企业能流图与节能效率.ppt
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1、企业能量平衡,讲 课 内 容,一、企业能量平衡概述 二、企业能耗技术指标三、能量分析方法四、企业电平衡 五、企业热平衡 六、企业水平衡 七、企业能量平衡表和能流图的编制,一、企业能量平衡概述,(一)企业能量平衡(二)企业能量平衡系统(三)企业能量平衡模式,(一)企业能量平衡,企业能量平衡是以企业为对象,研究各类能源的收入与支出平衡消耗与有效利用及损失之间的数量平衡,进行能量平衡与分析。企业能量平衡的目的是掌握企业的能耗情况,分析企业用能水平,查找企业节能潜力,明确企业节能方向,为改进能源管理,实行节能技术改造,提高企业能源利用率和进行企业用能的技术经济评价提供科学依据。直接研究企业用能系统内部
2、各用能环节和单元之间的能量平衡关系。对各用能单元、环节的能源投入量、有效利用能和损失量之间的平衡关系。进行综合分析与评价,掌握企业的耗能情况,分析企业用能水平,查找企业的节能潜力,明确节能方向。,(二)企业能量平衡系统,(1)购入贮存能源的购入贮存环节是企业能源的进口,一般包括企业的供销、计划、财务、储运等部门,是了解企业能源消耗总量的关键环节。企业购入贮存的能源种类一般包括一次能源和二次能源,即煤炭、原油、天然气、电力、焦炭、蒸汽、煤气、石油制品等。首先必须搞清真正投入系统的能源总量,并折算它们的等价值与当量值,这样便可能对不同种类的能源量进行综合平衡。其等价值反映国家对企业投入的能源资源量
3、;目前,我国大力开展企业能源审计,其目标是将我国能源总需求量降下来,减少对企业投入能源量,要取等价值;而在企业能量平衡工作是依据热力学第一定律,对企业用能过程做能量平衡与分析,因此,在企业能量平衡中,一切能源量只能取其当量值,而不可取其等价值,这是我们建议的企业能量平衡模式中最基本的一点。,购入储存对企业的影响很大,同时也增加了节能效益。特别是企业购入、贮存能源要占用很大一笔流动资金,企业为了加速资金周转,合理使用购入能源费用,必须强化企业购入贮存环节的统计分析与管理。为了讨论方便,我们将外购电力的进厂变电站看作企业能源购入贮存环节中一个用能单元,这样可以为今后编制企业能量平衡表带来许多方便,
4、这是要特别提醒大家注意的,企业内部的自备电站是作为加工转换环节的用能单元处理。,(2)加工转换加工转换是企业工艺所需直接消耗的能源转换环节,包括一次转换和二次转换。一次转换部门有发电站(或热电站)、锅炉房、炼焦厂、煤气站等;二次转换部门有变电站、空气压缩站、制冷站等。要特别注意,一次转换部门是一个企业耗能大的部门,是企业能量平衡与节能工作的重点。加工转换环节中重大耗能设备多,也是节能潜力大的环节,应注意它们的负荷、运行,加强计量与管理是很重要的。(3)输送分配输送分配是将企业用能送到各终端用能部门的一个重要环节,如各种输电线路,蒸汽、煤气管网等,均可列入输送分配系统。,对大多数企业来说,能源的
5、输送分配损失并不构成企业总能量损失的主要部分,因此,在考察企业能源利用的过程中,输送分配系统是一个相对次要部门。但是,热力管网保温是十分重要的节能部分。我国企业管道漏失现象严重,特别是对水资源重视不够。这些年由于水资源严重短缺,资源费用增加,有些企业开展无泄漏活动十分有效。各企业应该加强这方面的计量与考核。,(4)最终使用最终使用是企业能源系统最为复杂的一个环节,对不同的企业,特别是不同部门之间的企业构成差异很大。一般地说,可以将企业的最终用能环节划分为如下几个主要部分:主要生产,辅助生产,采暖(制冷),照明,运输,生活及其他。更进一步细分,还可将主要生产和辅助部门细分成各生产车间,生产车间又
6、可按重大用能设备细分。如钢厂可以按烧结、球团、炼铁、炼钢、轧钢来分;电厂可以按锅炉、汽轮发电机组、厂内用电,外供电来划分。与日常考核格局一致,指标一致,使于取得数据,便于管理。,(三)企业能量平衡模式,任何企业用能系统都可简化成这样一种标准形式,系统由能源供入企业,按照能源流向依次划分为购入贮存、加工转换、输送分配和最终使用四个环节,以外供能和各类能量损失流出系统。,企业能量平衡系统图,其中:Q0供入系统能源总量等价值;Q供入系统能源总量当量值;k企业用能环节k的能源利用率(k1,2,3,4);k,i企业用能环节k中第i单元能源利用率(i1,2,I);Xk,i供入企业用能环节k中第i单元能源量
