《精编》节能技术讲座

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1、节能技术讲座 中国石化集团公司节能技术中心郭文豪 主要内容 1 石化工业用能特点及潜力2 能耗计算与评价3 节能原理 方法与途径4 窄点技术5 能量平衡6 节能新技术 新设备7 石化工业的节能方向 1 石化工业用能特点及潜力 1 1用能量大 占加工成本比例大以乙烯装置为例 国内装置能耗大部分在750kg标准油 t 2003年国内乙烯总产量约600万吨 总能耗450万吨标准油 能耗费用近60亿元 2007年国内乙烯总产量将达1100万吨 总能耗达825万吨标准油 以炼油工业为例 综合能耗量占原油加工量的8 10 2001年全国原油加工量达1 98亿吨 耗能量约1700万吨标油 费用约220亿元

2、平均能耗成本 包括自产燃料等 占总加工成本的50 60 但目前加工成本计算中 将自产燃料形成的能耗未计入成本 造成了能耗成本占总加工成本比例不高的假象 将能耗成本淹没在巨大的产品销售中 大大弱化了能耗的影响及其节能工作的开展 某炼油厂加工每吨原油的完全能耗费用 国内某炼油厂的炼油加工费对比 现状加工费计入自用燃料后的炼油加工费 该炼油厂综合能耗为86 8kg标油 t 平均每kg标油能耗的费用为1 56元 全厂能量因数为6 626 单位能量因数能耗为13 1kg标油 t Ef 从最具可比性的单位能量因数能耗来看 该炼油厂与国内能耗先进值 11kg标油 t Ef 相比有较大的差距 若该炼油厂能耗达

3、到国内先进水平 综合能耗将下降13 9kg标油 t 使每吨原油的加工费下降21 7元 下降幅度几乎达到了每年修理费的水平 由于该厂的单位能量因数能耗是全国平均水平 因此炼油企业的平均节能潜力为20元 吨原油 修正后的炼油加工费指标合理地反映了各项影响因素 能耗费用成为炼油加工成本的第一影响因素 因此节能永远是石化企业挖潜增效 增强竞争力的一个主题 2002年中国石化集团公司炼油专业达标指标 1 2加热冷却过程多 石化工业加工过程中 有非常多的冷 热物流 过程物流 公用工程物流等 需要换热 如乙烯装置 炼油过程主要是通过物理的办法 按照各油品沸点的差别进行分离 即通过冷冷热热 就完成了加工过程

4、以冷热物流相联系的换热网络优化 广义 技术 在石化工业大有用武之地 1 3节能涉及全过程 石化生产是连续 多工序 多层次的加工过程 从全厂发展规划 设计 生产运行 维护等过程均涉及能量的利用 可以说 加工全过程就是能量流的过程 节能绝不是一个部门或几个部门的事情 能耗指标是一个高度综合性的指标 如果一个石化企业的能耗指标是先进的 则必然意味着规划 设计 运行 维护 管理等所有环节的高水平 缺一不可 国内节能工作存在的一个重要问题是 重技术轻管理 必须加强管理 提高所有人员的节能意识 激发节能积极性 才能真正将节能工作落到实处 生产企业各部门对能源的要求不一样 技术部门为了生产高质量产品 有时在

5、探讨工艺过程中反而会提出增加能耗的建议 生产部门重点是放在生产方面 始终努力采用高生产效率的方式 而提高生产性的效果 几乎均与节能直接关连 生产计划部门为将库存压于最小程度 根据适时生产的方式而制定频繁更换作业内容的生产计划 而这种生产方式不利于节能的 动力设备高效运转是动力管理部门的工作任务 但有时因过度追求节能 也会提出妨碍生产效率的要求 日本节能的观点 生产工厂的使命是制造产品 因而努力推进能量有效利用的工作人员是难能可贵的后勤部队 与生产部门相比 推进节能的工作是种不显眼的苦差事 因而需要 厂领导的节能意识 即应该针对节能作出的努力表示敬意并对所取得的成果给予高度评价和鼓励 能源管理标

6、准规程工厂等单位的节能推广体制 机构图 厂长長 副厂长 节能委员会 节能专门部会 委员长 厂长副委员长 副厂长委员 总务部长 环境安全部长 工务部长 动力部长 制造部长 生产管理部长 部会长 生产管理部长 能源管理者 热能管理员 电能管理员 工务课课长 环境 安全课课长 事务局 质量管理课课长 总务部 生产管理部 制造部 工务部 环境 安全部 动力部 质量管理部 各课 各课 各课 各课 各课 各课 各课 事例 1 4本质上存在用能三环节过程 1 过程用能的主要形式是热 流动功和蒸汽 它们一般是通过转换设备 如炉 机泵 等转换过来的 2 转换设备提供的热 功 蒸汽等形式的能量进入工艺核心环节 塔

