节能技术课件

節能技術講座

主要內容1.石化工業用能特點及潛力2.能耗計算與評價3.節能原理、方法與途徑4.窄點技術5.能量平衡6.節能新技術、新設備7.石化工業的節能方向1.石化工業用能特點及潛力1.1用能量大,占加工成本比例大以乙烯裝置為例，國內裝置能耗大部分在750kg標準油/t，2003年國內乙烯總產量約600萬噸，總能耗450萬噸標準油，能耗費用近60億元（2007年國內乙烯總產量將達1100萬噸，總能耗達825萬噸標準油）。

以煉油工業為例，綜合能耗量占原油加工量的8%~10%。2001年全國原油加工量達1.98億噸，耗能量約1700萬噸標油，費用約220億元。平均能耗成本(包括自產燃料等)占總加工成本的50%~60%。但目前加工成本計算中，將自產燃料形成的能耗未計入成本，造成了能耗成本占總加工成本比例不高的假像，將能耗成本淹沒在巨大的產品銷售中，大大弱化了能耗的影響及其節能工作的開展。

某煉油廠加工每噸原油的完全能耗費用

國內某煉油廠的煉油加工費對比現狀加工費計入自用燃料後的煉油加工費

該煉油廠綜合能耗為86.8kg標油/t,平均每kg標油能耗的費用為1.56元，全廠能量因數為6.626，單位能量因數能耗為13.1kg標油/(t.Ef)。從最具可比性的單位能量因數能耗來看，該煉油廠與國內能耗先進值(11kg標油/(t.Ef))相比有較大的差距。若該煉油廠能耗達到國內先進水準，綜合能耗將下降13.9kg標油/t，使每噸原油的加工費下降21.7元，下降幅度幾乎達到了每年修理費的水準。

由於該廠的單位能量因數能耗是全國平均水準，因此煉油企業的平均節能潛力為20元/噸原油。修正後的煉油加工費指標合理地反映了各項影響因素，能耗費用成為煉油加工成本的第一影響因素。

因此節能永遠是石化企業挖潛增效，增強競爭力的一個主題。

2002年中國石化集團公司煉油專業達標指標1.2加熱冷卻過程多

石化工業加工過程中，有非常多的冷、熱物流（過程物流、公用工程物流等）需要換熱。如乙烯裝置、煉油過程主要是通過物理的辦法，按照各油品沸點的差別進行分離，即通過冷冷熱熱，就完成了加工過程。以冷熱物流相聯系的換熱網路優化（廣義）技術，在石化工業大有用武之地。

1.3節能涉及全過程

石化生產是連續、多工序、多層次的加工過程，從全廠發展規劃、設計、生產運行、維護等過程均涉及能量的利用，可以說，加工全過程就是能量流的過程,節能絕不是一個部門或幾個部門的事情。能耗指標是一個高度綜合性的指標，如果一個石化企業的能耗指標是先進的，則必然意味著規劃、設計、運行、維護、管理等所有環節的高水準，缺一不可。國內節能工作存在的一個重要問題是：重技術輕管理。必須加強管理，提高所有人員的節能意識，激發節能積極性，才能真正將節能工作落到實處。生產企業各部門對能源的要求不一樣技術部門為了生產高質量產品，有時在探討工藝過程中反而會提出增加能耗的建議；生產部門重點是放在生產方面，始終努力採用高生產效率的方式，而提高生產性的效果，幾乎均與節能直接關連。生產計畫部門為將庫存壓於最小程度，根據適時生產的方式而制定頻繁更換作業內容的生產計畫，而這種生產方式不利於節能的；動力設備高效運轉是動力管理部門的工作任務，但有時因過度追求節能，也會提出妨礙生產效率的要求。

日本節能的觀點

生產工廠的使命是製造產品，因而努力推進能量有效利用的工作人員是難能可貴的後勤部隊。與生產部門相比，推進節能的工作是種不顯眼的苦差事，因而需要“廠領導的節能意識”，即應該針對節能作出的努力表示敬意並對所取得的成果給予高度評價和鼓勵。

能源管理標準規程工廠等單位的節能推廣體制、機構圖廠長長副廠長節能委員會節能專門部會委員長：廠長副委員長：副廠長委員：總務部長：環境安全部長：工務部長：動力部長：製造部長：生產管理部長部會長：生產管理部長：能源管理者

：熱能管理員：電能管理員：工務課課長：環境

安全課課長：ＥＭＳ事務局：品質管理課課長總務部生產管理部製造部工務部環境

安全部動力部品質管理部各課各課各課各課各課各課各課事例1.4本質上存在用能三環節過程

（1）過程用能的主要形式是熱、流動功和蒸汽，它們一般是通過轉換設備（如爐、機泵）等轉換過來的；（2）轉換設備提供的熱、功、蒸汽等形式的能量進入工藝核心環節（塔、反應器），連同回收迴圈能量一起推動工藝過程完成後，除部分能量轉入到產品中外，其餘均進入能量回收系統；（3）能量在工藝核心環節完成其使命後，品質下降，但仍具有較高的壓力和溫度，可以通過換熱設備、換功設備（液力透平）等回收利用。但受工程和經濟條件約束，回收不能到底，最終通過冷卻、散熱等排棄到環境中。

從三環節理論的節能：首先應選用或改進工藝過程，減少工藝用能；再考慮經濟合理地回收；其不足部分再由轉換設備提供。1.5目前還存在較大的節能潛力裝置的節能潛力

先進裝置與落後裝置的差距即是節能潛力.

裝置名稱國內先進國內一般或平均國際先進----------------------------------------------------------------------------------------------------

乙烯585750-800400-450

煉廠單因能耗11139.5-10

常減壓10.411.89.3(大連規劃)

餾分油催化475637(法國東日)

重油催化5568

延遲焦化2127

加氫裂化264638(全迴圈，規劃)-----------------------------------------------------------------------------------------------------

系統存在更大的節能潛力

相對來說，過程組合即系統節能的潛力更大。熱聯合蒸汽動力系統儲運系統低溫餘熱的回收和利用。

根據節能中心掌握的有關資料：目前對於30萬噸/年的乙烯裝置或500萬噸／年的煉油廠，設定投資回收期為２年時，年節能效益一般在5000萬元以上。對某3０0萬噸/年煉油廠所做的節能規劃，僅氣體分餾裝置和儲運系統用低溫餘熱代替1.0Mpa蒸汽就達40t/h,年效益2500萬元。2.能耗計算與評價2.1能耗計算（1）綜合能耗量綜合能耗量是統計對象(煉油裝置、輔助系統或全廠)在統計期內,消耗的各種能源的總和。其計算通式為：E=∑MiRi+Q式中：E—統計對象綜合能耗量，kg/年（月、季）；

Mi—某種能源或耗能工質的實物消耗或輸出量，t（kWh）/年（月、季）；

Ri—對應某種能源或耗能工質的能量換算係數，kg/t（kWh）；

Q—與外界交換的有效能量折為一次能源的代數和，kg/年（月、季）。向統計對象輸入的實物消耗量和有效熱量計為正值，輸出時為負值。

實際上，此式數據單位還有其他形式，如kg/h。

有效熱量主要指不同統計對象之間的熱進出料熱量、煙氣熱量和低溫餘熱的回收利用。燃料消耗指生產過程消耗的各種燃料之和。如果原料或產品的一部分（如PSA尾氣、分餾塔頂油氣等）作為燃料提供能量，則必須計入能耗。

