节能原理与方法概述

1、节能原理与方法概述节能原理与方法概述目录目录 1.1 1.1 节能基本原理节能基本原理 1.2 1.2 煤化工工业煤化工工业合理用能基本原则合理用能基本原则 1.3 1.3 煤化工企业煤化工企业节能的基本途径节能的基本途径 1.4 1.4 煤化工企业煤化工企业能量系统优化和节能改造的内容能量系统优化和节能改造的内容 1.5 1.5 煤化工过程煤化工过程系统优化与应用软件系统优化与应用软件节能的含义节能的含义 从从19981998年实施的年实施的中华人民共和国节约能源法中华人民共和国节约能源法第三条对节能的定义如下第三条对节能的定义如下：“节能是指节能是指加强用能管理加强用能管理，采取，采取技术

2、上可行技术上可行、经济上合理经济上合理以及以及环境和社会可环境和社会可以承受以承受的措施，的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源合理地利用能源。”各行各业对节能的定义有不同阐述：各行各业对节能的定义有不同阐述：化工节能技术手册化工节能技术手册：在满足相同需求或达到相同生产条件下使能源消在满足相同需求或达到相同生产条件下使能源消耗减少（即节能），能源消耗的减少量即为节能量耗减少（即节能），能源消耗的减少量即为节能量。 日常生活中所说的节能并不是说少用能源或不用能源，而是在目前技术可日常生活中所说的节能并不

3、是说少用能源或不用能源，而是在目前技术可行的前提下做到善用能源，巧用能源，充分发挥所用能源的一切价值，减少不行的前提下做到善用能源，巧用能源，充分发挥所用能源的一切价值，减少不必要的浪费，提高能源的使用效率。必要的浪费，提高能源的使用效率。 节能工作必须从能源生产、加工、转换、输送、储存、供应，一直到终端使用等所有节能工作必须从能源生产、加工、转换、输送、储存、供应，一直到终端使用等所有的环节加以重视，对能源的使用做到综合评价、合理布局、按质用能、综合利用、梯级用的环节加以重视，对能源的使用做到综合评价、合理布局、按质用能、综合利用、梯级用能，在符合环保要求并具有经济效益的前提下高效利用好能源

4、能，在符合环保要求并具有经济效益的前提下高效利用好能源系统节能系统节能。 节能准则节能准则：从技术层面来讲，节能工作应遵循下面四个基本原则：从技术层面来讲，节能工作应遵循下面四个基本原则： 最大限度地回收和利用排放的能量：最大限度地回收和利用排放的能量：应梯级利用能源，尽可能减少排放到环应梯级利用能源，尽可能减少排放到环境中去的能量；境中去的能量； 能源转换效率最大化：能源转换效率最大化：每一次能源转态的转换尽可能采用目前最先进的技术每一次能源转态的转换尽可能采用目前最先进的技术，提高能源转换效率；，提高能源转换效率； 能源转换过程最小化：能源转换过程最小化：利用能源的时候，如果可以直接利用，

5、尽量减少能量利用能源的时候，如果可以直接利用，尽量减少能量的转换次数；的转换次数； 能源处理对象最小化：能源处理对象最小化：如高楼的中央空调系统，应做到根据房间有无人员及如高楼的中央空调系统，应做到根据房间有无人员及人员的多少开启该房间的空调，而不是整栋大楼要么开启，要么关闭。人员的多少开启该房间的空调，而不是整栋大楼要么开启，要么关闭。节能的含义节能的含义1.1 1.1 节能基本原理和方法节能基本原理和方法讲课内容讲课内容 （一）（一） 节能节能基本原理基本原理 （二）（二） 企业能耗技术企业能耗技术指标指标（一）（一） 节能基本原理节能基本原理 能源能源：直接或通过转换提供人类所需的有用能

6、量的资源。：直接或通过转换提供人类所需的有用能量的资源。化石燃料，核、太阳能、风化石燃料，核、太阳能、风 水流、海浪、潮汐、地热水流、海浪、潮汐、地热 为为一次能源；二次能源、可再生能源。一次能源；二次能源、可再生能源。 多数能源直接或间接来源于太阳（光合作用）多数能源直接或间接来源于太阳（光合作用）。 光合作用：光合作用：自然界一种负熵过程自然界一种负熵过程 植物植物 淀粉淀粉 生物生物 动物动物节约能源，实际上就是提高能量转换的经济性指标。这就需要对能量转换系统中的能量转换规律进行分析，热力学第一定律和热力学第二定律就是能量转换所遵循的最基本的规律。热力学第一定律即能量守恒定律：能量是物质

7、运动的量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。量时，数量不变。热力学第一定律分析法热力学第一定律分析法是以热力学第一定律为基础进行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，主要利用用热效率指标热效率指标来进行评价，来进行评价，指出能量在指出能量在“量量”的方面的利用的方面的利用情况和损失所在，以及能量在情况和损失所在，以及能量在“量量”方面的节能潜力，为提方面的节能潜力，为提高能量的

8、利用效率指出改进措施。高能量的利用效率指出改进措施。（一）节能基本原理和基本方法（一）节能基本原理和基本方法1 1、热力学第一定律分析法、热力学第一定律分析法 量的守恒量的守恒 优点与缺点优点与缺点优点：优点：简单直观，容易简单直观，容易理解和掌握，运用得当理解和掌握，运用得当对节能工作能起到重要对节能工作能起到重要作用。作用。缺点：缺点：由于它所依据的由于它所依据的仅是能量在仅是能量在“量量”方面方面的守恒性，在挖掘节能的守恒性，在挖掘节能潜力时有较大的局限性潜力时有较大的局限性和不合理性。和不合理性。 （一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法1 1、热力学第一定律分析法热

