隨著我國碳達峰碳中和戰略的深入實施，節能降碳工作在當前及今后的經濟社會發展中的作用日益增強，影響深遠。同時，我國工業企業在能源結構不斷優化，綠色清潔能源應用不斷增強的環境下，自身發展所需能源結構也必然要持續提質升級，才能適應高質量發展的要求。本文探討通過模型計算、合理分析，對采用天然氣生產蒸汽再加熱的方式進行改造，力求充分體現分布式能源供應的能效合理、運行靈活、損耗小、碳排放少、系統經濟性好、安全性高等優點。
一、生產概況
某生產工序，目前使用天然氣燃汽鍋爐生產蒸汽，對槽液進行加熱。使用中存在能量高位低用，以及冷凝水熱能回收利用環節流程不經濟，同時，企業蒸汽管線供需端距離超過1公里，蒸汽輸送過程中的熱能損耗過大等諸多問題，致使企業生產1噸蒸汽需要消耗83m3天然氣。按照目前天然氣市場價格4.72元/m3計，噸蒸汽成本超過390元。在高價位能源的影響制約下，企業的生產運營處在高成本和高風險的不利環境中。
為此，按照國家節能降碳工作的總體要求，筆者所在企業制定了提高主要能源使用績效的改進措施，即：擬對原工序蒸汽加熱方式實施節能降碳改造。首先，通過采用能源分布式供應的方式，將能源供應點建在用戶端，旨在減少能量傳輸過程的損耗。同時，在優化提高電能轉換率的前提下，采用電加熱槽液來替代蒸汽加熱，且能夠達到生產工藝所需的條件。此舉既能有效避免蒸汽加熱方式造成的能量高位低用的窘況，還能杜絕蒸汽冷凝水熱能回收環節的損耗，從源頭實現能源結構的優化配置，達到節能降碳的效果。對此筆者進行如下總結。
二、現場診斷及問題分析
（一）現場測試收集基礎數據
企業某工序現有清洗槽4個、火堿槽2個、酸硝槽4個，主要用于產品的工藝處理。2023年10月，調查人員對其作業溫度進行了監測，測試結果如下：
1.清洗槽：數量4個；當達到最大生產量時啟用2個。
尺寸（cm）：1500×1500×1700
工藝溫度：≧70℃；實際測溫值：75℃。
2.火堿槽：數量2個；當達到最大生產量時啟用2個。
尺寸（cm）：3000×1500×1700
工藝溫度：20℃-50℃；實際測溫值：30℃
3.酸硝槽：數量4個；當達到最大生產量時啟用2個。
尺寸（cm）：3000×1500×1700
工藝溫度：20℃-50℃；實際測溫值：31℃
（二）蒸汽用量
此工序蒸汽用量較為穩定，每月的用汽量為400~450噸，平均每天用汽量約14.4噸。按照每天生產16小時計算，平均每小時用蒸汽量為0.9噸。
（三）存在的主要問題
1.蒸汽冷凝水熱量未能有效回收利用
蒸汽冷凝水回收具有明顯的經濟效益和環保意義，由于流經該工序系統中的冷凝水含有酸堿成分，致使系統硬件容易受腐蝕，而產生跑、冒、滴、漏等問題，導致疏水不暢。通過流程再造分析可見，該工序蒸汽冷凝水熱能回收利用方式并不經濟。
2.能量高位低用
該生產工序加熱系統目前使用天然氣鍋爐生產蒸汽進行加熱，存在能量高品低用的弊端。經過論證，按照采用高溫熱水的方式進行工序加熱，也能滿足生產工序質量要求。
3.用燃氣生產蒸汽，運行成本高
目前企業屬地天然氣價格為4.72元/m3，燃天然氣生產的蒸汽單價超過每噸390元，結合我國天然氣市場價格持續高位的國情，如還繼續采用天然氣燃氣鍋爐生產蒸汽，作為二次能源使用，生產成本將持續走高，不利于企業參與日趨激烈的市場競爭。
4.蒸汽遠距離傳輸熱能損耗大
從企業鍋爐工房生產、輸送蒸汽至該生產工序，管線距離超過1公里，輸送距離遠。加之該工序蒸汽需求量相對較小，與蒸汽管道設計主要用途并不匹配。經過計算得出，蒸汽輸送過程中的熱能損耗理論上超過總輸送熱量的10%。
三、節能改造潛力分析
（一）節能改造必要性分析
通過測試搜集的基礎數據計算得知，采用遠距離輸送蒸汽加熱的方式，不僅存在著能源成本高、能量輸送質量不穩定、輸送過程需要等待等問題，且不能達到按時、按質、按需供應使用的要求，并造成較大的能源傳輸損耗。同時考慮我國天然氣市場價格持續高位等外部環境影響，用蒸汽加熱方式，已不適合該企業產品市場競爭的內在要求。為了提高產品市場競爭力，企業有必要從能源結構、應用方式等方面采取節能降碳改造。
（二）節能潛力分析
1.綠色能源推動企業能源結構優化調整
根據我國到2030年實現碳達峰、到2060年實現碳中和的目標，在應對全球氣候變化、實現經濟社會可持續發展的進程中，包括水電、風電、光伏發電等綠色能源，將成為綠色發展重要驅動力，帶動產業鏈的持續升級；同時以綠色電力為載體的能源結構優化調整，也成為節能降碳工作的重要組成部分。
2.采用分布式能源供應方式能夠減少輸送損耗