（2）單位綜合能耗

單位綜合能耗是統計對象在統計期內，以單位原油、原料油加工量或產品產量所表示的能耗量。工藝裝置的單位綜合能耗的簡單叫法就是裝置能耗。

單位綜合能耗的計算通式如下：e=E/G式中：e—統計對象的單位綜合能耗，kg/t；

E—統計對象綜合能耗量，kg/年（月、季）；

G—統計對象的原油加工量（或原料加工量、產品產量），t/年（月、季）。（3）能耗大小對比需要注意的問題

從能耗計算公式可以看出，能耗計算結果取決於計入能耗的能耗工質種類與能量換算係數。不同的國家有不同的標準和方法，因此，不同國家之間的同類裝置、單元或全廠的實物消耗相同（國外，甚至一個公司有2種方法），但能耗可能差別較大，不能直接對比。從今年開始，國內能耗對比時，將有三類不同的標準的能耗結果：（1）＜煉油廠能量消耗計算方法＞修訂前；（2）＜煉油廠能量消耗計算方法＞修訂後，從今年開始試運行；（3）《石油化工設計能量消耗計算方法》SH/T3110-2001已於2002年5月1日開始執行。（4）能耗計算例題設蠟油、頂循、柴油、油漿的比熱分別為0.55,0.6,0.55,0.7kcal/(kg.℃)，熱損失為5%。此題僅為說明能耗的計算，數值大小無意義。

能耗計算示例表2.2能耗評價2.2.1能耗評價指標

工藝裝置：（1）單位進料或產品的綜合能耗；（2）單位能量因數能耗（對聯合裝置）;

（3）基準能耗。

全廠：（1）加工每噸原油的綜合能耗；（2）單位能量因數能耗；（3）能源密度指數。

2.2.2單位能量因數能耗及能源密度指數

設一個煉油廠共有n套工藝裝置，同一時期的加工量分別為A1，A2...An;實際能耗(對各自裝置的進料或產品)分別為E1,E2...En,評價體系中確定的每套裝置應可達到的先進標準能耗(國內稱為能耗定額，下稱標準能耗)分別為C1,C2...Cn,其中只有編號為1的裝置為常減壓蒸餾裝置，相應的加工量就是該煉油廠的原油加工量。則此煉油廠工藝裝置作為一個整體來講，單位能量因數能耗U的定義為：

上式中分母稱為能量因數，可以看出的是：其中的是該煉油廠應達到的能源消耗總量，A1.C1是常減壓裝置應達到的標準能源消耗量，二者的比值即能量因數，直接意義則是煉油廠應達到的標準能源消耗總量折算成具有標準能耗的常減壓裝置的套數。由於在一定的評價體系中，標準能耗C1,C2……Cn是不變的，因此，能量因數就是標準能耗常減壓裝置的套數。顯然，高能耗的裝置琥多或加工流程越長，折成的常減壓裝置套數越多，所以是煉油廠加工複雜程度的體現。式(1)中的分子項是該煉油廠的單位綜合能耗，即加工每噸原油的綜合能源消耗量，除以能量因數後，就是單位能量因數能耗，意義就是標準能耗常減壓裝置的實際能耗。

2.2.3＜煉油廠能量消耗計算方法＞的修訂

主要修訂內容

（1）將現有的計算方法改為計算與評價方法，規定了全廠、煉油裝置和輔助系統的評價指標。

（2）對所有工藝裝置能耗定額修訂，補充了新型煉油工藝裝置的能耗定額;對輔助系統的能耗定額作了部分修訂。

（3）修改完善了統一能量換算係數，如燃料氣、電、催化焦炭、低溫餘熱等。

（4）修訂了能耗計算中的有關規定，如能耗計算範圍。

修訂後最主要的影響：

工藝裝置能耗定額：

修訂後的工藝裝置能耗大幅下降，劃分檔次更加合理，這將使單位能量因數能耗指標的評價合理性大大增加，有助於挖掘節能潛力。

統一能量換算係數：主要修改了燃料氣、電、催化焦炭、低溫餘熱的統一換算係數，這將對使用這幾種能耗工質為主要消耗的裝置能耗帶來較大或很大的影響。

3.節能原理與方法3.1熱力學第一定律分析法3.2熱力學第二定律分析法3.3熱經濟學3.4用能的本質認識3.5節能方法掌握節能原理科學找出節能潛力與部位制定節能措施的指導原則規劃長短期節能目標不掌握節能原理提出不恰當的節能指標制定出不合理的節能決策批准不合理的節能方案3.1第一定律分析法

熱力學第一定律即能量守恆定律：能量是物質運動的量度，當任何一種形式的能量被轉移或轉化為另一種形式的能量時，數量不變。該分析法得到了廣泛應用，它主要是用熱效率的高低來估計節能潛力，熱效率越高說明節能潛力越大。能量平衡工作正是基於這一定律，把能量的來龍去脈搞清楚，確定多少能量被利用，多少能量損失掉。優點：簡單直觀，容易理解和掌握，運用得當對節能工作能起到重要作用。缺點：由於它所依據的僅是能量數量上的守恆性，在挖掘節能潛力時有較大的局限性和不合理性。

3.2第二定律分析法

20世紀50年代以後，熱力學第二定律的理論開始在節能實踐中廣泛應用。它的表述方法很多，其中之一是：當任何一種形式的能量被轉移或轉化為另一種形式的能量時，其品位只可能降低或來變，絕不可能提高。這樣能量在數量的守恆性和品質上的貶值性，就構成了能量的全面本性。

現代節能原理是同時依據熱力學第一、第二定律，並通過直觀實用的方式，來體現能的全面本性，由此建立的節能理論和方法，稱為第二定律分析法。這種方法有兩大類，熵分析法和火用分析法。由於熵分析法比較抽象，不能評價能量的使用價值，且本身也不是一種能量，現在已被火用分析法取代。火用分析法認為：能量=火用+火無

火用是這樣一種能，在給定環境的作用下，可以完全連續地轉化為任何一種其他形式的能量，而火無是一種不可能轉化的能量形式。

火用主要是針對熱提出的，即熱量中最大能轉化為功的部分。採用火用分析法，能從本質上找出能量損失。3.3熱經濟學

20世紀60年代以來，在節能領域產生了將火用分析法與經濟因素及優化理論有機結合的熱經濟學，即除了研究體系與自然環境之間的相互作用外，還要研究一個體系內部的經濟參量與環境經濟參量之間的相互作用。

一般來說，第一定律和第二定律分析法，在方案比較中僅能給出一個參考方向，而不能得出具體結論。而熱經濟學分析法可以直接給出結果，這種方法特別適用於解決大型、複雜的能量系統分析、設計和優化。

3.4用能的本質認識

按能量的作功能力，將其分為三大類：

高級能量：理論上可以完全轉化為功的能量，如機械功、電能、水能等；

低級能量：理論上不能全部轉化為功的能量，主要是熱能；

僵態能量：完全不能轉化為功的能量。

可逆過程是熱力學中的一種理想過程，在這個過程中，如為機械運動則沒有摩擦阻力，如為傳熱過程則沒有溫差，如對常減壓蒸餾裝置，如達到可逆過程，其能耗就可能僅為2~3的程度。因此可以看出：真正的可逆過程是不存在的，事實上，自然界的任何過程都不是可逆過程。節能工作就是要在現有的經濟合理條件下，接近可逆過程。