9、力学第一定律分析法 热力学第一定律热力学第一定律说明了能量在转换过程中总量的不变性，说明了能量在转换过程中总量的不变性，提示我们在能量转换过程中尽量将能量转换到我们感兴趣的体系中去提示我们在能量转换过程中尽量将能量转换到我们感兴趣的体系中去（有效利用有效利用），而不是我们不感兴趣的环境中去（），而不是我们不感兴趣的环境中去（损失损失）。）。 以某锅炉燃烧产生蒸汽的能量守恒为例：以某锅炉燃烧产生蒸汽的能量守恒为例：（一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法1 1、热力学第一定律分析法、热力学第一定律分析法 锅炉用能平衡图锅炉用能平衡图能量损能量损失主体失主体 案例分析案例分析 由

10、锅炉用能平衡图可以看出，尽管进入体系的总能量等由锅炉用能平衡图可以看出，尽管进入体系的总能量等于体系输出的总能量，但体系（燃烧过程）没有将所有的输于体系输出的总能量，但体系（燃烧过程）没有将所有的输入能量转移到人们感兴趣的蒸汽体系中去，这部分能量仅占入能量转移到人们感兴趣的蒸汽体系中去，这部分能量仅占总输入能的总输入能的73.2%73.2%。 通过能量平衡分析，指明了节能方向。尽管采取了空气通过能量平衡分析，指明了节能方向。尽管采取了空气预热器等节能措施，但烟气还是带走了预热器等节能措施，但烟气还是带走了17.2%17.2%的能量，为目的能量，为目前状态下损失能量的最大部分。前状态下损失能量的

11、最大部分。节能措施：节能措施：首先加强烟气能量的回收，可采用回收效率更高的首先加强烟气能量的回收，可采用回收效率更高的换热器，如各种强化传热换热器、热管换热器；其次不完全换热器，如各种强化传热换热器、热管换热器；其次不完全燃烧也占了损失能量的很大一部分，需加以采取节能措施。燃烧也占了损失能量的很大一部分，需加以采取节能措施。（一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法1 1、热力学第一定律分析法、热力学第一定律分析法 热效率 一般而言，一般而言，能量转换效率能量转换效率是指一个能源转换设备所输出可利用的是指一个能源转换设备所输出可利用的能量能量，相对其，相对其输入能量的输入能量的

12、比值比值。以热效率而言，输入的能量。以热效率而言，输入的能量 是是热量热量或所消耗燃料中含有的或所消耗燃料中含有的燃烧热燃烧热，希望输出的能量是机械，希望输出的能量是机械功功 ，或是有用，或是有用热热，或是希望两者都输出。由，或是希望两者都输出。由于输入的能量一般都会有其对应的成本，热效率可以用以下的方式定义于输入的能量一般都会有其对应的成本，热效率可以用以下的方式定义 （一）节能基本原理和基本方法（一）节能基本原理和基本方法1 1、热力学第一定律分析法、热力学第一定律分析法 100%1100%）（输入损失输入有效QQQQ锅炉热效率按下式计算： 有效输出热量/输入热量100锅炉输入热量燃料消耗

13、量（kg/s）进入锅炉燃料低位发热量(kJ/kg)锅炉输出的热量锅炉蒸发量（过热蒸汽比焓锅炉给水比焓）电站发电效率？换热器效率？制冷机或热泵效率？ 用COP表示 1输输入的功或能量出有用的热量cop 效率 的普遍意义 信息爆炸与效率革命是驱动社会发展和文明进步的主要因素信息爆炸与效率革命是驱动社会发展和文明进步的主要因素 信息大爆炸（三次）：人造物增加，信息结构的复杂程度越来越高：光合作用与信息大爆炸（三次）：人造物增加，信息结构的复杂程度越来越高：光合作用与生物，生物，火火与陶器青铜，甲骨文与语言与陶器青铜，甲骨文与语言文字文字，耕种，耕种 手工与大手工与大工业工业， 沙子与硅，细沙子与硅，

14、细胞与大脑；胞与大脑；电脑电脑与新智能。与新智能。 效率增长或进化是经济增长、产业扩张、社会发展的的本质：效率增长或进化是经济增长、产业扩张、社会发展的的本质： 失业与就业，失业与就业， 金钱存银行与金融投资金钱存银行与金融投资 土地闲置与耕种、建房、开发土地闲置与耕种、建房、开发 哪个效率高？哪个效率高？ 投资夕阳产业与朝阳产业投资夕阳产业与朝阳产业 投资老经济体（欧洲）与新兴经济体投资老经济体（欧洲）与新兴经济体（一）节能基本原理和基本方法（一）节能基本原理和基本方法1 1、热力学第一定律分析法、热力学第一定律分析法 效率革命驱动 社会发展和 经济增长；效率革命驱动的实质是 对人类的生存更

15、有价值的行为取向。文明的进步，部落或民族生存下来、经济的发展、产业扩张. 靠的是 效率 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。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。性。 过程的不可逆性造成能量的贬值。过程的不可逆性造成能量的贬值。克劳修斯克劳修斯说法：自发从低温向高温传热说法：自发从低温向高温传热 开尔文：单一热源吸热全部做功开尔文：

