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第22章 低碳企业,向节能激进!(3)

(3)化工工业

化工企业所消耗的能量约占总能耗的20%,但能量利用率不高。原因主要是由于工序车间操作条件的改变,部分能量由于工艺物流的降温、降压而释放出来,成为废热和废功散失于周围环境中。以轻柴油和石脑油为原料的大型乙烯装置中,裂解气温度高达800℃左右,可以用来生产高压蒸汽。以重油为原料的合成氨厂中,汽化炉里进行强化放热反应,裂解气温度高达1350℃,也可以用来生产高压蒸汽。一套年处理量为240万吨的大型催化裂化装置,可供回收的能量达2万千瓦,除了可满足本装置主风机需要的巨大动力(1.5万千瓦)以外,尚有余力发电,供全厂使用。

由于世界性能源危机的冲击以及化工生产向大型化发展,促使将动力系统引入化工生产并和工艺系统密切结合。例如大型合成氨厂中由于采用了高压余热锅炉、蒸汽轮机及离心压缩机,可以达到基本上不需外供电,能量利用率从20世纪50年代的大约30%一下子提高到60%以上。

(4)机械工业

机械行业中有各种加热设备及炉窑。余热资源也相当丰富,例如锻件加热炉的烟气温度高达1000℃以上。可利用余热锅炉产生蒸汽。蒸汽锻锤的排汽压力在大气压以上,而且数量也大。如某汽车制造厂的锻造分厂锻锤排汽就达每小时13吨以上。每年损失热量折合标煤5000多吨。又如各种热处理炉的排气温度达425℃~650℃,干燥炉和烘炉的排气温度达230℃~600℃,这些都是很好的余热资源。

(5)其他工业

造纸、玻璃、建材、丝绸、纺织、食品等工业部门均有丰富的余热资源,例如各类工厂供热系统产生的凝结水,以往多数不予回收,造成的燃料浪费达5%~8%。又如一些设备和部件的工业冷却水,水温为35℃~90℃,是极为广泛而大量的低温余热资源。

五、空调系统节能

中央空调耗能一般有三部分:空调冷热源、空调机组及末端设备、水或空气输送系统。这三部分能耗中,冷热源能耗约占总能耗的一半左右,是空调节能的主要内容。

空调系统设备的能源利用效率通常用能效比(EER)表示。能效比为空调提供的冷(热)量与空调提供冷(热)量时所消耗的能量之比。因而,能效比越高的设备或系统,在满足相同的冷(热)量需求时,所需消耗的电能就越少。节约空调系统能耗的关键在于提高空调系统的能效比。要提高空调系统的能效比,就要选用能量利用效率高的设备和系统形式,并避免设备容量配备过大,同时在只有部分负荷时,该系统能够高效率地工作。

对于一个大型建筑,采用多分区空调对节能有利。由于同一建筑物平面和竖向各处空调负荷差别很大.各个房间要求的室内空气参数不同,为做到节能与经济运行,应将系统分区。例如,体型很大的建筑的周边区受室外气温变化和太阳辐射的影响较大,不同朝向房间的四季空调负荷随室外气象条件变化,而内区的空调负荷则较为稳定。除了按朝向分区外,还可按建筑物不同用途、不同的使用时间进行分区,以满足不同的使用要求。

空调制冷机是空调系统的心脏,其能耗在整个空调系统中所占比重很大。按目前我国一般情况,夏季制冷以电动冷水机组一次能效比最高,其中又以离心机组能效比最高;但不同型式的机组单机制冷量范围不同。由于制冷机组大部分时间在部分负荷下工作,此时效率小于在满负荷运行时,因而宜选择部分负荷性能较好的产品。采用变频调速技术的设备,具有良好的能量调节特性。合理配置机组的台数及容量大小,以便在运行中根据负荷的变化进行机组的合理调配,可使设备尽可能满负荷高效率运转。

一般空调水系统的输配用电,在冬季供暖期间约占整个建筑动力用电的20%~25%;夏季供冷期间约占12%~24%,因此水系统节能也具有重要意义。目前,空调水系统存在着许多问题,如:选择水泵是按设计值查找水泵样本的铭牌参数,而不是按水泵的特性曲线选定;不是对每个水环路都进行水力平衡计算等。按照实际需要选用空气处理设备和水泵,采用变风量系统和变流量水系统,组织良好的气流,注意水系统分支环路的水力平衡,都有利于降低空调风机、水泵的能耗。

