常用节能技术及合同能源管理

主要内容：

一.常用节能技术

二.合同能源管理(EMC)设备能源部第一页，共九十二页。一、常用节能技术设备能源部第二页，共九十二页。2023/5/61、工业余热回收利用技术第三页，共九十二页。§1.1概述

余热是指在目前条件下有可能回收和重复利用而尚未回收利用的那部分能量

余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的第五大常规能源我国工业企业的余热利用潜力很大，余热利用在当前节约能源中占重要地位余热资源的回收利用，要求工艺上需要、技术上可行、经济上合理和保护环境，因此并非轻而易举的事情如何应用当代最新科学技术，充分利用余热资源是摆在我们面前的重要任务第四页，共九十二页。§1.2常见的余热资源

高温烟气的余热约占余热资源总量的50%

高温产品和炉渣的余热约占余热资源总量的4%～6%

冷却介质的余热约占余热资源总量的15%～23%

可燃废气、废液和废料的余热约占余热资源总量的8%

废水的余热约占余热资源的10%～16%

化学反应余热约占余热总量的10%第五页，共九十二页。§1.3按温度划分的余热资源高温余热中温余热低温余热来源温度/℃来源温度/℃来源温度/℃熔炼反射炉1000~1300工业锅炉排烟230~480工厂蒸汽凝结水55~90精炼反射炉650~1650燃气轮机排气37~540轴承冷却水30~90沸腾焙烧炉850~1000往复式发动机排气320~600成型模冷却水25~90钢锭加热炉930~1035热处理炉排烟420~650内燃机冷却水66~120干法水泥窑620~735干燥/烘干机排气230~600泵冷却水25~90玻璃熔窑980~1540催化裂化装置430~650空调/制冷冷凝器32~45垃圾焚烧炉845~1100退火炉冷却系统430~650工厂热流体/热固体30~230第六页，共九十二页。§1.4按行业划分的余热资源行业余热资源来源占燃料消耗量的比例冶金轧钢加热炉、均热炉、平炉、高炉、转炉、焙烧炉、热处理炉、炼焦炉、烧结炉等33%以上化工化学反应热，如造气、变换气、合成气等的物理显热；可燃化学热，如炭黑尾气、电石气等的燃料热15%以上建材高温烟气、炉顶冷却、高温产品等约40%玻搪玻璃熔窑、搪瓷窑、坩锅窑等约20%造纸烘缸、蒸锅、废气、黑液等约15%纺织烘干机、浆纱机、蒸煮锅等约15%机械锻造加热炉、冲天炉、热处理炉、汽锤乏汽等约15%第七页，共九十二页。§1.5按种类分布的余热资源第八页，共九十二页。§1.6余热资源等级（GB/T1028-2000）余热资源等级余热利用投资回收期（a）常见余热资源举例一等余热资源<3可燃性废气、废液、废料供热系统中的冷凝水400℃以上温度的烟气砖瓦窑炉中干燥坯体的低温烟气二等余热资源3～6250-400'C温度的烟气80℃以上的冷却水可利用的高温排渣三等余热资源>6250℃以下温度的烟气可利用的中温排渣第九页，共九十二页。

把重点放在提高现有设备的效率上，尽量减少能量损失

余热优先由本设备或本系统加以利用，如预热助燃空气、

预热燃料或被加热物体（工质、工件）

生产蒸汽或热水，以及产生动力进行详细的经济、技术和环境可行性分析§1.7余热回收原则第十页，共九十二页。111减少余热产生（1）改进前的热网络§1.8余热回收利用实例第十一页，共九十二页。（2）改进后的热网络第十二页，共九十二页。2、蓄热式燃烧技术（1）早期的工业炉窑第十三页，共九十二页。（2）安装空气预热器的工业炉窑第十四页，共九十二页。（3）蓄热式燃烧技术第十五页，共九十二页。3、余热制冷合成氨工艺余热制冷技术系统图第十六页，共九十二页。3、余热制冷氯碱化工工艺HRC技术HCL装置32℃38℃工艺应用80℃90℃8℃13℃冷需求余热第十七页，共九十二页。4余热锅炉第十八页，共九十二页。2023/5/6195、余热发电第十九页，共九十二页。5、余热发电第二十页，共九十二页。干熄焦节能效果