16、单一热源吸热全部做功 （第二类永动机）（第二类永动机）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，阐明了能量在对自然界各种自发过程的不可逆性或者方向性的总结，阐明了能量在“质质”上是有差异的，不同形式的能量间的转换存在上是有差异的，不同形式的能量间的转换存在“不等价不等价”现象。现象。能量能量= =火火用用+ +火火无无熵熵无序度的量度无序度的量度 熵增原理熵增原理 dSdS0（一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法2 2、热力学第二定律分析法、热力学第

17、二定律分析法 熵无序度的量度熵无序度的量度 不可逆性不可逆性 有序有序 自发向自发向 无序无序熵增原理熵增原理 dSdS0 孤立系中孤立系中 熵不减少熵不减少热力学第二定律是对自然界各种自发过程的或者方向性的总结，阐明热力学第二定律是对自然界各种自发过程的或者方向性的总结，阐明了能量在了能量在“质质”上是有差异的，不同形式的能量间的转换存在上是有差异的，不同形式的能量间的转换存在“不等价不等价”现象。现象。热寂说热寂说 热力学第二定律推广到宇宙；不是孤立系热力学第二定律推广到宇宙；不是孤立系 熵可以减少：熵可以减少：光合作用：自然界的第一套负熵循环体系光合作用：自然界的第一套负熵循环体系火的使

18、用：创造人工自然（陶器火的使用：创造人工自然（陶器 青铜）第二套负熵循环，生物链顶青铜）第二套负熵循环，生物链顶电脑新智能：信息熵的负熵循环。智能的本质电脑新智能：信息熵的负熵循环。智能的本质 在自然界阳光驱动的在自然界阳光驱动的生物碳循环之外生物碳循环之外 另建立了一套负熵循环。另建立了一套负熵循环。进化进化/ /发展：有序发展：有序 复杂程度越来越高复杂程度越来越高 细胞到大脑，部落到国家，农耕到大工业细胞到大脑，部落到国家，农耕到大工业人类一切活动的目的：熵减少（有序，结构复杂）人类一切活动的目的：熵减少（有序，结构复杂）（一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法2 2、

19、热力学第二定律分析法、热力学第二定律分析法 火火用是在给定的环境条件下，系统能量中理论上能转换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，为有用功的那部分能量，火火用用也称为也称为有效能有效能；而不能转换为；而不能转换为有用功的那部分能量称为有用功的那部分能量称为火火无或无效能无或无效能。通常情况下，用能。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质系数表示能量的质量好坏，能值系数是指能量中火火用所占用所占的百分比。的百分比。能量的能量的火火用用有多种形式，如热量有多种形式，如热量火火用、冷量用、冷量火火用、内能用、内能火火用、焓用、焓火火用、化学用、

20、化学火火用等。用等。尽管尽管火火用损失可以表示不可逆程度，但它是个绝对量，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，因此辅以火火用效率来表示系统中用效率来表示系统中火火用的利用程度或热力学完善程度，用的利用程度或热力学完善程度，火火用效率定义为：用效率定义为：=实际被利用的实际被利用的火火用用/ /理论上所提供的最大可利用理论上所提供的最大可利用火火用用（一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法2 2、热力学第二定律分析法热力学第二定律分析法-火火用分析法用分析法 卡诺定理卡诺定理

21、卡诺定理是卡诺定理是热力学热力学中的一个定理，说明中的一个定理，说明热机热机的最大的最大热效率热效率只只和其高温热源和低温热源之间的温度差有关。和其高温热源和低温热源之间的温度差有关。 根据卡诺定理，则根据卡诺定理，则 所有所有不可逆不可逆的热机，其热效率会比使用的热机，其热效率会比使用相同高温和低温热源的相同高温和低温热源的卡诺热机卡诺热机要低。要低。 所有所有可逆可逆的热机，其热效率会等于相同高温和低温热源的卡的热机，其热效率会等于相同高温和低温热源的卡诺热机。诺热机。 依卡诺定理可得到依卡诺定理可得到热机的最大热效率（也称作卡诺效率）热机的最大热效率（也称作卡诺效率） 卡诺效率：卡诺效率

22、：=1T0 /TA其中，其中，T0为低温热源的绝对温度；为低温热源的绝对温度； TA为高温热源的绝对温度；为高温热源的绝对温度；上式的上式的热效率是指热机产生的功和高温热源提供能量的比值。热效率是指热机产生的功和高温热源提供能量的比值。 （一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法2 2、热力学第二定律分析法、热力学第二定律分析法 （一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法2 2、热力学第二定律分析法、热力学第二定律分析法 WMAX,(B)=EX,Q(B)WMAX,(A)=EX,Q(A)B TBQ0Q0QQ环境 T0A TA求解下列两种情况下，由不可逆传热造成的火

23、用损失，设Q=100kJ，环境温度T0=23：（1）tA=420，tB=400；（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kJ.QTTTIAB2865110069316731300110 （2）TA=（70+273）K=343K， TB=（50+273）K=323K 因为TATBT0，热量从A传向B，故kJ.QTTTIAB3077210034313231300110 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

