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化工項目節能評估過程中的一些淺顯認識

發布時間:2019-06-13     瀏覽量:18128

化工是原料、材料、能源生產的主要行業。我國的化工生產居機電之后列第三位,GDP20%左右,其增長速度明顯快于同期GDP,主要是化工要為整體生產提供原材料和動力。我國經濟的發展對化工產品有著強大的剛性需求。

化工行業作為高耗能行業之一,其建設項目具有工藝復雜、能耗高等特點,因此,開展好化工行業的節能評估工作,對提高能源利用水平、推動節能減排目標的實現具有重要意義。

一、化工類項目節能評估的主要流程

近些年自治區新建、改建、擴建的化工項目一般為大型綜合性項目及高附加值精細化工項目,具有工藝流程較長且復雜、能源消耗種類多的特點。這些項目在生產工藝過程中往往涉及放熱或吸熱反應、傳質、傳熱、蒸發、過濾、精餾、冷凝、換熱、干燥、儲存運輸等多種過程;輔助生產中使用種類較多、數量較大的動、靜設備,如蒸汽鍋爐、有機熱載體鍋爐、各種壓縮機、制冷機、風機、輸送機泵及各種換熱設備等。

對于如此龐大、復雜的能量利用系統進行節能評估,難度較大。目前開展化工類固定資產投資項目節能評估的主要流程如下:

1)工作準備階段:包括成立評估小組、收集項目資料并編制評估計劃等。

2)項目綜合性分析階段:包括項目產業政策符合性分析、符合的技術規范與設計標準分析等。

3)項目用能分析階段:包括熟悉工藝流程,建立主要工序物料平衡、蒸汽平衡、熱平衡以及水平衡等,梳理項目主要用能設備,分析主要生產、輔助及附屬生產能耗情況等。

4)項目能效計算與評估階段:包括繪制能量平衡表,計算評估項目主要能效指標等。

5)結論及建議階段:對項目節能評估情況進行總結,并提出針對性的節能技術、管理措施建議。

二、化工類項目節能評估的主要內容

1、建設方案節能評估

1)首先看項目選用的工藝技術是否成熟,然后再從生產管理以及實用性、穩定性方面評估工藝方案是否達到了節約物料、減少能源消耗的目的;同時,就工藝流程、生產技術路線等方面與同行業國內外先進工藝進行對比,評估項目是否達到國家規定的能耗限值,工藝流程中是否合理地設置了系統余熱、蒸汽冷凝液等回收裝置。

2)項目總平面布置節能評估

化工項目應選址在地質條件良好的地方,并從交通便利、原料(煤炭)產量大、原料價格合適、水資源豐富等方面全面考慮,綜合評估;從地理方位上考慮,化工項目選址應盡量選在居民區的下風方向。

化工項目總平面布置節能主要考慮以下方面:從建廠條件、自然條件、工程要求、工藝要求等方面考慮合理布置,以達到減少占地、降低能耗、節約投資的目的;各工序聯系緊密,生產作業線簡單直接,避免生產流程交叉、迂回往復;供水、供熱、供電、供汽等公用設施靠近各工序負荷中心,以減小輸送距離,減少線路輸送損失;供水工程盡量采用重力流,利用重力輸水。

2、主要用能工藝節能評估

主要用能工藝(主要用能工序)的節能評估主要包括:用能工序選擇的能源品種是否科學;工藝方案是否先進;項目使用的熱、電等能源是否做到了統籌規劃和充分利用。

對于化工項目,主要用能工序的節能評估是對該工序化學反應及其工藝條件進行分析評估。一個化學反應的發生,可以在不同的條件下進行,但會經歷不同的途徑,從而達到不同的效果。因此,節能評估要對項目設計的化學反應條件進行分析與對比,特別是有溫度、壓力等參數的工序,可以通過計算化學反應速率、利用率和產率等指標進行對比,評估出最佳的工藝條件,以降低工藝能耗。

3、用能設備節能評估

首先,對于生產工藝中的主要用能設備、通用耗能設備進行分析,考察設備的用能效率是否達標,有無國家明令淘汰的設備、生產工藝及用能產品;其次,考察用能設備的選型是否合理,根據項目工藝參數及技術指標等計算設備容量,評估設備容量及裕度選擇是否合理。化工項目用能設備種類多且復雜,但其中一部分為靜設備,不涉及到用能,不是評估分析的重點,用能設備主要集中在壓縮機、泵、風機等耗電設備,以及鍋爐、反應爐、汽輪機等供熱和耗熱設備上。

