能源利用系统范文

能源利用系统范文（精选7篇）

能源利用系统 第1篇

1 概述

“分布式能源系统”是一种靠近用户并集中集成设置的整体协调及满足各用户对冷量、热量、电力等能量需求的能源总体供应系统,分布式能源系统能源利用率高、可实现能量梯级利用。

系统高效利用就地能源站发电产生的废能(废气、废热以及余压差)生产热和电,实现能源二次利用。分布式能源系统形式比较多样,既有柴油、天然气、生物质燃料、沼气的冷、热、电联合供应系统,也利用有太阳能、小型风力发电机组等的多能源互补型能源供应系统。本文主要关注的是燃天然气楼宇分布式能源系统的的研究。

2 系统特点

天然气楼宇分布式能源系统实现了能源梯级利用和能源利用程度最大化;具有安全性好、清洁环保、削峰填谷、经济性好、能效高等优点(图1)。

天然气分布式能源系统中天然气燃烧的排放物污染少,其烟气中的烟尘、二氧化硫的含量甚微,一般可忽略不计,能源站噪声可控,对外环境负效应小。与已有常规供能方式比较,分布式能源系统能追踪负荷实时变化,较好的解决防止局部事故扩散问题,还能够梯级利用能源;与传统集中式供能方式相比,对不同用户,做到温度对口、梯级利用,低品位热能也被充分利用,提高能源利用率。天然气分布式能源系统具有环保、节能、减排等优点。

分布式能源系统可实现自备电源,减少电网压力,是电力的好帮手,其建成可提高当地自发电比重,增强地区发供电能力,增强电力应急突发事件的能力。

3 系统流程

该典型流程是内燃机驱动系统发电、供热,燃料和空气在气缸内混合、压缩后点火,进而发生爆燃,推动活塞带动连杆和曲轴驱动发电机来发电。内燃机燃烧后产生烟气和缸套水两种余热(图2)。

具体工艺:天然气进入内燃机燃烧室燃烧发电,排出烟气和缸套水用于余热锅炉产生蒸汽,再通过蒸汽来蒸汽吸收式冷、热水机组制备产品[1]。内燃机尾气回收产生蒸汽,利用蒸汽供应吸收式制冷、采暖和热水需求,不足部分均由蒸汽锅炉补足。

该类型的系统流程在楼宇式天然气分布式能源系统中比较常见[2],系统的各项产出较适合其负荷分布。

4 系统优化重点及难点

天然气楼宇分布式能源系统的燃气利用效率较高,系统中主机匹配及选型可依据项目不同情况,方案各异,各个能源站运行效率、供热可靠性、经济效益影响也各不相同(图3)。针对不同地区负荷分布和变化的特点,需确定不同的机组方案,最终实现最优的能源利用效率、和系统?损的最小化。但仍存在诸多难点:

(1)负荷分析不够全面、准确、细致;

(2)过渡季,利用不充分;

(3)缺乏权威的评价标准、经济市场效益难以显现;

(4)需进一步加强稳固天然气供应机制;

(5)分布式能源站的并网、余电问题;

(6)楼宇式分布供能系统难以实现蓄能调峰功效;

(7)效益影响敏感因素多,项目难实现盈利。

系统冷、热、电总负荷确定后,如何选定设备型号和规格也将是系统设计时着重需考虑的主要问题,过渡季及夏冬季不同运行模式下设备的开启与负荷的匹配性,如何保证设备在满足负荷要求的前提下,实现最大化的负荷运行,和最少的设备投入。

5 模型建立

天然气楼宇分布式系统是以天然气为燃料,以楼宇为单位,在用户侧就近实现供冷、供热、供电的能源供应形式。但由于其负荷环境变化和可选设备机型变化而呈现复杂多样性,各独立系统之间差异较大,个别系统很难对其各项指标的合理性进行验证。这里我们分别以能量守恒和平衡分析法对系统建立模型,进行分析。通过系统能流图、流图简单呈现系统能量输入、和输出量的关系,推算不同配型系统前后的产能能力、产能效率、产率等相关分析指标。

依据能流模型,能量通过天然气的形式进入系统,通过发电机组发电后,产生一部分电力,供给用户,烟气(或缸套水)中的余热被再次利用,通过吸收式制冷机制冷给用户供冷,再通过换热器换热供给用户采暖及生活热水。

由此分布式能源系统的能量利用效率为:

本文所建立的分析模型能推算推算不同配型系统前后的产能能力、产能效率、产率等相关指标,该模型属于过程分析法,通过模型的建立和验算[3],进而来验证和判明各指标的合理性和科学、可用性,及不同分析方法的适用性和优缺点。通过分析得出结论,对以后工程应用中的系统设计起到一定的指导作用(图4)。

热力学第二定律反应的是能量做功能力的差别,也能体现出热力过程的方向性和能质退化和贬值的规律。揭示出能量转换过程中不可逆损失的存在。系统?流计算:

系统效率:

项目的经济性分析是通过财务效益和费用预测,编制报表,计算指标,进而判别财务偿债、盈利能力和生存能力,在现行的会计制度及法规体制下,来判断项目的可行性,明确项目对投资者的贡献价值(图5)。

财务内部收益率:

式中:“FIRR”为财务内部收益率。

投资回收期:P't=(累计净现金流量现值出现正值的年数-1)+(上一年累计净现金流量现值的绝对值/出现正值年份净现金流量的现值)

财务净现值(FNPV):

6 模型计算

依据系统的工艺流程及特点,对其动力子系统(供电)、供热子系统(供热)、制冷子系统(制冷)分别进行了能量流分析和验算及流计算和分析(表1-3)。

以上方案中采用燃气内燃机机组配套辅助设备给系统供电、供冷及供热,系统产生的电量、热量及冷量与建筑的能量需求相匹配,能量利用效率及系统效率均较高。系统也实现了供电、供能过程中的能量梯级利用,系统与建筑项目的需求匹配性良好。方案热电比为1.12,选配的方案系统技术合理性及经济可行性均优。

7 结束语

在能源危机和环境污染日趋严重的前提下,天然气楼宇分布式能源系统可实现能源的清洁和充分利用,是未来可持续发展道路的必须选择。

本文从能量价值充分利用的角度出发,首先,对分布式能源系统的概念、系统特征、天然气楼宇分布式能源系统的发展和研究现状进行了详尽的论述。并在研读前人对此课题研究的文献及相关规范的前提下,提出了天然气楼宇分布式能源系统优化的难点和关键点所在,沿用当前系统评价的重要指标:系统全年利用率、系统效率、投资回收期、财务内部收益率对系统进行方案比选和优化分析。

通过典型案例的详细演算、对比、分析,最终得出在天然气楼宇分布式能源系统设计时,系统选定、设备配型、经济分析等过程应遵循和关注的关键因素,即在用户冷、热、电负荷分布满足天然气楼宇分布式能源系统要求时,可尽量考虑设置该系统,以实现能源的梯级利用,提高了一次能源的利用率,做到能尽所用,能尽所值。系统效率比系统全年综合用能效率更能体现系统对能源的利用程度,综合利用效率高但效率低的系统,其技术合理性及经济性也可能很差,因系统并未实现能源的梯级利用,浪费过多。在系统设计和优化选配型时,应依据负荷特性选择流程,对其过程进行年综合用能效率和效率双重测算,还需进行项目经济性测算。使机组配置按需供给、适时匹配,达到冷热负荷平衡,实现效益最大化,避免高品位能滥用;使得各天然气楼宇分布式系统项目真正实现其节能环保的优越性。

本文着重对天然气楼宇分布式能源系统进行了选型优化分析及经济性敏感分析,重点关注系统的温度梯级利用。通过模型建立、实例演算,总结分析,最终得出结论。系统效率也是衡量系统优劣的主要评价指标,系统的售电价格是影响系统经济性的最为敏感的指标,系统设计和优化时应充分关注。从工程实践出发,为推动天然气楼宇分布式能源系统技术应用与发展提供理论与技术支持,说明未来发展该系统所应关注的关键点和面临的主要问题。