24、，对低温换热器尤为重要。结果分析：结果分析：WMAX,(B)=EX,Q(B)WMAX,(A)=EX,Q(A)B TBQ0Q0QQ环境 T0A TA热力学第二定律分析方法即建立在上述的理论基础上，以不可热力学第二定律分析方法即建立在上述的理论基础上，以不可逆过程中系统做功能力的减少为依据，通过对系统进行逆过程中系统做功能力的减少为依据，通过对系统进行火火用分析用分析揭示出揭示出火火用损失的大小和所在，指出能量在用损失的大小和所在，指出能量在“质质”方面的利用程方面的利用程度和损失情况，找出减少能量在度和损失情况，找出减少能量在“质质”的方面损失的方向的方面损失的方向。以某蒸汽动力系统为例：以某蒸

25、汽动力系统为例：（一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法2 2、热力学第二定律分析法、热力学第二定律分析法 某蒸汽动力系统某蒸汽动力系统锅炉锅炉汽轮机汽轮机某蒸汽动力系统的能量平衡和某蒸汽动力系统的能量平衡和火火用分析用分析项目项目能量平衡能量平衡火用分析火用分析能量能量kJ/kg百分率百分率%火用火用kJ/kg百分率百分率%输入输入燃料供给能燃料供给能37041003226.6100输出输出系统净输出能系统净输出能839.722.67839.826.03锅炉损失锅炉损失555.615.01929.659.81汽轮机内部损失汽轮机内部损失236.06.37221.06.85汽

26、轮机摩擦损失汽轮机摩擦损失13.20.3613.20.41凝汽器损失凝汽器损失2006.454.7164.05.08管道损失管道损失27.10.7333.01.02发电机损失发电机损失26.00.7026.00.80系统效率系统效率22.67 26.03（一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法蒸汽动力系统中造成蒸汽动力系统中造成火火用损失最大的设备是锅炉，为用损失最大的设备是锅炉，为59.81%。锅炉的。锅炉的火火用损失主要是燃烧不可逆损失和燃烧产物用损失主要是燃烧不可逆损失和燃烧产物与工质的热交换损失。凝汽器的能量损失很大（与工质的热交换损失。凝汽器的能量损失很大（54.7

27、%），），但由于温度很低，但由于温度很低，火火用损失仅占用损失仅占5%，改进凝汽器的效率对，改进凝汽器的效率对提高整个系统的提高整个系统的火火用效率作用不大。用效率作用不大。由此可见，提高蒸汽动力系统能量利用率的关键在于由此可见，提高蒸汽动力系统能量利用率的关键在于提提高锅炉的高锅炉的火火用效率。用效率。例如提高蒸汽的压力和温度，以减少炉内传热过程的火例如提高蒸汽的压力和温度，以减少炉内传热过程的火用损失等，这样可以在发电作功量相同的条件下，减少燃料用损失等，这样可以在发电作功量相同的条件下，减少燃料的供入量。同时为了减少凝汽器的能量损失，可以通过热电的供入量。同时为了减少凝汽器的能量损失，可

28、以通过热电联产，将汽轮机排汽压力提高作为供热热源用，才可使燃料联产，将汽轮机排汽压力提高作为供热热源用，才可使燃料能量得到充分利用。能量得到充分利用。（一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法2 2、热力学第二定律分析法、热力学第二定律分析法 20世纪世纪60年代以来，在节能领域产生了年代以来，在节能领域产生了将火用分析法与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，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。

29、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。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热经济学分析法可以直接给出结果，这种方法特别适用，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。于解决大型、复杂的能量系统分析、设计和优化。（一）（一） 节能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法3 3、热经济学分析法、热经济学分析法 （一）节能基本原理和基本方法（一）节能基本原理和基本方法 4.4.三环节理论三环节理论（一）（一） 节

30、能基本原理和基本方法节能基本原理和基本方法 5.5.其他方法其他方法（1） 夹点分析法夹点分析法（2）数学规划法）数学规划法（3）全局能量集成与最优综合法）全局能量集成与最优综合法（4）顶层分析法）顶层分析法（二）（二） 企业能耗技术指标企业能耗技术指标（1 1）单耗）单耗 单位产品能耗单位产品能耗= =某种能总耗量某种能总耗量/ /某种产品产量某种产品产量 单位产值能耗单位产值能耗= =某种能总耗量某种能总耗量/ /生产总值生产总值（2 2）综合能耗）综合能耗 单位产品综合能耗单位产品综合能耗= =各种能总耗量各种能总耗量/ /某种产品产量某种产品产量 单位产值综合能耗单位产值综合能耗= =

31、各种能总耗量各种能总耗量/ /生产总值生产总值（3 3）可比能耗）可比能耗 可比能耗可比能耗= =各种能总耗量各种能总耗量/ /标准产品产量标准产品产量 可比能耗可比能耗= =标准工序总耗能量标准工序总耗能量/ /产品产量产品产量（4 4）工序能耗）工序能耗 工序能耗工序能耗= =某工序总耗能量某工序总耗能量/ /某工序半成品产量某工序半成品产量（二）企业能耗技术指标（二）企业能耗技术指标1 1、能耗指标、能耗指标 （1）设备用能利用率：反映某设备能量有效利用程度； 设备用能利用率=有效能/供入能 （2）装置能量利用率：考察某些工艺装置的用能水平； 装置能量利用率=有效能/供入能 =（装置有效

