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化工项目节能评估过程中的一些浅显认识

发布时间:2019-06-13     浏览量:17355

化工是原料、材料、能源生产的主要行业。我国的化工生产居机电之后列第三位,GDP20%左右,其增长速度明显快于同期GDP,主要是化工要为整体生产提供原材料和动力。我国经济的发展对化工产品有着强大的刚性需求。

化工行业作为高耗能行业之一,其建设项目具有工艺复杂、能耗高等特点,因此,开展好化工行业的节能评估工作,对提高能源利用水平、推动节能减排目标的实现具有重要意义。

一、化工类项目节能评估的主要流程

近些年自治区新建、改建、扩建的化工项目一般为大型综合性项目及高附加值精细化工项目,具有工艺流程较长且复杂、能源消耗种类多的特点。这些项目在生产工艺过程中往往涉及放热或吸热反应、传质、传热、蒸发、过滤、精馏、冷凝、换热、干燥、储存运输等多种过程;辅助生产中使用种类较多、数量较大的动、静设备,如蒸汽锅炉、有机热载体锅炉、各种压缩机、制冷机、风机、输送机泵及各种换热设备等。

对于如此庞大、复杂的能量利用系统进行节能评估,难度较大。目前开展化工类固定资产投资项目节能评估的主要流程如下:

1)工作准备阶段:包括成立评估小组、收集项目资料并编制评估计划等。

2)项目综合性分析阶段:包括项目产业政策符合性分析、符合的技术规范与设计标准分析等。

3)项目用能分析阶段:包括熟悉工艺流程,建立主要工序物料平衡、蒸汽平衡、热平衡以及水平衡等,梳理项目主要用能设备,分析主要生产、辅助及附属生产能耗情况等。

4)项目能效计算与评估阶段:包括绘制能量平衡表,计算评估项目主要能效指标等。

5)结论及建议阶段:对项目节能评估情况进行总结,并提出针对性的节能技术、管理措施建议。

二、化工类项目节能评估的主要内容

1、建设方案节能评估

1)首先看项目选用的工艺技术是否成熟,然后再从生产管理以及实用性、稳定性方面评估工艺方案是否达到了节约物料、减少能源消耗的目的;同时,就工艺流程、生产技术路线等方面与同行业国内外先进工艺进行对比,评估项目是否达到国家规定的能耗限值,工艺流程中是否合理地设置了系统余热、蒸汽冷凝液等回收装置。

2)项目总平面布置节能评估

化工项目应选址在地质条件良好的地方,并从交通便利、原料(煤炭)产量大、原料价格合适、水资源丰富等方面全面考虑,综合评估;从地理方位上考虑,化工项目选址应尽量选在居民区的下风方向。

化工项目总平面布置节能主要考虑以下方面:从建厂条件、自然条件、工程要求、工艺要求等方面考虑合理布置,以达到减少占地、降低能耗、节约投资的目的;各工序联系紧密,生产作业线简单直接,避免生产流程交叉、迂回往复;供水、供热、供电、供汽等公用设施靠近各工序负荷中心,以减小输送距离,减少线路输送损失;供水工程尽量采用重力流,利用重力输水。

2、主要用能工艺节能评估

主要用能工艺(主要用能工序)的节能评估主要包括:用能工序选择的能源品种是否科学;工艺方案是否先进;项目使用的热、电等能源是否做到了统筹规划和充分利用。

对于化工项目,主要用能工序的节能评估是对该工序化学反应及其工艺条件进行分析评估。一个化学反应的发生,可以在不同的条件下进行,但会经历不同的途径,从而达到不同的效果。因此,节能评估要对项目设计的化学反应条件进行分析与对比,特别是有温度、压力等参数的工序,可以通过计算化学反应速率、利用率和产率等指标进行对比,评估出最佳的工艺条件,以降低工艺能耗。

3、用能设备节能评估

首先,对于生产工艺中的主要用能设备、通用耗能设备进行分析,考察设备的用能效率是否达标,有无国家明令淘汰的设备、生产工艺及用能产品;其次,考察用能设备的选型是否合理,根据项目工艺参数及技术指标等计算设备容量,评估设备容量及裕度选择是否合理。化工项目用能设备种类多且复杂,但其中一部分为静设备,不涉及到用能,不是评估分析的重点,用能设备主要集中在压缩机、泵、风机等耗电设备,以及锅炉、反应炉、汽轮机等供热和耗热设备上。