用能的本質：大部分能量是過客；能量是完成過程中不發生化學變化的“催化劑”；能量是完成過程的推動力。

3.5節能方法（1）使用用能量小的先進工藝過程和高效設備；（2）減少過程。由於凡有過程，就有不可逆性，因此應盡可能減少過程，減少不可逆性。如裝置之間的熱進出料；從整個系統的角度使用能量，抓住優化匹配的機會，減少不可逆性。（3）多次使用能量。如對傳熱過程，就是要減少傳熱溫差，目前的經濟傳熱平均溫差（不包括加熱爐）已經達到達20~30℃

，隨著強化傳熱技術的發展，傳熱係數提高後，經濟傳熱過程可能進一步減小。煉油過程中，最常見最典型的過程為傳熱過程，各個裝置均有大量的換熱器。凡是傳熱溫差很大或較大的地方，也即是用不合理的地方。（4）高級高用，低能低用。燒開水的例子

將100kg水從15℃

加熱到100℃

，需能量8500kcal，按數量折為0.85kg標油。（1）用電加熱：2.5kg標油；（2）LPG加熱：1kg標油；（3）用燃料發生中壓蒸汽，通過凝汽機的排汽加熱：0.7kg標油。此時，所需的一次能源已小於水本身升溫所需的熱量0.85kg標油。

減少過程節能的例子

某熱水泵房的改前流程為：來自自來水管網的水進入緩衝罐後由泵升壓供出至工藝裝置換熱後至生活區。來自工藝裝置的熱媒水進入緩衝罐後由泵升壓送至工藝裝置先換熱升溫後加熱新鮮水降溫後返回。由於設置了緩衝罐，並且加之原選用的泵揚程較高(125m),需要開二臺75kW的泵。

改造後流程：來自自來水管見的新鮮水不進緩衝罐直接(流量較小，大部分時間)或經1臺15kW的管道泵至工藝裝置，基本減少了一臺75kW的泵電耗。來自工藝裝置的熱媒水也不進入緩衝罐直接由1臺15kW的管道泵升壓送至工藝裝置。上述改造，投資僅3萬元，年節電費用就達30多萬元。能量多次使用的例子

如有八個物理過程，分別從起始溫度加熱至終止溫度後，即需將熱量排掉，每個過程的需熱量為10kg標油。（1）1200~1400℃

（2）800~1000℃（3）400~600℃（4）200~300℃（5）150~200℃（6）110~130℃（7）80~100℃（8）50~70℃

如果每一個過程單獨進行，至少需要8*10=80kg標油。如果將前一個過程完成後的熱量回收用於下一個過程，則總需能量僅為10kg標油，是單獨過程用能的八分之一。由此可以看出能量多次使用的本質和系統優化的極大優越性。

如果真有上述好的條件，一定要抓住機會，充分利用；可能有類似上述的良好條件，但是隱蔽的，應讓其顯露出來，並充分利用。（系統越大越複雜，則越接近優化匹配的條件）

如果沒有這麼多的溫度與負荷匹配良好的過程，要創造條件，創造過程（尤其是公用工程），使工藝過程之間及與公用工程之間實現良好的匹配。4.窄點技術4.1窄點技術的起源、特點及應用範圍4.2窄點技術的概念及術語4.3窄點技術超目標方法4.4窄點設計法4.5公用工程能級優選法4.6加熱爐在過程組合中的適宜佈局4.7易污垢換熱的網路設計法4.8用於裝置改造4.9全廠性能量組合設計4.10例題4.1窄點技術的起源、特點及應用範圍

窄點技術的原理1978年由英國曼徹斯特大學的B.Linnhoff教授提出，經過多年的應用研究，已成為過程工業節能的一種先進且特別實用的技術，廣泛應用於煉油、石油化工、造紙、制藥等幾乎所有過程工業部門。據一項1994年的統計資料，窄點技術在全世界的工業應用專案在2500個以上。曾有人對此項技術的評價是可以代替20年的的工程經驗，在最流行此技術的時候，世界上的一些大公司專門成立了窄點技術組，日本三菱化學公司曾專門請B.Linnhoff的博士進行輔導學習和應用。傳統方法及數學法的缺點：（1）第一定律：不能真正說明能量損失的原因；（2）第二定律：很抽象，實際過程中難以應用；（3）純粹數學意義上的優化，到目前還僅限於換熱物流數目較少的網路，對複雜網路，數學方法還很不成熟，不僅經常得不到答案，而且合成的網路很複雜，難於實際應用。窄點技術的顯著特點：簡單實用使用簡單的圖表加上一定的經驗即可對複雜的裝置和系統，同時優化權衡能量與投資；特別強調技術人員對問題和目標的理解，所有的決定由技術人員自己做出，因為技術人員始終瞭解發生的所有事情。能在具體設計之前，就可提出很好的實用解決方案

窄點技術的應用與發展

窄點技術主要是優化廣義的換熱網路，也即是以冷熱物流相聯系的網路，如裝置內、裝置間及裝置與蒸汽動力系統的冷熱物流，當然也包括加熱爐煙氣、熱機、熱泵等。據此，石化工業是窄點技術大有作為的一個工業。

窄點技術的發展主要在20世紀80~90年代，不僅可用於換熱網路，也可用於水處理即水處理窄點方法，減少水耗。國內窄點技術也得到了一些應用，但還較少，有許多應用，還僅限於窄點計算。應該說明，國內窄點技術的應用還大有潛力可挖。4.2窄點技術的概念及術語冷熱綜合曲線窄點及意義窄點溫差吸熱部分放熱部分公用工程目標解題表（或叫問題表格）

B.Linnhoff的解題表是窄點技術的基石。如下例：

窄點溫差選20℃

，熱公用工程目標為107.5,冷公用工程目標為40℃,窄點溫度為對應SN3子網路，即熱物流溫度為90℃

，冷物流溫度為70℃

。SN1子網路對應的溫度為：熱物流150~145℃

，冷物流僅125℃

；SN2子網路對應的溫度為：熱物流145~120℃

，冷物流125~120℃

；SN5子網路對應的溫度為：熱物流僅60℃

，冷物流為40~25℃

；SN6子網路對應的溫度為：熱物流僅60℃

，冷物流為25~20℃

。

總綜合曲線

總綜合曲線的兩個示例第一個圖形，窄點溫度180℃

，可發生低壓蒸汽及供出低溫餘熱；第二個圖形，第一個窄點溫度260℃

，第二個窄點溫度120℃

，中間可發生中壓蒸汽，背壓發電後，再供出0.5Mpa蒸汽，利用中間富裕的溫差作功。

窄點技術中的金法則（1）不通過窄點傳遞熱量；（2）窄點以上吸熱部分不使用冷公用工程；（3）窄點以下放熱部分不使用熱公用工程。實際意義是：儘量使冷熱綜合曲線平行，溫差均衡分配，使在合理回收能量的前提下，使投資最小，實際上是節能基本原則的應用。冷熱綜合曲線、解題表和總綜合曲線是來自於同一熱力學分析的三種表示方式，其中冷熱綜合曲線和總綜合曲線可以從解題表中的數據推出來。解題表易於尋找能量目標和熱級流動情況，冷熱綜合曲線更便於對窄點技術的基本概念進行理解，而總綜合曲線特別適用於選擇公用工程的適當配置方案。4．3窄點技術超目標方法

