三環(huán)節(jié)模型介紹

1、一、石油化工用能特點多年來， 人們習(xí)慣于從物料變化線索及單元操作角度對過程進行分析研究。然而按照能量變化線索研究工藝過程，發(fā)現(xiàn)石油化工過程用能有下述三大特點 :（1）過程用能的主要形式是熱、流動功和蒸汽，而熱、功和蒸汽又是由電和燃料轉(zhuǎn)化來的。一般是通過轉(zhuǎn) 換設(shè)備，如爐、機泵等實現(xiàn)能緊轉(zhuǎn)換的。（ 2）轉(zhuǎn)換設(shè)備提供的熱、功、蒸汽等形式的能量進入工藝核心環(huán)節(jié)（塔、反應(yīng)器等 ），連同回收循環(huán)能量一起推動工藝過程完成后，除部分能量轉(zhuǎn)入到產(chǎn)品中外，其余均進入能量回收系統(tǒng)。（3）能量在工藝核心環(huán)節(jié)完成其使命后，質(zhì)量下降，但尚具較高的溫度和壓力，在很大程度上可以通過換 熱設(shè)備、換功設(shè)備 （如液力透平 ）等回收

2、利用，從而可以減少轉(zhuǎn)換設(shè)備輸入的能量。但受工程和經(jīng)濟條件約束，回 收不能到底， 最終通過冷卻、 散熱等渠道排棄到環(huán)境中去。 連同轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的損失能一起構(gòu)成了裝置數(shù)量上的能耗。由上述特點，可以看出用能對象是工藝核心設(shè)備，但其數(shù)量不變（無消耗） ，為之服務(wù)的轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)以 及能量回收環(huán)節(jié)卻表現(xiàn)出了能量數(shù)量上的消耗。 顯然， 用能分析應(yīng)從全局的角度考察能量使用的數(shù)量和質(zhì)量變化 情況?；谏鲜鲇媚芴攸c， 提出的 用能分析三環(huán)節(jié)模式 系統(tǒng)地解決了煉油裝置能量平衡和火用平衡的方法問題。 用 能分析的三環(huán)節(jié)模型（見圖 4-8 和圖 4-9）。但由于模型是在煉油過程用能分析中發(fā)展起來的，考慮石油化工特點 少，

3、需作適當(dāng)改進。二、用能分析三環(huán)節(jié)模型的改進用能分析三環(huán)節(jié)模型的突出特點是， 按照能量的變化規(guī)律而不是物料變化規(guī)律對過程用能進行分析研究； 不 計原料化學(xué)能， 把原料和產(chǎn)品化學(xué)能的差異放在熱力學(xué)能耗中處理； 把過程分為能量轉(zhuǎn)換和傳輸、 工藝?yán)煤湍?量回收三個環(huán)節(jié)，分別考察能量使用的數(shù)量和質(zhì)量變化情況。這對于煉油行業(yè)是一種科學(xué)、實用的簡化方法，并 為煉廠能量平衡實踐所證明。對于石油化工過程， 特別是對原料和燃料能夠分開的情況下， 不計原料化學(xué)能往往也是現(xiàn)實可行的。 原料和 產(chǎn)品仍為高分子的碳?xì)浠衔?，只是結(jié)構(gòu)和種類不同，都含有很高的化學(xué)能，無一不體現(xiàn)在過程的化學(xué)反應(yīng)中。 因此， 將原料和產(chǎn)品化學(xué)

4、能的差異， 通過反應(yīng)熱計入熱力學(xué)能耗中。 即使對于原料和燃料能耗有時難以分開的情 況下，仍可沿用上述方法，對過程用能進行分析，這時三環(huán)節(jié)模型主要是對消耗的燃料動力能耗進行分析，原料化學(xué)能僅在匯總為裝置能耗時計入。使之適用于石油化工過程進因此，結(jié)合石油化工過程的特點，對原用能分析三環(huán)節(jié)模型提出以下改進意見,行用能分析。改進后的用能分析三環(huán)節(jié)模型如圖4-10和圖4-11所示。1用能分析計算基準(zhǔn)基于煉油行業(yè)習(xí)慣，早期的用能分析三環(huán)節(jié)模型是以單位原料為計算基準(zhǔn)進行能量平衡及火用平衡計算的，究其原因，主要是煉油企業(yè) （裝置）主要原料單一，而產(chǎn)品分布較廣，采用單位原料作為計算基準(zhǔn)比較方便。而石油化工則往往