32、能）/供入能（3）企业能源利用率：考察整个企业用能水平的指标；企业能源利用率=（用能设备总效能+输出能）/供入能（二）（二） 企业能耗技术指标企业能耗技术指标2 2、利用率指标、利用率指标 2 2、利用率指标、利用率指标 （1）设备热效率）设备热效率：即：即：对于用能设备：对于用能设备：Q有效有效为工艺有效热；为工艺有效热；Q供入供入为供入设备的所有能量；为供入设备的所有能量；Q损失损失损失能量。损失能量。100%供入热有效热设备热效率100%QQ1100%QQ供入损失供人有效 r1QQ（2） 装置能量利用率装置能量利用率：即即其中：其中： 装置有效能量装置有效能量 Q有效有效 = 装置各部分

33、有效利用的能量之和装置各部分有效利用的能量之和 （外送的能量和回收的能量为有效能量）（外送的能量和回收的能量为有效能量） , 装置总能耗量装置总能耗量 QQ1Q2Q3Q4； Q1一次能源消耗量；一次能源消耗量； Q2二次能源消耗量，包括回收利用的能量；二次能源消耗量，包括回收利用的能量； Q3耗能工质的能源消耗量；耗能工质的能源消耗量； Q4非能源转换企业自产外销的二次能源消耗量。非能源转换企业自产外销的二次能源消耗量。装置总耗能量装置有效能量之和装置能量利用率100%QQ能源有效（3） 企业能源利用率企业能源利用率：即即其中：其中： 企业有效能量企业有效能量 = 各子系统效率各子系统效率x子

34、系统耗能量子系统耗能量 企业总综合能耗量企业总综合能耗量QQ1Q2Q3Q4Q5；Q1一次能源消耗量；一次能源消耗量；Q2二次能源消耗量；二次能源消耗量；Q3耗能工质的能源消耗量；耗能工质的能源消耗量；Q4生活用能消耗量；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。非能源转换企业自产外销的二次能源消耗量。企业总综合耗能量企业有效能量之和企业能源利用率100%QQ能源有效系统效率购入（贮存）效率系统效率购入（贮存）效率转换效率转换效率传输效率传输效率使用效率使用效率串联系统效率：串联系统效率：系统系统购入购入转换转换输送输送利用利用1234i并联系统效率：并联系统效率：其中：其中：

35、 用能单元用能单元i的能源消耗总量；的能源消耗总量；i用能单元用能单元i的能源利用率。的能源利用率。由上述可以看出，和由上述可以看出，和i大的单元对系统影响显著。大的单元对系统影响显著。各系统耗能量之和系统耗能量）（系统效率企业能源利用率1iiiiiiQQ系统iQiQ反映企业能量回收所带来的收益和由于能量回收而带来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。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，将成能利用率外，能量回收，提高整个企业的能量回收率，将成

36、为今后企业节能的重要方向。为今后企业节能的重要方向。 （二）（二） 企业能耗技术指标企业能耗技术指标3 3、回收率指标、回收率指标 回收能供入能回收能回收率企业能耗指标与效率指标可以评价企业能量利用的水平。企业能耗指标与效率指标可以评价企业能量利用的水平。但在应用中应注意：既不要选用过多的指标使评价复杂化，也但在应用中应注意：既不要选用过多的指标使评价复杂化，也不要只选用某一指标，缺乏可比性。不要只选用某一指标，缺乏可比性。选用什么样的评价指标，应当选用什么样的评价指标，应当根据各自行业的生产和用能根据各自行业的生产和用能的特点加以决定的特点加以决定。选择评价的指标应当能够。选择评价的指标应当

37、能够反映企业用能的总反映企业用能的总水平，反映耗能设备的能量利用水平，反映可回收的能量回收水平，反映耗能设备的能量利用水平，反映可回收的能量回收水平，从中看出节能工作的效果水平，从中看出节能工作的效果。综上所述，把综上所述，把能耗指标和效率指标能耗指标和效率指标结合起来，可以全面衡结合起来，可以全面衡量一个企业的能源利用情况（量一个企业的能源利用情况（耗能多少、用能水平、节能水平耗能多少、用能水平、节能水平、节能效果、节能效果）；同时可以初步衡量一个企业的能源科学管理程）；同时可以初步衡量一个企业的能源科学管理程度，并为企业技术改造提供科学依据。度，并为企业技术改造提供科学依据。（二）（二）

38、企业能耗技术指标企业能耗技术指标4 4、综合评价、综合评价目录目录 1.1 1.1 节能基本原理节能基本原理 1.2 1.2 煤化工工业煤化工工业合理用能基本原则合理用能基本原则 1.3 1.3 煤化工企业煤化工企业节能的基本途径节能的基本途径 1.4 1.4 煤化工企业煤化工企业能量系统优化和节能改造的内容能量系统优化和节能改造的内容 1.5 1.5 煤化工过程煤化工过程系统优化与应用软件系统优化与应用软件 1.2 1.2 煤化工工业合理用能基本原则煤化工工业合理用能基本原则 （一）最小外部损失原则 （二）最佳推动力原则 （三）能量优化利用原则 （一）最小外部损失原则（一）最小外部损失原则

39、外部损失，即有形损失，包括：外部损失，即有形损失，包括： 由废气、废渣、冷却水、各种中间物或产品带走能量由废气、废渣、冷却水、各种中间物或产品带走能量造成的损失；造成的损失； 跑，冒，滴，漏造成的损失；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。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源因过程的不可逆性转化而来的。所以在入系统的高级能源因过程的不可逆性转化而来的。所以在设计和生产中，应力求使排出系统而未利用的余热降低到设计和生产中，应力求使排出系统而未利用的余热降