机组选型是按“温度对口、梯级利用”原则,配置各供能设备,按需供给、适时匹配,实现冷热负荷的平衡。据已定负荷综合考虑系统的经济性,做到“充分利用余热、充分发挥发电能力”。

政府是否制定与分布式能源项目相关的优惠政策,如电价补贴、并网上网支持、银行信贷优惠政策等都直接关系项目的设定模式和经济效益。国外电力系统曾出台支持发展分布式能源系统的政策措施(提供政府投资津贴、发电公司义务购买电量、国家提供优惠气价供给系统、免收备用容量和辅助服务费),其项目由配电方和工业用户联合投资,市场自由化政策均值得借鉴。目前在财政和金融方面,国家也没有出台相关支持政策,如价格补贴,接入系统,节约能源和投资优惠和其他优惠政策,尚需制定和完善行业技术标准以及并网运行管理体系。

摘要：介绍楼宇分布式能源系统特点,系统选配型时的注意事项,及如何实现单个系统分布式能源系统的梯级利用,及系统设计和选型时须着重注意的事项。

关键词：分布式能源系统,梯级利用,模型分析,效率,全年综合利用效率,财务内部收益率,净现值

参考文献

[1]张洪伟,黄素逸,等.有关溴化锂吸收式制冷系统的经济性分析及其在分布式能源系统中的应用[J].制冷与空调,2004(4):59-63.

[2]李壮.两种典型天然气分布式能源系统的应用研究[D].济南:山东建筑大学,2013.

化工化纤企业提升能源利用率的系统 第2篇

一、化工化纤企业提升能源利用效率的系统优化管理背景

神马实业属于化工化纤行业, 其生产特点是生产连续性和自动化程度高, 高温高压和易燃易爆装置较多, 产品链较长, 能源消耗较大, 属于高能耗企业, 也是当地重点耗能大户。近些年来, 神马实业在能源消耗上面临如下三大突出问题:

首先, 能源消耗增速较快。神马实业作为高耗能的大型化工化纤企业, 不仅能源消耗总量大, 而且随着企业的快速发展, 能源消耗增速迅猛, 2005年以来每年能源消耗增速高达21.8%。其次, 单位能源消耗较高。神马实业主导产品大多属于高耗能产品, 能源消耗在成本中所占比重较大, 如烧碱产品每吨平均耗电2361度, 电耗在单位成本中所占比重高达59.3%。最后, 能源价格上涨压力巨大。神马实业生产所需能源包括电、煤、蒸汽、焦炭、重油、柴油、煤油、天然气等多达十余种, 2005年以来各种能源价格持续大幅上涨, 平均涨价幅度达到30.8%。能源价格上涨导致产品生产成本显著上升, 企业盈利能力明显下降。

面对上述问题, 如何降低能源消耗, 提高盈利能力, 是摆在神马实业领导班子面前的一个重要课题, 特别是在国家严格实行节能减排政策、强调创建节约型社会的大趋势下, 高能耗不仅是影响企业经济效益提升的一个重要因素, 而且也是制约公司持续健康发展的一个突出瓶颈。

作为高能耗企业, 要想从根本上把能源消耗降下来。必须综合考虑, 全面着手, 全方位系统化地采取措施, 对涉及能源消耗的各个环节各个过程进行全面改进和系统优化, 这样才能从根本上解决系统性高能耗问题, 促进能源利用效率的持续快速提升。2007年, 神马实业在进行详细论证、周密规划和科学决策的基础上, 在全公司大力推行提升能源利用效率的系统优化管理。

二、化工化纤企业提升能源利用效率的系统优化管理内涵和主要做法

神马实业以提升能源利用效率为目标, 从建立节能长效机制出发, 从全员全方位着手, 运用系统论、控制论的思想及方法, 对能源管理系统、能源配置系统、生产组织系统、生产装备系统、技术工艺系统全面进行改进和优化, 通过全面提高各个系统的运行效率和控制效力, 消除能源的低效使用和浪费使用现象, 使能源利用能效达到最佳状态, 以保证和促进能源消耗的持续稳定降低。其主要做法为:

(一) 全面优化能源管理系统

1. 优化能源管理组织体系

为建立运作高效、监控到位的组织保证体系, 推动节能工作持续有效的开展, 神马实业的主要做法包括:一是成立由董事长挂帅的能源管理委员会, 统筹负责全公司的节能工作;二是各子公司成立节能领导小组, 统筹负责本公司的节能工作;三是公司及下属各子公司均明确有负责能源管理的职能部门, 对节能实行专业化管理;四是成立由有关专家组成的节能技术委员会, 统筹负责对节能项目和节能新技术进行论证及评价;五是对节能项目实行项目经理制, 由项目经理全权负责节能项目的组织实施;六是细化各级节能组织、部门及人员的岗位职责, 切实做到职责明确, 从而形成设置科学、权责明确的节能组织保证体系。

2. 优化能源管理目标体系

为建立科学先进、动能强大的节能目标激励机制, 促进企业全员踊跃投身于节能事业, 神马实业采取“远近结合、三级细分”的模式, 对节能实行目标管理。“远近结合”, 即长远目标和近期目标相结合, 在科学编制“十一五”期间节能规划的基础上, 提出5年节约标准煤15万吨的长远目标, 并依据长远目标确定每年节约标准煤3万吨和万元产值综合能耗降低5%的年度目标。“三级细分”, 即对公司制定的五年目标和年度目标, 逐级分解到各个子公司、各个分厂及车间、各个工段及班组, 由其分别结合本单位的生产实际和能耗状况, 把节能目标细分到每项产品、每套生产装置和每个工序及岗位, 从而形成了至上而下、细分到边的节能管理目标体系。

3. 优化能源管理责任体系

在细分节能目标的同时, 神马实业还通过逐级细分责任, 以确保节能目标的实现, 其重点做法包括:一是确立责任主体, 明确各子公司总经理为第一责任人, 对实现节能目标负总责;二是实行公司对下属各子公司、各子公司对下属各分厂及车间、各分厂及车间对下属工段及班组、各个工段及班组对下属各个岗位, 分层签订节能目标责任书, 把节能责任及目标逐级落实到人;三是实行问责制, 对未能完成节能指标的责任人, 由纪检监察部门负责对其实行责任追究, 根据责任轻重, 给予劝勉、警告、停职反省等处罚;四是实行一票否决制, 对未能完成年度节能目标的责任人, 取消当年评先、评优、晋职和晋级资格。

4. 优化能源管理考核体系

为完善节能激励机制, 确保节能目标落实和责任落实, 神马实业还对能源管理考核体系进行了改进, 采取“双向联动”考核模式。第一, 把各子公司完成月度节能目标与其全员工资总额挂钩实行联动考核, 凡未能完成月度节能目标的子公司, 扣罚其当月5%的工资总额;第二, 把各子公司完成年度节能目标与其领导班子年薪挂钩实行联动考核, 凡未能完成年度节能目标的子公司, 扣罚其领导班子20%的年薪;同时, 各子公司对其下属单位也采取“双向联动”考核模式。由于实行“双向联动”考核模式, 把完成节能目标与工资分配紧密联系到一起, 极大地调动大家的节能积极性, 有效地保证了节能目标的顺利实现。

5. 优化能源管理制度体系

为规范企业的能源管理行为, 建立并形成节能长效机制, 神马实业进一步加强了能源管理制度建设, 重点包括:一是健全和完善能源消耗定额管理制度, 对所有产品和设备耗能全部实行定额管理, 杜绝无定额耗能现象, 通过严格的定额管理对能耗进行控制;二是健全和完善能源消耗计量管理制度, 对所有能源消耗全部进行计量, 杜绝无计量耗能现象, 通过严格的计量管理为执行能耗定额提供依据;三是健全和完善能源消耗统计管理制度, 对各类能源消耗严格统计, 通过加强统计管理, 及时准确掌握能源消耗数据;四是建立每月一次能耗分析例会制度, 定期对能源消耗情况进行分析评价, 及时研究解决能源消耗过程中存在的问题;五是建立每年一次能源审计制度, 聘请专业机构对每年能源消耗进行审计监督, 并根据审计发现的问题和提出的建议, 及时制定措施对能源管理进行改进和优化。