5、是多種原料，產(chǎn)品比較單一明確，習(xí)慣上，以目的產(chǎn)品為計算基準(zhǔn)比較方便。而對于多種原料和多 種產(chǎn)品的情況，又以單位時間 （小時）為計算基準(zhǔn)比較方便。因此，用能分析的計算基準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)不同行業(yè)的具體特 點選取不同的計算基準(zhǔn)，原則為：選單一性的原料或產(chǎn)品較實用方便，結(jié)合上級主管部門的意見，尊重本行業(yè)的 習(xí)慣，使其在同行業(yè)中具有可比性。2關(guān)于非工藝流體的機泵有效動力非工藝流體機泵指裝置用水、風(fēng)及其它非工藝流體的機泵。這些機泵有的設(shè)在裝置內(nèi)部，大多則設(shè)在公用系統(tǒng)中，若干裝置共用。這部分能量實際上難以進入能量平衡體系。為處理問題方便，早期分析模型將這部分機泵 耗能視為本裝置動力消耗，按其單位產(chǎn)品（水、風(fēng)）的消耗

6、指標(biāo)折成電能計入裝置消耗中，然后把這部分消耗按其轉(zhuǎn)換效率不同分為無效動力和有效動力。無效動力與其它工藝機泵無效動力一起自轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)排出 ，有效動力則視為有效供能進入工藝?yán)铆h(huán)節(jié)。由于非工藝流體機泵有效動力實際上不進入利用環(huán)節(jié)，為真實地反映過程用能的關(guān)系，應(yīng)將這部分有效動力自轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)直接引到回收環(huán)節(jié)排棄，繞過工藝?yán)铆h(huán)節(jié)。并將這部分有效動力記作Euo，這樣就把非工藝流體機泵也作為轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)設(shè)備，其有效動力計入環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換效率，但不進入利用環(huán)節(jié)。避免 了對有效供能Eu、工藝總用能En、及待回收能Eo的影響。外供入能Ep轉(zhuǎn)換輸出能Eb回收輸出能EeExe轉(zhuǎn)換輸岀火用Exb3能量使用環(huán)節(jié)的設(shè)備散熱4-8所示的

7、用能分析模工藝?yán)铆h(huán)節(jié)是裝置用能的核心環(huán)節(jié)，設(shè)備散熱是不可避免的，且占相當(dāng)?shù)谋戎?。圖型把工藝使用環(huán)節(jié)設(shè)備散熱歸入到待回收能中，引入回收環(huán)節(jié)，與能量回收設(shè)備散熱一起排出回收環(huán)節(jié)，結(jié)果增 大了待回收能，計算能量回收率偏低。 由于散熱的不可逆性。 工藝?yán)迷O(shè)備的散熱不會也不可能跑到回收環(huán)節(jié)去 待回收，只能在能量利用環(huán)節(jié)內(nèi)籍加強保溫加以減少。 因此應(yīng)將工藝?yán)铆h(huán)節(jié)設(shè)備散熱在用能分析模型中單列一 項，直接由利用環(huán)節(jié)排出，并記作 Eud。4關(guān)于原料的化學(xué)能石油化工過程均屬烴類物質(zhì)的加工過程，其原料和產(chǎn)品均含較高的化學(xué)能。加工過程的能耗與原料的化學(xué)能相比較小，而用能分析的目的在于揭示加工過程能量使用的規(guī)律及