40、低到最低的限度，做到能量的充分利用。最低的限度，做到能量的充分利用。 具体措施是：堵塞漏洞，减少余热排放，余热回收。具体措施是：堵塞漏洞，减少余热排放，余热回收。 （一）最小外部损失原则（一）最小外部损失原则 （1）减少跑、冒、滴、漏。跑、冒、滴、漏造成的损）减少跑、冒、滴、漏。跑、冒、滴、漏造成的损失，不容忽视。失，不容忽视。 例如，每小时泄漏例如，每小时泄漏423K（150C）的饱和蒸汽）的饱和蒸汽15，相当于每年损失标准煤相当于每年损失标准煤 1.6410416.4 t （2）减少废弃物和污染物的排放量，减少可燃气体和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。有用气体的放

41、空。 （3）减少散热和散冷损失等。设备、管道保温和保冷）减少散热和散冷损失等。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。不良，由于系统和环境的热交换而造成散热和散冷损失。 （4）余热的回收利用。首先要调查余热的数量、质量）余热的回收利用。首先要调查余热的数量、质量及稳定性，看余热回收是否必要和用途，在此基础上确定及稳定性，看余热回收是否必要和用途，在此基础上确定余热回收的方法。余热回收的方法。 （二）最佳推动力原则（二）最佳推动力原则 从能量利用的观点看，一切煤化工过程都是能量的传递从能量利用的观点看，一切煤化工过程都是能量的传递和转化过程，都是在一定的和转化过程，

42、都是在一定的热力学势差热力学势差（如温度差、压力（如温度差、压力差、电位差、化学位差等）推动下进行。过程进行的速率差、电位差、化学位差等）推动下进行。过程进行的速率与推动力成正比，没有热力学势差，就没有过程的推动力与推动力成正比，没有热力学势差，就没有过程的推动力，实际上是无法实现的。由于任何热力学势差都是不可逆，实际上是无法实现的。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。因素，都会导致过程的火用损失。 能量利用的中心环节是，在技术和经济条件许可的前提能量利用的中心环节是，在技术和经济条件许可的前提下，采取各种措施，寻求过程进行的最佳推动力，以提高下，采取各种措施，寻求过程进

43、行的最佳推动力，以提高能量的有效利用率能量的有效利用率提高火用效率提高火用效率。 （二）最佳推动力原则（二）最佳推动力原则 （1）按需供能，按质用能按需供能，按质用能。正确使用能源是能量有效。正确使用能源是能量有效利用的首要问题，它的基本原则是按需供能，按质用能。利用的首要问题，它的基本原则是按需供能，按质用能。 （2）能量的多次梯级利用能量的多次梯级利用。煤化工过程的能源，主要。煤化工过程的能源，主要是高能级的电能和煤化工燃料。为了防止能量的无功降级是高能级的电能和煤化工燃料。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，应根据用户对输入能的不同能级要求，使能源的

44、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。温余热才加以废弃，做到能尽其用。 （3 3）适当减少过程的推动力适当减少过程的推动力 （二）最佳推动力原则（二）最佳推动力原则图5 自热维持 （三）能量优化利用原则（三）能量优化利用原则 在煤化工生产中，原料与产品通常在常温常压下存放，而反应过在煤化工生产中，原料与产品通常在常温常压下存放，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。需要消耗大量的

45、能源，升压、降压、加热、冷却、增湿和减湿。需要消耗大量的能源，同时产生各种余热、余压。同时产生各种余热、余压。除了输入一次能源外，化工过程中还有各种二次能源如化学反应除了输入一次能源外，化工过程中还有各种二次能源如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：一次能源与二次能源、热量与冷量、电能、高压流体的机械能等共次能源与二次能源、热量与冷量、电能、高压流体的机械能等共存的系统。存的系统。因此，各种形式能量的相互匹配、综合利用，使之各尽其能就具因此，各种形式能量的相互匹配、综合利用，使之各尽其能就具有特别重要的意义。有特

46、别重要的意义。 （三）能量优化利用原则（三）能量优化利用原则 例如，用燃料燃烧的热能在锅炉中产生蒸汽，蒸汽用例如，用燃料燃烧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，又要冷却（于加热工艺物料，而工艺物料的显热或潜热，又要冷却（通常是水冷），这样不仅余热未利用，反而需要消耗冷却通常是水冷），这样不仅余热未利用，反而需要消耗冷却剂，增加能耗，造成双重浪费。剂，增加能耗，造成双重浪费。 如果采用热电联产，将高压蒸汽先通过蒸汽透平作功如果采用热电联产，将高压蒸汽先通过蒸汽透平作功或发电，然后用背压蒸汽作为工艺蒸汽或热源加热工艺物或发电，然后用背压蒸汽作为工艺蒸汽或热源加热工

47、艺物料；生产过程中放出的热量也按能级高低回收利用，以减料；生产过程中放出的热量也按能级高低回收利用，以减少外供能源，这就构成了按能量、能级高低综合利用的系少外供能源，这就构成了按能量、能级高低综合利用的系统，称为统，称为总能系统总能系统。该系统，能量的有形损失和不可逆损。该系统，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。耗将大为减少，从而将会达到相当高的能量有效利用率。 目录目录 1.1 1.1 节能基本原理节能基本原理 1.2 1.2 煤化工工业煤化工工业合理用能基本原则合理用能基本原则 1.3 1.3 煤化工企业煤化工企业节能的基本途径节能的基本途径 1.4

