CN103322770A - 一种能耗分摊的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种能耗分摊的计算方法，应用于内压缩氮膨胀流程，所述内压缩氮膨胀流程包含单体设备，并生产至少三种空分产品，所述单体设备包含多级氮压机，其中，还包含：分别计算出每种所述空分产品在每个所述单体设备上所分摊的能耗；将每种所述空分产品在每个所述单体设备上分摊的能耗求和，计算得出每种所述空分产品在所述内压缩氮膨胀流程中分摊的能耗。本发明提供的能耗分摊的计算方法，针对每个能耗设备，分别对每种空分产品应当分摊的能耗进行计算，然后再将每种空分产品对每个空分设备应当分摊的能耗进行求和，从而合理、准确的确定氧气、氮气、氩气等空分产品的能耗分摊比例。

Description

一种能耗分摊的计算方法

技术领域

本发明涉及空分行业能源综合利用技术领域，特别涉及一种能耗分摊的计算方法。

背景技术

氧、氮、氩等工业气体广泛应用于化工、冶金、电子等行业。目前空气分离的方法主要有吸附法、膜分离法和低温精馏法。虽然吸附法和膜分离法投资相对较小和运行成本较低，但由于其产能和产品纯度的制约，低温精馏法在空分领域仍占主导地位。低温精馏法目前主要有空气膨胀制冷循环和氮气膨胀制冷循环两大类。虽然氮膨胀内压缩流程比空气膨胀内压缩流程能耗略高，但由于氮膨胀流程装置可以产出不同压力等级的氮气产品，且膨胀工质较为干净，对膨胀机磨损相对较小降低设备故障率。因此，新建特大型空分很多采取氮气膨胀流程设计。

空分设备作为高能耗设备，降低能耗的方法一直是技术人员研究的热门课题。空分设备通过将空气压缩、液化和分离获得氧、氮、氩等气体产品，从能量角度对空分的热力学分析往往是整体描述的。《钢铁企业节能设计规范》中规定，空分设备分离能耗按照氧气、氮气、氩气能耗分摊比例1：0.5：0.75计算。目前，空分产品能耗分摊比例一直都是根据前述经验值进行估算的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种内压缩氮膨胀流程空分产品能耗分摊的计算方法，解决现有的内压缩氮膨胀流程空分产品能耗的分摊比例依靠依靠经验估值存在的不准确的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能耗分摊的计算方法，应用于内压缩氮膨胀流程，所述内压缩氮膨胀流程包含单体设备，并生产至少三种空分产品，所述单体设备包含空压机、多级氮压机等耗电设备，其中，还包含：

分别计算出每种所述空分产品在每个所述单体设备上所分摊的能耗；

将每种所述空分产品在每个所述单体设备上分摊的能耗求和，计算得出每种所述空分产品在所述内压缩氮膨胀流程中分摊的能耗。

进一步地，所述空分产品包含氧、氮和氩；所述氧包含氧气和液氧；所述氮包含低压氮气、中压氮气和液氮；所述氩包含氩气和液氩。

进一步地，所述多级氮压机包含三级，分别为第一级、第二级和第三级。

进一步地，所述分别计算出每种所述空分产品在每个所述单体设备上所分摊的能耗还包含：将所述多级氮压机的各级能耗在所述空分产品中进行逐级分摊；所述逐级分摊包含:第一级的能耗由所有所述空分产品分摊，第二级的能耗由所述氧、中压氮气和氩分摊；第三级的能耗分为两部分，第一部分能耗由所述空分产品中反流液氧和液氩分摊，第二部分能耗由所述空分产品的液氧、液氮和液氩进行分摊。

本发明提供的能耗分摊的计算方法，针对每个能耗设备，分别对每种空分产品应当分摊的能耗进行计算，然后再将每种空分产品对每个空分设备应当分摊的能耗进行求和，从而合理的确定氧气、氮气、氩气等空分产品在整个内压缩氮膨胀流程的能耗分摊比例，为企业能耗、成本核算及外销产品价格的制定提供实用、可靠的计算依据。

具体实施方式

目前空分行业能源综合利用技术领域，不管是外压缩或内压缩，也不论是空气膨胀还是氮膨胀，空分产品在整个流程中的能耗分摊比例都是按照氧气、氮气、氩气能耗分摊比例经验值1：0.5：0.75进行计算的，不能为企业能耗、成本核算及外销产品价格的制定提供实用、可靠的计算依据。本发明提供的一种能耗分摊的计算方法，针对每个能耗设备，特别是多级氮压机，分别对每种空分产品应当分摊的能耗进行计算，然后再将每种空分产品对每个空分设备应当分摊的能耗进行求和，从而合理的确定氧气、氮气、氩气等空分产品在整个内压缩氮膨胀流程的能耗分摊比例。

