浅析化工行业中能量的合理利用

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摘 要：化学工业能源消耗大，如何提高化工过程中的合理用能是实现节能减排、提质增效的关键。本文结合化工过程的特点从能量的有效利用、充分利用和综合利用方面进行了分析总结，体现了“按质用能、按需用能”的原则，为更好地把握化工行业中能量的合理利用提供借鉴和参考。
关键词：合理用能；有效用能；充分用能；综合用能
化学工业是能源消费大户，每年消费能源量占全国消费总量的10%左右。一般产品能源成本占总成本20%～30%，高能耗产品的能源成本甚至达到产品成本的70%～80%，因此，系统性地分析和总结化工过程中能量的有效利用、充分利用和综合利用，是实现化工行业节能减排的关键。
1 化工过程的有效用能
从能量利用的观点看，一切化工过程都是能量的传递和转化过程。它们都是在一定的热力学势差（温度差、压力差、电势差和化学势差）推动下进行。由于任何热力学势差都是过程的不可逆因素，因此，有效用能的关键是采取各种措施，减少不可逆损失。
1.1 能量的梯级利用
化工过程使用的能源主要是高能级的电力和化石燃料。为了防止能量的无功降级，应根据用户对输入能的不同能级要求，使能源的能级逐次下降，实现能量的梯级利用。梯级用能是对高温带压（或不带压）的流体，先利用其势差做功，然后再利用其温差供热。其特点是载能工质不变。
1.2 能量的多效利用
在多效蒸发中，通过加压或抽真空使各个蒸发器的沸点不同，就可将前一蒸发器的二次蒸汽，作为后一蒸发器的加热蒸汽；由于利用二次蒸汽余热，就降低了新鲜蒸汽的消耗。在多效蒸馏中，通过加压或抽真空使精馏塔沸点不同，就可利用高压塔塔顶蒸汽冷凝热，供低压塔再沸器加热用。根据对处理量约54600t/a的丙烷-丙烯分离系统进行分析，两效蒸馏与单效蒸馏相比，蒸汽用量约减少40%，冷却水量减少47%，动力仅增加6kW，能耗大大减少。
2 化工过程的充分用能
能量的充分利用就是要减少排出损失。减少排出损失的原则，首先是堵塞漏洞，改善过程的热力学完善程度，使排出系统的余热量降低到最低限度，然后再考虑余热的回收利用。
2.1 堵塞漏洞，减少余热排放
堵塞能量散失的各种漏洞是节能的重要措施之一。堵塞漏洞的主要方法包括：减少散热和跑冷损失。减少跑、冒、滴、漏；减少各种废物的排放和有用气体的放空。
①减少散热和跑冷损失；装置中“热”和“冷”的设备、管道保温或保冷不良，是造成散热和跑冷损失的原因。②减少各种废弃物和污染物的排放量，减少可燃和有用气体的放空，此项措施除了降低过程的不可逆性外，主要是确定合理的排放标准，注意回收有用组分。可燃气体和有用组分的回收利用也不可忽视。
2.2 余热的回收利用
在各种节能措施中，余热的回收利用是最后实施的目的。在考虑余热的回收时，首先应作出判断，看余热回收是否必要，即是否可进一步提高过程的效率以减少余热排放量；然后在调查余热的数量、质量及其稳定性的基础上研究确定余热回收的方法。如表1所示。
3 化工過程的综合用能
化工过程的特点是原料与产品通常在常温常压下存在，而反应过程常在高温或高压下进行。因而原料、中间物与产品需反复进行升压、降压、冷却、增湿和减湿。除了输入一次能源外，化工过程中还有各种二次能源（化学反应和物理变化的热效应）可以利用。各种形式能量的相互配合、综合利用具有重要意义。
3.1 热电联产
热电分供时，动力厂用高压锅炉产汽供电，同时自备低压蒸汽锅炉供热，由于动力厂采用凝汽式透平机组发电时，燃料的热能中仅28%～30%转变为电能，除动力厂本身消耗的10%～12%，其余58%～60%都由冷凝液带走，热量未能充分利用，而且增加了投资，显然极不合理。采用热电联产方式，由高压锅炉产汽，通过抽气背压透平或背压透平发电，抽汽或排汽用于供热，可使燃料及蒸汽都得到充分的利用。
3.2 能量综合利用
化工过程能量的综合利用除应考虑热能与动力的配合外，还应考虑各种物理和化学过程热效应、机械能等的综合利用。物理变化的潜热，量小品位低；但改变操作条件，提高热能的温度水平，也可回收利用。
4 结论
综上所述，“按质用能、按需用能”为化工过程合理用能的基本原则，通过减少能量的不可逆损失可实现有效用能，减少排出损失可实现充分用能，综合用能则是热能与动力、热效应及机械能的配合。合理用能是国家实施节能减排战略与化工行业可持续发展的必然要求。
作者简介：
孙金勇（1977- ），男，汉族，江苏淮安，副总经理，化工与环境工程。