用能設備除了按照相關的標準核算進行對標外,選擇適宜的設備也是降低能耗的一個關鍵因素。設備的好壞直接影響產品收率、原材料利用率等,選擇適宜的設備可以節約原材料、提高原材料利用率、優化操作條件、降低生產能耗。因此,節能評估中要對工藝基本參數和基礎數據評估后進行引用,核算設備容量、電機配置等是否合適,并選取最合適的使用環境,堅持“最好的不一定是最合適的、最合適的才是最實用的”的原則。

4、輔助、公用設施節能評估

化工項目的輔助設施主要是指給項目提供熱力和儀表空氣、氧氣、氮氣等耗能工質的設施。輔助、公用設施節能評估就是對項目配套的供配電設施、控制系統、給排水、生活照明等輔助生產設施的能耗進行計算,并進行能耗分析、比對和評估,確保符合相關要求。

廠房、辦公樓、食堂、職工宿舍等建筑要通過室外氣象資料、建筑采暖能耗、建筑照明能耗等計算建筑能耗,確保符合《全國民用建筑工程設計技術措施節能專篇》中的相關要求。

5、項目能源消耗計算及能耗水平評估

1)綜合能源消費量計算

綜合能耗指化工生產過程中實際消耗的各種能源,包括一次能源(如燃料煤、氣化原料煤)、二次能源(柴油、電)等,均折算成標準煤。折算原則是以原料煤或燃料煤的收到基低位發熱量為基礎進行折算,自產能源和耗能工質等根據實測值計算折算值,當不具備實測條件時按《綜合能耗計算通則》(GB/T2589-2008)或參照國家統計局公布的數據予以確定。化工項目綜合能源消費量計算公式如下:

式中:E—項目綜合能耗,kgce

      n—輸入的能源種類數量;

      Ei生產過程中輸入的第i種能源實物量,tkWhm3

      ki輸入的第i種能源的折標系數,kgce/tkgce/kWhkgce/m3

      m—輸出的能源種類數量;

      Ej生產過程中輸出的第j種能源實物量,tkWhm3

      kj輸出的第j種能源的折標系數,kgce/tkgce/kWhkgce/m3

2)能效水平評估

工業增加值=工業總產值-工業中間投入+本期應交增值稅

單位工業總產值綜合能耗=項目綜合能耗/工業總產值

單位工業增加值綜合能耗=項目綜合能耗/工業增加值

通過計算出的能耗數據與項目所在地的年度萬元生產總值能耗進行比較,確定項目的建立對項目所在地萬元生產總值能耗不會有較大影響。

三、化工項目重點節能措施

1、熱能的梯次利用

化工生產工藝流程中,一般化學反應、產品濃縮、干燥等往往要消耗熱能,多采用不同壓力等級的蒸汽為熱源,工藝流程一般根據在制品的工藝溫度要求對蒸汽采取梯次利用,達到熱能利用率最大化。化工裝置中還設有逆程式再沸器、多效蒸發器、真空干燥器和閃蒸器等換熱設備,這些換熱設備在熱能利用過程中起到了熱能梯次利用和余熱余壓利用的作用,也能達到提高熱能利用率的目的。

2、余熱余壓余能的利用

化工企業多為耗熱能大戶,低品位余熱資源較多,合理利用低位熱能,回收低位熱能副產蒸汽,蒸汽凝結水再用于鍋爐給水、冬季采暖等,夏季則采用熱泵技術回收低位熱能制冷;對于高位熱能,可采用在反應器中設置再生器內外取熱器以及在再生煙氣系統設置余熱鍋爐的方式予以回收,內、外取熱器產生的飽和蒸汽再在再生煙氣余熱鍋爐中過熱,產生過熱蒸汽,達到回收高位熱能的目的。

3、變頻調速節能技術

化工裝置中變流量、變壓力的機泵設備較多,可采用變頻調速器控制電機轉速,實現對風機和輸送泵流量、壓力的調節,滿足工藝要求的同時節約能源;項目中可加裝變頻器,一次壓縮機、二次壓縮機采用同步電機驅動,以提高電網系統的功率因數,節約電能;部分生產設備、生產輔機、動力輔機、循環水泵、補水泵、風機、空壓機等可采用變頻技術降低設備的啟停頻率,優化設備及系統運行,使設備能耗隨生產負荷的降低逐步降低,從而極大地降低機泵的電力消耗。