8、其合理性。原料和產(chǎn)品化學(xué)能的差別大都體現(xiàn)在過程的化學(xué)反應(yīng)熱中， 放在裝置的熱力學(xué)能耗中體現(xiàn) 。而對于習(xí)慣上計原料化學(xué)能的化肥行業(yè)，可把裝置能耗視為燃動能耗和原料能耗兩部分組成，其中燃動能耗才是過程使用和消耗的能量，應(yīng)采用上述用能分析模型進行分析，考察其使用過程的特性及規(guī)律。而對于原料化學(xué)能僅在匯總為全裝置一次能耗中體現(xiàn)。即燃動能耗和原料物理能進入平衡體系，把原料化學(xué)能放在裝置能耗中。5反應(yīng)放熱應(yīng)計入工藝總用能工藝總用能是裝置用能的一個主要分析評價指標(biāo)，它是指裝置工藝設(shè)備使用能量的總數(shù)量，體現(xiàn)了裝置設(shè)計和操作水平。但由于用能分析三環(huán)節(jié)模型不計原料化學(xué)能，僅把原料的物理能計入平衡體系。在有化學(xué)反應(yīng)

9、的情況下，應(yīng)仔細(xì)分析。 對于吸熱反應(yīng)，反應(yīng)熱來源于外界供入能和循環(huán)回收的能量，已經(jīng)計入工藝總用能。對于放熱反應(yīng)來說，其反應(yīng)熱大多是來源于原料的化學(xué)能，在有效供入能和循環(huán)回收能之外。而原料的化學(xué)能按規(guī)定又不進入能量平衡體系。實際上放熱反應(yīng)熱往往起到提高反應(yīng)物溫度推動過程進行的作用，若放熱反應(yīng)熱利用得好，可以直接減少能量的供入。因此，在有放熱反應(yīng)的分析體系中，反應(yīng)放熱應(yīng)視為供入體系的能量，在利用環(huán)節(jié)作為入方能量計入，記作 Ere，且應(yīng)把反應(yīng)熱視為工藝總用能的一部分。而工藝總用能則由三部分組成 ：(4-51)En=Eu+Er+Ere當(dāng)過程為吸熱反應(yīng)時，視Ere=0。式中Er為回收循環(huán)能。6對一些特殊

10、設(shè)備的處理原則用能分析法的核心是把過程用能分為三大環(huán)節(jié)， 而各個環(huán)節(jié)又都有不同的特點。 根據(jù)三環(huán)節(jié)模型的特點和規(guī) 律， 裝置中某些特殊設(shè)備可能存在一種設(shè)備而分屬兩個甚至三個環(huán)節(jié)的情況，制氫轉(zhuǎn)化爐 即為一例。 對此可按設(shè)備各組成部分的功能不同進行劃分。 即燃料燃燒及熱量傳遞屬轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)， 原料轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化爐管可視為反應(yīng)設(shè)備工 藝使用環(huán)節(jié)， 轉(zhuǎn)化氣帶出熱降溫回收的廢熱鍋爐又屬回收環(huán)節(jié)， 視作待回收能的回收利用， 而煙氣熱的回收利用 仍屬轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) 。因此，在處理這類設(shè)備時，應(yīng)視其功能不同而劃歸相應(yīng)的環(huán)節(jié)。三、改進后用能分析三環(huán)節(jié)模型的項目細(xì)則改進后的 用能分析三環(huán)節(jié)模型 從宏觀上指出能量使用的平衡和制約

11、關(guān)系。裝置使用能量貫穿于整個過程中， 能量品位降低，最后達到工程上不能再回收利用時損失掉，形成能量數(shù)量上的消耗。由火用平衡模型，我們看到 能量貶值和損失是在二個不同環(huán)節(jié)中逐步發(fā)生的。下面介紹構(gòu)成用能分析模型能量參數(shù)的組成和內(nèi)容。1. 能量平衡的參數(shù)（ 1）總供入能 EP 由轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的設(shè)備供入能項匯總 ，包括下列內(nèi)容： 供入燃料 EPF 由裝置內(nèi)所有加熱爐燃料及輔助燃料 （如再生器燃燒油， CO 鍋爐補充燃料 ）的能量加和求 得; 供入焦炭 （包括催化裂化燒焦 ） EPC; 外供入蒸汽 EPS; 供入電 EPE （包括裝置耗甩與水、壓縮空氣折電 ） 外供熱Eph:裝置熱進料（超出規(guī)定溫度以上部分