(二) 建立全面优化生产控制系统

化工化纤企业的产品生产特点, 就是生产装置的连续性自动化作业, 只有在生产装置长周期、满负荷、高效率运行的条件下, 才能实现产能和产值最大化, 促进万元产值综合能耗的下降;如果生产过程控制不好, 生产装置运行不正常, 就会造成生产效率低下, 导致万元产值综合能耗的上升。为促进综合能耗的有效降低, 神马实业在实行提升能源利用效率的全面节能管理过程中, 坚持从确保生产装置长周期、满负荷、高效率运行入手, 着力对生产控制系统进行改进和优化。

1. 强化生产过程控制, 确保设备高效运行

为及时掌控生产装置运行状况、生产工艺波动状况和产供衔接状况, 超前采取措施排除各种异常现象, 保证和促进生产装置始终处于高效运行状态, 防止和避免因设备运行效率低下而导致能源利用效率下降, 神马实业重点采取三条措施:一是采用DCS自动化控制系统对生产工艺过程实施自动控制, 以消除人工监控容易出现的偏差和反应滞后的现象, 确保生产工艺过程控制的准确性和可靠性;二是采用闭路电视监视系统对生产运行过程实施即时巡检和监视, 以强化对设备操作和运行管理, 防止和避免出现异常现象, 确保生产工序过程始终处于高度的受控状态;三是建立生产过程高效协调机制, 每周召开一次生产计划协调会, 每天召开一次生产运行协调会, 切实加强产供之间、工序之间、生产系统与辅助系统之间的衔接、协调和配合。

2. 强化设备维护过程控制, 延长设备停车大修周期

神马实业的各类化工化纤生产装置按照设计规定要求, 每年至少需要进行一次停车大修, 每年因停车大修需要减少生产天数约一个多月, 加上每次大修的停车和开车过程的“无功耗能”, 对降低综合能耗影响较大。对此, 神马实业经过科学论证, 决定把大修周期延长为每两年一次, 为在延长设备大修周期的基础上, 确保实现设备的长周期安全稳定运行, 着力从三个方面入手, 强化对设备维护过程的控制:一是严格实行设备维护管理责任制, 对各类设备实行定人、定标准进行维护保养;二是严格实行设备运行状况巡回监控和检测制度, 及时发现和消除设备运行异常现象, 确保设备始终处于安全稳定运行状况;三是严格实行设备故障超前控制制度, 对容易发生故障的设备有针对性地制定并采取故障预防措施, 切实做到防范于未然。

3. 强化设备大修过程控制, 缩短设备大修停车时间

过去, 神马实业的尼龙66工业丝生产装置按照原工艺设计规定, 每次停车大修时间安排为22天, 由于停车大修时间较长, 对降低综合能耗影响较大。为缩短设备大修停车时间, 降低综合能耗, 神马实业重点着力从三个方面人手, 强化对设备大修过程的控制:一是改变原来12个系列统一停车检修, 采取分系列分时段停车检修, 以便集中检修力量打歼灭战, 提高检修效率;二是采取网络计划对大修进度实施严密控制, 对每个结点均明确专人负责进行监控, 以确保按照计划进度完成大修任务;三是实行定设备、定人员、定时间、定检修质量和定验收标准等“五定”责任制, 严格落实责任, 严格进行检查验收, 严格考核及奖罚, 形成强有力的激励机制。

(三) 全面优化生产装备系统

对于工业企业来说, 生产装备能耗的高低直接决定着能源的利用效率, 降低能源消耗的关键是降低设备能耗, 确保各类耗能设备切实做到节约使用能耗。

1. 大力实施设备节能技术改造

专门设立节能技改基金, 专项用于设备节能技术改造, 在对生产装备系统进行能耗审计和评价的基础上, 针对能源利用效率低的设备, 组织专业技术人员研究制定技改方案, 对所提的节能技改方案, 由公司能源管理委员会组织进行论证, 对通过论证的节能技改方案, 明确项目责任人、规定完成时间和安排专项资金进行实施。2007年共投入专项资金3253万元, 实施并完成了13个重点节能技术改造项目, 合计折合节约标准煤1.26万吨;2008年以来又投入专项资金3345万元, 实施并完成了25个重点节能技术改造项目, 折合节约标准煤8725吨。

2. 积极采用新型节能技术装备

对一些不能通过技术改造达到高效节能的落后耗能设备, 实行加速淘汰、加快更新政策, 采用新型节能设备替代落后耗能设备。由各子公司制定具体实施方案, 由公司能源管理委员会组织进行论证, 对通过论证的落后耗能设备淘汰和更新方案, 明确项目责任人、规定完成时间和安排专项资金进行实施。2007年重点实施项目包括: (1) 采用高能效的溴化锂空调机组, 逐步淘汰高耗能的电制冷空调机组; (2) 采用高能效的新型离心式空压机, 全部淘汰高耗能的陈旧落后的螺杆式空压机; (3) 采用能耗低的水暖系统进行供暖, 全部淘汰能耗高的气暖供暖系统; (4) 采用先进的复极式离子膜电解槽, 全部淘汰落后的金属阳极电解槽; (5) 采用低能耗的氯气透平机, 全部淘汰高能耗的纳氏氯气泵。2007年以来, 神马实业通过加快设备更新, 积极采用新型节能技术装备, 共计淘汰落后耗能设备216台 (套) , 折合节约标准煤4367吨。

3. 深挖设备能源综合利用潜力

神马实业针对有些设备存在的能源使用浪费现象, 以能源的回收利用为中心, 组织专项技术攻关, 并取得显著成效。重点实施的能源回收利用项目包括: (1) 对尼龙66盐生产装置的制氢解析气进行回收进行发电利用; (2) 对氯碱生产装置的氯乙烯尾气进行回收利用; (3) 对各类热能装置的蒸汽余热进行回收利用; (4) 对各类生产装置的废油进行回收利用。2007年以来, 神马实业共投入资金3106万元, 实施并完成了13个能源回收利用项目, 折合节约标准煤5538吨。

(四) 全面优化技术工艺系统

神马实业作为化工化纤企业, 由于生产过程具有连续性自动化特点, 其综合能耗水平主要是由技术工艺所决定, 只有通过对技术工艺系统进行改进和优化, 才能最大限度地做到节约使用能源。

1. 全方位推行节能优化设计

为从源头入手提高能源利用效率, 神马实业对新上和扩建项目严格实行节能优化设计, 要求切实做到“三个必须”:必须充分体现节能减排的理念;必须全面采用节能新技术新工艺新装备;必须确保能源利用效率达到国际或国内先进水平。同时, 对新上和扩建项目的设计方案严格实行节能评价制度, 凡不能通过节能评价的项目一律不得开工建设。2007年以来, 通过实行节能优化设计, 使新上和扩建项目的能源利用效率全部达到国内先进水平。

2. 全面推广应用节能新技术

为通过加快技术进步实现节能效率最大化, 神马实业采取“双管齐下”的对策, 加大节能新技术的推广应用力度, 一方面自主组织开展节能新技术的推广应用, 另一方面采取公开招标的形式选聘专业节能公司, 负责高效节能新技术的推广应用, 重点包括:一是推广应用ZHBC电机变频节能技术, 以降低电机能耗;二是推广应用JLD空压机专用节能技术, 以降低空压系统能耗;三是推广应用JLD恒压供水节能技术, 以降低供水系统能耗;四是推广应用谐波治理技术, 以降低供电系统能耗;五是推广应用微电脑数控灯光节能技术, 并同时采用节能灯替代白炽灯, 以降低照明用电。2007年以来, 共计推广应用了21项节能新技术, 折合节约标准煤达4083吨。