干法熄焦可以回收红焦显热的80%（红焦显热占炼焦热耗的35%～40%），吨焦可产生3.9MPa的蒸汽0.45t

干熄焦使焦炭质量得到提高，抗碎强度M40提高3%～4%，耐磨强度M10提高0.3%～0.8%，热反应性降低10%～13%；在焦炭质量不变的条件下，可多配10%～20%弱黏结性煤，节水0.38t／t焦

高炉使用干熄焦的焦炭可增产1%，降焦比2%第二十一页，共九十二页。2023/5/6225、余热发电第二十二页，共九十二页。6、热管技术热管的工作原理

热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3×10-1～1.3×10-4Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段）。根据应用需要在两段中间可布置绝热段。1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液

第二十三页，共九十二页。6、热管技术热管的工作过程1）通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯热量从热源传递到液－汽分界面；2）液体在蒸发段内的液－汽分界面上蒸发；3）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；4）蒸汽在冷凝段内的汽－液分界面上凝结；5）热量从汽－液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源；6）在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。饱和蒸汽工作液体吸液芯第二十四页，共九十二页。8、热管技术热管的基本特性1）超强的导热性导热速度快、强度大、效率高。2）良好的等温性良好的等温性使热管在很小的温差下，传递很大的热通量，传热阻力小。3）热流密度可变性以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量；或反之。4）热流方向可逆性此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。5）安全可靠性不存在管内超压，不怕干烧。6）环境的适应性不受环境的限制，可根据环境的需要而单独设计。7）应用领域广超导热管形状具有更大的灵活性，能适应各种恶劣的工作环境。应用范围广。第二十五页，共九十二页。2、蒸汽热力系统节能第二十六页，共九十二页。俗话说，工业企业开工四件事：水、电、汽、气。蒸汽作为应用最广泛的热量载体，广泛应用于石油、石化、化工、造纸、包装、食品、酿造、烟草、医药等领域，占工业用能的50%以上。主要用途有：

换热伴热机械驱动力工艺混合

加湿干燥采暖吹扫等§2.1蒸汽的主要用途第二十七页，共九十二页。蒸汽作为传热介质的主要优点

蒸汽热容量高，输送同样热量时，管道费用低蒸汽是最适合长距离传递的热量载体蒸汽管道中，只要有压力降就有流动，省去了昂贵的循环泵系统蒸汽系统弹性大，在一定范围内负载调节简便蒸汽使用二通控制阀就能控制，避免使用三通阀

温位容易控制，控制了压力就控制了温度

传热量容易计算和控制，控制了流量就控制了热量蒸汽无色无味，不污染环境蒸汽到介质的传热系数通常是从水到介质的2倍，传热设备更紧凑蒸汽传热表面不存在温度梯度，蒸汽充满的空间温度是相同的第二十八页，共九十二页。2023/5/629高温凝结水锅炉低压分汽缸汽轮机自动排空气阀凝结水自动泵凝结水自动泵凝结水自动泵软化水伴热管线锅炉补给水高压换热器低压换热器夹套换热器疏水阀疏水阀疏水阀疏水阀锅炉给水泵减温减压减压阀高压蒸汽管线低压蒸汽管线凝结水回收总管凝结水管线凝结水管线凝结水管线凝结水管线二次蒸汽二次蒸汽储油罐储油罐高压分汽缸疏水阀疏水阀闪蒸罐闪蒸罐除铁设备除氧箱除油设备§2.2蒸汽热力系统的组成第二十九页，共九十二页。

我国蒸汽热力系统年耗煤量5亿tce，约占全国燃煤总耗量的1/3

整个蒸汽热力系统的热能利用率仅为30%左右，比发达国家低15%

每年由于热效率低下而浪费的煤资源高达12000万tce

输送效率低于92%的蒸汽管网约占全部蒸汽管网的30%以上，由此每年损失标煤2000万tce

凝结水回收率仅30%，浪费大量水资源和余热我国蒸汽管网上使用的疏水阀达100万只以上，60%处于超标准的漏汽状态，30%处于严重漏汽状态，正常工作的只有10%

不符合要求的疏水阀加上未装疏水阀导致的泄漏，每年损失蒸汽总量约1亿吨，折合2000tce§2.3蒸汽热力系统能耗现状第三十页，共九十二页。

饱和蒸汽释放潜热后即凝结成对应压力的饱和水蒸汽管网并非人们想象的只是气体管网，而是由蒸汽、凝结水、不 凝性气体和污物等组成的多相流衡量蒸汽品质的参数有：压力及温度、干燥度、干净、不含空气