用能设备除了按照相关的标准核算进行对标外,选择适宜的设备也是降低能耗的一个关键因素。设备的好坏直接影响产品收率、原材料利用率等,选择适宜的设备可以节约原材料、提高原材料利用率、优化操作条件、降低生产能耗。因此,节能评估中要对工艺基本参数和基础数据评估后进行引用,核算设备容量、电机配置等是否合适,并选取最合适的使用环境,坚持“最好的不一定是最合适的、最合适的才是最实用的”的原则。

4、辅助、公用设施节能评估

化工项目的辅助设施主要是指给项目提供热力和仪表空气、氧气、氮气等耗能工质的设施。辅助、公用设施节能评估就是对项目配套的供配电设施、控制系统、给排水、生活照明等辅助生产设施的能耗进行计算,并进行能耗分析、比对和评估,确保符合相关要求。

厂房、办公楼、食堂、职工宿舍等建筑要通过室外气象资料、建筑采暖能耗、建筑照明能耗等计算建筑能耗,确保符合《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇》中的相关要求。

5、项目能源消耗计算及能耗水平评估

1)综合能源消费量计算

综合能耗指化工生产过程永利国际402娱乐官网际消耗的各种能源,包括一次能源(如燃料煤、气化原料煤)、二次能源(柴油、电)等,均折算成标准煤。折算原则是以原料煤或燃料煤的收到基低位发热量为基础进行折算,自产能源和耗能工质等根据实测值计算折算值,当不具备实测条件时按《综合能耗计算通则》(GB/T2589-2008)或参照国家统计局公布的数据予以确定。化工项目综合能源消费量计算公式如下:

式中:E—项目综合能耗,kgce

      n—输入的能源种类数量;

      Ei生产过程中输入的第i种能源实物量,tkWhm3

      ki输入的第i种能源的折标系数,kgce/tkgce/kWhkgce/m3

      m—输出的能源种类数量;

      Ej生产过程中输出的第j种能源实物量,tkWhm3

      kj输出的第j种能源的折标系数,kgce/tkgce/kWhkgce/m3

2)能效水平评估

工业增加值=工业总产值-工业中间投入+本期应交增值税

单位工业总产值综合能耗=项目综合能耗/工业总产值

单位工业增加值综合能耗=项目综合能耗/工业增加值

通过计算出的能耗数据与项目所在地的年度万元生产总值能耗进行比较,确定项目的建立对项目所在地万元生产总值能耗不会有较大影响。

三、化工项目重点节能措施

1、热能的梯次利用

化工生产工艺流程中,一般化学反应、产品浓缩、干燥等往往要消耗热能,多采用不同压力等级的蒸汽为热源,工艺流程一般根据在制品的工艺温度要求对蒸汽采取梯次利用,达到热能利用率最大化。化工装置中还设有逆程式再沸器、多效蒸发器、真空干燥器和闪蒸器等换热设备,这些换热设备在热能利用过程中起到了热能梯次利用和余热余压利用的作用,也能达到提高热能利用率的目的。

2、余热余压余能的利用

化工企业多为耗热能大户,低品位余热资源较多,合理利用低位热能,回收低位热能副产蒸汽,蒸汽凝结水再用于锅炉给水、冬季采暖等,夏季则采用热泵技术回收低位热能制冷;对于高位热能,可采用在反应器中设置再生器内外取热器以及在再生烟气系统设置余热锅炉的方式予以回收,内、外取热器产生的饱和蒸汽再在再生烟气余热锅炉中过热,产生过热蒸汽,达到回收高位热能的目的。

3、变频调速节能技术

化工装置中变流量、变压力的机泵设备较多,可采用变频调速器控制电机转速,实现对风机和输送泵流量、压力的调节,满足工艺要求的同时节约能源;项目中可加装变频器,一次压缩机、二次压缩机采用同步电机驱动,以提高电网系统的功率因数,节约电能;部分生产设备、生产辅机、动力辅机、循环水泵、补水泵、风机、空压机等可采用变频技术降低设备的启停频率,优化设备及系统运行,使设备能耗随生产负荷的降低逐步降低,从而极大地降低机泵的电力消耗。