3. 着力推进节能工艺创新

为在生产工艺领域实现最大限度的节约使用能源, 神马实业积极采用节能新工艺, 加快淘汰能耗高的落后生产工艺, 一是投资2920万元, 对高耗能的隔膜碱生产线进行改造, 采用低能耗的先进的离子膜法生产工艺, 取代原来落后的隔膜法生产工艺, 使吨碱耗蒸汽由5吨降低至1吨, 降低蒸汽消耗达80%;二是投资990万元, 自行研发出高能效的氯乙烯精馏尾气吸附新工艺, 取代原来能源使用浪费的落后的氯乙烯精馏工艺, 使原工艺废弃排放的精馏尾气予以全部回收利用, 使能源利用效率一举提高了17%;三是投资100万元, 对PVC转化热水系统工艺进行改进, 通过加装汽水分离器使转化器热水实现循环利用, 一举降低蒸汽消耗达12.7%。

(五) 全面优化能源配置系统

神马实业作为化工化纤企业, 不仅能耗高, 而且耗能种类多, 包括电、煤、蒸汽、焦碳、重尊、柴油、汽油、煤油、煤气、煤矸石、天然气等多达十余种。以往能源配置一直是按照工艺设计规定执行, 工艺设计规定采用什么能源就采用什么能耗, 需要自产的自产, 需要购进的购进, 能源配置存在着不合理和浪费使用能源的现象, 在实行提升能源利用效率的全面节能管理过程中, 神马实业紧紧围绕着提升综合节能效益, 严格按照经济、适应的原则, 对整个公司的能源配置系统进行重新评价, 对能源配置进行改进和优化。

1. 改进和优化燃油能源配置

过去, 神马实业燃油使用在能源消耗中所占比重较大, 为提高综合节能效益, 化解石油价格持续上涨所带来的成本压力, 神马实业在对各类燃油装置进行系统评价和科学论证的基础上, 及时对燃油能源配置进行了调整和改进, 先后投资3260万元, 对一些燃油装置进行技术改造, 采用外购天然气替代燃油, 重点包括:一是对原来采用重油作为加热介质的原丝生产装置7台联苯炉全部改用天然气;二是对原来采用煤油作为加热介质的3条浸胶帘子布生产线加热炉全部改用天然气;三是对新建切片生产线4台联苯炉, 全部采用天然气替代重油作为加热介质。通过采用对外购进天然气替代燃油, 每年可减少重油消耗8584吨和煤油消耗3235吨。

2. 改进和优化供热能源配置

过去, 神马实业帘子布及工业丝生产所需要的大量蒸汽, 按照生产工艺设计全部采用自备锅炉供给。由于自备锅炉热效率低, 能耗较高, 对环境污染较大, 虽然与外购蒸汽相比成本较低, 但不符合国家节能减排政策。为提高综合节能效益, 神马实业在对供热能源配置进行系统评价和科学论证的基础上, 决定采用当地热力公司购进蒸汽供热, 以替代自产蒸汽供热。为此, 神马实业取缔了5台20T/H自备锅炉, 投资863万元对供热管道系统进行改造, 与当地供热系统联接, 采用购进蒸汽的方式进行生产供热。2007年共购进13.4万吨蒸汽。外购蒸汽每吨平均耗煤为168千克, 而自产蒸汽每吨耗煤平均为234千克, 外购蒸汽每吨平均减少煤耗37千克, 折合共节约标准煤4556吨。

3. 改进和优化制氢能源配置

过去, 神马实业尼龙66盐生产所需的9570万立方氢气全部自行生产, 每年需要耗用9万吨焦碳, 导致整个产品的能耗水平和能源成本过高, 并且随着尼龙66盐扩建工程的实施, 还需要新建氢气生产装置, 以满足产能扩大的需求。为提高综合节能效益, 2007年神马实业围绕改进制氢能源配置, 组织开展科研攻关, 同步制定并采取了两套制氢能源替代方案。具体包括:一是对现有制氢装置进行技术改造, 采用白煤替代焦碳生产氢气, 以满足现有氢气需求;二是与附近的焦碳生产企业组建合资公司, 利用该企业炼焦过程中排放的含有甲烷、一氧化碳等废气生产氢气, 通过转供的方式解决对增量氢气的需求。通过采取这两个能源替代方案, 结束了采用焦碳制氢的历史, 年节能折合标准煤3800吨。

三、化工化纤企业提升能源利用效率的系统优化管理效果

2007~2008年, 神马实业通过实行提升能源利用效率的全面节能管理, 促进了能源消耗的大幅降低, 创造了非常显著的成效。

(一) 初步形成了节能长效机制

通过实行提升能源利用效率的全面节能管理, 构建起了比较完善的能源管理组织体系、目标体系、责任体系、考核体系和制度体系, 有效地增加了广大员工的节能意识, 使节能使用能源成为企业上下共同一致的价值追求和行动规范。

(二) 有效提升了能源利用效率

通过实行提升能源利用效率的全面节能管理, 对能源管理系统、生产组织系统、生产装备系统、技术工艺系统、能源配置系统进行改进和优化, 使各类装置的能耗利用效率得以显著提升。2008年, 神马实业尼龙66盐、帘子布及工业丝、烧碱和PVC树脂四大支柱产品的综合能源消耗, 分别比实施前的2006年降低了3.58%、3.27%、6.52%和12.27%。

(三) 创造了明显的社会效益

通过实行提升能源利用效率的全面节能管理, 取缔5台自备锅炉和改造7台联苯炉, 有效地减少了烟尘及二氧化硫排放, 2008年全公司二氧化硫排放量为2128吨, 比实施前的2006年减少865吨, 平均每年减少达34.2%, 为当地治理大气污染和改善环境条件做出了比较大贡献。

(四) 创造了显著的经济效益

能源利用系统 第3篇

关键词：燃煤,供暖系统,能源效率,节能

0 引言

能源是人类进行生产和赖以生存的重要物质基础,随着中国经济持续快速发展,能源消费急剧增长,供需矛盾日益突出,已制约中国经济社会的可持续发展,威胁国家经济安全。与能源短缺形成强烈反差的是能源浪费和恶化的全球环境。从哥本哈根、坎昆到德班举行的三届联合国气候变化大会上,各国虽然没有就减排目标达成一致,但对减排的意义、必要性和急迫性基本达成共识。

1 锅炉房供暖系统运行情况

1.1 锅炉房供暖系统现状

首都航天机械公司锅炉房为近150×104 m2建筑供暖,年均供暖耗煤约2.5×104 t标准煤,供暖系统为间供式。

1.2 锅炉房供暖系统能源利用效率情况

国内住宅建筑集中供热的燃煤锅炉,每蒸吨(1 MW≈0.7 T/h)平均供热面积为0.6×104 m2,平均锅炉热效率为62%。大容量锅炉热效率在70%~80%间,每蒸吨可为1×104 m2供暖,最好的可达1.9×104 m2[1]。此锅炉房锅炉平均热效率近80%,热功率合计124T/h,约1.17×104 m2/T·h-1。

1.3 供暖系统中存在的问题

虽然锅炉房供暖运行工作较好,但还存在一些问题制约能源利用效率的提升。

1.3.1 燃煤储运及燃烧

露天煤场储煤量多在1×104 t以上,经常发生自燃和煤炭扬尘造成能源损失和环境污染。

煤在锅炉中燃烧时煤中含水率过高或过低都会降低锅炉热效率。链条炉最适合6 mm~40 mm粒煤,而现粒度≤6 mm的煤末和≥40 mm的块煤各占20%~30%左右,热效率难以提高。

1.3.2 锅炉本体及辅机的运行情况

供暖一次水系统运行状况与锅炉设计值不匹配,造成锅炉偏离高效运行区,锅炉热效率降低。

锅炉各受热面传热效果决定了热效率的高低,受热面上积灰平均厚度在0.1 mm~0.5 mm之间,灰垢的导热系数仅为钢板的1/750~1/45,降低锅炉热效率约1%~3%。

原锅炉使用闸板式加煤斗,落到火床上的煤不分层次,堆积较密实,透气性差,燃烧不彻底。

1.3.3 管网系统的运行管理

热用户的供暖舒适度有待改善,少部分用户的室内采暖温度偏高,长期开窗,浪费能源,极少部分用户室温不达标。为满足低温用户的需求,增加锅炉负荷,提高系统水温,高温用户的舒适度更差,而室温提高1℃,能耗增加5%~10%。

