如何提高能量利用率
返回列表 来源：银晨锅炉 发布日期：2016-03-27 18:30
节能问题，涉及面很广，既有能源政策、能源管理方面的问题，又有工艺、设备、控制、材料以及其他的节能技术问题。就节能技术而言，各行业有其各自的特点和具体情况，有其各自的节能措施，但都应遵循合理的用能的基本原则。只有合理用能，才能获得高的能量的有效利用，达到节能的目的。 合理用能的基本原则有：最小外部损失原则，最佳推动力原则，能量优化利用原则等。 1.最小外部损失原则 外部损失，即有形损失，包括由废气、废液、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。保温和保冷不良造成的散热和散冷损失等。 虽然这些外部损失的能量能级不太高，但它们都是由投入系统的高级能由于过程存在不可逆性而转化来的。故在设计和生产中，应力求使排出系统而未得到利用的余热降低到最低限度，做到能量的充分利用。 具体措施包括堵塞漏洞，减少余热排放，余热回收利用等。 ①减少跑、冒、滴、漏。涓涓细水，可以成河。跑、冒、滴、漏造成的损失，不容忽视。例如，每小时泄漏423K的饱和蒸汽15kg，相当于每年损失标准煤16.4t；一只疏水器失灵，漏汽损失相当于每年7t标准煤。 ②减少废弃物和污染物的排放量，减少可燃气体和有用气体的放空。既可降低能耗，又可改善环境。例如，通过改善水处理，改进水质，从而减少锅炉的排污量，排污率每降低2%，燃料可以节约0.4%左右。 ③减少散热和散冷损失。设备、管道保温和保冷不良，由于系统和环境的热交换而造成散热和散冷损失。保温是一项重要的节能措施，要加强保温工作，需选择新型的保温材料和最佳的保温层厚度。例如，1m长的不保温蒸汽管道，一年损失相当于2.4t蒸汽的热量。未保温的Ф500mm的阀门，一年损失相当于12t蒸汽的热量；未保温的Ф400mm法兰，一年损失相当于4.2t蒸汽的热量。 ④余热的回收利用。首先，要调查余热的数量、质量及稳定性，判断余热回收是否有必要，要此基础上确定余热回收的方法。高温（或高压）及中温余热用于产生蒸汽及发电。低温余热（473K以下）则利用热泵提高其温度。化工厂许多化学反应都是放热反应，放出的热量不仅数量大，而且温度较高，是宝贵的余热资源，可通过设置废热锅炉产生的高压蒸汽，然后将高压蒸汽通过蒸汽透平做功或发电，最后背压蒸汽作为工艺或热源使用。 2.最佳推动力原则 根据能量利用的观点，一切能量的传递和转化过程，都是在一定的热力学势差（温度差、压力差、电位差、化学位差等）推动下进行，其转变速率和推动力成正比，没有热力学势差，就没有推动力的过程。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。因此，能量利用的中心环节是，在技术和经济条件的许可的前提下，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。按需供能是指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。按质用能就是指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。例如，小合成氨厂原来用煤生产压力为1.3MPa的低压蒸汽，经节流减压后供造气、精炼工段（蒸汽压力为0.3MPa）及变化、碳化工段使用。这种供能体系的一次能源、二次能源和实际所需要能量三者之间的能级相差很大，燃料火用未能得到充分利用，浪费很大。根据按质用能的原则，可以先用煤生产3.5MPa，708K的过热蒸汽，通过背压透平发电，背压蒸汽（1MPa或0.3MPa）则供工艺使用。最好有多种背压或抽汽压力，以满足不同的工艺要求，避免通过节流阀降压而造成火用损失。 ②能量的多次利用。在工业生产中，能源主要靠高能级的电能和化石燃料，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，这虽然可以减少设备投资费，但却增加了过程的火用损，从而增加了长期运行的能耗费。这种做法在能源充足，价格相对低廉的条件下是可行的，但从节能的观点来分析却是不合理的。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，就得设法降低过程中的阻力，这就需要采用新型高效的换热设备，如板式换热器，热管换热器，高通量换热器等。另外，在操作管理和设备维修上，要注意防垢、防腐，保持运行中热阻不增大，避免因实际推动力增大而导致能耗上的增加。 此外，梯级降温和梯级制冷，可以减少传热温差，减少火用损。在相同温度下，火用损与传热温度成正比，帮在制冷过程中实行梯级制冷意义与大。适当减少机械能传递过程的推动力也是降低能耗的措施，应避免带压流体无功降压，降低流体流动的流速，缩短流程，减少摩擦火用损，也能降低能耗。 3.能量优化利用原则 在工业生产中，原料与产品通常在常温常压下存在，而反应过程常在高温或高压下进行。因而原料、中间物与产品需反复进行升压、降压、加热、冷却、增湿和减湿等过程。除了输入一次能源外，化工过程中还有各种二次能源——化学反应和物理变化的热效应可以利用。这就构成了复杂的用能系统。一次能源和二次能源、热量与冷量、电能、高压流体的机械能等共存的系统。因此，各种各种形式的能量的相互匹配、综合利用、使之各尽所能就具有特别重要的意义。 例如，用燃料燃烧产生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，要用水冷却器将其移走，这不仅余热未被利用，反而需耗用冷却水，增加能耗。如果采用热电合供，将高压蒸汽选通过蒸汽透平做功或发电，然后用背压蒸汽作为工艺蒸汽或热源加热工艺物料，先用功后用热，生产过程中放出的热量也按其能级高低回收使用，以减少外供能源（燃料和动力），这就构成了按能量能级高低回收使用，称之为总能系统。这种系统，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。 能量合理利用的原则，就是保持供入系统的能量与系统供给用户的能量之间在数量上平衡，在质量上匹配，尽量使系统的热效率与火用效率达到最大，接近百分之百。 在实践中，能在数量上不匹配，过程就不能进行。但是光有数量匹配并不够，还必须有质的匹配，否则会导致应用高级能换取低级能。例如，将高品质蒸汽，即高参数蒸汽供低压动力装置使用，使大量的有效能通过减压减温装置贬值为火无，造成很大的能源浪费。 系统供入的和输出能的质和量的匹配是合理用能所必需遵循的原则。单进行能的数量匹配，必然会造成能的浪费。单进行能的质的匹配，会使部分火用转变为火无而浪费，或使散布在输出低级能中的火用大量流失。 总之，最小外部损失原则、最佳推动力原则和能量优化原则是节能的基本指导原则，最终实施还要取决于技术经济的评价。由于能源价格的上涨，能耗费在成本中的比例日趋增大，因此在经济分析中突出能量的有效利用愈显重要，把热力学分析与技术经济分析相结合，即热（火用）经济学，将越来越受到人们的重视。
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