12、）和回收環(huán)節(jié)回收后用于轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的能量（加熱爐用空氣，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)用自發(fā)汽等 ）; 原料帶入化學(xué)能 （化肥行業(yè)計算裝置能耗時采用 ）?？偣┤肽?Ep即為上述各項之和：Ep=Epf+Epg+E ps+Epe+E ph（2）轉(zhuǎn)換輸出能 EB轉(zhuǎn)換輸出能Eb是指由轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)輸出到裝置外的能量，主要是 ： 汽輪機抽出或背壓蒸汽；加熱爐等加熱外裝置物料等熱量；轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)熱電聯(lián)產(chǎn)供出裝置外電量。凈供入能為總供入能與轉(zhuǎn)換輸出能之差 Ep-EB（ 3 ） 直接損失能 EW 這是在轉(zhuǎn)換和傳輸過程中直接損失，逸入環(huán)境的部分能量，與工藝?yán)脽o關(guān)。裝置內(nèi)的直接損失能EW 可以歸納為下列三項：1. 物流排棄損失 EWX 主要包括加

13、熱爐 （再生器等 ）排煙、廢熱鍋爐汽包的排污。如果蒸汽傳輸過程中有顯著的泄漏，亦屬此項。凝 汽式透平排出的凝結(jié)水計入“無效動力”項中，不屬此項。2. 直接散熱損失 EWD 指在能量轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)通過設(shè)備和管線表面散失的熱量。包括：（ 1）爐體表面散熱（ 2）主要受熱流體或煙氣的中間傳輸管線散熱，在爐效率計算中不反映的（ 例如油品轉(zhuǎn)油線、再生器和廢熱鍋爐之間的煙氣管線，包括三級旋風(fēng)分離器表面、再生器和反應(yīng)器之間的 U 型管表面，煙機 或燃機同爐之間的煙氣管線表面等） 。這部分能量，確系損失在傳輸過程中，并未得到工藝?yán)?，即實際上未在EU 之中，故應(yīng)表示出來。 （ 3）外供入熱，如熱進料的中間儲罐

14、入罐后管線表面、蒸汽管線表面散熱，亦應(yīng)計入。 但如果其數(shù)量甚小，也可忽略。所有機泵表面散熱不在此項而在下面反映。3. 無效動力損失 EWP 指在動力能轉(zhuǎn)換過程中的全部損失，需要說明如下：（1）機泵轉(zhuǎn)換過程的無效部分，分別通過機泵表面散熱，冷卻水、透平復(fù)水器凝結(jié)水等渠道排入環(huán)境，均 一并在些計算。注意不要再在其他散熱、冷卻、排棄等項目中作重復(fù)統(tǒng)計。（ 2）如前所述，復(fù)水器冷凝熱量或凝結(jié)水有回收利用的，或者部分無效動力變?yōu)榻橘|(zhì)的顯熱焓而被利用的 （如產(chǎn)風(fēng)機），應(yīng)從統(tǒng)計總數(shù)中扣出。 （3）供 入電的輸變電損耗，應(yīng)計入此項中。 （ 4）冷卻水耗能因折電表示，故在這部分能量中屬于循環(huán)水場的水泵和風(fēng)機 的

15、無效動力部分亦應(yīng)計入 EWP 中。直接損失為上述三項損失能量之和：EW=E WX +E WD +E WF（ 4）非工藝流體有效動力 EUO指未進入工藝流體的機泵等有效動力， 主要為水、 壓縮空氣折電及空冷風(fēng)機的有效動力， 以及其它非工藝流 體的有效動力。該部分能量未進人工藝?yán)铆h(huán)節(jié)，應(yīng)單列計算。（ 5）有效供能 EU指總供入能 EP 中經(jīng)轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)供出的有效能量 ，包括爐子、再生器、機泵和蒸汽傳輸?shù)哪芰亢突鹩玫?項。（ 6）工藝總用能 EN工藝總用能 EN 指在測試期操作工況下，體系工藝設(shè)備使用能量的實際數(shù)量（不包括原料化學(xué)能 ）。一般由下列三部分構(gòu)成 :EN=EU+ER+ERE式中Ere