供热不均衡主要是随着各类建筑物不断增加,管网布局不合理,系统无法有效调节,管网水力失调。同时老旧建筑保温差,耗热高,是北京建筑节能标准(14.65 W/m2)的3倍~4倍,而建筑内采暖系统不合理,管道年久失修,使供热效果更差。

2 锅炉房提高能源利用效率的措施

2.1 加强燃煤管理,降低损耗

进行煤场覆盖,定期喷水,压实煤层,隔绝空气,减少煤的自燃,降低扬尘。

根据煤颗粒度及锅炉运行情况严格控制上煤含水率,保证燃烧效率。

2.2 提高设备和管网完好率

通过维修和改造,保证供暖系统设备和管网的完好率和效率。

改进炉墙保温结构,减少散热损失。锅炉换装分层给煤装置,落到炉排上的煤按粒度大小分层,保证煤的透风性,燃烧更充分,减少排烟损失,能提高热效率约5%。

蒸汽冷凝回水水质不符合锅炉用水标准,外排使热量浪费,但符合采暖二次水指标,回收与二次水混合,可降低锅炉负荷。

3 对提高能源利用效率的思考与建议

企业要想提高能源效率,要多上节能项目;看准的要快落实,快出效益;保证项目质量,追求项目效益的最大化。

3.1 完善落实节能奖励政策

学习国内外先进的节能管理经验,提高锅炉房运行能效,落实节能奖励制度,激发职工的节能热情。

3.2 建筑规划与供暖节能规划一致

热力管网与建筑物同步改造,避免系统水力平衡,实施节能建筑,对老旧建筑进行节能改造,根据建筑物功能的不同,开展分区分时供热。

3.3 采用新技术 新设备

3.3.1 增加二次风 强化燃烧

在锅炉前后拱的部位增加二次热风,促使气流旋转,延长烟气在炉膛内的停留时间,使烟气充分燃烧,提高炉膛温度,降低不完全燃烧损失和消烟除尘。

3.3.2 受热面除垢

锅炉受热面的灰垢降低换热效率,一般的除灰方式存有各种弊端,效果欠佳。

爆震波吹灰是借助一定混合比例的可燃气体快速燃烧而产生一定大小的能量,高效快速地传递到锅炉的指定位置,以波及的方式将受热面上的结渣或积灰消除掉,不磨损受热面、运行成本低、效率高、除灰效果好[2]。

3.3.3 烟气余热回收

充分利用热管技术开展烟气、蒸汽凝结水余热回收。如用热管空气预热器或热管省煤器代替现有设施回收高温烟气中的显热,利用热管换热器回收不合格蒸气凝结水的潜热[3]。

3.3.4 加强计量工作

加强采暖系统的计量管理,便于调整各支路的流量,保持系统水力平衡,也便于及时查找管网存在的跑水情况。

3.3.5 做好管网保护

供暖系统每期二次水补水量十几万吨,降低了系统的能源效率。二次水是采用钠离子交换软化法,只降低硬度,碱度并没有大幅减少,碳酸氢盐依然存在。碳酸氢盐受热分解产生CO2,与水反应产生酸性物质。系统各处漏水、吸气导致循环水中的溶解氧是补水中的几十倍,造成管道严重腐蚀、泄漏,大量热水流失,补充的新水需重新加热。可在二次水中添加专业防护剂,对管道内部进行保护[4]。

3.3.6 加装专业控制阀

采用先进可靠的调控手段消除供暖系统水力失调现象,在主要支路管道上加装自立式压差流量控制阀,有效调节、控制流量,消除管网富裕水头,克服水力失调,避免用户冷热不均。

3.3.7 调整供暖系统运行方式

现供暖系统采用“大流量、小温差、质调节”的方式,即通过系统大流量来减缓水力失衡带来的问题,系统循环流量始终保持不变,随气温的变化,改变系统的供水温度,以适应热负荷变化。但“大流量”不能根本解决水力失衡情况,还会造成流量调节不便[1]。

条件成熟时,可进行分区分时供暖改造,便于负荷调节和节能。除加装流量控制阀,新建筑分区分时供暖外,供暖系统还可以采用质—量调节方式,即采用两组不同流量的循环泵或增加变频调控系统,在供暖初、末期,采取小流量供暖,中期采用大流量供暖。

对于极少部分供暖效果欠佳的用户,可在用户建筑入口安装具有变速的低扬程、小流量水泵,提高用户管网压力,保证供暖温度[1]。

3.3.8 煤炭筛分

采购经过筛分的燃煤,选用6 mm~40 mm的粒煤,可提高锅炉热效率。

3.3.9 设备采购

企业采购应充分考虑设备的效能,杜绝高耗能设备,并效能换算成价值进行采购,还能享受政府给予节能产品的税收优惠和补贴。

3.4 利用政府平台和社会资源

利用政府专项或优惠资金开展节能减排项目;利用合同能源管理机制,与拥有雄厚资金、先进节能技术的企业签订能源服务合同;利用相关协会的技术优势开展新技术推广;积极参与市场化的节能减排交易,通过“清洁发展机制”将CO2、SO2的减排量转换为发达国家的资金和技术。

4 结语

在后金融危机时代和低碳经济下,必须改变以往粗放的能源管理模式,把国家的能源形势及发展要求,自觉转变成企业的工作方向和目标。中国政府确定到2020年单位GDP减排CO2比2005年下降40%~45%的自我约束指标,任务艰巨。做好节能减排工作是我们义不容辞的责任,今后应以提高资源利用率为核心,努力构建“低碳企业”。

参考文献

[1]赵钦新,王善武.我国工业锅炉未来发展分析[J].工业锅炉,2007(1):2-4.

[2]卜银坤.锅炉爆震波除灰器运行的安全性和经济性[J].中国特种设备安全,2008(9):5-6.

[3]陈泽鹏,李正宓.热管换热设备在余热回收上的应用[J].节能环保技术,2006(10):38.

能源利用系统 第4篇

火力发电行业是排放SO2的主要行业, 湿式石灰石-石膏脱硫技术是目前国内火力发电厂中应用最为广泛的一种烟气脱硫技术。目前, 随着国家对火电厂烟气排放环保要求的逐渐提高, 要求脱硫装置必须要与主机组同时运行, 脱硫装置的投运率也随之大幅度提高[1]。湿法脱硫装置的工艺流程复杂、设备较多, 因此, 当脱硫装置投入运行时, 在保证SO2达标排放满足环保要求的前提下, 以节能减排为目标, 对脱硫装置进行系统优化设计和合理运行具有十分重要的意义, 更可以充分体现“节约资源和保护环境”的基本国策[2,3]。