確定了窄點溫差，就確定了冷、熱公用工程目標，但窄點溫差如何在具體設計之前選取？因此窄點技術中發展出了一個超目標方法，即在換熱網路還沒有具體設計的情況下，運用一些模型，優化選取窄點溫差。假如把每一個窄點溫差下的換熱網路都設計出來，而進行選取，其工作量太大，工程上不實用，也沒有這個必要。

超目標方法的實質是利用冷熱綜合曲線的“垂直換熱”傳熱面積模型、殼程數模型以及泵功模型，預測每一個窄點溫差情況下的最小傳熱面積、最小殼程數，從而預測出投資，當然選取一個窄點溫差，就可確定了冷熱工程目標，也就可以確定能耗費用。綜合選取年操作費用最低的窄點溫差即為優化值。

4．4窄點設計法

老式設計法

在窄點設計法中，核心的問題是窄點處的換熱匹配，即不使熱量傳遞通過窄點，以免造成冷熱公用工程目標的增大。窄點設計法主要包括以下五個步驟：（1）將換熱網路由窄點分成兩個分離網路；（2）這兩個分離網路的設計由窄點處開始往窄點換熱器以遠發展，主要的窄點匹配方案以及是否或如何進行物流分流，應用可行性準則來確定（物流數包括分流準則、熱容流率不等式約束準則、熱容流率差準則）；（3）當窄點處存在可挑選的方案時，設計者根據自己的經驗確定；（4）窄點換熱器的熱負荷取決於消去探試法。當有問題時，如增加公用工程用量或導致非窄點換熱器的溫差不足時，可在窄點處選用其他方案或降低熱負荷；（5）非窄點換熱器的匹配往往是自由匹配，設計者可以根據經驗確定所希望的匹配。新式設計法

實際上，這種老式的窄點設計法比較機械，設計出的換熱網路也比較複雜。為此後來發展出了雙溫差設計法，即確定冷熱公用工程目標時，用一個窄點溫差，也稱為熱回收窄點PTD（如20℃

）。而在實際設計換熱器時，選取較小的一個傳熱溫差別值（如10℃

），這樣設計出的換熱網路比較簡單實用。而且一般設計時，也不是從窄點處分開，而是在確定冷熱公用工程目標後，直接從吸熱部的最高溫度開始匹配。4．5公用工程能級優選法

對大多數工藝過程來說，為了滿足它在窄點以上的熱量需求，通常要對不同的熱公用工程系統進行選擇。而對窄點以下的子系統，要儘量將其有效熱量作熱源用來產生低壓蒸汽、預熱空氣和鍋爐給水以及產生低溫餘熱等，最後再將剩餘熱量排放到冷卻水或空氣中。

熱機、熱泵的位置

熱機的位置：不能跨越窄點，應放於窄點之上，或窄點之下；熱泵的位置：應跨越窄點但由於熱泵能提高的溫度不是很高，只有對前圖中的溫度提高不大的情況下才能適應。

4．6加熱爐在過程組合中的適宜佈局

（1）加熱爐煙氣溫焓模型傳統的過程設計中，加熱爐的設計僅僅是為了滿足工藝負荷的要求，在有剩餘煙氣餘熱的情況下用於空氣預熱和鍋爐給水預熱等。加爐爐的傳熱一般分為輻射和對流兩段。輻射段溫度驅動力不是設計需考慮的主要因素。而在對流段由於煙氣溫度要低得多，所以爐管傳熱面積可按煙氣和工藝物流間的溫差驅動力來確定。加熱爐的溫焓曲線可簡化為一條直線，煙氣可以恒定熱容流率（品質流率與比熱容的乘積）表示，使之從理論火焰溫度冷卻至大氣溫度T0。雖然實際上達不到理論火焰溫度且煙氣熱容是溫度的函數，但為了說明問題方便，仍可以此溫度作為煙氣溫度溫焓線的參考起始點，並可以得到較為正確的結果，因為在對流段的較低溫度區間內，煙氣的熱容隨溫度的變化很小。

將煙氣溫焓線和過程總綜合曲線畫在一起，就可以確定最小燃料耗量。這是在工藝過程設計和加熱爐設計之前就可以獲得目標燃料耗量的方法，即不需知道爐管根數、管徑及其出入爐溫度和其他參數。

（2）傳統的空氣預熱方法

習慣上總是認為增加空氣預熱可以提高加熱爐效率和降低燃料耗量。如下圖所示可以看出其影響。圖中不帶煙氣預熱的煙氣溫焓線以虛線表示，而空氣對燃料比率保持不變的帶空氣預熱的煙氣線以實線表示，顯然空氣預熱後理論火焰溫度上升，其結果是煙氣線的斜率變陡了，導致煙氣從煙囪排棄的熱損失降低，降低的燃料耗量熱值相當於助燃空氣所獲得的熱量。如右圖所示：工藝過程所需的最低供熱量為Qhmin，當窄點溫差為50℃

時是1300kW，窄點溫度為400℃

（煙氣窄點溫度為425℃

，工藝冷流窄點溫度為375℃

）。如不用空氣預熱則理論火焰溫度為1500℃

。

如尾端煙氣在熱流窄點溫度下離開加熱爐時，所需燃料為：

燃料=Qhmin+(煙氣窄點溫度－T0)*煙氣熱容流率＝1790kW

然而，425℃

的煙氣是足以用來預熱空氣的，設最小允許離開煙囪的煙氣溫度為200℃，則最高空氣預熱溫度是270℃

。這時新的理論火焰溫度為1725℃

，並可計算出新的燃料耗量：燃料＝Ｑhmin+(200-T0)*煙氣熱容流率=1480kW

所以助燃空氣預熱可節省燃料17%。以上是有傳統方法設計的優化結果，煙氣流率和煙囪排棄溫度已經是最低了，似乎沒有改進的餘地了。（3）用窄點技術考慮的空氣預熱

如果把工藝過程和加熱爐作為一個整體來考慮，預熱空氣就意味著引入了一股以前沒有考慮的冷物流，根據窄點金法則，引入冷物流只有當其溫度低於窄點時才是有效的，因為它增加了低於窄點部分的冷物流熱量從而有助於降低冷公用工程（如冷卻水）。同時窄點金法則也告訴我們：最大的空氣預熱溫度應該等於冷流的窄點溫度。如果空氣和燃料的預熱需要QR的熱量，則工藝過程所消耗的冷公用工程量也下降QR，但更重要的是燃料耗量也按下式降低了（即燃料量等於煙氣放熱量減去空氣和燃料的預熱量）。燃料=Qhmin+(TPH-T0)*Cp煙氣-（TPC-T0）*（Cp空氣+Cp燃料）由於

Cp煙氣=Cp空氣+Cp燃料燃料=Qhmin+（TPH-TPC）*Cp煙氣也即

燃料=Qhmin+窄點溫差*Cp煙氣

(1)