国产风机盘管从总体水平看与国外同类产品相比差不多,但与国外先进水平比较,主要差距是耗电量、盘管重量和噪声方面。因此设计中一定注意选用质量轻、单位风机功率供冷(热)量大的机组。空调机组应该选用机组风机风量、风压匹配合理,漏风量少,空气输送系数大的机组。

由于电网峰谷差值日益增大,蓄冷空调正在发展。即在电网低谷负荷时,用蓄冷空调设备制冷,将冷量以冷冻水、冰或凝固相变材料的方式储存起来,而在空调高峰时段,即电网高峰时段,利用储存的冷量向空调系统供冷,从而减少空调制冷设备容量、降低系统运行费用,也有利于电网削峰填谷。

采用蓄冷系统时,有两种负荷管理策略可考虑。当电费价格在不同时间里有差别时,可以将全部负荷转移到廉价电费的时间里运行。可选用一台能储存足够能量的传统冷水机组,将整个负荷转移到高峰以外的时间去,这称为全部蓄能系统。这种方式常常用于改建工程中原有的冷水机组,只需加设蓄冷设备和有关的辅助装置,但需注意原有冷水机组是否适用于冰蓄冷系统。这种方式也适用于特殊建筑物需要瞬时大量释冷的场合,如体育馆建筑物。在新建的建筑中,部分蓄能系统是最实用的,也是一种投资有效的负荷管理策略。在这种负荷均衡的方法中,冷水机组连续运行,它在夜间用来制冷蓄存,在白天利用储存的制冷量为建筑物提供制冷。将运行时数从14小时扩展到24小时,可以得到最低的平均负荷,需电量大大减少,而冷水机组的制冷能力也可以减少50%~60%或者更多一些。蓄冷空调从该系统本身的运行角度上看并不节能,也不经济;但从全社会的角度上看,由于利用了电网低谷负荷,是一种效益良好的空调节能技术。

热泵也具有良好的节能效果。热泵有空气源热泵、水源热泵和地源热泵等,各有其适用条件。

目前我国空调系统主要用空气源热泵作为冷热源,由于室外机受环境、空气、季节性温度变化规律的制约,夏季供冷负荷越大时对应的冷凝温度越高。众所周知,制冷系统冷却水进水温度的高低对主机耗电量有重要影响,一般推算,在水量一定的情况下,进水温度提高1℃,压缩机主机电耗约增加2%,溴化锂主机能耗提高约6%。以土壤取代或部分取代目前的空气热源,无疑将有广泛的应用前景和明显的节能效果。与地面环境空气相比,地面5米以下全年土壤温度稳定且约等于年平均温度,可以分别在夏冬两季提供相对较低的冷凝温度和较高的蒸发温度,即分别将地热能作为夏冬两季的低温热源和高温热源。从原理上讲,土壤是一种比环境空气更好的热泵系统的冷热源。

已有的研究表明,土壤热源热泵的主要优点有:节能效果明显,可比空气源热泵系统节能约20%;埋地换热器不需要除霜,减少了冬季除霜的能耗;由于土壤具有较好的蓄热性能,可与太阳能联用改善冬季运行条件;埋地换热器在地下静态的吸放热,减小了空调系统对地面空气的热及噪声的污染。地源热泵空调系统将热泵的高能量利用效率与对土壤的可再生蓄热能利用结合起来,能效比很高。通过输入少量高品位能源(电能),可实现低温热源向高温热源的热量转移。在冬季将地热“取”出用于采暖或热水供应,在夏季将室内热量提取后释放至地层内。所以若能用土壤热源热泵部分取代空气源热泵,必然节约能源并可形成新的空调产品系列。

中央空调系统设计的基本要求是要向空调房间输送足够数量的、经过一定处理了的空气,用以吸收室内的余热和余湿,从而维持室内所需要的温度和湿度。当室内余热发生变化而又需要使室内温度保持不变时,可将送风量L固定,而改变送风温度,也可将送风温度不固定,而改变进风量。那种固定送风量而改变送风温度的空调系统,一般称其为定风量系统。对于服务于多个房间(或区域)的定风量空调系统来说,由于经过空调设备处理过的空气送风温度一定,为了适应某个房间(或区域)的负荷变化,往往需要设立再热装置,才能维持所要求的温度、湿度,否则会产生过冷现象,使经过冷却去湿处理过的空气又进行再热处理,这显然是一种能量的浪费。