1 合理利用能源的设计措施

1.1 选择合理工艺系统

a) 采用优化的给水系统。石灰石浆液采用工艺水配浆, 吸收塔补水直接采用工艺水, 节约电耗;b) 设备冲洗水、设备排空水, 排入地沟、地坑, 循环利用。设备冷却水采用闭式冷却水, 从主厂房引接, 冷却设备后的冷却水回水, 返回主体冷却水系统, 循环利用。经处理后的脱硫废水, 可引入电厂除灰系统, 直接回用, 实现零排放;c) 汽水管道设计中, 输送介质的流速范围选择应符合现行标准规范要求, 流体输送过程中的阻力损失应小于允许值, 减少局部阻力损失, 节约电耗;d) 对烟道系统与管道布置进行优化, 减少局部阻力损失, 降低增压风机电耗;e) 脱硫烟气系统取消GGH (Gas Gas Heate, 烟气再热器) , 提高脱硫系统的可利用率, 同时减小了烟气阻力, 降低了增压风机电耗;f) 增大吸收塔直径, 降低烟气流速, 降低吸收塔阻力与液位, 降低循环泵扬程, 节约循环泵和增压风机电耗;g) 适当减小石灰石浆液箱、石膏缓冲箱容积, 减小搅拌器功率, 废水旋流器给料箱采用特殊设计, 取消搅拌器, 节约电耗;h) 挡板门密封风机由电加热改为蒸汽加热或利用原烟气加热, 节约电耗;i) 喷嘴选用空心锥式, 降低喷嘴入口压力, 降低循环泵扬程, 节约循环泵电耗;j) 提高脱硫装置的脱硫率, 减少净烟气SO2的排放浓度;k) 机组电子设备间和电气继电器室空调系统采用双风机系统, 有利于在春秋过渡季节最大限度地利用新风处理室内负荷。电气设备室夏季采用降温通风系统维持室内温度, 同时设计有事故排风系统兼做春秋过渡季节的排热通风。当电气设备室室外温度达到设定温度时, 降温通风系统停止运行, 启动事故通风机进行机械通风。冬季利用电气设备散热量维持室内温度;l) 电控楼控制室空调系统在夏季和冬季采用最小新风运行, 节约系统冷、热负荷。在春秋过渡季节采用扩大新风比例的调节方式, 减少制冷压缩机运转时间, 同时启动事故排风机进行排风, 以维持室内正压值。二楼采用变频多联空调系统, 各使用区域既可单独使用, 也可以同时开启, 室外机根据室内机使用台数自动调整运行功率, 实现系统节能运行;m) 合理选择辅机设备的电动机容量, 辅机设备的驱动电动机按规范要求选择合适的功率, 避免电机功率过大、低效率运行而增加能耗。各类风机、机泵等转动设备所配的电动机应选用节能高效型, 提高电动机运行效率, 减少系统电耗, 节约能源;n) 在照明设计中, 采用高效率照明设施, 如灯具、光源、电子镇流器和节能电感镇流器等, 充分降低装置运行电耗;o) 经济合理地选择电缆材质和截面。选用合适的电缆材质和适当放大截面, 可大幅降低电缆线路能耗。

1.2 设备的选用

a) 配置动叶可调轴流式增压风机, 或采用静叶可调变频轴流式增压风机, 这两种轴流风机具有高效区宽、调节效率高的特点, 可有效降低脱硫烟气系统的电耗;b) 泵采用高效节能的金属泵, 循环泵最高效率可达88%;c) 工艺水泵、除雾器冲洗水泵、浆液泵等采用变频控制, 根据负荷自动调节供电频率及电机转速, 适应脱硫用水的不均匀性, 节约用电;d) 合理选择胶带输送机及驱动电动机, 以节约电耗;e) 低压变压器采用低损耗变压器, 以减少变压器的铜耗、铁耗, 降低电厂运行费用;f) 采用先进的闭环控制优化软件, 以闭环优化为核心, 将传统控制系统不可控的能量损失和设备损耗进行量化, 收集大量的生产过程信息, 为系统经济控制提供强有力的数据支持, 达到节能降耗的优化功能;g) 选用节能机电产品, 杜绝淘汰产品;h) 充分重视脱硫设备分包商的选择, 要求其有良好运行实绩, 以确保脱硫机组有较高的可靠性和可用率。

1.3 减少设备和建筑物散热损失

a) 减少设备及管道的散热损失。采用最小年费用法计算设备及管道的保温层厚度。同时, 选用导热系数低、经济合理的保温材料, 减少设备及管道的热量损失;b) 建筑节能。 (a) 建筑形体设计。在建筑设计中, 重视屋檐、挑檐等构造措施, 使建筑物有充分的日照和自然通风条件, 以节省建筑物内采光、取暖、制冷、通风等能源消耗。建筑外形尽量选用长条型, 充分减少建筑物外表面积。在室内, 尽量使设备布置更合理、紧凑, 减少不必要的面积和体积, 充分利用室内空间; (b) 墙体材料及节能设计。建筑外墙采用经济、轻质中空多孔材料, 应具有防水、隔热、隔声等性能。在满足照度及通风要求的条件下, 减少门窗数量及尺寸, 并尽量不选用木材、金属型材建筑门窗; (c) 屋顶节能设计。为防止因大量吸水而降低保温效果, 屋顶保温层不选用易吸水的保温材料; (d) 门窗节能设计。安排好门窗相对位置及开启方式, 组织室内穿堂风通过, 并减少建筑夏季太阳辐射热, 冬季又得到日照; (e) 其它建筑节能措施。建筑设计中, 应充分利用建筑物的自然通风与自然采光, 同时强化建筑物的保温性能。合理选择建筑物朝向, 使用保温型墙体, 提高门窗气密性, 重视地面、屋面及山墙的保温隔热设计。

2 合理利用能源的运行措施

2.1 采用合理的运行方式

a) 为确保脱硫系统在变动工况或较低负荷条件下运行时, 具有较好的节能效率, 应尽量减少循环泵运行数量, 节约电耗;b) 采用先进的控制系统, 提高脱硫系统运行自动化控制水平, 脱硫装置与全厂的运行管理实现网络化, 为降低全厂能耗、实现经济运行创造条件[4]。

2.2 运行调整与节能

在脱硫装置中, 电能和水耗是最主要的运行消耗, 其中电耗一般占机组发电量的1%~2%, 电费占脱硫装置总消耗费用的80%以上。从脱硫系统高电耗设备入手, 结合实际运行情况, 采用间断启停的运行方式或选用可降低电耗的变频设备, 可有效降低脱硫装置能耗[5]。

3 结语

在满足SO2达标排放的环保要求条件下, 以能源消耗最小、资源利用最佳为原则, 从工艺设计、工艺设备选型和建筑设计等方面, 对烟气脱硫装置进行优化和调整;同时, 采用高效、合理的运行方式, 可有效降低火电厂烟气脱硫装置的能源消耗。在减排的基础上实现节能, 为建设符合可持续发展战略的现代化火力发电厂提供有利保障。

参考文献

[1]胡志光, 马苗云, 邓倩, 等.燃煤电厂湿法烟气脱硫系统的节能研究[J].能源与节能, 2011 (4) :33-34.

[2]沈煜晖, 沈明忠, 陈学莹.湿法烟气脱硫系统设计节能分析[J].华电技术, 2008 (1) :72-75.

[3]雷达.石灰石-石膏法烟气脱硫节能探讨[J].化工技术与开发, 2011 (9) :65-67.

[4]张东平, 潘效军, 李乾军.石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统运行分析[J].广东电力, 2010 (2) :27-30.

能源利用系统 第5篇

2000年, 中国农村生活用能3.7×108t标准煤, 农村生活用能以秸秆、煤炭和薪柴为主, 秸秆和薪柴的比重共达57.4%, 其次为煤炭, 达31.1%。秸秆和薪柴这两种非商品能源消费呈下降趋势, 而原煤、电力和煤油等商品能源消费均呈上升趋势[1]。

单一形式可再生能源系统具有不稳定性, 可靠性差, 要提高系统的稳定性, 采用多种形式可再生能源是必要的, 可以优势互补, 为此本文提出了一种多种形式可再生能源集成互补的空调系统。

1 多种可再生能源集成互补空调系统的工作原理

原理如图1所示。冬季供暖时, 阀门V1、V2、V3、V4、V9、V10开启, 阀门V5、V6、V7、V8、V11、V12关闭。在土壤中埋设盘管, 将土壤作为低温热源, 蒸发器吸收土壤中的热量, 太阳能集热器制取热水, 再采用输送至用户的秸秆气化燃气燃烧加热太阳能集热器制取的热水, 进一步提高热水的温度, 输送至发生器中, 在发生器中产生高温高压的制冷剂气体, 高温高压的制冷剂气体在冷凝器中冷凝放热, 在农村传统火炕中埋设盘管, 冷凝器将热量释放给火炕盘管中的介质水, 采用辐射供暖的方式。夏季供冷时, 在房间里设置立式明装风机盘管, 阀门切换, 阀门V5、V6、V7、V8、V11、V12开启, 阀门V1、V2、V3、V4、V9、V10关闭, 将土壤中埋设的盘管与冷凝器连接, 将风机盘管与蒸发器连接, 蒸发器吸收室内的热量, 冷凝器将热量排至地下土壤中, 大地起了蓄能器的作用[2]。