凝结水流动过程中，只要有压降，就有闪蒸（二次蒸汽）；所以， 凝结水管网也非人们想象的只是水管网，而是充满闪蒸汽的两相流用汽压力并非越高越好，而是在满足用户要求的情况下，越低越 好；用汽压力越低，可用热（汽化潜热）越多，排放热（凝结水显 热）越少；§2.4蒸汽及凝结水系统的特点第三十一页，共九十二页。（一）锅炉排污量未有效控制，排污水余热未充分利用（二）蒸汽主管疏水和保温不良，压降和散热损失大（三）除氧器设计不合理，耗汽量大、除氧效果差（四）疏水阀蒸汽泄漏（五）烘缸类换热器疏水阀汽锁，安全生产和节能之间的矛盾无法调和（六）间歇式工作换热器真空破坏、换热器腐蚀、换热效率低（七）凝结水管网存在逆向流和非同程流（八）合并疏水（九）凝结水回收系统设计不合理，输送效率低，闪蒸汽浪费惊人（十）高热低用现象普遍（十一）人工手动温控（十二）凝结水含油含铁，冷却循环水含油（十三）低压蒸汽冬夏季汽量不平衡§2.5蒸汽热力系统常见问题第三十二页，共九十二页。1、蒸汽产生环节

控制排污

排污水余热利用正确设计除氧器充分利用除氧器热阱资源锅炉出口安装汽水分离器以提升蒸汽品质分汽缸正确疏水（1）主要节能点第三十三页，共九十二页。1、蒸汽产生环节（2）减少排污的节能效果锅炉压力（Bar）减少1％的排污可节约的燃料70.19%100.21%170.25%260.28%第三十四页，共九十二页。35（3）充分利用排污水余热1、蒸汽产生环节第三十五页，共九十二页。

正确疏水及时排除空气超低流速段汽水混排加压回收高压过热输送，低压饱和使用经济流速和管径保温良好及时过滤污物和残渣兵站式蒸汽分配系统蒸汽输配系统全局优化（1）主要节能点2、蒸汽输送环节第三十六页，共九十二页。（2）输送环节疏水系统的问题

排凝管无论在“跨距”和“宽度”上都不能使凝结水全部“陷落”并排出，大量的凝结水被送往下游，降低了管网的传输能力和蒸汽品质1）排凝管径过细第三十七页，共九十二页。2）主管疏水不良形成的后果

冷凝水在任何管道下垂的低点积聚，形成水块（流速约2m/s）；当水块随蒸汽运动时被加速到蒸汽的流速（约30m/s）；若水块突然改变方向，则水中的动能被释放出来，引发强烈的类似管道被敲击的噪声和振动，称之为水击。发生水击时局部压力可达到蒸汽压力的900倍！第三十八页，共九十二页。3）水击破坏现场第三十九页，共九十二页。4）正确的疏水点布置第四十页，共九十二页。（3）水击现象的潜在来源第四十一页，共九十二页。（4）偏心变径与同心变径第四十二页，共九十二页。

确保换热器的高能效减压使用蒸汽主要设备前安装汽水分离器加热过程自动温度控制正确设计疏水系统真空破除及排除空气捋顺凝结水余压次序加强日常巡检和维护（1）主要节能点3、用汽环节第四十三页，共九十二页。1）实际的传热过程

（2）传热过程节能分析第四十四页，共九十二页。2）总导热系数计算实例物质类型厚度（mm）空气0.2凝结水0.2蒸汽侧污垢0.2钢管6.0水0.05水侧污垢0.1导热系数W/（m•℃）热阻（mm•℃）/W0.0250.0080.40.00050.50.0004500.000120.60.000080.50.002