对于多数舒适性空调要求来说,并不需要十分严格的温度和湿度控制。变风量系统则可以克服上述缺点,它可以通过改变送到房间(或区域)里的风量来满足这些地方负荷变化的需要。因此,变风量系统在运行中是一种节能的空调系统。在一幢大型民用建筑中,各个朝向的房间一天中最大负荷并不出现在同一时刻。对于定风量系统,总风量是固定的,因而只能按各房间的最大负荷来设计送风量。而变风量系统则可以适应一天中同一时间各朝向房间的负荷,并不都出于最大值的需要,空调系统输送的风量(实际上输送的是能量)可以在建筑物各个朝向的房间之间进行转移,从而系统的总设计风量可以减少,空调设备韵容量也可以减小,既可节省设备费的投资,也进一步降低了系统的运行能耗。

合理布置空调器,才有利于其效率的发挥。如分体式空调器室内机应安装在送出的冷气或热风可以到达房间内大部分地方的位置,并使送出的风不受阻挡,以使室温均匀;其室外机应安装在通风良好处,侧边及上部留有足够空间,以利于抽风,提高换热效果,并设遮篷,避免日晒雨淋。还要注意清除换热器上的积灰,以提高实际运行的能效比。

六、电机系统节能

电动机作为风机、水泵、压缩机、机床等各种设备的动力,被广泛应用于工业、商业、国防、公用设施等各个领域。电动机的用电量在世界各国的总用电量中都占有相当大的比重。在中国,电动机的用电量已经占到社会总用电量的60%以上。

为满足不同机械设备传动和动力的需要,中国小型电动机产品品种已发展到140余个系列,600多个品种,5000余个规格;广泛用于化工、石化及煤炭工业的小型防爆电动机已生产130个系列、2000余个规格。目前中国电动机应用市场主要由四大系列组成:JO2系列、Y系列、Y2系列和YX、YX2系列。

根据中国电器工业协会电机分会的统计数据,2001年中国大、中、小型交流电动机市场总容量约为44100兆瓦,其中大型电动机约为3200兆瓦,占7.3%;中小型电动机为40920兆瓦,占92.7%。中小型电动机中小型电动机为31500兆瓦,占中小型电动机总量的71.5%,中型电动机为9400兆瓦,占中小型电动机总量的21.2%。小型电动机是中国电动机市场中量大面广的产品。

中国已具备生产高效电动机的技术条件,但由于市场条件不够成熟,产量和市场容量都较小。1998年高效电动机市场主要是出口美国符合NEMA标准的电动机产量比例还不到2%。1999年高效电动机市场为电动机市场的2%,2000年为4.7%,2001年也只有6.5%。其中70%以上为出口,用于中国市场的产品很少。

目前中国所生产的高效电动机,有32%用于国内市场,67%则出口国外。其中,美国、加拿大(采用NEMA标准)、欧洲(采用IEC标准)和澳大利亚是主要的出口地。

从目前各行业电动机的使用情况看,主要还是Y/Y2系列电动机,而且还有相当一部分是JO系列电动机,高效电动机则主要用于石油和城市给排水行业。从行业对电动机的要求来看,石油、石化、化工、纺织、电力、给排水等行业对高效电动机将有一定的市场需求。

电动机能效水平的提高对于节约能源、环境保护以及资金节约来讲均具有重要意义。我国2001年实际发电量为14650亿千瓦时,其中约有50%的电能由电动机转换成机械能,因此电动机的输入电能为7325亿千瓦时,如果电动机效率提高2%,就可节约146亿千瓦时的电能,相当于2个100万千瓦电站的年发电量,从而可以大大减少一次能源的消耗和二氧化碳的排放,并可相应节省电站建设的投资和电动机用户的电费支出,因此电动机能效水平的提高有着重要的社会和经济意义。

高效电机

由于世界各国的电动机用电量都占到了全国发电量的50%~60%以上,因此提高电动机效率对节约电能具有重大意义。目前电动机虽然具有比较高的效率,然而新的高效设计进一步降低了损耗,提高了效率,节省了电费。设计、材料和制造技术的改进,使得高效电动机比标准电动机在性能上更胜一筹。

那么,电动机损耗降多少、效率提高多少才算高效电动机呢?

在中国,我们通常说的高效电动机是高效率三相异步电动机,也就是效率水平达到或超过国家标准《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》GB 18613P2002所规定的节能评价值的电动机,其总损耗比Y系列电动机降低20%~30%,效率提高2%~3%以上。