四、化工类项目节能评估报告编制要点

1、折标系数选取

化工项目使用能源及耗能工质较多,其主要消耗能源有电力、天然气、蒸汽、燃料气、新水、脱盐水、压缩空气、循环水等。项目能源消耗的计算过程中,能源及耗能工质折标系数的选用参考《综合能耗计算通则》(GB/T2589-2008)(以下简称“《通则》”)及《石油化工设计能耗计算标准》(GB/T50441-2007)。

电力、天然气、燃料油、新水等折标系数的选择可以参照《通则》选用,但蒸汽、循环水、脱盐水、冷冻水系数的选择因其规格的不同再用《通则》就不准确了。例如,项目使用的蒸汽往往品质不同,不能统一采用《通则》中0.1286kgce/kg的折标系数进行核算,而应该参照《石油化工设计能耗计算标准》(GB/T50441-2007)进行选取,该标准蒸汽折标系数汇总如下:

表1  蒸汽折算值一览表

序号

类别

单位

能量折算值MJ

能量折算值kg标准油

条件

1

10.0MPa级蒸汽

t

3852

92

7.0MPaP

2

5.0MPa级蒸汽

t

3768

90

4.5MPaP7.0MPa

3

3.5MPa级蒸汽

t

3684

88

3.0MPaP4.5MPa

4

2.5MPa级蒸汽

t

3559

85

2.0MPaP3.0MPa

5

1.5MPa级蒸汽

t

3349

80

1.2MPaP2.0MPa

6

1.0MPa级蒸汽

t

3182

76

0.8MPaP1.2MPa

7

0.7MPa级蒸汽

t

3014

72

0.6MPaP0.8MPa

8

0.3MPa级蒸汽

t

2763

66

0.3MPaP0.6MPa

9

0.3MPa级蒸汽

t

2303

55


2、项目能耗计算

以化工项目主要用能及耗能工质种类电、蒸汽为例,说明项目能耗计算中指标选取及实物量计算方法。

1)项目用电计算

项目用电量预测通常采用需要系数法,即采用用电设备功率、运行时间、需要系数和同时系数相乘估算计算负荷,年运行时间通常一班制可取1860h,二班制可取3720h,三班制可取5580h,需要系数及同时系数选用参照《工业与民用配电设计手册》(第四版),该手册部分工业及建筑用电设备需用系数汇总如下:

表2  部分工业及建筑用电设备需要系数

用电设备名称

需用系数

干燥箱、电加热器等

0.40~0.60

冷冻机组

0.85~0.90

各种水泵

0.60~0.80

冷水机组

0.65~0.75

通风机

0.60~0.70

锅炉房用电

0.75~0.80

生产厂房照明(有天然采光)

0.80~0.90

生产厂房照明(无天然采光)

0.90~1.00

办公楼照明

0.70~0.80

2)项目用蒸汽计算

项目用蒸汽量计算通常采用终端蒸汽使用设备设计单位时间耗蒸汽量,并考虑使用效率、管网热损失后乘以实际使用时间得出。在核算项目蒸汽消耗的过程中,因为化工类项目往往涉及副产蒸汽的对外输送,所以在清楚地界定项目边界的基础上,蒸汽消耗量计算中应对外供蒸汽量予以扣减。

蒸汽使用设备的热效率以及蒸汽输送环节的管网损失选取和估算,对项目蒸汽消耗量计算十分重要。通常,化工项目蒸汽利用都包含多个环节的输送,因其工艺过程复杂、涉及设备设施较多,一般化工项目蒸汽加热设备热效率不大于65%,最低的干燥设备热效率仅有20%左右,如果再将约5%管网泄漏及热损耗计入,蒸汽利用率还会一定程度的下降,因此,在核算终端用蒸汽加热设备热效率时,要针对加热设备的具体情况选用热效率指标或测试其热效率,一般蒸汽加热设备热效率情况如下:

表3  部分蒸汽加热设备效率

项目

加热方式

热效率%

输送损耗%

蒸煮设备

直接加热

30

5

间接加热

25

蒸发设备

二效

50

三效及以上

60

蒸馏设备

精馏

55

蒸馏

65

干燥设备

排列管式

15

滚筒式

20

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附件:西部分公司--20181127化工项目节能评估过程中的一些浅显认识(肖钰杰刊发稿).docx