7、 反应器 连同回收循环能量一起推动工艺过程完成后 除部分能量转入到产品中外 其余均进入能量回收系统 3 能量在工艺核心环节完成其使命后 质量下降 但仍具有较高的压力和温度 可以通过换热设备 换功设备 液力透平 等回收利用 但受工程和经济条件约束 回收不能到底 最终通过冷却 散热等排弃到环境中 从三环节理论的节能 首先应选用或改进工艺过程 减少工艺用能 再考虑经济合理地回收 其不足部分再由转换设备提供 1 5目前还存在较大的节能潜力 装置的节能潜力先进装置与落后装置的差距即是节能潜力 装置名称国内先进国内一般或平均国际先进 乙烯585750 800400 450炼厂单因能耗11139 5 10常

8、减压10 411 89 3 大连规划 馏分油催化475637 法国东日 重油催化5568延迟焦化2127加氢裂化264638 全循环 规划 系统存在更大的节能潜力 相对来说 过程组合即系统节能的潜力更大 热联合蒸汽动力系统储运系统低温余热的回收和利用 根据节能中心掌握的有关资料 目前对于30万吨 年的乙烯装置或500万吨 年的炼油厂 设定投资回收期为 年时 年节能效益一般在5000万元以上 对某3 0万吨 年炼油厂所做的节能规划 仅气体分馏装置和储运系统用低温余热代替1 0Mpa蒸汽就达40t h 年效益2500万元 2 能耗计算与评价 2 1能耗计算 1 综合能耗量综合能耗量是统计对象 炼油

9、装置 辅助系统或全厂 在统计期内 消耗的各种能源的总和 其计算通式为 E MiRi Q式中 E 统计对象综合能耗量 kg 年 月 季 Mi 某种能源或耗能工质的实物消耗或输出量 t kWh 年 月 季 Ri 对应某种能源或耗能工质的能量换算系数 kg t kWh Q 与外界交换的有效能量折为一次能源的代数和 kg 年 月 季 向统计对象输入的实物消耗量和有效热量计为正值 输出时为负值 实际上 此式数据单位还有其它形式 如kg h 有效热量主要指不同统计对象之间的热进出料热量 烟气热量和低温余热的回收利用 燃料消耗指生产过程消耗的各种燃料之和 如果原料或产品的一部分 如PSA尾气 分馏塔顶油气等

10、 作为燃料提供能量 则必须计入能耗 2 单位综合能耗单位综合能耗是统计对象在统计期内 以单位原油 原料油加工量或产品产量所表示的能耗量 工艺装置的单位综合能耗的简单叫法就是装置能耗 单位综合能耗的计算通式如下 e E G式中 e 统计对象的单位综合能耗 kg t E 统计对象综合能耗量 kg 年 月 季 G 统计对象的原油加工量 或原料加工量 产品产量 t 年 月 季 3 能耗大小对比需要注意的问题从能耗计算公式可以看出 能耗计算结果取决于计入能耗的能耗工质种类与能量换算系数 不同的国家有不同的标准和方法 因此 不同国家之间的同类装置 单元或全厂的实物消耗相同 国外 甚至一个公司有2种方法 但

11、能耗可能差别较大 不能直接对比 从今年开始 国内能耗对比时 将有三类不同的标准的能耗结果 1 炼油厂能量消耗计算方法 修订前 2 炼油厂能量消耗计算方法 修订后 从今年开始试运行 3 石油化工设计能量消耗计算方法 SH T3110 2001已于2002年5月1日开始执行 4 能耗计算例题设蜡油 顶循 柴油 油浆的比热分别为0 55 0 6 0 55 0 7kcal kg 热损失为5 此题仅为说明能耗的计算 数值大小无意义 能耗计算示例表 2 2能耗评价2 2 1能耗评价指标工艺装置 1 单位进料或产品的综合能耗 2 单位能量因数能耗 对联合装置 3 基准能耗 全厂 1 加工每吨原油的综合能耗

