企业能流图与节能效率上课讲义.ppt
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1、企业能量企业能量(nngling)(nngling)平衡平衡 第一页,共105页。讲讲 课课 内内 容容 一、企业一、企业(qy)(qy)能量平衡概述能量平衡概述 二、企业二、企业(qy)(qy)能耗技术指标能耗技术指标三、能量分析方法三、能量分析方法四、企业四、企业(qy)(qy)电平衡电平衡 五、企业五、企业(qy)(qy)热平衡热平衡 六、企业六、企业(qy)(qy)水平衡水平衡 七七、企企业业(qy)(qy)能能量量平平衡衡表表和和能能流流图图的的编制编制 第二页,共105页。一、企业一、企业(qy)能量平衡概述能量平衡概述(一)企业能量平衡(一)企业能量平衡(pnghng)(pngh
2、ng)(二)企业能量平衡(二)企业能量平衡(pnghng)(pnghng)系统系统 (三)企业能量平衡(三)企业能量平衡(pnghng)(pnghng)模式模式 第三页,共105页。(一)企业(一)企业(qy)(qy)能量平衡能量平衡 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(j sh i zo),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各用能环节和单元之
3、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。第四页,共105页。(二)企业(二)企业(qy)(qy)能量平衡系统能量平衡系统(1)购入贮存)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。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、企业购入贮存的能源种类一般包
4、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。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,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;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的能源资源量;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求量降下
5、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业能量平衡模式(msh)中最基本的一点。中最基本的一点。第五页,共105页。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(hl)使用购入能源费用,必须强化企业购入贮存环节的统计
6、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,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。第六页,共105页。(2)加工转换)加工转换(zhunhun)加工转换加工转换(zhunhun)是企业工艺所需直接消耗的能源转换是企业工艺所需直接消耗的能源转换(zhunhun)环节,环节,包括一次转换包括一次转换(zhunhun)和二次转换和二次转换(zhunhun)。一次转换。一次转换(zhunhun)部门部门有发电站(或热电站)、锅炉房、炼焦厂、煤气站等;二次转换有发电站(或
7、热电站)、锅炉房、炼焦厂、煤气站等;二次转换(zhunhun)部部门有变电站、空气压缩站、制冷站等。要特别注意,一次转换门有变电站、空气压缩站、制冷站等。要特别注意,一次转换(zhunhun)部门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。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。加工转换加工转换(zhunhun)环节中重大耗能设备多,也是节能潜力大的环节,应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。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)输送分配输送分配是将企业用能送到各终端用能部门的一
8、个重要环节,如各种输电线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。路,蒸汽、煤气管网等,均可列入输送分配系统。第七页,共105页。对大多数企业来说,能源的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(jiqing)这方面的计量与考核。第八页,共105页。(4)最终使用)最终使用最终使用是
9、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,辅助个主要部分:主要生产,辅助(fzh)生产,采暖(制冷),照明,运输,生活及生产,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其他。更进一步细分,还可将主要生产和辅助(fzh)部门细分成各生产车间,生部门细分成各生产车间,生产车间又可按重大用能设备细分。如钢厂可以按烧结、球团、
10、炼铁、炼钢、轧钢来产车间又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。一致,指标一致,使于取得数据,便于管理。第九页,共105页。(三)企业能量(三)企业能量(nngling)(nngling)平衡模平衡模式式任何企业用能系统都可简化成这样一种标准形式(xngsh),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
11、量平衡(pnghng)系统图第十页,共105页。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(hunji)k的能源利用率(k1,2,3,4);k,i企业用能环节(hunji)k中第i单元能源利用率(i1,2,I);Xk,i供入企业用能环节(hunji)k中第i单元能源量占投入系统能源总量 Q的比重;Xk供入企业用能环节(hunji)k能源量占投入系统能源总量Q的比重:即:第十一页,共105页。同时(tngsh)显然,企业(qy)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(qy)能源利用率0和企业(qy)能量利
12、用率分别为:第十二页,共105页。二、企业二、企业(qy)能耗技术指标能耗技术指标(一一)能能 耗耗(nn ho)(nn ho)(二)利用率(二)利用率 (三)回收率(三)回收率 第十三页,共105页。(一)能耗(一)能耗(nn ho)(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=各种能总耗量各种能总耗量/生产总值生产总值(3
13、 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(nngling)/(nngling)/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(nngling)/(nngling)/某工序半成品产量某工序半成品产量第十四页,共105页。(一)能耗(一)能耗(nn ho)(nn ho)能量能量(nngling)(nngling)换换算系数算系数 第十五页,共105页。(二)利用率(二)利用率(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