四、化工類項目節能評估報告編制要點

1、折標系數選取

化工項目使用能源及耗能工質較多,其主要消耗能源有電力、天然氣、蒸汽、燃料氣、新水、脫鹽水、壓縮空氣、循環水等。項目能源消耗的計算過程中,能源及耗能工質折標系數的選用參考《綜合能耗計算通則》(GB/T2589-2008)(以下簡稱“《通則》”)及《石油化工設計能耗計算標準》(GB/T50441-2007)。

電力、天然氣、燃料油、新水等折標系數的選擇可以參照《通則》選用,但蒸汽、循環水、脫鹽水、冷凍水系數的選擇因其規格的不同再用《通則》就不準確了。例如,項目使用的蒸汽往往品質不同,不能統一采用《通則》中0.1286kgce/kg的折標系數進行核算,而應該參照《石油化工設計能耗計算標準》(GB/T50441-2007)進行選取,該標準蒸汽折標系數匯總如下:

表1  蒸汽折算值一覽表

序號

類別

單位

能量折算值MJ

能量折算值kg標準油

條件

1

10.0MPa級蒸汽

t

3852

92

7.0MPaP

2

5.0MPa級蒸汽

t

3768

90

4.5MPaP7.0MPa

3

3.5MPa級蒸汽

t

3684

88

3.0MPaP4.5MPa

4

2.5MPa級蒸汽

t

3559

85

2.0MPaP3.0MPa

5

1.5MPa級蒸汽

t

3349

80

1.2MPaP2.0MPa

6

1.0MPa級蒸汽

t

3182

76

0.8MPaP1.2MPa

7

0.7MPa級蒸汽

t

3014

72

0.6MPaP0.8MPa

8

0.3MPa級蒸汽

t

2763

66

0.3MPaP0.6MPa

9

0.3MPa級蒸汽

t

2303

55


2、項目能耗計算

以化工項目主要用能及耗能工質種類電、蒸汽為例,說明項目能耗計算中指標選取及實物量計算方法。

1)項目用電計算

項目用電量預測通常采用需要系數法,即采用用電設備功率、運行時間、需要系數和同時系數相乘估算計算負荷,年運行時間通常一班制可取1860h,二班制可取3720h,三班制可取5580h,需要系數及同時系數選用參照《工業與民用配電設計手冊》(第四版),該手冊部分工業及建筑用電設備需用系數匯總如下:

表2  部分工業及建筑用電設備需要系數

用電設備名稱

需用系數

干燥箱、電加熱器等

0.40~0.60

冷凍機組

0.85~0.90

各種水泵

0.60~0.80

冷水機組

0.65~0.75

通風機

0.60~0.70

鍋爐房用電

0.75~0.80

生產廠房照明(有天然采光)

0.80~0.90

生產廠房照明(無天然采光)

0.90~1.00

辦公樓照明

0.70~0.80

2)項目用蒸汽計算

項目用蒸汽量計算通常采用終端蒸汽使用設備設計單位時間耗蒸汽量,并考慮使用效率、管網熱損失后乘以實際使用時間得出。在核算項目蒸汽消耗的過程中,因為化工類項目往往涉及副產蒸汽的對外輸送,所以在清楚地界定項目邊界的基礎上,蒸汽消耗量計算中應對外供蒸汽量予以扣減。

蒸汽使用設備的熱效率以及蒸汽輸送環節的管網損失選取和估算,對項目蒸汽消耗量計算十分重要。通常,化工項目蒸汽利用都包含多個環節的輸送,因其工藝過程復雜、涉及設備設施較多,一般化工項目蒸汽加熱設備熱效率不大于65%,最低的干燥設備熱效率僅有20%左右,如果再將約5%管網泄漏及熱損耗計入,蒸汽利用率還會一定程度的下降,因此,在核算終端用蒸汽加熱設備熱效率時,要針對加熱設備的具體情況選用熱效率指標或測試其熱效率,一般蒸汽加熱設備熱效率情況如下:

表3  部分蒸汽加熱設備效率

項目

加熱方式

熱效率%

輸送損耗%

蒸煮設備

直接加熱

30

5

間接加熱

25

蒸發設備

二效

50

三效及以上

60

蒸餾設備

精餾

55

蒸餾

65

干燥設備

排列管式

15

滾筒式

20

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附件:西部分公司--20181127化工項目節能評估過程中的一些淺顯認識(肖鈺杰刊發稿).docx

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