如果燃料不預熱或沒有預熱到窄點溫度，則上式做如下修改：燃料=Qhmin+窄點溫差*Cp煙氣+Cp燃料*（TPC–T燃料）

(1a)TPH------熱物流窄點溫度

TPC------冷物流窄點溫度

T燃料------燃料溫度

以上述公式為前提的結果令人吃驚，因為當窄點溫差為0且燃料又完全預熱的話，可以得到燃料量等於最小熱公用工程Qhmin，即可以得到100%的加熱爐效率。即使窄點溫差在合理的範圍內，且假定燃料不預熱，也可以算出很高的加熱爐效率。用公式（1a）可以計算得出這時的燃料是1379kW，而用傳統優化方法所得到的燃料是1480kW，其差別主要在於加熱爐和過程是否組合在一起考慮。傳統的方法中，空氣預熱溫度只能加熱到270℃

，而冷流窄點溫度卻是375℃

。通過上圖中總綜合曲線可以清楚看出：低於窄點溫度處尚有多餘的工藝過程熱量可利用，就可把空氣預熱到375℃

，燃料耗量降到1379kW,進一步降低了6%的燃料消耗。這時燃料耗量才真正降到最低值了。應注意的是：加熱爐效率是不可能等於100%的，之所以出現前面的結果是因為：空氣預熱的一部分熱量是由工藝過程物流提供的。

4．7易污垢換熱的網路設計法

對待污垢的傳統設計方法很簡單，就是增大易導致結垢換熱器的傳熱面積。而發展的窄點技術中，則推薦相反的方法，減少易導致結垢換熱器的傳熱面積，而增大其下游的不易結垢的傳熱面積。

某換熱網路見下圖：物流3在溫度超過125℃

以後就易結垢，結垢趨勢是典型的漸近線型，即在6個月後（裝置操作週期為12個月）達到最高峰後就平緩了。換1總傳熱係數是120W/m2.K，操作6個月後降至81W/m2.K。裝置的要求是：物流1和2的終溫並不嚴格，而物流3、4的終溫則必須滿足要求。所以不管有無結垢，物流3的終溫必須是17℃

。利用傳統設計方法，則換1需增加148M2的傳熱面積，且為確保裝置正常運轉，在換1增設旁路，流經旁路的流量應隨換1結垢的嚴重逐步減少，直到6個月後把旁路關死。裝置能耗在運轉期間維持在1850kW。。傳統設計法的缺點：

（1）增加面積的利用率低，投資沒有充分利用。另一個可能方案是在換1後增設一臺加熱器，但這樣不僅設備利用率低，而且還增加了能耗。（2）增加面積的換熱器的佈局不好。在換熱網路不同換熱器中增加面積的成本效益是不同的。如將增加的面積放在較好佈局中將有利於投資的回收。（3）設計安全係數過大往往會進一步導致結垢。因為選用大富裕量換熱器或使用旁路時，通過換熱器的物流流速會降低，污垢加快，膜傳熱係數降低以致影響管壁溫度，而壁溫度又對結垢有較大影響。（4）結垢後往往在裝置繼續操作的同時，必須把換熱器切除負荷進行清洗，這時設備沒有被利用。新方案及優點

新方案：由於換熱網路特有的靈敏性能，即在一個地方增加額外傳熱面積會促使該換熱器物流溫度變化而進一步影響到其他物流溫度變化，可在網路中不產生污垢或污垢較少的地方增加額外面積以解決結垢問題。因此推薦的方案是加大不結垢的換3面積。計算結果表明：換3增加不大於103M2的面積完全可以補償換1結垢的影響。換3增加的面積比原方案少30%，該方案的另一優點是：加大換3換熱量後，換1負荷降低，換2負荷增大而使物流4的加熱器負荷下降，從而減少熱公用工程量15%。

新方案優點如下：（1）額外增加面積的利用率高；（2）額外增加面積不僅得到了充分利用，而且還降低了能耗；（3）不會加速結垢；（4）不存在清洗問題。4．8用於裝置改造

裝置改造有它的特殊性，與新設計有較大的不同。（1）改造設計的窄點技術導則工藝過程的物料平衡和能量平衡是換熱網路的設計依據，而工藝參數的改變可以作為改進網路設計的輔助手段。操作參數的改變很多，如反應器的轉化深度，蒸發段數及壓力溫度、分餾塔壓力及回流比、中段回流流率及返塔溫度、進料汽化壓力等。根據窄點技術的金法則，可以總結以下技術導則：（a）增加高於窄點溫度的熱流負荷；（b）降低高於窄點溫度的冷流負荷；（c）降低低於窄點溫度的熱流負荷；（d）增加低於窄點溫度的冷流負荷。簡單地講，就是儘量提高熱流溫度，儘量降低冷流溫度。(2)改造設計的目標途徑

在新的網路設計中，各溫段間的匹配基本是垂直匹配，相當於各臺換熱器均系純逆流傳熱，所以總傳熱面積是最小的（見下圖）。對裝置換熱網路進行改造是因為，一是許多物流跨越了窄點造成冷熱公用工程目標較大，另一個是有許多物流錯流換熱，造成傳熱面積較大。

長的曲線是新設計網路的各個不同傳熱面積與能量目標的關係，其中B點是優化點。目前換熱網路處於X點，即這時的能量目標比優化點B大，而且傳熱面積也很大，即以X的傳熱面積應該達到A的能量目標。裝置改造時，不可能廢棄已有的網路，因此應該沿差小的曲線進行改造。即增加一定的傳熱面積，而使能量目標降低。（3）改造設計步驟（a）鑒別有無錯流匹配的換熱器存在；（b）消除跨越窄點的換熱器；（c）完成網路，確定新換熱器；（d）網路改進。4．9全廠性能量組合設計

某個裝置的優化與多裝置相互之間及其系統的大優化有很大的不同，系統越複雜越大，系統優化的潛力就越大，因為這是優化匹配的機會大大增加了。同時對多個工藝裝置及輔助系統尤其是蒸汽動力系統應用總綜合曲線，進行系統優化。可以將準備進行系統優化體系內的所有單元的各自總綜合曲線集合畫成一條全局綜合曲線，可以方便地選擇合適的公用工程方案或改造方案。日本三菱化學公司曾對其所屬工廠的7個裝置和系統，使用總綜合曲線的辦法，對擴能改造方案進行優化。按照傳統的方法是增加公用工程系統能力，使用窄點技術優化方法後，通過對有關工藝裝置參數的調整，利用系統本需冷卻的餘熱產生達120t/h的低壓蒸汽，而同時又可滿足加熱需求。

某個裝置的優化與多裝置相互之間及其系統的大優化有很大

全局綜合曲線的作法：（1）對每一個單元總綜合曲線中的非單調的部分（也即口袋），首先用垂直線進行“封閉”；（2）之後，如虛線所示，將熱阱曲線向上平移窄點溫差的二分之一，熱源曲線向下平移窄點溫差的二分之一。（3）將多個單元修正後的總綜合曲線，分別將熱源、熱阱曲線相加合併成全局熱源綜合曲線、全局熱阱綜合曲線。全局綜合曲線的用法（以上頁中圖為例）：（1）在熱源綜合曲線上，盡可能產高等級蒸汽（或較高溫度的媒介物流）。因此應首先產BD段熱量的中壓蒸汽，再產AC段熱量的低壓蒸汽；（2）在熱阱綜合曲線上，盡可能使用低等級蒸汽（或較低溫度的媒介物流）。因此應首先使用AC段熱量的低壓蒸汽，再使用BD段熱量的中壓蒸汽；由於AC＞EG，所以產生的低壓蒸汽將有剩餘；由於BD＜FL，所以工藝物流產生的中壓蒸汽不夠。若需外部提供，則提供HL段品質的中壓蒸汽（FH＝BD，即FH段由工藝物流產生的中壓蒸汽提供），KJ段熱量則由加熱爐提供。