14、效有效为工艺为工艺(gngy)有效热;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。第十六页,共105页。第十七页,共105页。(2)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=系统效率系统效率x系统耗能量系统耗能量 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非能源转换非能源转换(zhunhun)企业自产外销的二次能源消耗量。企业自产外销的二次能源
15、消耗量。第十八页,共105页。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(sh sn)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。由上述可以看出,和i大的单元对系统影响显著。第十九页,共105页。(三)回收率(三)回收率 反反映映企企业业能能量量回回收收所所带带来来的的收收益益和和由由于于能能量量回回收收而而带带来的燃料消耗节约率来的燃料消耗节约率 随随着着节节能能工工作作的的深深入入,除除了了不不断断改改进进设设备备,提提高高设设备备用用能能利利用用率率外外,能能量量回回收收,提提高高整整个个企企业业的的能能量量回
16、回收收率率,将成为今后企业节能的重要将成为今后企业节能的重要(zhngyo)(zhngyo)方向。方向。第二十页,共105页。三、能量三、能量(nngling)分析方法分析方法(一一)热热力力学学第第一一(dy)(dy)定定律律分分析析法法 (二)热力学第二定律分析法(二)热力学第二定律分析法 (三)热经济学分析法(三)热经济学分析法 第二十一页,共105页。热力学第一热力学第一(dy)定律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(lingd),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
17、分析,该方法应用广泛,主要利用热效率指标来进行评价,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。第二十二页,共105页。优点:简单直观,容易理解(lji)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。第二十三页,共105页。案例案例(n l)分析分析锅炉(gul)用能平衡图第二十四页,共105页。热力学第二热力学第二(d r)定律定律热力学第二定律:当任何一种(y zhn)形式的能量被转移或转化为另一种(y zhn)形式的能量时,其品位只可能降
18、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+火无第二十五页,共105页。火火用分析法: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
19、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(dngy)为:=实际被利用的火用/理论上所提供的最大可利用火用第二十六页,共105页。案例案例(n l)分析分析求解下列两种情况(qngkung)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。第二十七页,共105页。(1)TA=(420+273)K=693K,TB=(400+273)K=673K 因为(yn wi)TATBT0
20、,热量从A传向B,故(2)TA=(70+273)K=343K,TB=(50+273)K=323K 因为(yn wi)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(snsh)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。第二十八页,共105页。热经济学分析法热经济学分析法 20世纪60年代以来,在节能领域产生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(ch le)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
21、,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。第二十九页,共105页。四、企业四、企业(qy)电平衡电平衡 企业电平衡就是(jish)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。第三十页,共105页。五、企业五、企业(qy)热平衡热平衡(一)热平衡的基本概念(一)热平衡的基本概念 (二)热平衡的原则方法(二)热平衡的原则方法 (三)热流(三)热流(r
22、li)(rli)图图 (四)热平衡的实施(四)热平衡的实施 (五)企业(装置)热平衡测试实例(五)企业(装置)热平衡测试实例 第三十一页,共105页。(一)热平衡的基本概念(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
23、,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、节约(jiyu)用能提供科学依据。第三十二页,共105页。(二)热平衡的原则(二)热平衡的原则(yunz)方法方法 (1 1)选择热平衡的对象)选择热平衡的对象 (2 2)明确热平衡的体系)明确热平衡的体系(tx)(tx)(3 3)进行热平衡测试)进行热平衡测试 (4 4)整理实验数据、编制)整理实验数据、编制“热平衡表热平衡表”(5 5)计算各项技术指标,分析热平衡结果)计算各项技术指标,分析热平衡结果 (6 6)绘制热流图)绘制热流图 综综上上所所述述,进进行行热热平平衡衡的的原原则则方方法法大大致致可可归
24、归纳纳为为:选选择择对对象象、明明确确体体系系(tx)(tx)、热工测试、整理计算、分析结果和绘制图表。、热工测试、整理计算、分析结果和绘制图表。第三十三页,共105页。(三)热流(三)热流(rli)图图 所谓热流图就是热量利用的流向平衡的图。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。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
25、为百分之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,也可百。按照不同的目的和需要,热流图可以画的比较简单,也可以画成比较复杂的分区图。工程以画成比较复杂的分区图。工程(gngchng)(gngchng)设备到企业均可设备到企业均可以绘制热流图。以绘制热流图。第三十四页,共105页。(四)热平衡的实施(四)热平衡的实施(shsh)进进行行企企业业热热平平衡衡常常用用测测试试计计算算法法,即即通通过过对对主主要要用用能能设设备备(shbi)(shbi)的的测测试试,计计算算各各类类用用能能技技术术经经济济指指标标,然然后后分分析析节能途径,制
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