2 多种可再生能源集成互补空调系统的热力学分析

溴化锂吸收式热泵热力循环原理如图2所示。

状态点2为稀溶液出吸收器的状态, 经过发生器泵, 压力升高为Pk (冷凝压力) ;后进入热交换器, 在等压条件下, 温度由t2升高至t7, 成为状态点7;状态点7的稀溶液进入发生器, 温度由t7升高到Pk压力下的饱和温度t5, 压力不变, 浓度由ξa升高到ξr, 温度由t5升高为t4;气化产生的水蒸气状态用始发状态 (点5') 和终了状态 (点4') 的平均状态点3'表示;状态点3'水蒸气进入冷凝器, 在压力Pk不变的情况下被冷凝器管内流动的冷却水冷却而凝结为冷剂水点3;压力为Pk的冷剂水经U形管节流, 压力降为P0 (蒸发压力) 后进入蒸发器, 由于压力降低, 有一部分冷剂水汽化为点1'状态的水蒸气;大部分未汽化的冷剂水 (点1) 吸收蒸发器管内冷冻水的热量而汽化, 状态由点1变为点1’;状态为点4的浓溶液, 由发生器流入热交换器, 将热量传给稀溶液温度降至t8 (点8) ;状态8的浓溶液与状态2的稀溶液混合, 形成状态为点9的中间溶液, 中间溶液进入吸收器后, 闪发成为为点10, 由于不断吸收从蒸发器来的冷剂水蒸汽, 使溶液的浓度由ξθ降为ξa, 温度由t10将为t2。

a) 发生器单位热负荷, 见下式:

式 (1) 中, qg为发生器的单位热负荷, k J/kg;h3"、h4、h7为对应3"、4、7状态点的比焓值, k J/kg;a为循环倍率, 表示在发生器中产生1 kg冷剂水蒸汽所需要溴化锂稀溶液的循环量, a可用下式求得:

式 (2) 中, ξr、ξa为对应状态点的溴化锂-水溶液浓度, kg/kg; (ξr-ξa) 为放汽范围;

b) 冷凝器负荷, 见下式:

式 (3) 中, qc为冷凝器的单位热负荷, k J/kg;h3"、h3为对应3''、3状态点的比焓值, k J/kg;

c) 蒸发器负荷, 见下式:

式 (4) 中, qe为蒸发器的单位热负荷, k J/kg;h1'、h3为对应1'、3状态点的比焓值, k J/kg;

d) 吸收器负荷, 见下式:

式 (5) 中, qa为吸收器的单位热负荷, k J/kg;h1'、h8、h2为对应1'、8、2状态点的比焓值, k J/kg;

e) 溶液热交换器热负荷, 见下式:

式 (6) 中, qh为溶液热交换器的单位热负荷, k J/kg;h7、h2为对应7、2状态点的比焓值, k J/kg;

f) 制冷系数和制热系数计算分别见下式。

计算结果如下, 供冷工况:冷凝器侧进出口水温10℃/15℃, 蒸发器侧进出口水温23℃/31℃, 发生器侧热水进出口温度95℃/85℃, 蒸发温度te=8℃, 冷凝温度tc=35℃, 制冷性能系数COPr=0.818。供热工况:蒸发器侧进出口水温6℃/9℃, 冷凝器侧进出口水温23℃/31℃, 发生器侧热水进出口温度95℃/85℃, 蒸发温度te=4℃, 冷凝温度tc=36℃, 制热性能系数COPh=1.743。

3 多种可再生能源集成互补空调系统经济性分析

本文对此系统、空气源电动空调、燃气热水器地板辐射供暖系统进行了运行能耗费用比较。

3.1 一次能源利用率PER (Primary Energy Ratio)

PER=制冷量 (制热量) /一次能源耗量

3.1.1 空气源电动空调

空气源电动空调的一次能源利用率计算公式:

式 (9) 中, COPAHP为空气源电动空调的性能系数, 空气源电动空调制冷工况取值2.995, 制热工况取值2.586;ηET为电厂的供电效率, 值取30.4%。

3.1.2 燃气热水器地板辐射供暖系统

燃气热水器地板辐射供暖系统的一次能源利用率计算公式:

式 (10) 中, ηBWH为燃气热水器供热系统效率, 值取90%。

3.1.3 多种形式可再生能源集成互补空调系统

多种形式可再生能源集成互补空调系统的一次能源利用率计算公式:

式 (11) 中, ηBCW为燃烧器的效率, 值取90%;COPRES为多种形式可再生能源集成互补空调系统的性能系数, 制冷工况取值0.818, 制热工况为取值1.743。一次能源利用率计算结果如表1所示。

从表1可以看出, 供热工况下, 可再生能源空调的一次能源利用率比空气源电动空调和燃气热水器地板辐射供暖系统都要高;供冷工况下, 可再生能源空调的一次能源利用率比空气源电动空调略低, 说明多种可再生能源集成互补空调在中国东北和华北以冬季供暖为主的平原农村地区具有优势。

3.2 经济分析

本文对可再生能源空调和空气源电动空调及燃气热水器地板辐射供热系统进行了运行能耗费用比较, 结果如表2所示。

从表2可以看出, 供热工况下, 可再生能源空调的能耗费用是空气源电动空调的30%, 是燃气热水器地板辐射供暖系统的41%;供冷工况下, 可再生能源空调是空气源电动空调的73.4%, 可再生能源空调在运行能耗费用方面也具有优势, 适合在中国以冬季供暖为主的华北和东北平原农村地区应用。

4 结语

多种可再生能源集成互补空调系统利用了太阳能、生物质能、地热能, 将三种形式可再生能源集成互补利用, 克服了单一形式可再生能源系统不稳定性的缺点, 提高了系统的稳定性。秸秆气化燃气燃烧过程, 与化石燃料的燃烧过程相比较, 没有SO2等污染气体的排放。燃烧排放的CO2被下一年农作物生长过程中的光合作用所吸收, 因此有效减弱了温室气体效应。不采用压缩机, 振动小, 噪声小, 冬季采用在火炕中埋设盘管, 辐射供暖热舒适性好。利用这种系统供暖供冷, 减少了不可再生能源的利用, 对于缓解能源紧张、生态破坏、环境污染的状况十分有利。

摘要：简述了中国农村能源消耗状况及可以利用的三种可再生能源状况, 提出了一种利用地热能、太阳能、生物质能三种形式可再生能源集成互补供暖空调系统, 并对此系统进行了热力学和经济性分析。

关键词：农村,可再生能源,供暖空调系统,热力学和经济性分析

参考文献

[1]闫丽珍, 闵庆文, 成升魁.中国农村生活能源利用与生物质能开发[J].资源科学, 2005, 27 (1) :8-13.

能源利用系统 第6篇

能源是人类生存和发展的重要物质基础。由于石化能源的不可再生性, 且随着其的不断使用, 人类正面临着能源短缺的问题。在此背景下, 本文探讨了朗肯循环 (Rankine Cycle) 在低品位能源中的利用, 并探讨相关关键技术问题。

1 朗肯循环基本原理

朗肯循环流程如图1所示, 其基本工作循环如下:液态循环工质在热交换器中吸收热量而被加热变成气体;高温高压气体通过膨胀机进行膨胀对外做功;从膨胀机流出的气体的温度和压力都已大大降低, 变成乏气;低温低压的乏气进入冷凝器进行冷却, 变成液态工质;最后液态工质通过循环泵被提高压力后送回热交换器, 由此形成一个循环。

2 工业废热方面朗肯循环的应用

2.1 应用途径

目前工业所消耗的能源中只有少部分被合理利用。我国的能源利用率仅仅33%, 至少50%的能源被浪费掉。目前工业余热的回收利用主要分为热回收和热功转换。热回收主要是通过热交换, 把余热用在预热、干燥等工艺流程中来提高能源的利用率。这种技术降低温度品位, 但仍以热能形式回收, 是一种降级利用, 其效率不高。热功转换主要是把热能转化为机械能或者电能。目前热功转换技术主要有朗肯循环、氨水Kalina循环等。其中朗肯循环系统具有机动性好、安全性高和对维护保养要求比较低等优点。目前朗肯循环高温余热 (高于500℃) 发电技术已经比较成熟, 国内的水泥企业已利用这种技术来提高能源利用率。但朗肯循环中低温余热发电技术发展比较落后, 没能在工业中得到很好的应用。