16、為反應(yīng)放熱。對于吸熱反應(yīng)，反應(yīng)熱已來源于Eu和Er,因此，視Ere=O。吸熱反應(yīng)熱為 Ear工藝總用火用，亦由上述三部分構(gòu)成。（7）熱力學(xué)能耗 ET指工藝過程消耗的能量中轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品中去的能量。它等于產(chǎn)品帶出與原料帶入能量（包括物理能和化學(xué)能 ）之差。在不計原料化學(xué)能的能量平衡體系中,熱力學(xué)能耗由產(chǎn)品和原料的物理能（火用 ）差加上體系基準(zhǔn)溫度下的反應(yīng)熱 （火用 ）求得。熱力學(xué)火用差 DT 亦同,即 :ET=ETT+EAR-ERE。1. 產(chǎn)品和原料的物理能差ETT 即不考慮化學(xué)變化和化學(xué)基準(zhǔn)物,僅計算產(chǎn)品及原料出、進裝置狀態(tài)下,相結(jié)于它們自身在15C、1大氣壓下時的物理能差。必須說明,表中“原料”

17、一欄和“產(chǎn)品”一欄各項收率之和均需為100%,即進出物料必須平衡。加工過程中損失的物料和加工產(chǎn)品作為燃料在本裝置燒掉的部分（如渣油和瓦斯 ）均須計入。ETT 的值主要取決于原料進裝置和產(chǎn)品出裝置的溫度。當(dāng)原料進裝置溫度高于大部分產(chǎn)品出裝置溫度時,ETT可為負(fù)值。作為“轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品中去的能量” , ETT 并不是主要部分。2.反應(yīng)熱Etr即在基準(zhǔn)溫度下產(chǎn)品和原料在化學(xué)變化中的焓變化或焓差，對于吸熱反應(yīng)，如裂化、重整等，外界供入能量克服化學(xué)鍵能，并且這能量將變成產(chǎn)品化學(xué)能的一部分。顯然，這才是轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品中去的能量的主要部分。對一 些放熱反應(yīng)，Etr為負(fù)值，即產(chǎn)品化學(xué)能小于原料，放出的能量可能被用于推

18、動過程的進行而減少需要從外界的 輸入。煉油工藝過程的化學(xué)反應(yīng)，除少數(shù)外，多半牽涉組成極其復(fù)雜的石油餾分，難以從單體化合物的性質(zhì)數(shù)據(jù)計算其反應(yīng)熱，多半由實際過程標(biāo)定數(shù)據(jù)經(jīng)熱平衡計算求出或由經(jīng)驗關(guān)聯(lián)求得。熱力學(xué)能耗Et，即為上述兩項之和。必須指出，通常由反應(yīng)器熱平衡反求出的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)Etr與基準(zhǔn)溫度下反應(yīng)熱 Etr是不一樣的，二者之差，由基爾戈夫定律說明。若以 1仆I2li代表原料Pi、P2Pi代表產(chǎn)品，To代表基準(zhǔn)溫度，Ti代表原料進裝置 溫度，Tp代表產(chǎn)品出裝置，Tr代表反應(yīng)溫度，則基爾戈夫定律圖示如下：Et工 li(Tii)工 Pj(Tpj)- Hi Hp HirEtr藝 li(To)吃 P

19、j(To)HiHp HEtR工 li(TR)吃 Pj(TR)其中： Hl為原料在進裝置溫度 Tii與基準(zhǔn)溫度To間的焓差，即原料物理能。 Hp為產(chǎn)品在出裝置溫度 TPj與To間的焓差即產(chǎn)品的物理能。顯然：Ett= HpA Hi即為產(chǎn)品和原料的物理能差根據(jù)蓋斯定律，即有：Et=Ett+Etr亦由上圖清楚可見(Et是狀態(tài)函數(shù)差與途徑無關(guān))。而厶H/ i和-H/ p則分別為原料和產(chǎn)品在基準(zhǔn)溫度與反應(yīng)溫度間的焓差，或原料和產(chǎn)品在反應(yīng)溫度Tr下的物理能。因此，這兩個反應(yīng)熱之間的關(guān)系為：Etr Etr ( Hi Hp)(2-9)即，由反應(yīng)器熱平衡所求得的在反應(yīng)溫度Tr下的反應(yīng)熱Etr須加上產(chǎn)品與原料在 T

