽的企业，则只有三级管网；有一些则为区域性的局部管网。总之，管网设置不仅要考虑多级利用，更要考虑现实和工程因素。核实各种压力等级的用汽量是很重要的内容，这往往应结合全厂节能规划一起进行。切忌按目前用汽量安排逐级利用方案，而当装置及单元节能改进后，用汽量减少影响到方案，甚至前功尽弃。对于可以使用背压代替燃料加热炉或减少加热炉热负荷的场合，应使用蒸汽以节省燃料的使用。蒸汽逐级利用，主要是回收产汽与用汽之间的压差做功或发电。直接带动设备做功，利用效率较高，转换损失小。背压透平驱动发电机发电并入电网，也是常用的方法。目前蒸汽逐级利用应重视1.0MPa和0.3MPa汽压差的利用，此用汽特点较分散，但对相对集中的0.3MPa用户，可建立区域性的管网背压发电。另外，企业产汽向高压力等级方向发展，有利于开展蒸汽逐级利用。90大连理工大学编制'