12、2 单位能量因数能耗 3 能源密度指数 2 2 2单位能量因数能耗及能源密度指数设一个炼油厂共有n套工艺装置 同一时期的加工量分别为A1 A2 An 实际能耗 对各自装置的进料或产品 分别为E1 E2 En 评价体系中确定的每套装置应可达到的先进标准能耗 国内称为能耗定额 下称标准能耗 分别为C1 C2 Cn 其中只有编号为1的装置为常减压蒸馏装置 相应的加工量就是该炼油厂的原油加工量 则此炼油厂工艺装置作为一个整体来讲 单位能量因数能耗U的定义为 上式中分母称为能量因数 可以看出的是 其中的是该炼油厂应达到的能源消耗总量 A1 C1是常减压装置应达到的标准能源消耗量 二者的比值即能量因数 直

13、接意义则是炼油厂应达到的标准能源消耗总量折算成具有标准能耗的常减压装置的套数 由于在一定的评价体系中 标准能耗C1 C2 Cn是不变的 因此 能量因数就是标准能耗常减压装置的套数 显然 高能耗的装置琥多或加工流程越长 折成的常减压装置套数越多 所以是炼油厂加工复杂程度的体现 式 1 中的分子项是该炼油厂的单位综合能耗 即加工每吨原油的综合能源消耗量 除以能量因数后 就是单位能量因数能耗 意义就是标准能耗常减压装置的实际能耗 2 2 3 炼油厂能量消耗计算方法 的修订主要修订内容 1 将现有的计算方法改为计算与评价方法 规定了全厂 炼油装置和辅助系统的评价指标 2 对所有工艺装置能耗定额修订 补

14、充了新型炼油工艺装置的能耗定额 对辅助系统的能耗定额作了部分修订 3 修改完善了统一能量换算系数 如燃料气 电 催化焦炭 低温余热等 4 修订了能耗计算中的有关规定 如能耗计算范围 修订后最主要的影响 工艺装置能耗定额 修订后的工艺装置能耗大幅下降 划分档次更加合理 这将使单位能量因数能耗指标的评价合理性大大增加 有助于挖掘节能潜力 统一能量换算系数 主要修改了燃料气 电 催化焦炭 低温余热的统一换算系数 这将对使用这几种能耗工质为主要消耗的装置能耗带来较大或很大的影响 3 节能原理与方法 3 1热力学第一定律分析法3 2热力学第二定律分析法3 3热经济学3 4用能的本质认识3 5节能方法 掌

15、握节能原理科学找出节能潜力与部位制定节能措施的指导原则规划长短期节能目标 不掌握节能原理提出不恰当的节能指标制定出不合理的节能决策批准不合理的节能方案 3 1第一定律分析法 热力学第一定律即能量守恒定律 能量是物质运动的量度 当任何一种形式的能量被转移或转化为另一种形式的能量时 数量不变 该分析法得到了广泛应用 它主要是用热效率的高低来估计节能潜力 热效率越高说明节能潜力越大 能量平衡工作正是基于这一定律 把能量的来龙去脉搞清楚 确定多少能量被利用 多少能量损失掉 优点 简单直观 容易理解和掌握 运用得当对节能工作能起到重要作用 缺点 由于它所依据的仅是能量数量上的守恒性 在挖掘节能潜力时有较

16、大的局限性和不合理性 3 2第二定律分析法 20世纪50年代以后 热力学第二定律的理论开始在节能实践中广泛应用 它的表述方法很多 其中之一是 当任何一种形式的能量被转移或转化为另一种形式的能量时 其品位只可能降低或来变 绝不可能提高 这样能量在数量的守恒性和质量上的贬值性 就构成了能量的全面本性 现代节能原理是同时依据热力学第一 第二定律 并通过直观实用的方式 来体现能的全面本性 由此建立的节能理论和方法 称为第二定律分析法 这种方法有两大类 熵分析法和火用分析法 由于熵分析法比较抽象 不能评价能量的使用价值 且本身也不是一种能量 现在已被火用分析法取代 火用分析法认为 能量 火用 火无火用是这样一种能 在给定环境的作用下 可以完全连续地转化为任何一种其它形式的能量 而火无是一种不可能转化的能量形式 火用主要是针对热提出的 即热量中最大能转化为功的部分 采用火用分析法 能从本质上找出能量损失 3 3热经济学 20世纪60年代以来 在节能领域产生了将火用分析法与经济因素及优化理论有机结合的热经济学 即除了研究体系与自然环境之间的相互作用外 还要研究一个体系内部的经济参量与环境经济参量之间