20、o與TR溫度間焓差的差值，才能得到能量平衡所用的基準(zhǔn)溫度下反應(yīng)熱。對于已知化學(xué)組成的簡單物質(zhì)的反應(yīng)熱，可以由于手冊查出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(1大氣壓，25C)的反應(yīng)數(shù)據(jù) H 298 ;則可能近似取Etr心8因為相關(guān)10C時原料和產(chǎn)品的焓差變化不大，可以忽略。(8) 待回收能 Eo Eo=En Et工藝總用能中 除熱力學(xué)能耗和利用環(huán)節(jié)的散熱 外，其余均進入回收環(huán)節(jié)， 視為待回收能。 待回收能不包括裝 置輸出產(chǎn)品的化學(xué)能。如果在回收環(huán)節(jié)的核定中Eo=Er+ Ee+ Ej式Er、Ee、Ej各項加和求得Eo與由上式求得的不符，并用在反復(fù)核對中認(rèn)為須對反應(yīng)熱力學(xué)能耗E”特別是反應(yīng)熱Etr)的數(shù)據(jù)進行重新審查和修正，

21、也是正常的。(9) 回收循環(huán)能 ER回收循環(huán)能Er是從待回收能 Eo中回收并用于本裝置內(nèi)工藝?yán)铆h(huán)節(jié)的能量，包括換熱回收能量中用于提高進入工藝設(shè)備物流品位的能量，并與有效供能互為消長；回收環(huán)節(jié)發(fā)汽并用于工藝?yán)铆h(huán)節(jié)的部分(注意把自發(fā)汽中用于轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)和外輸?shù)恼羝珠_液力透平從高壓工藝物流中回收功帶動工藝機泵的能量；以物流形式帶入利用設(shè)備的能量。(10) 回收輸出能 Ee：從待回收能 Eo回收，而用于本裝置工藝?yán)铆h(huán)節(jié)以外的能量，包括：裝置熱出料能量(渣油130C、蠟油90C、汽油60C);與其它裝置換熱輸出能量；預(yù)熱爐用空氣、發(fā)汽用于轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的能量。()排棄能Ej：定義為待回收能 Eo中除回收循

22、環(huán)能 Er，回收輸出能 Ee部分外的部分 事實上以種不 同方式排入環(huán)境的部分。按其排棄的方式和渠道，有以下幾項：1冷卻排棄能Ejo：為通過冷卻介質(zhì)(水或空氣)間接或者直接排入大氣的能量。2散熱排棄能Ejd：通過(除轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)外的)設(shè)備、管線表面散失于大氣中的能量。3物流排棄能Ejm ； 4.其他排出能Ejo：凡是進入體系的能量，在上述出方各項中沒有體現(xiàn)出來的，均應(yīng)計入Ejo項。Ejo項的數(shù)值一般都很小，有時可以忽略不計，但是從能量平衡概念的嚴(yán)格性和完備性的意義上，也應(yīng)當(dāng)明確示出并加以分析。屬 于Ejo項的有：空冷風(fēng)機的有效動力 (無效動力已在Ewp項示出)、冷卻水折耗電的有效動力部分、照明用電以