计算所得总传热系数为：U1＝108W/（mm•℃）排除凝结水和空气后计算所得总传热系数为：U2＝1250W/（mm•℃）再除掉两侧污垢后计算所得总传热系数为：U2＝5000W/（mm•℃）第四十五页，共九十二页。2）总导热系数计算实例续物质类型厚度（mm）空气0.2凝结水0.2蒸汽侧污垢0.2铜管6.0水0.05水侧污垢0.1导热系数W/（m•℃）热阻（m2•℃）/W0.0250.0080.40.00050.50.00044000.0000150.60.000080.50.002空气、水和污垢对传热的影响占主导地位消除空气、水膜和污垢对改善传热，效果十分显著第四十六页，共九十二页。疏水阀嘴尺寸每月蒸汽泄漏量（公斤）每月损失价值（人民币元）每年损失价值（人民币元）英寸毫米1/212.7037,9097,68692,2363/89.5321,3384,20748,4081/46.359,5341,93022,1621/83.182,3854575,4931）惊人的蒸汽泄漏损失（3）疏水环节节能分析第四十七页，共九十二页。$购置及维护成本泄漏损失2）哪个更费钱？？第四十八页，共九十二页。3）疏水阀的分类及其工作原理第四十九页，共九十二页。阀门关闭时排空气阀门开启时排凝阻汽B、浮球热静力疏水阀工作原理第五十页，共九十二页。C、倒置桶疏水阀工作原理倒吊桶式疏水阀内部是一个倒吊桶为液位敏感件，吊桶开口向下，倒吊桶连接杠杆带动阀心开闭阀门。倒吊桶式疏水阀能排空气，不怕水击，抗污性能好。过冷度小，漏汽率小于3%，最大背压率为75%，连接件比较多，灵敏度不如自由浮球式疏水阀。因倒吊桶式疏水阀是靠蒸汽向上浮力关闭阀门，工作压差小于0.1MPA时，不适合选用。第五十一页，共九十二页。不变成本

1、购买成本

2、安装成本

3、日常维护成本可变成本——运行成本

4、频繁更换成本

5、更换失效阀门之前的蒸汽损失

6、查找失效阀门的工时成本维持稳定持续改进4）舍得不变成本、控制可变成本第五十二页，共九十二页。

捋顺凝结水余压次序，避免相互干扰前沿分散加压回收凝结水喷射加压回收闪蒸汽定压闪蒸回收闪蒸汽凝结水自动泵取代电泵输送高温凝结水正确保温及时消除水击（1）主要节能点4、凝结水回收环节第五十三页，共九十二页。2.5MPa蒸汽1.0MPa蒸汽0.3MPa蒸汽凝结水逆向流动背压高背压中背压低逆向流动非同程回路（2）不合理的凝结水流程第五十四页，共九十二页。2.5MPa蒸汽1.0MPa蒸汽0.3MPa蒸汽凝结水（3）改进后的凝结水流程第五十五页，共九十二页。（4）不合理的非同程疏水第五十六页，共九十二页。（5）改进后的同程疏水第五十七页，共九十二页。5、凝结水净化环节（1）高温凝结水净化处理的技术背景

经除盐处理的凝结水约携带蒸汽热量的25％，是宝贵资源凝结水中常常含过量油类污染物和有害离子高温凝结水中油类物质多处于乳化和溶解状态有害离子则以可溶的离子状态或微小的胶体形式存在油类物质和有害离子净化设备的再生工艺障碍很多凝结水被迫降级使用或直接排放凝结水精处理成为节能、节水的重要课题第五十八页，共九十二页。（2）现有的高温凝结水净化方法1）活性炭除油技术（系统不除铁）；2）粉末树脂覆盖过滤除油除铁技术；3）高密度纤维阻截除油技术（系统不除铁）；4）高密度滤元阻截、过滤除油除铁技术；5）陶瓷超滤过滤除油除铁技术。第五十九页，共九十二页。（3）现有凝结水净化方法的主要问题1）机理上不是阻截法、就是过滤法，只能有效处理游离态油、机械分散油以及悬浮态和胶体态金属腐蚀物，当处理乳化油分子、溶解油分子、

Fe2+、Fe3+等杂质时，要想达到中、高压锅炉进水标准，十分困难。2）压降损失大，流动困难2）再生困难3）铁离子去除困难因此，上述方法基本都处在尝试性使用阶段，几乎没有成功案例。第六十页，共九十二页。5、凝结水净化环节的主要问题（4）类萃取树脂除油技术第六十一页，共九十二页。5、凝结水净化环节的主要问题（5）粉末树脂除铁技术第六十二页，共九十二页。2023/5/63、高效电机与变频调速第六十三页，共九十二页。