“分布式能源”是一種建在用戶端的能源供應方式，可獨立運行，也可并網運行，是以資源、環境效益最大化確定方式和容量系統將用戶多種能源需求，以及資源配置狀況進行系統整合優化，采用需求應對式設計和模塊化配置的新型能源系統。國內相關行業實踐證明，分布式能源具有能效利用合理、損耗小、污染少、運行靈活，系統經濟性好等特點。調查人員通過綜合計算得出，采用分布式能源供應方式進行節能改造，比傳統用天然氣生產蒸汽再加熱的用能方式更合理，預計能夠節約10%以上的過程損耗。
3.分布式能源方式綜合績效突出
分布式能源通過能源供應點建在用戶端需求側的方式，能夠實現就近獨立運行，并根據用戶對能源的需求變化，實現溫度等參數的對口供應，減少能源傳輸環節，將能源輸送損耗降到最低，從而實現能源即用即啟、安全穩定運行以及使用效率最大化。目前，分布式能源成為我國能源供給側結構性調整的重要方向，也為企業實現年度節能降碳目標提供了有效保障。
4.減少冷凝水排放，避免終端熱能損失
采用分布式電能加熱方式生產高溫熱水，不產生蒸汽冷凝水，從源頭避免了蒸汽加熱產生冷凝水排放的熱能損失，能夠節能10%~15%。
四、節能降碳效益測算分析
（一）節能改造前成本、能耗及碳排放測算
1.改造前成本
改造前，企業采用天然氣生產蒸汽供應加熱，平均蒸汽用量為0.9噸/小時，每天用汽量約14.4噸；按照年運行300天測算，年蒸汽用量為4320噸。
輸送損耗按照10%計算，天然氣單價4.72元/m³，天然氣產蒸汽的單耗為83m³/噸。
改造前天然氣成本：4320t/（1-10%）×83m³/t×4.72元/m³=1880448元
2.改造前綜合能耗及碳排放量測算
綜合能耗量=4320t/（1-10%）×83m³/t×1.2143（天然氣折標系數1.2143kgce/m³）÷1000=483.78噸標準煤
碳排放量（噸）=4320t/（1-10%）×83m³/t÷10000×21.62（天然氣排放因子為21.62噸碳/萬m³）=861.34噸碳
（二）改造后運行成本測算
擬通過在該工序用能端就近建立一套電磁熱水發生器系統，將電能轉換為磁熱能，使金屬容器內的水自行高速發熱并達到工藝參數，然后再將加熱容器內的水輸送到需求端，從而實現對原燃天然氣生產蒸汽供熱系統的替代。改造后設備設施運行功率為：初始加熱需要熱量1686825kJ，折算電力為468.56kW·h，考慮存在一定的損耗，按照使用效率90%計算，初始加熱需要電力為520kW·h。
企業蒸汽加熱系統節能降碳改造初探
采用電磁熱水發生器系統，初始加熱功率480kW，運行1—2小時；保溫階段消耗按照30%計算，功率為156kW。
谷段年消耗電力=520kW·h/d×300d/a=156000kW·h/a=15.6萬kW·h/a
平段年消耗電力=156kW×14h/d×300d/a=655200kW·h/a=65.52萬kW·h/a
電力成本=15.6萬kW·h×0.3元/kW·h（谷電價格）+65.52萬kW·h×0.6元/kW·h（峰電價格）=43.99萬元
能耗量=（15.6萬kW·h+65.52萬kW·h）×1.229噸標準煤/萬kW·h=99.70噸標準煤
碳排放量=（15.6MW·h+65.52MW·h）×10×0.61tCO₂/MW·h=494.83tCO₂
（凈購入電力排放因子為0.61tCO₂/MW·h）
（三）改造后節能降碳效益
年節約費用為=188.0448萬元-43.99萬元=144.05萬元
年節能量=483.78噸標準煤-99.70噸標準煤=384.08噸標準煤
年減少碳排放量=861.34tCO₂-494.83tco2=366.51tCO₂
五、總結
（一）可行性
此次改造根據改變用能設備的加熱方式及工序介質容積，合理平衡加熱器功率與初次升溫時間，從而確定電加熱功率。利用原控制系統PLC計算功能和控制開關，實現對工作槽介質溫度的閉環控制，從而使實際溫度控制在：設定溫度±2℃的范圍內，滿足工藝需求。
（二）先進性
由傳統天然氣鍋爐生產出蒸汽，再輸送至工序點進行加熱的方式，因生產、輸送、使用以及冷凝水回收等諸多環節，存在著熱量損失大、能源綜合效率低等弊端，致使能源利用效率不足60%。而采用電加熱方式，其熱效率高達90%。此舉不僅避免了蒸汽生產、輸送、冷凝水回收三個中間環節的熱損耗，大幅降低了能源成本，還減少了大量污染物的產生。
（三）綠色低碳效益顯著
我國雙碳政策實施力度加強和行業技術創新步伐加快，推動著國內風電、光電、水電等綠色能源領域的蓬勃發展，全社會綠色能源占比逐年大幅上升。綠色電能作為轉換效率最高、最清潔的能源，也為工業企業實現能源結構優化，推進節能降碳改造提供了必要的前提條件，為企業帶來了實實在在的節能降碳經濟效益。
在未來我國綠色能源占比逐步加強、應用范圍不斷擴大的趨勢下，分布式能源應用方式將取得更加顯著的經濟效益與節能降碳效果，助力我國碳達峰碳中和目標的高質量完成。
聯系地址：陜西省西安市北關正街35號方興大廈8樓
