赵 涛，张风云

(天津大学管理与经济学部，天津300072)

企业如何有效地将能源进行转换、分配、使用和回收，使能源消耗最小，提高企业的经济、环境和社会效益，是企业决策者必须考虑的问题。

很多学者围绕降低能耗、提高效益做了大量研究工作。KAREN［1］等改进了投入产出能量流模型，通过分析企业的能耗、效率和环境负荷等内容，对不同技术方案进行比较，辅助科学决策;ZHENG［2］等利用能量流框架流程图，进行能量分析和系统综合控制，用实例证明了该方法的实用性;KORHONEN［3］研究了热电联产的物质流和能量流模型，提出电厂产生的废能用于工业生产的蒸汽和建筑物供热网络，形成热电联产，提高能源利用效率;JAN［4］等建立的能量流和物质流模型，既可作为能耗分析的基础，又可作为经济、法规、技术创新模拟的基础;LIU［5］等通过构建基准流图，分析了物流的变化对能耗的影响;杜涛［6］等建立了物质流、能量流和污染流分析模型，应用模型分析了行业能耗和环境负荷;NESRIN［7］针对美国化工工业的制氢过程建立了能量流和物质流模型，根据工艺流程分析能量的最终用途。此外还有学者从生态系统和软件系统方面进行能量优化研究［8－9］，当前能耗研究大多集中在对能耗指标的分析和已产生的余能余热的利用方面。但是对如何测算企业能耗，并识别影响企业能耗的关键因素还没有很好的研究。在能量流分析框架基础上，进行企业能耗分析可以将企业中各系统和工序的能源消耗定量表示出来，为企业合理地使用能源提供理论基础;进行能耗测算进而识别影响企业能耗的关键因素可为企业降低能耗找到方向和切入点，为企业决策提供依据，从而使企业从源头上进行改进，降低能源消耗。

1 能量流分析框架与能耗测算

1.1 氯碱企业能量流分析框架

能量流是指各种能量随物质沿着转换、分配、使用和回收的路径流动的过程。氯碱企业能量流包括:企业外购的煤、电和水;生产过程中产生的各种余能余热;中间产品、副产品以及最终产品所载能量;在整个能量流动过程中能量从某种形式(如煤)转变为其他形式(如电力、蒸汽等)。笔者设定氯碱企业生产单位聚氯乙烯(PVC)产品为研究基础，各种能源统一折成标煤计算。

根据氯碱企业能量流动的特点和能量在企业流动过程中的功能，构建氯碱企业能量流分析框架，如图1所示。氯碱企业能量流分析框架将整个企业分为转换、分配、使用和回收4个系统，4个系统之间的相互关系已经在图1中给出，整个分析框架以及4个系统必须满足能量守恒定律，能量流分析框架可以分别研究每个系统内部的能量流情况以及整个企业能量流情况，以便更好地分析和测算企业能耗。氯碱企业能量流分析框架中符号解释如表1所示。

图1 氯碱企业能量流分析框架

表1 氯碱企业能量流分析框架符号解释

在氯碱企业能量流分析框架中，能量转换、分配、使用和回收4个系统的功能以及每个系统的平衡关系如表2所示。

根据氯碱企业能量流动过程中能量守恒及图1可得:

表2 氯碱企业能量流分析框架的要点

1.2 氯碱企业能耗测算

为了进行企业能耗测算，必须根据企业的实际情况收集数据，需要细分每道工序上能量输入输出情况。根据氯碱企业能量流来源、作用、去向和损失的不同，可将氯碱企业工序能量流图划分为6 股流［10］:上道工序带入能量流 Gi－1;本道工序带出能量流Gi;工序投入能量流χα，i;工序损失能量流 χγ，i;回收自利用能量流 χβ，i;回收他用能量流χξ，i。工序能量流图如图2所示，它可以将企业中各股能量流清楚地表示出来，同时根据工序能量流可计算出每道工序的能量消耗。为进一步进行能耗测算，工序能量流必须结合企业能量流分析框架构成企业能量流图。

图2 氯碱企业工序能量流图

由图2可知，氯碱企业能量流输入输出平衡可以表示为:

其中，χβ，i既是工序回收能量流又是工序投入能量流。

工序能耗是指本道工序投入的能量(χα，i+χβ，i)减去可以回收的能量(χξ，i+ χβ，i)，从另一方面来说，工序能耗是指本道工序损失的能量(χγ，i)与本工序带入下道工序能量增量(Gi－Gi－1)之和。根据图2可以计算第i道工序能耗为:

式中:ei为第i道工序能耗;e1i为第i道工序需要投入的能量;e2i为第i道工序可以回收的能量。

当各工序的工艺条件确定和工序的产品产量保持不变时，工序损失能量流最大回收量对单位产品综合能耗影响的测算可表示为:

式中:ΔEp－e为损失能量流最大回收量引起的单位产品综合能耗变化量;n为工序数;ΔG1i－1 为上道工序带入第i道工序的能量变化量，为氯碱企业工序之间能量传递过程中能量流的变化对单位产品能耗的影响;mi为第i道工序生产单位产品所需投入的能源种类数;为工序 i 生产单位产品第j种能源投入量的变化量，为工序投入能量流的变化对单位产品能耗的影响;Δχξ，i为工序i生产单位产品回收他用能量流的变化量，为氯碱生产过程中回收他用能量流的变化对单位产品能耗的影响;pi为第i道工序的产品产量。

通过测算每股损失能量流最大回收量对单位产品综合能耗的影响，可以找出影响企业能耗损失的关键因素。

2 应用分析

2.1 实际能量流分析

某氯碱企业是华北地区一家上市公司，目前公司年产聚氯乙烯10.5万吨。针对该企业电石法生产聚氯乙烯的特点，根据氯碱企业能量流分析框架，将企业能量流划分为转换、分配、使用和回收4个系统，如图3所示，各系统的主要功能如下:①转换系统主要进行能源转换，包括煤发电、制取乙炔工序和给水;②分配系统主要进行存储、分配已经转换的能量和回收余能余热，分配系统中的能量有些可以直接分配给任何工序，有些只能分配给特定的工序，该系统结构复杂，笔者将分配系统看作一个整体，考虑其整体的输入与输出;③使用系统主要是利用能量制造产品，该公司的使用系统主要包括原盐的溶解、电解食盐水、合成氯化氢(HCI)、合成氯乙烯(VCM)和加聚PVC工序;④回收系统主要回收企业其他系统产生的余能余热，将回收的能量部分送回分配系统再根据实际需求进行重新分配，其中部分能量进行了回收自利用，如图3中的虚线所示。

图3 某氯碱企业能量流图

2.2 能耗指标分析

氯碱企业能耗指标主要考察企业综合能耗、能源效率和能源环境效率，能耗指标是从整体对企业投入产出进行评价。根据图3可计算出某氯碱企业各系统能量输入输出情况，如表3所示。

表3 某氯碱企业各系统能量输入输出表

根据表3所收集的数据，进一步分析某氯碱企业的一般能耗指标，如表4所示。

该氯碱企业综合能耗为1 248.36 kg/t，要降低企业的综合能耗必须改进工艺，提高能源的转化率，降低每道工序的能耗，减少能源投入量和加强能源的回收利用。影响企业能源效率及能源环境效率的因素主要是企业能量流动过程中的余热余能生成量和回收利用的能量，要提高能源利用效率及能源环境效率，一方面应提高能源转换系统和使用系统的技术水平，降低整个企业能量流动过程中的余热余能生成量，另一方面加强回收系统建设，及时回收并进行有效重新分配，减少能量的损失。

表4 某氯碱企业一般能耗指标

2.3 损失能量流最大回收量对单位产品综合能耗影响的测算

以回收发电蒸汽为例，某氯碱企业投入的能源主要是原煤和外购电，外购电首先需折合成标煤计算，为方便计算取发电工序所需投入的能源种类数mi=1，可以得到发电蒸汽对单位产品综合能耗影响，如表5所示。

表5 发电蒸汽最大回收量对单位产品综合能耗影响的测算 kg/t

发电蒸汽最大回收量对综合能耗的影响可应用式(4)计算出 ΔE发电蒸汽=115.26 kg/t。同理可以计算各股损失能量流最大回收量对企业单位产品综合能耗影响的能耗测算，如表6所示。

表6 损失能量流对产品能耗影响的测算

从表6可以看出，各股损失能量流最大回收量对单位产品综合能耗有显著影响，在生产单位聚氯乙烯过程当中，各股损失能量流如果最大限度回收，可节约能量折合标煤435.81 kg/t，这部分可以回收的能量占企业能量总投入的34.90%，占企业能量总损失的58.57%。同时可以发现在各股损失能量流回收中，发电蒸汽、聚合母液和电解废水这3股流对单位产品综合能耗的影响较大，可回收的能量占总的可回收能量的56.00%，因此，着重回收这3股流是企业实现节能的关键环节。

3 结论

根据氯碱企业能量在流动中功能不同，笔者将氯碱企业能量流分析框架分为转换、分配、使用和回收4个系统。结合工序能量流图分析，发现氯碱企业能耗测算主要受能量传递、能量投入和能量回收3个方面的影响。通过测算各股损失能量流对综合能耗影响，找出影响企业能耗的关键因素。结合某氯碱企业的能量流图，对能耗指标进行分析，进一步对影响企业综合能耗的各股损失能量流进行能耗测算，分析发现发电蒸汽、聚合母液和电解废水是影响该企业能耗损失的关键因素，为该企业降低能耗提供了节能方向和理论依据。

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