空分设备的节能改造及操作-中国气体分离设备商务网

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1、有效能损失分析及空分设备的节能万建余徐福根杨志鹏(新余钢铁有限责任公司气体厂，江西新余338001)摘要：通过空分设备有效能损失分析方法，有效损失主要存在压缩机、主换热器、精馏塔、气体管线。经节能改造和优化操作，最终达到了提高有效能利用率，从而达到节能的目的。关键词：有效能损失空分设备节能优化TheAvailableEnergyLossAnalysisandSavingEnergyWanJiang-Yu，XuFu-genYangZhi-Peng(GasProductionFactoryofXinyuIronandSteelCo.,Ltd.,Xinyu3

2、38001,Jiangxi,P.R.China)Abstract:Byusingtheavailableenergylossanalysismethod,theavailableenergylossliesinthecompressor,mainheatexchanger,distillation,andgastubeline.Basedontheavailableenergylossanalysis,theschemesofsavingenergyreformandoptimizingoperationaresuggestedtoreachtheai

3、mofsavingtheenergyandtoraiseeffectiveprofitoftheenergysource.Keyword:availableenergyloss；airseparationplant；savingenergy；optimization随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，年人均能源消耗量将逐年增加，据预测，到2050年将达到2.38吨标准煤，相当于目前世界平均值（2.4吨标准煤），但远低于目前发达国家的水平。人均能源的不足将是我国经济、社会可持续发展的一个限制因素，要解决能源问题，出路不外乎两条：一是开源；二是

4、节流。我国实行的开发和节约并重的能源政策。近期把节能放在优选考虑的地位，通过正确的用能，合理用能，节约用能，减少能源浪费，提高能源的有效利用率，达到节能的目的。空分设备的原料是空气，其主要消耗的是能源，能源消耗占生产成本的80%，降低生产成本的主要措施是降低能耗，而空分设备所消耗的能源是由不可逆过程引起的，尽管每一个可逆过程中所消耗的能量方式不尽相同，但都会产生有效能的损失。因而，可以从空分各个工艺过程有效能分析来寻找最佳节能途径。1有效能系统在一定状态下的有效能，就是系统从该状态变化到基态过程所做的理想功，用表示，对于稳定流动过程，从状态1变化到状态

5、2过程的理想功可以写为（1）式中为基态的温度；为熵；为焓。9当系统由任意状态变到基态时，稳流系统的有效能定义为（2）有效能可分为物理有效能和化学有效能，物理有效能是指系统的温度、压力等状态不同于环境而具有的能量。空分运行中与热量传递有关的加热、冷却、冷凝过程，以及与压力变化有关的压缩、膨胀等过程，只考虑物理有效能。可表示为（3）式中为温度与环境不平衡具有的有效能；为压力与环境不平衡具有的有效能。由热力学定律可得（4）（5）式中为定压比热；为摩尔数；摩尔体积；为压力。化学有效能是指处于环境温度和压力下的系统，由于与环境进行物质交换或化学反应，达到与环境平

6、衡，所做的最大功。从系统的状态到环境状态需要经过化学反应与物理扩散两个过程：将系统的物质转化成环境物质（基准物）过程及物质浓度变化到与环境浓度相同的过程。在空分设备中的化学有效能是以物理扩散有效能形式存在。2有效能损失在能源转化、转移、传递和使用的过程中，有效能可以有效地利用发挥其功效，也可无效地损失，也就是通常说的有效能损失，有效能损失是不可逆的。空分设备的有效能输入，主要有空压机电耗、原料空气所带入的有效能、水泵消耗的电能、氩泵消耗的电能、电加器消耗的电能。有效能损失占总输入有效能的比例非常高，也即有效能效率很低，老式全低压空分不大于12%[1]，

7、现代大型空分也只有在20%[2]左右。其中空压机有效能损失和空分塔的有效能损失所占的比重较大。空分设备有效能损失主要存在传热过程、压缩或膨胀过程、节流过程、精馏过程中。2．1传热过程有效能损失传热过程的有效能损失与传热量、温差和温位有关，可表示为BA（6）图1换热器传热示意式中为传热量；为传热过程的有效能损失。9从上式可知，两物流在热传递过程中，热量和温差相同，温位越低，传递过程的有效能损失越大；传热量越大，有效能损失也越大。利用上式对空分主换热器进行分析得，传递相同热量，每1温差造成的有效能损失热端是冷端的3.1倍，因此，空分操作过程中，特别要控制好

8、主换器冷端温差。2．2压缩过程有效能损失静压能的提高与气体在级中的压缩过程有关，所需的功称为压