4．10

例題

某1.4Mt/a催化裂化換熱物流數據

現狀的窄點分析

在現有的換熱網路中，使用除氧水103.5t/h，產生3.5Mpa的中壓蒸汽102t/h。其中解吸塔底重沸物流由1.0MPa的低壓蒸汽14.6t/h作熱源。

104℃的除氧水103.5t/h在餘熱鍋爐中由再生煙氣加熱至196℃後，2.5t/h與再生煙氣換熱產生飽和蒸汽，101t/h至外取器、油漿蒸汽發生器和二中蒸汽發生器產生飽和蒸汽。所產的飽和蒸汽中，其中82t/h在餘熱鍋爐中過熱，另20t/h在內取熱器中過熱。單獨對現狀的分餾與吸收穩定換熱網路進行窄點計算後，窄點溫差為43℃，有兩個窄點，窄點溫度分別為120,277℃，不包括冷公用工程的換熱區（下稱換熱區）平均傳熱溫差為64.3℃，冷公用工程為44.2MW。從總綜合曲線上初看，似乎現狀換熱網路的安排是合理的。但從窄點溫差與平均傳熱溫差這兩個反映投資與節能的指標來看，此換熱網路是不經濟的。已經知道：對大型石化裝置使用窄點優化分析後，窄點溫差一般在18~25℃,平均傳熱溫差為35~40℃。現狀換熱網路的這兩項指標明顯太大，存在較大的節能潛力。

分餾與吸收穩定換熱物流的現狀總綜合曲線

如果直接用換熱網路合成優化的方法，由於涉及2個換熱網路的20多條物流，可能需要幾天甚至更長時間才能確定方案，而通過窄點的計算結果，所需要時間不超過半天。

改造方案1----多產中壓蒸汽

窄點溫差降到20.8℃,窄點溫度為158.4℃,平均傳熱溫差為43℃（不包括冷卻範圍），冷公用工程目標降至38.6MW，降低率為12.7%。多產中壓蒸汽6.7t/h，增加了6.6%。分餾與吸收穩定的換熱網路改進後的總綜合曲線與現狀對比見下圖。可以看出：改進後，傳熱溫差明顯降低，產汽量增大，冷卻負荷減少。

與現狀方案相比，換熱區傳熱面積增大2970m2，投資增大約300萬元，多產的中壓蒸汽年效益約536萬元，增加的投資半年即可收回，年節能量為4200噸標油。

改造方案2----發生高壓蒸汽

以多產中壓蒸汽方案為基礎，保持冷卻目標不變。在分餾與吸收穩定的換熱網路中（包括外取熱器物流），窄點溫差為19.2℃,窄點溫度為158℃，平均傳熱溫差為45℃（不包括冷卻與外取熱器）。共產生90.8t/h高壓蒸汽，與多產中壓蒸汽改進方案相比，少產3.5MPa中壓蒸汽17.9t/h。

由於窄點溫度上移，故將解吸塔底重沸器熱量8398KW，原由1.0MPa蒸汽(14.6t/h)供給，現改由過程物流供給。故可少用1.0MPa蒸汽14.6t/h。

高壓蒸汽背壓到3.5MPa，可淨多發電3850kW。此方案與多產中壓蒸汽的改進方案相比，可進一步年節能5460噸標油。

5.能量平衡5.1企業開展能量平衡的主要目的

（1)摸清企業的用能現狀；（2)分析企業及產品的用能水準；（3)摸清主要用能設備和工藝裝置的效率指標、企業的能源利用率、能量利用率；（4)查清企業餘熱資源和回收利用情況；（5)找出能量損失的原因、潛力，明確節能途徑，為節能規劃和節能改造提供依據。（6)能量平衡最好由企業自身來搞，培養出能搞清能量的來龍去脈的隊伍，便於開展經常性的節能工作，容易使節能管理工作落到實處。

5．2企業能量平衡的方法均採用測試計算與統計計算相結合的方法。測試計算反映測試狀況下的能耗水準，而統計計算反映實際平均水準。企業能量平衡是一項技術性強、涉及面廣、工作量很大的一項工作，工作週期較長，除了領導重視、技術力量充足、測試手段完善之外，掌握正確的測試方法非常重要。（1）測算結合，以測為主對企業進行能量平衡主要靠測試，必須以測為主，不能以計算代替測試。某些設備或數據的可測性是能量平衡現場測試的一大難點。因此在制定能量平衡工作大綱時，必須充分考慮可測量性的問題。對於重點設備、重點參數，要採取各種直接或間接的方法盡可能做到實測；而對於一般情況，測試大困難時，則採用根據日常生產數據或經驗數據進行推算。尤其對重點參數，還應採用多種估算方法進行校核性結算，以提高數據的準確性、可靠性。能量平衡測試並不是要對企業的所有設備和裝置都完全地進行實測，應該選擇主要耗能設備進行實測，其他則只進行統計計算。

（2）先易後難，掌握步驟企業能量平衡工作涉及面寬，設備與裝置多樣。簡單的設備測試的數據比較少，容易掌握。因此開展能平工作時，應先從簡單設備和裝置開始，掌握原則，“練好兵”。（3）正反結合，抓住重點對設備的能量平衡測試原則上應同時採用效率直接測定法（正平衡法）與效率間接測定法（反平衡法），並確定其中一種方法為主要方法。如對鍋爐，規定必須同時使用正反平衡法，且正平衡法為主，反平衡法為校核方法。需要注意的是：兩種方法的測試條件與結果的偏差，應根據有關設備及其標準作出明確的規定。在實際能量平衡測試中，對一般用能較少設備，可只進行正平衡測試。（4）分批測試，統一計算對於大型複雜的企業，在同一個時間對所有設備和裝置統一測試是不可能的，因此應對所有測試設備分類，按先易後難原則分批測試。但應特別注意的問題是：測試應選在正常生產運行，原料與產品性質、產品方案及操作參數有代表性的條件下進行。而且整個企業的測試階段不宜拖得太長，以避免測試數據與統計數據嚴重脫節的現象。全企業能量平衡測試完成後，再進行數據整理，統一計算，以避免先後計算口徑的不一致。5．3能量平衡工作步驟

一般分為以下6個步驟。

（1）組織準備工作開展培訓教育工作，建立企業能量平衡工作領導小組（全面組織、協調，合理安排生產，推進實施能量平衡結果後的成果實施）、工作小組（實施機構）和有關專業測試小組，明確職責。收集主要耗能設備的設計與運行技術參數、以及測試統計期（截止到能平結束，向前追溯一個整年度）的主要產品品種及數量、能源消耗量。做好計量準備工作，配備、完善（校核）測試儀器，以及現場採樣點、測試點的準備。