48、 1.4 煤化工企业煤化工企业能量系统优化和节能改造的内容能量系统优化和节能改造的内容 1.5 1.5 煤化工过程煤化工过程系统优化与应用软件系统优化与应用软件 1.3 1.3 煤化工企业节能的基本途径煤化工企业节能的基本途径 （一）结构节能 （二）管理节能 （三）技术节能 （一）结构节能（一）结构节能 结构节能主要是指节约由于经济结构不合理所引起的能结构节能主要是指节约由于经济结构不合理所引起的能源浪费。结构调整节能包括：源浪费。结构调整节能包括： （1 1）产业结构）产业结构 调整、转型、升级调整、转型、升级（关停并转，美（关停并转，美80年）年） 在今后的发展中，应增加省能型工业的比重，

49、减少耗能型工业的比重。在今后的发展中，应增加省能型工业的比重，减少耗能型工业的比重。到到2020年单位年单位GDP能耗比能耗比2005年下降年下降4045%，主要靠调结构，发展三产。，主要靠调结构，发展三产。 （2 2）产品结构）产品结构 产业链、深加工、高附加值产业链、深加工、高附加值 （香水与硅材料）（香水与硅材料） （3 3）企业结构）企业结构 上大压小上大压小 整企业生产规模结构是节能降耗的重要途整企业生产规模结构是节能降耗的重要途径。径。 （4 4）地区结构）地区结构 太原一次新增太原一次新增6000台电动出租车台电动出租车 地区结构的调整主要是指资源的优化配置，调整部分耗能型工业地

50、区结地区结构的调整主要是指资源的优化配置，调整部分耗能型工业地区结构。构。 （二）管理节能（二）管理节能 国家宏观调控；企业经营管理： （1）建立健全能源管理机构 （2）建立企业的能源管理制度。 （3）合理组织生产 （4）加强计量管理 企业能源管理体系认证企业能源管理体系认证 （三）技术节能（三）技术节能 （1）工艺节能 （2）化工单元操作设备节能 （3）化工过程系统节能 （4）控制节能 （1）工艺节能工艺节能 改进工艺技术或改进工艺技术或采用新技术、新工艺采用新技术、新工艺节能：节能： 改进改进催化剂催化剂 （新工艺、反应条件、选择性）（新工艺、反应条件、选择性） 使加氢装置在较低的氢分压下

51、运转；提高循环氢的氢含量；使加氢装置在较低的氢分压下运转；提高循环氢的氢含量； 化学反应工程化学反应工程（减小阻力、吸放热合理利用）（减小阻力、吸放热合理利用） 在放热的反应器中设置取热器，产生高压蒸汽；在放热的反应器中设置取热器，产生高压蒸汽； 分离工程分离工程 （分离方法的选择）（分离方法的选择） 分离序列优化，复合塔设计分离序列优化，复合塔设计 改进工艺方法和设备改进工艺方法和设备（干法熄焦干法熄焦） （乙烯脱甲烷塔顶，将富甲烷尾气节流阀改为膨胀机）（乙烯脱甲烷塔顶，将富甲烷尾气节流阀改为膨胀机） 改进工艺装置内部单位热能利用改进工艺装置内部单位热能利用： 可将渐次蒸馏概念应用于分馏部分

52、；改善烟道气废热回收；利用可将渐次蒸馏概念应用于分馏部分；改善烟道气废热回收；利用 窄点技术优化换热流程等。窄点技术优化换热流程等。 （2）化工单元操作设备节能）化工单元操作设备节能 流体输送机械 对可变负荷的设备采用调速控制；利用透平回收高压液流的动力。 换热设备 换热设备的节能方法有：选用高效换热器，加强设备保温，防止结垢，传热温差合理，强化传热；对锅炉和加热炉还有控制过量空气，提高燃烧特性，预热燃烧空气，回收烟气余热；采用高效率设备，如热管换热器等。 蒸发设备 节能措施有：预热原料，多次蒸发，热泵蒸发等。 塔设备 塔设备的节能途径有：塔内件改造，增加塔板、提高操作压力、减少回流比预热进料

53、，塔顶热的利用，流程改造，使用串联塔、复合塔，采用热泵，采用中间再沸器和中间冷凝器等。 干燥设备 控制和减少过量空气，余热回收，排气的再循环，热泵干燥等。 （3）化工过程系统节能）化工过程系统节能 目前常用的化工过程系统节能方法主要有：目前常用的化工过程系统节能方法主要有： 热力学分析法热力学分析法( (第一、第二定律分析法、熵分析法） 热经济学分析法热经济学分析法 三环节理论三环节理论 夹点技术与换热网络优化夹点技术与换热网络优化 LinnhoffLinnhoff 全局能量集成（全局夹点全局能量集成（全局夹点） 蒸汽动力系统优化蒸汽动力系统优化 数学规划法数学规划法 GrassmannGra