2.2 关键技术

朗肯循环系统是通过膨胀机来实现能源转换的, 膨胀机的设计是关键。在废热发电中多采用汽轮机, 要求相同余热量条件下发电功率最大化。在设计中, 首先按设计条件确定通流部分的几何尺寸, 之后依据设计工况下理想比焓降的大小来决定调节级的型式, 最后采用速度三角形法确定级通流部分的主要尺寸以及内功率和级效率。热交换器、泵等的设计制造可参考制冷、化工行业的热交换设备。此外工质的选取也直接影响到能源回收的效率, 朗肯循环在高温余热发电系统中多采用水来作为工质, 在中低温废热发电中多采用有机介质。上海交通大学的冯驯、于立军等人以纯质R123、R141b、R245ca和混合工质R141b/RC318作为工质对有机朗肯循环中低温余热发电系统进行研究, 其中R141b的热效率是最高的[1]。

2.3 发展趋势

在工业废热发电中, 有机朗肯循环 (ORC) 相比于水蒸汽朗肯循环而言, 具有可回收较低温度的废热、工作压力低、在较冷天气不需要增加防冻设施等优点, 因此工业废热ORC系统是未来发展的趋势。在发达国家已将有机朗肯循环应用于中低温余热发电中并实现了商业化, 涌现出许多ORC设计与制造厂商, 例如日本的三菱、美国的ORMAT公司、德国的GMK公司等[2]。近几年, 国内的一些单位也陆续开展了对ORC中低温余热发电理论和实验的研究工作, 如上海交通大学研制了1kW低品位热能利用ORC发电系统的实验装置。目前国内基本完成了ORC系统建模与仿真、热力分析计算、对不同工质的性质比较, 冷凝器和换热器稳态及动态特性分析等工作也在进行中, 但相关成果仍停留在理论研究层面, 未实现实用化, 要实现ORC设备制造仍需进一步的研究[3,4]。

3 太阳能方面朗肯循环的应用

3.1 应用途径

现在太阳能发电主要分为太阳能光伏发电和太阳能热发电。光伏发电主要是利用半导体内部的光电效应来发电。太阳能热发电是通过朗肯循环原理, 利用集热器将工质转换为气体, 通过膨胀机来作功发电。光伏发电的成本相对而言较高且寿命有限, 而太阳能热发电具有运行效率高、初投资及运行成本低的特点, 故太阳能热发电技术越来越受到重视。

3.2 关键技术

在太阳能热发电系统中, 集热器的效率直接影响着整体效率。目前太阳能集热器主要分为平板集热器、真空管集热器、槽式聚光集热器、碟式聚光集热器和塔式聚光集热器。其中碟式聚光集热器和塔式聚光集热器的工作温度比较高, 分别是250℃～700℃和500℃～1 000℃, 主要用于高温发电, 由于太阳能分散性强、能流密度低的特点, 要求集热装置高聚焦比、大面积、复杂跟踪聚焦, 因此成本较高。其他几种集热器的工作温度多在350℃以下, 相应的成本较低[5,6]。我国在集热器研究上起步比较晚, 目前主要对材料和小型部件进行研究, 还有许多问题迫切需要解决。

3.3 发展趋势

太阳能热发电往往会受到季节、雨雪等气候条件的影响。高温热发电的成本往往很高, 而成本不高的太阳能低温热发电技术有很大的利用空间。目前国内对太阳能低温热发电技术进行了大量的研究, 华北电力大学的韩中合等人选取R600、R245fa等9种有机工质, 用热力学第一、第二定律对其进行了计算分析, 得出以R245fa为工质的太阳能低温热发电效率较高[7,8,9,10]。

4 发动机废热方面朗肯循环的应用

4.1 应用途径

汽车内燃机燃料燃烧释放的热量中仅仅部分作为有用功输出, 其他通过各个途径散失到环境中, 被浪费掉。表1为柴油机和汽油机的热平衡表。由表1可知, 柴油机和汽油机的燃料燃烧所放出的能量仅有三分之一左右被有效利用, 因此发动机废热具有很大的利用空间。目前, 国内外在利用发动机余热方面主要有废气涡轮增压、制冷空调等。其中朗肯循环回收发动机余热的方法回收利用效率较高, 能提高发动机总效率5%~12%[11]。

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4.2 关键技术

汽车发动机排气温度通常在400℃, 部分工况达到600℃～700℃。由表1可知发动机废气带走的热量要占到约1/3, 可回收性比较高, 目前主要是针对废气进行废热回收。发动机废热回收系统要求结构简单、体积小、效率高、抗震动并且不影响原发动机的工作特性。废热回收系统要与内燃机动力系统相耦合。目前朗肯循环系统中的膨胀机多采用单螺杆膨胀机, 该装置具有运行平稳、噪声低、结构简单和适用范围广等特点;热交换器的设计也直接影响着回收效率, 由于管壳式热交换器结构牢固可靠、耐高温高压以及清洗换热面比较方便, 往往采用这一种[12];同时选择合适的工质也是关键技术之一, 美国威斯康星大学的DiegoA.Arias等人利用ToyotaPrius混合动力车的试验数据建立了模型, 分析了工质种类和运行参数对燃油经济性和系统尺寸成本的影响[13]。

4.3 发展趋势

由于目前换热器的效率不是很高, 经过一次朗肯循环后汽车尾气仍有大量能量, 需采取双朗肯循环。2005年宝马公司在宝马3系列汽车上加装了双朗肯循环废热回收系统, 系统中采用了高温和低温两个循环, 工质分别是水和乙醇, 使各循环工质与发动机排气之间进行热交换, 极大地提高了尾气余热的利用率[14]。目前此方面国内研究的比较少, 且多为结构概念方面的研究和简单的理论计算。国外对这方面研究比较多, 除了宝马公司, 本田公司针对混合动力汽车上用的2.0L发动机使用往复活塞式膨胀机作为朗肯循环的做功部件, 并开发了一套能够根据发动机工况产生不同温度和压力工作蒸汽的控制系统[15]。因此我们有必要对该技术进行深入的理论和试验研究。

5 结语

能源利用系统 第7篇

能源审计工作

能源审计主要是通过对企业的能源管理、能源计量、能源统计、主要耗能设备和系统用能状况、能源的购入和使用状况、能源利用技术经济指标等进行全面审查、统计、测试、诊断和定量分析评价。通过能源审计掌握该企业能源管理状况、用能水平及节能技术改造的实施, 重点排查用能的薄弱环节, 寻找节能潜力与机会。2010年经天津市经信委批准为天津市能源审计机构。截止目前共进行能源审计企业达10家。

清洁生产审核工作

清洁生产, 是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺技术与设备、改善管理、综合利用等措施, 从源头削减污染, 提高资源利用效率, 减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放, 以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。我站截止目前共进行清洁生产审核企业达4家。

节能量审核工作

用能企业节能项目改造前与后能耗的节能量相比较的审核量核查。此项工作我站对和平区、河西区、河北区、东丽区、西青区、津南区、宝坻区、蓟县等16家企业进行了节能量审核工作。

部分承检项目:

工业锅炉节能监测/热力输送系统节能监测/蒸汽加热设备节能监测/干燥窑与烘烤炉节能监测/

合理用水节能监测/设备热平衡测试/企业电平衡测试/三相异步电动机经济运行监测/

工业热处理电炉节能监测/工业电热设备节能监测/压缩式制冷机组节能监测/

风机机组及管网系统节能监测/企业供配电系统节能监测/空压机组及供气系统节能监测/

水泵机组节能监测/水平衡测试/节能用水监测

测试站负责人介绍:

站长:贾军 副站长:任长青、李纪周、陈芳 综合办公室主任:刘峰

监测室主任:尚克武 检测室主任:霍全兰 资料室副主任:陈杉

通讯地址:天津市南开区科研西路9号B1座5楼邮政编码:300192

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