（2）制定能量平衡測試方案

確定加工的原料與產品、處理量，需要遵守的標準和原則，哪些設備與裝置是需要測試的，測試時間與進度（石化企業一般能量平衡測試要求在二個月內完成），測試體系的劃分，

有關基準（基準溫度）、數據單位（包括絕壓、表壓）的統一、能量平衡採用的計算公式的確定。人為地單獨劃分出來作為研究分析的對象稱為體系，體系具有一定的空間和邊界。企業能量平衡中的體系可以劃分為設備能量平衡體系、主要生產車間（工藝裝置）能量平衡體系、企業能量平衡體系。也可以根據能源品種劃分為蒸汽平衡體系、電能平衡體系、燃料平衡體系和水準衡體系等。體系的邊界必須明確，並且符合能量平衡工作目標的要求，使測試方便。隨著測試體系的確定，被測設備、測試專案、測點佈置、數據採集、計算方法才能確定。計算方法需首先確定，是因為不同的計算方法需要的測試數據不同。

（3）能量平衡測試實施

首先消除被測設備體系的明顯缺陷（操作及管理上的缺陷、設備本體、監控儀錶、輔助設施的缺陷，是否存在明顯的偶然性能源浪費現象）；根據設備測試計算表，製作原始記錄表，包括測試時間、地點、環境狀態、設備名稱、型號、測點位置、測試儀表、採集次數、時間間隔、樣品編號、生產產品的名稱及性能參數、測試人及記錄人等。在最後的測試過程中，應統一指揮，分工負責，儘量保證測試開始、結束時間、數據記錄時間及間隔的統一。還必須保證測試記錄與現場分析相結合，及時發現數據的不合理性，進行調整和補救測試。

(4)能量平衡數據的整理與計算

數據整理過程中，將需要三類數據：測試數據、統計數據、引用數據，這些數據應相互結合，保證能量平衡結果的準確可靠。有時靠某一單獨設備或裝置的數據還不行，必須與其它相連的設備或裝置相聯系。

《石油化工能量平衡方法》中規定，按石化企業的用能三環節進行數據的匯總和分析，由於這幾年各企業普遍開展能量平衡的測試較少，相關指標沒有可比性，故可根據實際情況，採用靈活的匯總方法。

(5)能量平衡分析

分析各設備、裝置或全廠用能的合理性，以及產生不合理用能的原因。

(6)提出節能措施

改進不合理用能是企業能量平衡的最終目的，因此必須根據企業不合理用能現象及原因，有針對性地提出改進和改造的方法與措施。已經發現，有些企業在能量平衡後，只有大堆的表格和數據，但分析與措施很少，實際上起不到能量平衡的作用。6.節能新技術、新設備6.1熱泵6.2燃氣輪機6.3低溫餘熱的回收與利用6.4變頻調速6.5發生高壓蒸汽6.6運行中的節能問題6．1熱泵

吸收式熱泵有二種形式，第一種需要較高溫位的低溫熱，溫度約為（120~130℃

），使更低溫位（20~50℃

）的低溫熱溫度升高30℃左右，這種熱泵一般對煉油廠不合適。

第二種方式是不需較高溫位的低溫熱，僅耗少量的泵功，就可使70~90℃的低溫熱升高至150~200℃，這種方式一般稱為吸收式變熱器（absorptionheattransformer)，應是在煉油廠非常實用的一種節能措施。典型的單級吸收式變熱器如下圖所示。

C—冷凝器

G—發生器

E—蒸發器

A—吸收器H1、H2—換熱器

P1、P2—液泵

V—節流閥

工作原理

製冷劑和吸收劑組成的工質對作為運行工質，其工作原理是：在發生器中，製冷劑工質吸收溫度為T1（如70~100℃

）的低溫熱QG，蒸發形成壓力較高的飽和蒸氣，蒸汽在換熱器H2中預冷降溫後，流入冷凝器C並在此冷凝，在環境溫度T0下向環境放出品位更低的熱量QC。冷凝後的液體由液泵P2升壓並經H2吸熱形成壓力為p1,溫度為T1的過冷液，送入蒸發器E，並在這裏吸收溫度為T1的低品位熱量QE而蒸發，蒸發後的蒸氣流入吸收器A，而沒有蒸發的液體則經節流閥V降壓重新流入發生器G，由發生器G流出的稀溶液由液泵P1升壓並經換熱器H1預熱後打入吸收器A，並在這裏吸收由蒸發器流過來的製冷劑蒸氣，由於吸收劑在吸收製冷劑蒸氣時發生放熱效應，因此在吸收器A中就放出品位較高的溫度為T2（如150~200℃

）的熱量QA，吸收器A中的濃溶液則經H1放熱，並與蒸發器來的流體匯合經節流閥V降壓重新流入發生器G。這種迴圈方式的結果是僅耗費了很少的液泵泵功，就能將低品位的熱量QG+QE轉化成一部分接近環境溫度的熱量QC，和另一部分有用的中品位熱量QA。

進展與結果

目前，變熱器還處於研究階段，據報導德國已有樣機運行。國外研究最多的是含有TFE的工作流體，其中TFE-H20-E181溶液和TFE-Pyr溶液有較為滿意的效果。常規的吸收式製冷迴圈工質對是氨水溶液和溴化鋰水溶液，但在變熱器中，若採用氨水溶液，由於溫度較高，易造成系統內的壓力過高；若採用溴化鋰水溶液，則在流體經換熱器H1時，易結晶而堵塞管路。

吸收式變熱器的性能係數為0.4左右，即可將100份的低品位熱量轉化為40份的中品位熱量。

燕化公司橡膠廠5000KW降膜吸收式熱泵，熱源溫度為90℃，熱泵產出熱水110℃。操作性能參數COP為0.45-0.48，供熱規模為6270kW時，總投資820萬元(2001年)。一般只有回收的餘熱溫度高於60℃及可回收的熱負荷大於2000kW時才具有經濟意義。6．2燃氣輪機

燃氣輪機的工作原理：壓氣機（壓縮機，在燃機的前部）連續地從大氣中吸入空氣並將其壓縮，壓縮後的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合後燃料，成為高溫燃氣進入透平中膨脹作功，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉，加熱後的高溫燃氣作功能力顯著提高，因而透平在帶動壓氣機的同時，尚有餘功作為燃氣輪機的輸出機械功。

壓比和溫比對效率的影響

壓氣機中空氣出口壓力與進口壓力之比稱為壓比π，燃燒室出口至透平進口的燃氣溫度稱為燃氣初溫t3,溫比τ為T3與大氣溫度T1的比值。

為了提高燃氣輪機效率，人們不斷地提高溫比，同時配合提高壓比。當前t3最高已達1200~1300℃，簡單迴圈（無回熱）的壓比達15~30，燃氣輪機效率最高的已達40%以上。

