如何提高能量利用率
返回列表 來源：銀晨鍋爐 發(fā)布日期：2016-03-27 18:30
節(jié)能問題，涉及面很廣，既有能源政策、能源管理方面的問題，又有工藝、設(shè)備、控制、材料以及其他的節(jié)能技術(shù)問題。就節(jié)能技術(shù)而言，各行業(yè)有其各自的特點(diǎn)和具體情況，有其各自的節(jié)能措施，但都應(yīng)遵循合理的用能的基本原則。只有合理用能，才能獲得高的能量的有效利用，達(dá)到節(jié)能的目的。 合理用能的基本原則有：最小外部損失原則，最佳推動(dòng)力原則，能量優(yōu)化利用原則等。 1.最小外部損失原則 外部損失，即有形損失，包括由廢氣、廢液、廢渣、冷卻水、各種中間物或產(chǎn)品帶走能量造成的損失。跑、冒、滴、漏造成的損失。保溫和保冷不良造成的散熱和散冷損失等。 雖然這些外部損失的能量能級(jí)不太高，但它們都是由投入系統(tǒng)的高級(jí)能由于過程存在不可逆性而轉(zhuǎn)化來的。故在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，應(yīng)力求使排出系統(tǒng)而未得到利用的余熱降低到最低限度，做到能量的充分利用。 具體措施包括堵塞漏洞，減少余熱排放，余熱回收利用等。 ①減少跑、冒、滴、漏。涓涓細(xì)水，可以成河。跑、冒、滴、漏造成的損失，不容忽視。例如，每小時(shí)泄漏423K的飽和蒸汽15kg，相當(dāng)于每年損失標(biāo)準(zhǔn)煤16.4t；一只疏水器失靈，漏汽損失相當(dāng)于每年7t標(biāo)準(zhǔn)煤。 ②減少廢棄物和污染物的排放量，減少可燃?xì)怏w和有用氣體的放空。既可降低能耗，又可改善環(huán)境。例如，通過改善水處理，改進(jìn)水質(zhì)，從而減少鍋爐的排污量，排污率每降低2%，燃料可以節(jié)約0.4%左右。 ③減少散熱和散冷損失。設(shè)備、管道保溫和保冷不良，由于系統(tǒng)和環(huán)境的熱交換而造成散熱和散冷損失。保溫是一項(xiàng)重要的節(jié)能措施，要加強(qiáng)保溫工作，需選擇新型的保溫材料和最佳的保溫層厚度。例如，1m長的不保溫蒸汽管道，一年損失相當(dāng)于2.4t蒸汽的熱量。未保溫的Ф500mm的閥門，一年損失相當(dāng)于12t蒸汽的熱量；未保溫的Ф400mm法蘭，一年損失相當(dāng)于4.2t蒸汽的熱量。 ④余熱的回收利用。首先，要調(diào)查余熱的數(shù)量、質(zhì)量及穩(wěn)定性，判斷余熱回收是否有必要，要此基礎(chǔ)上確定余熱回收的方法。高溫（或高壓）及中溫余熱用于產(chǎn)生蒸汽及發(fā)電。低溫余熱（473K以下）則利用熱泵提高其溫度?；S許多化學(xué)反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，放出的熱量不僅數(shù)量大，而且溫度較高，是寶貴的余熱資源，可通過設(shè)置廢熱鍋爐產(chǎn)生的高壓蒸汽，然后將高壓蒸汽通過蒸汽透平做功或發(fā)電，最后背壓蒸汽作為工藝或熱源使用。 2.最佳推動(dòng)力原則 根據(jù)能量利用的觀點(diǎn)，一切能量的傳遞和轉(zhuǎn)化過程，都是在一定的熱力學(xué)勢差（溫度差、壓力差、電位差、化學(xué)位差等）推動(dòng)下進(jìn)行，其轉(zhuǎn)變速率和推動(dòng)力成正比，沒有熱力學(xué)勢差，就沒有推動(dòng)力的過程。由于任何熱力學(xué)勢差都是不可逆因素，都會(huì)導(dǎo)致過程的火用損失。因此，能量利用的中心環(huán)節(jié)是，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件的許可的前提下，采取各種措施，尋求過程進(jìn)行的最佳推動(dòng)力，以提高能量的有效利用率。 ①按需供能，按質(zhì)用能。按需供能是指按用戶所需要能量的能級(jí)要求，選擇適當(dāng)?shù)妮斎肽芰?，不要供給過高質(zhì)量的能量，否則就是浪費(fèi)。按質(zhì)用能就是指按輸入能量的能級(jí)來使用能量，而不要大幅度降級(jí)使用，否則也是浪費(fèi)。按需供能和按質(zhì)用能兩者的核心都是避免能量的無功降級(jí)，實(shí)現(xiàn)能級(jí)匹配。 例如，高參數(shù)的蒸汽用于驅(qū)動(dòng)高壓透平，中參數(shù)的蒸汽用于驅(qū)動(dòng)中壓透平，低參數(shù)的蒸汽作為工藝或加熱用汽。對熱量也要按能級(jí)高低使用，用高溫?zé)嵩醇訜岣邷匚锪?，用中溫?zé)嵩醇訜嶂袦匚锪?，用低溫?zé)嵩醇訜岬蜏匚锪?。盲目地用高參?shù)蒸汽加熱物料就是一種浪費(fèi)。例如，小合成氨廠原來用煤生產(chǎn)壓力為1.3MPa的低壓蒸汽，經(jīng)節(jié)流減壓后供造氣、精煉工段（蒸汽壓力為0.3MPa）及變化、碳化工段使用。這種供能體系的一次能源、二次能源和實(shí)際所需要能量三者之間的能級(jí)相差很大，燃料火用未能得到充分利用，浪費(fèi)很大。