高效电动机适用于连续工作定额、负载稳定且无特殊要求的设备上特别适用于负载率较高（如70％以上）和连续运行时间较长（如年运行时间在3000h/125d以上）的设备机械设备配套是电动机的主要用户类型。高效电动机在机械配套中主要分布在泵、风机和气体压缩机上，其次是石化设备、石油设备、矿山机械和冶金机械等§3.1高效电机1、高效电机的特点及应用第六十四页，共九十二页。§3.1高效电机2、高效电机在主要机械设备中的应用比例第六十五页，共九十二页。20世纪70年代以前，工业应用的电力拖动设备80％左右均采用交流电动机的恒速拖动，而变速拖动系统大多数采用直流调速系统人们一直希望用交流电动机调速系统来取代直流电动机调速系统随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展，作为交流调速中心的变频调速技术得到了显著发展和广泛应用变频调速技术应用在负载率偏低和流量变动较大的风机、泵类和压缩机等流体设备的电力拖动上可获得显著的节电效益功率越大、负荷变化越显著，节能效果也就越明显§3.2变频调速1、变频调速的发展与应用

第六十六页，共九十二页。§3.2变频调速2、变频调速原理和方法

N=60F/P

P：极对数F：频率N：转速改变极对数 （有级调速）改变输入频率 （无级调速）——变频器调速原理：调速方法：第六十七页，共九十二页。§3.2变频调速3、交－直－交变频器原理图交交直整流器逆变器中间电路电动机控制电路～～～第六十八页，共九十二页。§3.3应用实例一电机（效率90%）高效电机(95%)调速90%耦合99%耦合99%高效泵88%泵77%节流66%管道69%低阻管道90%输入100%输入46%工作输出31%能效:31%提高至67% 工作输出31%第六十九页，共九十二页。§3.4应用实例二：水泵调速节能转速（n）下降10%，流量（Q）下降10%，压力（H）下降19%，功率（p）下降27.1%。第七十页，共九十二页。§3.5变频器在节电节能使用中的三大误区误区一、很多人都认为电机的扭矩没有达到电机的额定扭矩状态下工作（频率，转速还是一样50HZ），变频器也会起到节能省电的作用，这是一种错误的认为。误区二、两个一模一样的电机都工作在50HZ的工频状态下，一个使用变频器，一个没有，同时转速和扭矩都在电机的额定状态下，大多数人都会认为使用变频器的电机会比较节能省电。其实这也是一种错误的想法。误区三、同样的条件，很多人都认为空载状态下能省下很多电，但其实拖动型负载空载状态也节省不了多大的电能。第七十一页，共九十二页。一、合同能源管理EMC设备能源部第七十二页，共九十二页。EMC介绍EMC运行模式EMC优势EMC流程第七十三页，共九十二页。合同能源管理-产生于上个世纪70年代-起因：“世界能源危机”-发源地是美国特点：我投资，你节能。第七十四页，共九十二页。75合同能源管理是一种新型的市场化节能机制。其实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式。这种节能投资方式允许客户用未来的节能收益为工厂和设备升级，以降低运行成本；或者节能服务公司以承诺节能项目的节能效益、或承包整体能源费用的方式为客户提供节能服务。

合同能源管理，在国内广泛地被称为EMC，是70年代在西方发达国家开始发展起来一种基于市场运作的全新的节能新机制。合同能源管理不是推销产品或技术，而是推销一种减少能源成本的财务管理方法。其经营机制是一种节能投资服务管理；客户见到节能效益后，EMC公司才与客户一起共同分享节能成果，取得双赢的效果。什么是EMC？第七十五页，共九十二页。EMC介绍EMC运行模式EMC优势EMC流程第七十六页，共九十二页。77EMC合同能源管理项目优点第七十七页，共九十二页。78EMC的四大优势第七十八页，共九十二页。79客户方：转移了大部分节能项目风险获得了节能技术、项目维护、融资等专业服务优化了部分节能效益优化了财务报表节能服务公司（EMCo）：获得了合理的收益、拓展市场空间政府：完成了节能目标社会：减少二氧化碳排放，改善大气环境EMC创造了多赢的机会第七十九页，共九十二页。设计单位工程公司保险公司担保公司设备供应商银行EMC客户节能服务合同第八十页，共九十二页。EMC实施的三大理由帮助企业克服由于实施项目的可能风险，所造成的企业对实施项目的保留态度。帮助克服节能项