幾種迴圈方式供電效率的比較石化工業應用方案

由於石化工業大部分的工藝加熱溫度在200~400℃，而燃氣輪機的排氣溫度在400~600℃，加之石化企業有大量的氣體燃料，是燃氣輪機理想的燃料，因此將燃氣輪機與工藝加熱爐結合起來，先利用高品位的熱量做功，再利用較高溫度的熱量供熱，就組成了一種典型的能量逐級系統，多耗燃料的供電效率在80%以上。一種燃氣輪機熱電聯供的基本方案見下圖：工業應用目前我國石化企業中應用燃氣輪機最多的是新疆澤普石油化工廠，裝有三臺英國RR公司生產的SK15HE燃氣輪機發電機組，燃用天然氣，單機功率11.75MW，效率33%，還有三臺帶煙道補燃器的餘熱鍋爐產生蒸汽供熱，於1989年投產。由於該地區周圍無電網，故以該三臺機組組成的熱電站供應全部所需的電和熱，平時投運兩臺機組即可滿足生產用電的需要，另一臺備用。（目前可能共裝有五臺SK15HE機組）。廠中還裝有六臺WJ6G1發電機組。據1996的資料報導，當時全世界採用Lummus技術使用燃氣輪機的乙烯裝置共有10家。廣東湛江東興石化公司，裝有6臺WJ6G1燃氣輪機發電機組，並配有餘熱鍋爐實現熱電聯產，已投產。廣州分公司，裝有2臺WJ6G1燃氣輪機發電機組，燃用煉油廠幹氣，配有餘熱鍋爐實現熱電聯供，於1995年投產。日本根岸煉油廠第一套600萬噸/年常壓蒸餾裝置，加熱爐熱負荷為6600萬kcal/h，1987年和一臺12600kW的燃氣輪機聯合。燃機排出的煙氣含氧15%，溫度550℃，作為加熱爐的燃燒用的空氣，其顯熱相當於提供加熱爐30%的燃料，加熱爐煙氣經脫Nox

後，在餘熱鍋爐中回收13t/h2.3Mpa的蒸汽。燃氣輪機的熱效率為31.8%，加熱爐及餘熱鍋爐回收52%,綜合效率83.8%,4年可回收投資。應該說：大部分石化企業已應用了燃氣輪機

以天然氣為原料的合成氨廠，一座年產20萬噸、四座年產30萬噸的合成氨廠應用了燃氣輪機，大大降低了能耗。其中一個廠的設計能耗為688kg標油/噸氨。國內其他合成氨廠的能耗在900kg標油/噸氨左右。乙烯裝置裂解爐與燃氣輪機聯合後，節能率15%。在一個年產30萬噸合成氨廠，用一臺10MW燃氣輪機帶動合成氨所需高壓空氣的壓縮機，燃氣輪機排氣引至一段轉化爐中作燃燒用空氣，以減少轉化爐中的燃料耗量。這種方式，比空氣壓縮機用汽輪機來帶動使總的燃料消耗降低10%以上。

實際上，國內大部分企業應該說，已經應用了燃氣輪機，即煙機，只不過是分體罷了。6．3低溫餘熱的回收與利用

石化工業有大量的低溫餘熱（一般指熱源溫度在150C以下），低溫餘熱回收和利用的好壞也標誌著一個企業的用能水準，故它始終是困擾節能工作的一個問題。

6．3．1低溫餘熱的回收利用原則（1）首先改進降低工藝用能，優化工藝裝置換熱流程，儘量少產低溫餘熱；（2）低溫餘熱的回收和利用必須經濟合理、運行可靠。已經發現：有些企業在確定低溫餘熱利用方案時，低溫餘熱的價格確定不合理；另外有時將回收利用的系統管道投資沒有考慮。這兩個方面均會導致不合理的方案產生。（3）低溫餘熱的利用應優先考慮長週期運行的同級利用（低溫熱量直接代替了原使用的二次能源），如空氣預熱、除鹽水加熱、工藝裝置重沸器熱源、儲罐加熱，其次考慮全年中部分時間利用的同級利用，如採暖，最後才考慮升級利用，即熱泵、製冷、發電。6．3．2幾種低壓低溫餘熱方式的節能效果

幾種低溫餘熱利用方式的折能係數（定義為低溫熱利用所代替的一次能源量占低溫熱量的百分比）見下表：

目前國內低溫熱擴容發電投用的企業有長嶺和錦西煉廠。由節能技術中心組織的某廠350萬噸/年處理量的節能規劃中，低溫餘熱在回收利用後，所剩無幾。共回收4100萬kcal/h,長年同級利用的有氣體分餾裝置重沸器熱源2000萬kcal/h,除鹽水800萬kcal/h,儲罐加熱320~400萬kcal/h,全年中部分時間用的為冬季採暖900萬kcal/h。

6．3．3高壓低溫餘熱的回收利用

前述的低溫餘熱利用還僅是在低壓範圍內。隨著油品品質的進一步提高，加氫過程越來越多，產生的較高壓力的低溫餘熱也越來越多，其高壓低溫餘熱的回收和利用將是提高用能水準一個新的課題。高壓低溫餘熱一直沒有回收的原因主要有三個：（1）是壓力高，換熱回收投資大；（2）由於壓力高，認為運行安全性差。（3）煉油廠普遍存在低壓低溫餘熱過剩並難以回收利用的問題。

高壓低溫餘熱的利用分析

最近對加氫裂化反應流出物採用水擴容發電的情況做了探討。仔細分析反應流出物餘熱的特點，可以看出：儘管反應流出物壓力高，換熱回收投資大，但由於此股物流流量較大熱量集中，為回收熱量所需的管道投資相對較小，回收利用的總投資不一定大。如某0.8Mt/a加氫裂化裝置為全迴圈、冷高壓分離器流程，80℃以上反應流出物餘熱量達15.8MW。而某新建4.0Mt/a大型加氫裂化裝置為全迴圈、熱高壓分離器流程，80℃以上的反應流出物餘熱量達67.4MW。從安全角度講：在回收反應流出物熱量的過程中，已經投用了許多高壓換熱器、高低壓換熱器（如利用高壓分離器氣體熱量直接產生低壓蒸汽）和高壓空冷器，因此也不能認為用高低壓換熱器（在回收大量低溫餘熱時，一般用水作介質，壓力在0.5MPa以下，故使用高低壓換熱器）代替高壓空冷器就存在安全性的問題。某加氫裂化反應流出物餘熱發電的探討

選擇的基準價格數據為：電0.45元/kWh,除鹽水14元/t,冷卻水0.25元/t，1.0MPa蒸汽100元/t。

投資：以2002年投資概算價格為基準，新建加氫裂化裝置回收41MW低溫位餘熱（下稱新建裝置動力回收）和已有裝置改造回收（下稱改造裝置動力回收）兩種方案的動力回收系統工程投資見下表。

效益分析

效益發電3500kW,年效益1260萬元；換熱器代替高壓空冷器後，減少風機用電160kW,年效益57.6萬元。因此低溫餘熱發電的年總效益為1317.6萬元。低溫餘熱電站的有關消耗及費用如下：冷卻水3340t/h,年費用660萬元；電站自耗電（包括熱水泵）200kW,年費用72萬元；熱水補充用除鹽水2.5t/h,年費用28萬元；消耗1.0MPa蒸汽0.5t/h,年費用40萬元。上述4項相加，年總費用800萬元。

投資回收期：低溫發電的年淨效益為517.6萬元，新建和改造裝置動力回收方案的簡單投資回收期分別為3.6，4.4年。這兩種情況下的回收期均在一般可接受的5年以內，說明採用動力回收方式是經濟可行的。另一方面也說明，新建裝置動力回收方案更合理，投資回收期比改造裝置動力回收短0.78年。

節能效果：發電3500kW並減少風機用電160kW,節能量為1098kg標油/h,各種消耗折一次能源量為438kg標油/h,此方案淨節能量為660kg標油/h，每年節約標準燃料油5280噸，節能效果也是非常顯著的。

不同地區的影響

對不同地區不同煉油廠來說，所建低溫餘熱電站的投資變化不大，但有時效益差別比較大，這是由煉油廠不同的公用工程價格所引起的。以南方某煉油廠的價格為例進行分析。有關價格為：