本发明提供的能耗分摊的计算方法，应用于内压缩氮膨胀流程，内压缩氮膨胀流程包含单体设备，并生产氧、氮和氩三种空分产品，单体设备包含空压机和多级氮压机，其中，本计算方法还包含：分别计算出每种空分产品在每个单体设备上所分摊的能耗；将每种空分产品在每个单体设备上分摊的能耗求和，计算得出每种空分产品在内压缩氮膨胀流程中分摊的能耗。

针对内压缩氮膨胀流程的总能耗，内压缩氮膨胀空分装置的主要耗能设备，包含：空压机、氮压机、冷冻机、液氧泵等。空分产品包含氧气、液氧、中压氮气、低压氮气、液氮、氩气、液氩。根据能量守恒可以得出空分总能耗即所有耗电设备能耗综合等于空分各产品耗能总和，见式（1）：

                   （1）

式（1）中E_总—空分的总能耗，E—每个单体设备的能耗；

E=E_GO+E_LO+E_LGN+E_MGN+E_LN+E_AR+E_LAR    （2）

式（2）中，

E_GO——氧气分摊的总能耗；

E_LO——液氧分摊的总能耗；

E_LGN——低压氮气分摊的总能耗；

E_MGN——中压氮气分摊的总能耗；

E_LN——液氮分摊的总能耗；

E_AR——氩气分摊的总能耗；

E_LAR——液氩分摊的总能耗；

针对分别计算出每种空分产品在每个单体设备上所分摊的能耗，内压缩氮膨胀流程的空分精馏过程中，每种产品参与精馏的程度不同。首先所有产品都经空压机加压的步骤，因此空压机的能耗可以由所有产品分摊。同理，其他共用电气设备，如冷冻机、水泵等的能耗也可以由所有产品分摊,液体产品折合成标态气体参与计算。每种产品分摊的能耗由产品所占总产品产量比例确定。

$E_x=\frac{Q_x}{\mathrm{\ΣQ}}E$                    （3）

式（3）中，

E_x——某种产品在单体设备上分摊的能耗；

Q_x——某种产品的产量；

Q——各种产品的产量；

E——某种单体设备的能耗；

其中，分别计算出每种空分产品在每个单体设备上所分摊的能耗还包含：将多级氮压机的各级能耗在所述空分产品中进行逐级分摊。第一级的能耗由所有所述空分产品分摊，第二级的能耗由除低压氮气产品的余下的所述空分产品分摊，即氧气、中压氮气、氩气、液氮、液氧和液氩。第三级的能耗分为两部分，第一部分能耗是用于复热反流液氧、液氩的三级复热能耗，由空分产品中反流液氧和液氩气化为标态氧气和氩气来分摊，其中，反流液氧和液氩是指其温度由低到高；第二部分能耗是用于补充装置冷损及产生液体的能耗即膨胀能耗，由液氧、液氮和液氩各种液体产品进行分摊。

针对多级氮压机的各级能耗在所述空分产品中进行逐级分摊，由于氮气膨胀流程，下塔顶部纯氮经多级氮压机压缩，一级、二级出口分别作为低、中压氮气产品的出口，而末级出口的高压氮气用于两个用途，其中，第一部分作为复热液氧、液氩的热源，将液氧、液氩复热成氧气、氩气产品送出。用于复热液氧和液氩的这部分加压后的高压氮气能耗是由反流液氧和液氩来分摊的，因为要复热反流加压后的液氧和液氩，使之汽化为气体产品后送出才需要将氮气加压到高压与之进行热交换。第二部分作为膨胀机的原料氮气参与膨胀，正常工况下，膨胀机的制冷量主要用于生产液体产品所需的冷量，还有一小部分用于补充装置的热交换不完全损失以及整个空分装置的跑冷损失。电机制动的膨胀机本身是负耗电设备，膨胀氮气产生的冷量是由多级氮压机加压氮气时消耗的电能转化来的。因此，多级氮气压缩机的能耗分摊需要按级分摊。

一级单位耗电量由所有产品量总和分摊，二级耗电量由除送出的低压氮气量外的其他产品分摊，三级单位耗电量由两部分组成，一部分是三级复热能耗，另一部分是三级膨胀能耗。三级复热能耗由反流的液氧、液氩产品分摊。三级膨胀能耗由三种液体产品分摊。E1表示多级氮气压缩机一级压缩的能耗。同理，求得某种气体/液体在多级氮气压缩机各级压缩中分摊的能耗，再求和。

                 （4）

                            （5）

E_3单位=E_3复热+E_3膨胀

                                (6)

                               (7)

