企业能流图与节能效率

企业能量平衡讲课内容一、企业能量平衡概述二、企业能耗技术指标三、能量分析方法四、企业电平衡五、企业热平衡六、企业水平衡七、企业能量平衡表和能流图的编制一、企业能量平衡概述（一）企业能量平衡（二）企业能量平衡系统（三）企业能量平衡模式（一）企业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，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。（二）企业能量平衡系统（1）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、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，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，这是我们建议的企业能量平衡模式中最基本的一点。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，合理使用购入能源费用，必须强化企业购入贮存环节的统计分析与管理。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。（2）加工转换加工转换是企业工艺所需直接消耗的能源转换环节，包括一次转换和二次转换。一次转换部门有发电站（或热电站）、锅炉房、炼焦厂、煤气站等；二次转换部门有变电站、空气压缩站、制冷站等。要特别注意，一次转换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。加工转换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。（3）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。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。各企业应该加强这方面的计量与考核。（4）最终使用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个主要部分：主要生产，辅助生产，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、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。与日常考核格局一致，指标一致，使于取得数据，便于管理。（三）企业能量平衡模式任何企业用能系统都可简化成这样一种标准形式，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。企业能量平衡系统图其中：Q0——供入系统能源总量等价值；Q——供入系统能源总量当量值；ηk——企业用能环节k的能源利用率（k＝1,2,3,4）；ηk,i——企业用能环节k中第i单元能源利用率（i＝1,2,…,I）；Xk,i——供入企业用能环节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k能源量占投入系统能源总量Q的比重：即：)4,3,2,1(11kXkiik同时3214213121,,,1XXXX　　　),,3,2,1(1,IiXXIiikk　　kIiikikkXX,,显然，企业用能系统的能量流，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能源利用率η0和企业能量利用率η分别为：432104100QQQQkk；432141kkQQ＜所以因为00＞Q，Q二、企业能耗技术指标（一）能耗（二）利用率（三）回收率（一）能耗（1）单耗单位产品能耗=某种能总耗量/某种产品产量单位产值能耗=某种能总耗量/生产总值（2）综合能耗单位产品综合能耗=各种能总耗量/某种产品产量单位产值综合能耗=各种能总耗量/生产总值（3）可比能耗可比能耗=各种能总耗量/标准产品产量可比能耗=标准工序总耗能量/产品产量（4）工序能耗工序能耗=某工序总耗能量/某工序半成品产量（一）能耗能量换算系数（二）利用率（1）设备热效率：即：对于用能设备：Q有效——为工艺有效热；Q供入——为供入设备的所有能量；Q损失——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）企业能源利用率：即其中：企业有效能量=系统效率x系统耗能量企业总综合能耗量Q＝Q1＋Q2＋Q3－Q4－Q5；Q1——一次能源消耗量；Q2——二次能源消耗量；Q3——耗能工质的能源消耗量；Q4——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。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×转换效率×传输效率×使用效率串联系统效率：η系统＝η购入×η转换×η输送×η利用＝η1×η2×η3×η4＝ηi并联系统效率：其中：——用能单元i的能源消耗总量；ηi——用能单元i的能源利用率。由上述可以看出，和ηi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＝1＝iiiiiiQQ＝系统iQiQ（三）回收率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，将成为今后企业节能的重要方向。回收能供入能回收能回收率三、能量分析方法（一）热力学第一定律分析法（二）热力学第二定律分析法（三）热经济学分析法热力学第一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，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。优点：简单直观，容易理解和掌握，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。案例分析锅炉用能平衡图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+火无火用分析法：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，火用效率定义为：η=实际被利用的火用/理论上所提供的最大可利用火用案例分析WMAX,(B)=EX,Q(B)WMAX,(A)=EX,Q(A)BTBQ0Q0QQ环境T0ATA求解下列两种情况下，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℃。（1）TA=（420+273）K=693K，TB=（400+273）K=673K因为TA＞TB＞T0，热量从A传向B，故kJ.QTTTIAB2865110069316731300110（2）TA=（70+273）K=343K，TB=（50+273）K=323K因为TA＞TB＞T0，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ΔT，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，对低温换热器尤为重要。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，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。四、企业电平衡企业电平衡就是企业电能平衡，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。五、企业热平衡（一）热平衡的基本概念（二）热平衡的原则方法（三）热流图（四）热平衡的实施（五）企业（装置）热平衡测试实例（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，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、节约用能提供科学依据。（二）热平衡的原则方法（1）选择热平衡的对象（2）明确热平衡的体系（3）进行热平衡测试（4）整理实验数据、编制“热平衡表”（5）计算各项技术指标，分析热平衡结果（6）绘制热流图综上所述，进行热平衡的原则方法大致可归纳为：选择对象、明确体系、热工测试、整理计算、分析结果和绘制图表。（三）热流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。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，也可以画成比较复杂的分区图。工程设备到企业均可以绘制