23、及 其他用于非工藝流體的機動設(shè)備的有效動力等。2. 火用平衡參數(shù)火用平衡模型中參數(shù)亦類同能量平衡， 只是火用平衡考慮了能量質(zhì)量因素， 在各個環(huán)節(jié)中增加了環(huán)節(jié)內(nèi)部過 程火用損。(1) 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)過程火用損 Dku :包括轉(zhuǎn)換設(shè)備的不可逆損失，主要是燃燒設(shè)備的不可逆燃燒和傳熱火用損 機泵動力設(shè)備、摩擦無效損失。(2) 能量使用環(huán)節(jié)過程火用損Dkp :能量工藝使用環(huán)節(jié)過程火用損是由反應(yīng)、分餾及吸收、萃取設(shè)備等操 作過程的不可逆產(chǎn)生的。(3) 回收利用環(huán)節(jié)的過程火用損Dkr :回收環(huán)節(jié)換熱器、冷卻器、液力透平等換熱換功設(shè)備的不可逆切損。四、用能分析三環(huán)節(jié)模型中的平衡關(guān)系及評價指標(biāo)由圖 4-l0 和圖 4

24、-11 所示能量平衡和火用平衡關(guān)系 .可以找出其平衡及制約關(guān)系， 再根據(jù)項目參數(shù)內(nèi)容及設(shè)備 平衡結(jié)果，就可很方便地匯總出裝置能量平衡和火用平衡結(jié)果，為診斷用能問題奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。式( 4-52)中右邊第二項為體系公出能量，不屬于體系是以和消耗的能。式(4-52)中右邊第一個括號內(nèi)各項為體系在用能過程最終在三個環(huán)節(jié)以四種形式進入產(chǎn)品或損失與環(huán)境中的能量，稱之為凈能耗，即：1.能量平衡關(guān)系及評價指標(biāo)(1)體系能量平衡關(guān)系式，注意到Et=Ett+E ar-Ere則:EP=(E W +ET+EUD +EJ)+(E E+E B)(4-52)式( 4-52)中右邊第二項為體系公出能量，不屬于體系是以和消耗的

25、能。式(4-52)中右邊第一個括號內(nèi)各項為體系在用能過程最終在三個環(huán)節(jié)以四種形式進入產(chǎn)品或損失與環(huán)境中的能量，稱之為凈能耗，即：從體系供入能量和供出體系能量的平衡關(guān)系有EA=EW+ET+EuD+EJ(4-53)式( 4-53)和式( 4-54)結(jié)果應(yīng)相同。( 2)能量轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)能量平衡關(guān)系式EA=Ep+ERE-EE-ER(4-54)轉(zhuǎn)換和傳輸環(huán)節(jié)有效供出能為：Ep=EB+Eu+EuO+EW(4-55)(3)能量工藝?yán)铆h(huán)節(jié)能量平衡關(guān)系式Eu=Ep-EB-EuO-EW(4-56)體系工藝總用能為：Eu+ERE+ER=ETT+EuD+EO+EAR(4-57)待回收能為：EN=Eu+ER+ERE

26、(4-58)上式也可寫成：EO=EN-ET-EuD-EAR( 4)能量回收環(huán)節(jié)的能量平衡關(guān)系式EO=EN-ET-EuD-ERE(4-59)待回收能為：EO+EuO=EJ+EE+ER(4-60)EO=EJ+EE+ER-EuO(4-61)式( 4-59)和( 4-60)計算結(jié)果應(yīng)相同。否則， 回收環(huán)節(jié)排氣能可按式( 4-62)平衡得出：應(yīng)找出原因，予以修正。EJ=EO-ER-EE+EuO(4-62)水、壓縮空氣折電及空冷風(fēng)機等有效動力在回收環(huán)節(jié)中作為其它排棄能排棄。 機泵有效動力可放入其它排棄 能項。回收環(huán)節(jié)排棄能由冷卻排棄能Ejc、散熱排棄能Ejd、物流排棄能 Ejm和其它排棄能Ejo組成。故：