7、占投入系统能源总量 Q的比重;Xk供入企业用能环节k能源量占投入系统能源总量Q的比重:即:,同时,显然,企业用能系统的能量流,是一个以各用能环节串联,各用能单元并联的混合联结系统。从这个系统可以直接求出企业能源利用率0和企业能量利用率分别为:,二、企业能耗技术指标,(一)能耗(二)利用率(三)回收率,(一)能耗,(1)单耗 单位产品能耗=某种能总耗量/某种产品产量 单位产值能耗=某种能总耗量/生产总值(2)综合能耗 单位产品综合能耗=各种能总耗量/某种产品产量 单位产值综合能耗=各种能总耗量/生产总值(3)可比能耗 可比能耗=各种能总耗量/标准产品产量 可比能耗=标准工序总耗能量/产品产量(4
8、)工序能耗 工序能耗=某工序总耗能量/某工序半成品产量,(一)能耗,能量换算系数,(二)利用率,(1)设备热效率:即:对于用能设备:Q有效为工艺有效热;Q供入为供入设备的所有能量;Q损失损失能量。,(2)企业能源利用率:即其中:企业有效能量=系统效率x系统耗能量 企业总综合能耗量QQ1Q2Q3Q4Q5;Q1一次能源消耗量;Q2二次能源消耗量;Q3耗能工质的能源消耗量;Q4生活用能消耗量;Q5非能源转换企业自产外销的二次能源消耗量。,系统效率购入(贮存)效率转换效率传输效率使用效率串联系统效率:系统购入转换输送利用1234i并联系统效率:其中:用能单元i的能源消耗总量;i用能单元i的能源利用率。
9、由上述可以看出,和i大的单元对系统影响显著。,(三)回收率,反映企业能量回收所带来的收益和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,提高设备用能利用率外,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。,三、能量分析方法,(一)热力学第一定律分析法(二)热力学第二定律分析法(三)热经济学分析法,热力学第一定律,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。热力学第一定律分析法是以热力学第一定律为基础进行系统的能量平衡计算和用能分析,该方法应用广泛,主要利用热效率指标来进行评价
10、,指出能量在“量”的方面的利用情况和损失所在以及能量在“量”方面的节能潜力,为提高能量的利用效率指出改进措施。,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在“量”方面的守恒性,在挖掘节能潜力时有较大的局限性和不合理性。,案例分析,锅炉用能平衡图,热力学第二定律,热力学第二定律: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贬值,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。热力学第二定律分析法以热力学第二定律为依据。热力学第二定律是对自然界各种自发过程的不可逆性或者方向性的总结,阐明了
11、能量在“质”上是有差异的,不同形式的能量间的转换存在“不等价”现象。能量=火用+火无,火用分析法:,火用是在给定的环境条件下,系统能量中理论上能转换为有用功的那部分能量,也称为有效能;而不能转换为有用功的那部分能量称为火无或无效能。通常情况下,用能质系数表示能量的质量好坏,能值系数是指能量中火用所占的百分比。能量的火用有多种形式,如热量火用、冷量火用、内能火用、焓火用、化学火用等。尽管火用损失可以表示不可逆程度,但它是个绝对量,不能用来比较在不同条件下过程进行的完善程度,因此辅以火用效率来表示系统中火用的利用程度或热力学完善程度,火用效率定义为:=实际被利用的火用/理论上所提供的最大可利用火用
12、,案例分析,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:(1)tA=420,tB=420;(2)tA=70,tB=50。,(1)TA=(420+273)K=693K,TB=(400+273)K=673K 因为TATBT0,热量从A传向B,故,(2)TA=(70+273)K=343K,TB=(50+273)K=323K 因为TATBT0,热量从A传向B,故,由此可以看出,同样大小的传热温差T,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。,热经济学分析法,20世纪60年代以来,在节能领域产生