式中E_1单位，E_2单位，E_3单位，E_{3复热单位}，E_{3膨胀单位}分别为单位气体产品在多级氮气压缩机各级分摊的能耗；

E_3复热，E_3膨胀分别为多级氮气压缩机加压用于复热、膨胀氮气的能耗；

Q_GO、Q_LO、Q_LGN、Q_MGN、Q_LN、Q_AR、Q_LAR分别各种产品的产量；

同样每种产品分摊的能耗由产品所占总产品流量比例确定，计算方式同公式（3）。根据公式（4）（5）（6）（7）与公式（3）结合可以计算得出每种空分产品在多级氮气压缩机各级分摊的能耗。

通过以上的计算步骤，可以求得每种空分产品在每个单体设备上分摊的能耗，然后再求和得出每种产品在整个空分装置中分摊的能耗，计算公式见公式（8）。确定每种产品的分摊能耗量以后，再求出各产品之间的比例关系，最终确定分摊比例。

$E_x=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{E}_i$                      (8)

式中E_x——某种产品在整个空分装置上分摊的总能耗；

E_i——某种产品在某个空分装置上分摊的能耗。

如：氧气在空压机上分摊的能耗+氧气在多级氮压机上分摊的能耗+氧气在其他用电设备上分摊的能耗=氧气在整个空分装置上分摊的总能耗。

当液体产品以气态形式送出，或气体产品经液化后外销时，引入汽化器能耗或液化装置的能耗，可以较为便利的计算出时时的空分产品能耗分摊情况。

用此方法计算过某75000Nm³/h内压缩氮膨胀流程空分情况如下：

实施例：

以某钢铁公司七万五液氧内压缩氮膨胀制氧机组为例，该机组的主要耗电设备见表1，该机组产品氧纯度为99.6%，氮纯度为99.999%，氩纯度为99.999%，加工空气量为380000Nm³/h，氧、氮、氩的提取率分别为0.9497、0.9747和0.6668，其中，表2为该机组所有空分产品的产能。应用本发明提供的计算方法，进行空分产品能耗与分摊计算结果见表3，其中液体产品产量折合为标态气体产品。

表1

主要耗能设备	功率（Kw）
		空压机	36500
氮气进气压缩机	2700
		氮气循环压缩机一级	18877
氮气循环压缩机二级	6478
		氮气循环压缩机三级（复热）	3178
氮气循环压缩机三级（膨胀）	1068
		合计	68801

，

表2

产品名称	标况下产量（Nm3/h）
		氧气产量	75000
液氧产量	2000
		低压氮气流量	52000
中压氮气流量	25500
		液氮流量	2000
氩气	1400
		液氩	1000
合计	158900

，

表3

。

本发明提供的能耗分摊的计算方法，应用于内压缩氮膨胀流程，属于空分行业能源综合利用技术领域，特别针对目前应用较为广泛的内压缩氮气膨胀制冷循环的空分装置，提出一种新的空分产品能耗分摊的计算方法，即针对内压缩氮膨胀流程中的每个能耗设备，特别是多级氮压机，分别对每种空分产品应当分摊的能耗进行计算，然后再将每种空分产品对每个空分设备应当分摊的能耗进行求和，因而能够合理的确定氧气、氮气、氩气等空分产品的能耗分摊比例，为企业能耗、成本核算及外销产品价格的制定提供实用、可靠的计算依据，达到能源高效利用空分企业效益最大化的运行目标。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种能耗分摊的计算方法，应用于内压缩氮膨胀流程，所述内压缩氮膨胀流程包含单体设备，并生产至少三种空分产品，所述单体设备包含多级氮压机，其特征在于，还包含：

分别计算出每种所述空分产品在每个所述单体设备上所分摊的能耗；

将每种所述空分产品在每个所述单体设备上分摊的能耗求和，计算得出每种所述空分产品在所述内压缩氮膨胀流程中分摊的能耗。

2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述空分产品包含氧、氮和氩；

所述氧包含氧气和液氧；

所述氮包含低压氮气、中压氮气和液氮；

所述氩包含氩气和液氩。

3.如权利要求1或2所述的计算方法，其特征在于，所述多级氮压机包含三级，分别为第一级、第二级和第三级。

4.如权利要求1至3任一项所述的计算方法，其特征在于，所述分别计算出每种所述空分产品在每个所述单体设备上所分摊的能耗还包含：

将所述多级氮压机的各级能耗在所述空分产品中进行逐级分摊；

所述逐级分摊包含:

第一级的能耗由所有所述空分产品分摊，第二级的能耗由所述氧、中压氮气和氩分摊；

第三级的能耗分为两部分，第一部分能耗由所述空分产品中反流液氧和液氩分摊，第二部分能耗由所述空分产品中的液氧、液氮和液氩进行分摊。