54、ssmann 顶层分析法顶层分析法 （全局）夹点技术与数学规划法结合的能量集成综合优化方法（全局）夹点技术与数学规划法结合的能量集成综合优化方法（3）化工过程系统节能）化工过程系统节能三环节理论三环节理论 （4）控制节能）控制节能控制节能包括两方面控制节能包括两方面：一是节能需要操作控制；一是节能需要操作控制； 节能需要操作控制，以加强仪表计量工作为主，做好生产现场的能量节能需要操作控制，以加强仪表计量工作为主，做好生产现场的能量衡算和用能分析，为节能提供基本条件。特别是节能改造之后，回收衡算和用能分析，为节能提供基本条件。特别是节能改造之后，回收利用了各种余热，物流与物流、设备与设备等之间的

55、相互联系和相互利用了各种余热，物流与物流、设备与设备等之间的相互联系和相互影响加强了，使得生产操作的弹性缩小，更要求采用控制系统进行精影响加强了，使得生产操作的弹性缩小，更要求采用控制系统进行精细化操作。细化操作。二是通过操作控制节能；二是通过操作控制节能； 搞好生产运行中的节能，必须加强操作控制。搞好生产运行中的节能，必须加强操作控制。 控制节能投资小、潜力大、效果好，目前各企业陆续上了控制节能投资小、潜力大、效果好，目前各企业陆续上了DCSDCS控制系控制系统，计算机优化控制不仅使产品质量明显提高，而且能耗有所下降。统，计算机优化控制不仅使产品质量明显提高，而且能耗有所下降。目录目录 1.

56、1 1.1 节能基本原理节能基本原理 1.2 1.2 煤化工工业煤化工工业合理用能基本原则合理用能基本原则 1.3 1.3 煤化工企业煤化工企业节能的基本途径节能的基本途径 1.4 1.4 煤化工企业煤化工企业能量系统优化和节能改造的内容能量系统优化和节能改造的内容 1.5 1.5 煤化工过程煤化工过程系统优化与应用软件系统优化与应用软件1.4 1.4 煤化工企业能量系统优化和煤化工企业能量系统优化和 节能改造的内容节能改造的内容 （一）改进生产流程和工艺 （二）装置及系统的热联合 （三）低温热回收利用 （四）搞好蒸汽逐级利用 （一）改进生产流程（一）改进生产流程 （1）装置的生产负荷率）装置

57、的生产负荷率 装置能耗按其随着生产负荷率变化的性质，分为固定装置能耗按其随着生产负荷率变化的性质，分为固定能耗和可变能耗。低负荷率生产时，单位原料（产品）的能耗和可变能耗。低负荷率生产时，单位原料（产品）的固定能耗上升，使总能耗增加，因此提高装置负荷率是全固定能耗上升，使总能耗增加，因此提高装置负荷率是全厂生产调度中应加以解决的问题。厂生产调度中应加以解决的问题。 （2）选择合理加工路线）选择合理加工路线 在装置组成一定、原料和产品品种数量均已确定的情在装置组成一定、原料和产品品种数量均已确定的情况下，选择不同的加工路线，对加工费用和能耗有一定的况下，选择不同的加工路线，对加工费用和能耗有一定

58、的影响，是总流程优化考虑的一个内容。在相同的产品效益影响，是总流程优化考虑的一个内容。在相同的产品效益情况下，优先选用加工路线短、能耗低的节能生产流程。情况下，优先选用加工路线短、能耗低的节能生产流程。 （3）减少不必要的重复加工能耗减少不必要的重复加工能耗 （二）装置及系统的热联合（二）装置及系统的热联合 装置热联合打破了用能自成体系的局面，做到互相协调，取装置热联合打破了用能自成体系的局面，做到互相协调，取长补短。长补短。 实现热联合受工程和生产条件约束：实现热联合受工程和生产条件约束： 一、开停工一、开停工同步的问题，应考虑相应的措施加以弥补；同步的问题，应考虑相应的措施加以弥补； 二、

59、各装置一般是独立车间，应搞好互相协调。二、各装置一般是独立车间，应搞好互相协调。 装置热联合应着眼于大系统，其原则如下：装置热联合应着眼于大系统，其原则如下： （1 1）首先预热本装置原料，减少炉子热负荷，节约燃料。在）首先预热本装置原料，减少炉子热负荷，节约燃料。在用过剩热加热本装置原料时，应保持传热温差的合理性。用过剩热加热本装置原料时，应保持传热温差的合理性。 （2 2）供出过剩热量作其它装置原料的加热源，节省燃料用量）供出过剩热量作其它装置原料的加热源，节省燃料用量。 （3 3）用本装置的中、低温过剩热量，作其它中小装置的加热）用本装置的中、低温过剩热量，作其它中小装置的加热源，节省燃

60、料或蒸汽。源，节省燃料或蒸汽。 （三）低温热回收利用（三）低温热回收利用 低温热回收利用可分为两类：低温热回收利用可分为两类： （1 1）低温热同级利用（直接利用）低温热同级利用（直接利用） 生产用低温热生产用低温热 生活科研用热生活科研用热 （2 2）低温热升级利用低温热升级利用 低温热在优先考虑连续、稳定的热负荷用户之后，就应低温热在优先考虑连续、稳定的热负荷用户之后，就应考虑过剩低温热的升级利用。这类用热有三种形式：考虑过剩低温热的升级利用。这类用热有三种形式： 热泵热泵 制冷制冷 发电发电 （四）搞好蒸汽逐级利用（四）搞好蒸汽逐级利用 开展蒸汽逐级利用的步骤为：开展蒸汽逐级利用的步骤为