根據(jù)按質(zhì)用能的原則，可以先用煤生產(chǎn)3.5MPa，708K的過熱蒸汽，通過背壓透平發(fā)電，背壓蒸汽（1MPa或0.3MPa）則供工藝使用。最好有多種背壓或抽汽壓力，以滿足不同的工藝要求，避免通過節(jié)流閥降壓而造成火用損失。 ②能量的多次利用。在工業(yè)生產(chǎn)中，能源主要靠高能級(jí)的電能和化石燃料，為了防止能量的無功降級(jí)，應(yīng)根據(jù)用戶對輸入能的不同能級(jí)要求，使能源的能級(jí)逐次下降，對能量進(jìn)行梯級(jí)利用，只有系統(tǒng)無法再使用的低溫余熱才加以廢棄，做到能盡其用。 ③適當(dāng)減少過程的推動(dòng)力。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，往往追求推動(dòng)力來強(qiáng)化過程，這雖然可以減少設(shè)備投資費(fèi)，但卻增加了過程的火用損，從而增加了長期運(yùn)行的能耗費(fèi)。這種做法在能源充足，價(jià)格相對低廉的條件下是可行的，但從節(jié)能的觀點(diǎn)來分析卻是不合理的。適當(dāng)?shù)販p少推動(dòng)力，若不增大設(shè)備而又能保證必要的過程速率，就得設(shè)法降低過程中的阻力，這就需要采用新型高效的換熱設(shè)備，如板式換熱器，熱管換熱器，高通量換熱器等。另外，在操作管理和設(shè)備維修上，要注意防垢、防腐，保持運(yùn)行中熱阻不增大，避免因?qū)嶋H推動(dòng)力增大而導(dǎo)致能耗上的增加。 此外，梯級(jí)降溫和梯級(jí)制冷，可以減少傳熱溫差，減少火用損。在相同溫度下，火用損與傳熱溫度成正比，幫在制冷過程中實(shí)行梯級(jí)制冷意義與大。適當(dāng)減少機(jī)械能傳遞過程的推動(dòng)力也是降低能耗的措施，應(yīng)避免帶壓流體無功降壓，降低流體流動(dòng)的流速，縮短流程，減少摩擦火用損，也能降低能耗。 3.能量優(yōu)化利用原則 在工業(yè)生產(chǎn)中，原料與產(chǎn)品通常在常溫常壓下存在，而反應(yīng)過程常在高溫或高壓下進(jìn)行。因而原料、中間物與產(chǎn)品需反復(fù)進(jìn)行升壓、降壓、加熱、冷卻、增濕和減濕等過程。除了輸入一次能源外，化工過程中還有各種二次能源——化學(xué)反應(yīng)和物理變化的熱效應(yīng)可以利用。這就構(gòu)成了復(fù)雜的用能系統(tǒng)。一次能源和二次能源、熱量與冷量、電能、高壓流體的機(jī)械能等共存的系統(tǒng)。因此，各種各種形式的能量的相互匹配、綜合利用、使之各盡所能就具有特別重要的意義。 例如，用燃料燃燒產(chǎn)生的熱能在鍋爐中產(chǎn)生蒸汽，蒸汽用于加熱工藝物料，而工藝物料的顯熱或潛熱，要用水冷卻器將其移走，這不僅余熱未被利用，反而需耗用冷卻水，增加能耗。如果采用熱電合供，將高壓蒸汽選通過蒸汽透平做功或發(fā)電，然后用背壓蒸汽作為工藝蒸汽或熱源加熱工藝物料，先用功后用熱，生產(chǎn)過程中放出的熱量也按其能級(jí)高低回收使用，以減少外供能源（燃料和動(dòng)力），這就構(gòu)成了按能量能級(jí)高低回收使用，稱之為總能系統(tǒng)。這種系統(tǒng)，能量的有形損失和不可逆損耗將大為減少，從而將會(huì)達(dá)到相當(dāng)高的能量有效利用率。 能量合理利用的原則，就是保持供入系統(tǒng)的能量與系統(tǒng)供給用戶的能量之間在數(shù)量上平衡，在質(zhì)量上匹配，盡量使系統(tǒng)的熱效率與火用效率達(dá)到最大，接近百分之百。 在實(shí)踐中，能在數(shù)量上不匹配，過程就不能進(jìn)行。但是光有數(shù)量匹配并不夠，還必須有質(zhì)的匹配，否則會(huì)導(dǎo)致應(yīng)用高級(jí)能換取低級(jí)能。例如，將高品質(zhì)蒸汽，即高參數(shù)蒸汽供低壓動(dòng)力裝置使用，使大量的有效能通過減壓減溫裝置貶值為火無，造成很大的能源浪費(fèi)。 系統(tǒng)供入的和輸出能的質(zhì)和量的匹配是合理用能所必需遵循的原則。單進(jìn)行能的數(shù)量匹配，必然會(huì)造成能的浪費(fèi)。單進(jìn)行能的質(zhì)的匹配，會(huì)使部分火用轉(zhuǎn)變?yōu)榛馃o而浪費(fèi)，或使散布在輸出低級(jí)能中的火用大量流失。 總之，最小外部損失原則、最佳推動(dòng)力原則和能量優(yōu)化原則是節(jié)能的基本指導(dǎo)原則，最終實(shí)施還要取決于技術(shù)經(jīng)濟(jì)的評(píng)價(jià)。由于能源價(jià)格的上漲，能耗費(fèi)在成本中的比例日趨增大，因此在經(jīng)濟(jì)分析中突出能量的有效利用愈顯重要，把熱力學(xué)分析與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析相結(jié)合，即熱（火用）經(jīng)濟(jì)學(xué)，將越來越受到人們的重視。
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