13、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的相互作用。一般来说,第一定律和第二定律分析法,在方案比较中仅能给出一个参考方向,而不能得出具体结论。热经济学分析法可以直接给出结果,这种方法特别适用于解决大型、复杂的能量系统分析、设计和优化。,四、企业电平衡,企业电平衡就是企业电能平衡,简言之叫企业电平衡。企业电平衡是通过测算与分析,研究所分析的用电体系边界范围内,在一定时期的能量收入与支出,既传递、流向、分布、转换过程中的消耗与有效利用及损失之间的平衡关系。,五、企业热平衡,(一)热平衡的基本概念
14、(二)热平衡的原则方法(三)热流图(四)热平衡的实施(五)企业(装置)热平衡测试实例,(一)热平衡的基本概念,热平衡就是能量(主要是热量)的收支平衡,这里只考虑能的数量平衡,而未顾及能的质量,简称热平衡。由于热平衡对象不同,一般分为设备热平衡和企业热平衡。企业热平衡则是以车间、企业为对象,研究其能量的收入与支出、消耗与有效利用及损失之间的平衡关系,运用系统综合的方法,采用统计、测试、计算等手段,通过能耗、利用率和回收率等三类技术指标来分析和掌握企业的耗能状况及用能水平,从而找出能源利用中存在的问题、浪费的原因,为加强能源的科学管理、改革工艺流程、改造低效设备、制定综合节能措施、实现合理用能、节
15、约用能提供科学依据。,(二)热平衡的原则方法,(1)选择热平衡的对象(2)明确热平衡的体系(3)进行热平衡测试(4)整理实验数据、编制“热平衡表”(5)计算各项技术指标,分析热平衡结果(6)绘制热流图 综上所述,进行热平衡的原则方法大致可归纳为:选择对象、明确体系、热工测试、整理计算、分析结果和绘制图表。,(三)热流图,所谓热流图就是热量利用的流向平衡的图。这是热平衡工作的最后阶段,把测试计算整理好的最后结果形象的表示在一张图上,就把供入热,有效热,回收热和损失热按工艺流程和能量比例绘制成图。其数量的大小要按比例绘出,一般常将进入热作为百分之百。按照不同的目的和需要,热流图可以画的比较简单,也
16、可以画成比较复杂的分区图。工程设备到企业均可以绘制热流图。,(四)热平衡的实施,进行企业热平衡常用测试计算法,即通过对主要用能设备的测试,计算各类用能技术经济指标,然后分析节能途径,制定节能措施。测试计算法,主要靠测试,其次是计算。重点耗能设备都要测;非重点耗能设备可以参考已测设备进行估算。最后全企业进行综合计算。(1)收集能源等技术经济资料(2)进行重点耗能设备的测试(3)进行全企业的汇总计算,(1)收集能源等技术经济资料,为了开展企业热平衡,必须对企业能源消耗情况有初步了解,为此,要做必要的调查研究,掌握一些资料:设备情况:用能设备的设计参数,能耗指标,热效率,产品产量等。运行情况:设备的
17、实际运行情况,能耗情况,热效率,产品产量,开台率,运行时间。同时应查出该类设备平均能耗水平,本企业历史最好水平,该类设备行业规定的能耗标准,同类设备国内先进水平,国际先进水平。调查企业及其各部门耗能情况,填写出企业能耗构成及消耗情况统计估算表。根据统计表,确定重点能耗设备。,(1)收集能源等技术经济资料,企业能源统计表,(2)进行重点耗能设备的测试,重点耗能设备包括:能耗转换设备;例如:锅炉,煤气发生炉,焦化炉等。这些设备往往耗能较多,影响较大(影响后续的用能设备);耗能多的设备;效率低的设备;代表性的设备;例如:锅炉,很多工厂都有锅炉:冶金、机械行业的加热炉;轻工、纺织行业的干燥机;化工行业
18、的蒸发器等等。其它设备非重点耗能设备,不必逐一测试,可按照重点能耗设备情况估算。,(2)进行重点耗能设备的测试,重点耗能设备应该进行正,反平衡测试与计算;既测出供入能源,算出有效热;同时测试和计算出各项热损失。具体做法如下:确定热平衡体系 列出热平衡方程式 进行热工测试 编制设备热平衡表 计算各项技术经济指标 画热流图、分析试验结果,热平衡模型,(2)进行重点耗能设备的测试,设备热平衡表,(3)进行全企业的汇总计算,汇总重点耗能设备的情况 修正设备热平衡表 估算非重点用能设备的用能情况 汇总企业全年的能量消耗情况 绘制企业热流图,(五)企业(装置)热平衡测试实例,大连石化分公司热电厂余热发电装
19、置综合发电效率测试 大连西太平洋石油化工有限公司余热发电装置综合发电效率测试 齐鲁石化炼油厂加热炉测试 大连石化分公司加热炉测试,六、企业水平衡,水平衡测试是企业节水的一项基础工作,也是企业科学管理的重要内容之一。所谓水平衡是指一个用水体系,在其生产中,所用全部水量的工艺用水平衡。通过水平衡测试可以摸清企业用水现状,正确估价企业用水水平,挖掘节水潜力,明确节水主攻方向。为进一步采取节水技术措施,制定节水规划提供依据,并能为水行政主管部门实施用水许可制度和年度用水审验提供基本保证。,六、企业水平衡,(一)水平衡的必要性和重要性(二)企业用水网络(三)水平衡的实施,(一)水平衡的必要性和重要性,近