27、EJ=EJC+EJD+EJO+EJM(4-63)一般可由下式平衡數(shù)據(jù)，對回收環(huán)節(jié)散熱排棄能實測數(shù)據(jù)進行校核：EjD=Ej-Ejc-EjO-EjM(4-64)( 5)裝置能耗 Ec 裝置能耗一般可直接由實物消耗按照其統(tǒng)一折算指標(biāo)進行計算，也可由下式根據(jù)能量平衡數(shù)據(jù)進行匯總折算：Ec=Ea+ Em+E ic(4-65) Em= E( EiZ i)(4-66)Z i=生產(chǎn)i能源時一次能耗/ (實際焓值)-1( 6)評價指標(biāo) 能量轉(zhuǎn)換和傳輸效率nu= ( Eu+Eb+Euo) /EpXIOO%(4-67) 裝置工藝總用能 EN 工藝?yán)铆h(huán)節(jié)能量效率n= ( 1-Eud/En) X100%(4-68)

28、能量回收利用率rR= ( Er+Ee) /(Eo+Euo) 100%(4-69) 裝置能源利用率nc= ( Eu+Euo+Eb) /Epc00%(4-70)式中Epc供入裝置一次能源消耗(不扣除裝置輸出能)，kW或 MJ/t ; Em 能耗修正項，kW或MJ/t ;Eic 原料在基準(zhǔn)溫度下的化學(xué)能，kW或 MJ/t ;Ei i種能源及載能工質(zhì)供入能量，kW或 MJ/t ;Z i i種能源及載能工質(zhì)折算系數(shù)。2. 火用平衡關(guān)系及其評價指標(biāo)(1 )體系火用平衡關(guān)系，注意到Dt=EXtt + EX AR-EX RE，則：EXp=Dt+(EX e+EXb)+(D ju+Djp+Djr)+(D ku +

29、Dkp+Dkr)(4-71)式( 4-71 )右邊， 第一項為熱力學(xué)火用耗， 是理論上體系的最小火用耗； 第二項為輸出和轉(zhuǎn)供出體系的火用， 不屬于火用耗；第三項為在三個環(huán)節(jié)中排齊損失于環(huán)節(jié)的火用，稱為排棄火用DJ=DJu+DJP+D JR(4-72)式( 4-71 )右邊第四項為三個環(huán)節(jié)的過程不可逆性引起的過程火用損，稱為體系的過程火用損DK=DKu+DKP+DKR(4-73)而把體系過程火用損、排棄火用和熱力學(xué)火用耗三項歸在一起，稱為過程凈火用耗DA=DK+DJ+DT(4-74a)或DA=EXP-EXE-EXB(4-74b)( 2)能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)火用平衡關(guān)系EXP=EXB+EXu+EXuO+D

30、Ju+DKu(4-75)供出有效火用為EX u=EX P-EX B-EX uO-DJu-D Ku(4-76)( 3)能量工藝?yán)铆h(huán)節(jié)火用平衡關(guān)系EXu+EXR+EXRE=DJP+EXTT+EXAR+EXO+DKP(4-77)供入利用環(huán)節(jié)的總火用值(即工藝總用火用)EXN=EXu+EXR+EXRE(4-78)待回收火用可從正面加和技術(shù)，也可由( 4-77)平衡得出EXO=EXN-EXTT+EXAR-DKP-DJP也可采用下式確定待回收火用EXO=EXN-DT-DJP-DKP-EXRE(4-79)( 4)能量回收環(huán)節(jié)火用平衡關(guān)系EXO+EXuO=EXE+DJR+EXR+DKR(4-80)待回收火用可從出方正面加和求出，并注意應(yīng)與式(4-79)結(jié)果吻合EXO=DJR+EXE+EXR+DKR-EXuO(4-81)回收環(huán)節(jié)排齊火用為：DJR=EXO-EXE-EXR-DKR+EXuO(4-82)在平衡計算中，由于數(shù)據(jù)的計算精度和計算誤差，不可能做到完全“平衡”。因此，在數(shù)據(jù)合理的前提下，允許出現(xiàn)少量不平衡。一般不超過裝置凈火用耗的 2%，否則應(yīng)返回檢查，直至符合要求為止。不平衡項可單獨 出現(xiàn)，也可一并放在排棄火用中。(5)裝置火用耗，反映裝置能耗的質(zhì)量情況Dc=D a+ EXm+EX ic(4-83) EXm= E (土 EXi Z xi)(4-84)式中Z xi生產(chǎn)i種能源時一次火用