20、年来,随着工业及经济飞速发展,存在水资源短缺与水污染并存的局面,严重威胁着人民生活水平的提高和经济的发展。解决水资源供需矛盾的主要措施是开源与节流。实践证明,在开源达到一定程度的情况下,节水是解决缺水问题最快、最经济、最有效的措施。水平衡测试是企业计划用水、节约用水、对水进行科学管理的一项基础工作,是考核企业用水水平的一项重要措施。通过水平衡测试,可以确定不同行业的用水水平或同行业不同设备、不同工艺水平、不同管理水平的企业单位产品用水量,从而进一步确定不同行业的合理用水定额,并作为区域、流域内合理配置水资源,加强水资源管理的一项重要的、科学的依据。,(二)企业用水网络,企业用水网络示意图,(三
21、)水平衡的实施,水平衡测试是一项要求很严格的技术性工作,必须具备一定的条件,测试全过程和成果应满足国家有关规范的要求。(1)水平衡的基本条件和要求(2)水平衡的步骤和内容,(1)水平衡的基本条件和要求,水平衡测试一般要求在生产正常的情况下进行,否则数据再准确也无代表性。供、排水管线要明确。计量水表要配齐配全。如果冷却水在企业中占的比重较大,这部分水受季节影响较大,将影响总水量的变化。所以水平衡测试必须按不同季节进行,才能取得满意数据。,(2)水平衡的步骤和内容,水平衡测试一般分为3个阶段:从时间上看,准备阶段所用的时间最长,汇总分析阶段次之,实测阶段最短。,准备阶段 实测阶段 汇总分析阶段,准
22、备阶段,1)组织落实。为了确保测试工作的顺利进行,首先要制订水平衡测试的测试方案,抽调专人具体负责此项工作,明确任务并进行职责分工,必要时,由企业分管领导组织协调,向有关部门落实各项任务。2)历年用水情况调查。3)企业现状用水普查,全面摸清企业用水情况及其特点。4)设备检修。5)摸清管路走向及各管路供水对象,根据调查情况绘制给排水管网简图,制定测试及汇总所需有关表格。6)现状节水措施调查。,实测阶段,企业规模不同,采用的测试方法不同,所花费的时间也有较大差异,一般10天左右。水平衡测试的方法主要有两种:一次平衡法 一次平衡法首先做管道泄漏量测试(即静平衡测试),然后在24小时内将全厂所有的生产
23、用水设备、辅助生产设备、附属生产设施及全厂生活设施的供水、复用水、排水、耗水等情况进行测试。逐级平衡法 逐级平衡法首先做管道的泄漏量测试,然后在生产情况稳定的条件下,先进行设备水平衡,再做车间的水平衡,最后是全厂水平衡。,汇总分析阶段,整理、汇总调查资料及实际测试结果 计算有关用水指标、各级水表配备率和监测率 按照国家及省部有关标准和文件,填写水平衡测试报告书 编写水平衡测试总结与合理化用水分析报告,汇总分析阶段,根据前两个阶段中发现的问题,继续查找部分用水车间和非生产用水指标过高的原因。绘制包括所有水源在内的企业给水排水管网图和企业水平衡方块图。根据历年用水台账和本次水平衡测试成果,完善历年
24、有关用水指标,完善用水计量台账。在进行同行业比较、工艺合理化分析、耗水状况分析、专业化生产分析、节水潜力分析等的基础上,制定各用水单位的用水定额或用水计划。制定节水规划或节水方案,主要包括:管理措施、技术改造措施、设备更新规划、调整产品结构等。,七、企业能量平衡表2013年开始实施的国家标准企业能量平衡表编制方法(GB/T287512012),1.用途 企业能量平衡表是企业能源系统进行综合分析的一种有用工具,也为改进企业能源管理,编制企业能源计划提供科学依据。(1)分析企业能源系统状况、能量平衡关系,为企业能源管理、编制能源计划提供科学依据。(2)分析企业节能潜力,明确节能方向,能源相互替代,
25、确定节能技术改造方案。(3)计算企业能源利用率。(4)为绘制企业能源网络图与企业能流图提供了详细、可靠的数据。,2.编制原则(1)企业能量平衡表采用矩阵形式表示,大部分是纵向排列(栏)表示能源项,横向各行表示能源的流向(来源去向)。(2)企业用能包括一次能源、二次能源和耗能工质,特别是要区分购入能源、自产能源与耗能工质。(3)平衡表内数据关系应符合能量守恒定律,即热力学第一定律。不得漏项,不得重复计算。对企业自产的二次能源与耗能工质应特别注意这一点。(4)设计企业能量平衡表的内容应尽可能详细,如因数据不足,暂时不能考虑的项目在以后加进表格时,应不改变平衡表的基本结构与布局。(5)企业能量平衡表
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