導(dǎo)語(yǔ)：煤化工熱能系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1化工熱能動(dòng)力聯(lián)合生產(chǎn)技術(shù)

［1］長(zhǎng)期以來(lái)，不同功能系統(tǒng)多是相互獨(dú)立的。常規(guī)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的核心為熱力循環(huán)，側(cè)重于熱與功的轉(zhuǎn)換利用，局限于物理能范疇，受制于卡諾理論框架。而傳統(tǒng)化工生產(chǎn)則側(cè)重于化工工藝，想方設(shè)法把原料中的有效成分最大程度地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。它們追求單一功能目標(biāo)的思路無(wú)法破解能耗高、化學(xué)能損失大及環(huán)境污染嚴(yán)重等難題。因此，系統(tǒng)整合思想受到重視，多能源互補(bǔ)和多產(chǎn)品聯(lián)產(chǎn)已成為當(dāng)今世界能源動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)與特征。多聯(lián)產(chǎn)是指通過(guò)系統(tǒng)集成把化工過(guò)程和熱能動(dòng)力系統(tǒng)整合，在完成發(fā)電、供熱等熱工功能的同時(shí)生產(chǎn)化工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的多功能綜合，其本質(zhì)特征是系統(tǒng)集成，更合理的物質(zhì)與能量綜合梯級(jí)轉(zhuǎn)換利用。圖1為某化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)示意圖。根據(jù)圖1，化工生產(chǎn)過(guò)程為原料的加工和轉(zhuǎn)換過(guò)程。在此過(guò)程中，需要與熱能動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生諸多聯(lián)系，包括由熱能動(dòng)力系統(tǒng)供給反應(yīng)所需的蒸汽和動(dòng)力裝置所需的電力等，而化工過(guò)程副產(chǎn)的部分蒸汽可進(jìn)入熱能動(dòng)力系統(tǒng)中，進(jìn)行全廠的平衡?，F(xiàn)代化工生產(chǎn)在探求分產(chǎn)能效提高的同時(shí)，越來(lái)越趨向于追求總體效能的提高。例如，通過(guò)對(duì)某煤制烯烴項(xiàng)目的驗(yàn)收，發(fā)現(xiàn)全廠熱能動(dòng)力系統(tǒng)約占總耗能的28%，工藝裝置能耗占總耗能的72%。工藝系統(tǒng)的能源效率很難進(jìn)一步提高，但是熱電的爐機(jī)配置和供電模式對(duì)全廠綜合能效影響較大，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化后可較大程度提高全廠綜合能效水平。圖2為煤氣化熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用。圖2所示項(xiàng)目以最大限度地優(yōu)化利用煤氣化產(chǎn)生的合成氣組分為基礎(chǔ)，向化工生產(chǎn)裝置（如，醋酸、醋酐裝置）提供CO氣體，向化工生產(chǎn)裝置（如，合成氨裝置）提供H2，同時(shí)充分利用合成氣中的CO2生產(chǎn)尿素等，從源頭上減少溫室氣體的排放，并進(jìn)行酸性氣體的處理，實(shí)現(xiàn)脫硫；部分合成氣經(jīng)過(guò)處理后進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，燃機(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽部分直接用于供熱，其余進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組，從而實(shí)現(xiàn)熱能、動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)。傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)業(yè)存在能耗高、污染重、規(guī)模小、工藝技術(shù)落后等局限，其發(fā)展正面臨著原料供應(yīng)、環(huán)保、新興產(chǎn)業(yè)沖擊等三個(gè)方面的挑戰(zhàn)，而燃煤電廠在發(fā)展過(guò)程中也遇到能源利用效率沒有實(shí)質(zhì)性突破和環(huán)保壓力越來(lái)越大的困境。煤化工和發(fā)電兩個(gè)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，對(duì)能源和資源的利用并不是最充分的。如果把發(fā)電和煤化工結(jié)合起來(lái)，可以使得溫度、壓力、物質(zhì)的梯級(jí)利用達(dá)到最佳，實(shí)現(xiàn)效率最高、排放最小，兩者相互結(jié)合和促進(jìn)。煤氣化熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)是將煤氣化產(chǎn)生的合成氣經(jīng)過(guò)處理后，用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和用于化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，其比例可以調(diào)節(jié)，并且生產(chǎn)化工產(chǎn)品的弛放氣可以進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。它是煤氣化、氣體處理、氣體分離、化工品的合成與精制和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電五部分有機(jī)耦合的一種技術(shù)。通過(guò)整體優(yōu)化，相對(duì)于獨(dú)立分產(chǎn)系統(tǒng)，其總能利用率提高，污染物排放降低，經(jīng)濟(jì)效益提高，勢(shì)必成為未來(lái)能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向［2］。目前，煤化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成和設(shè)計(jì)優(yōu)化尚未形成完整的理論體系，優(yōu)化方法、評(píng)價(jià)準(zhǔn)則等基礎(chǔ)問題亟待突破。對(duì)多聯(lián)產(chǎn)認(rèn)識(shí)還存在許多誤區(qū)，如把多聯(lián)產(chǎn)看作是相應(yīng)的化工與動(dòng)力的簡(jiǎn)單聯(lián)合，各自保持與分產(chǎn)時(shí)的相同流程；把多聯(lián)產(chǎn)簡(jiǎn)單地理解為多產(chǎn)品系統(tǒng)等。煤化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，化工動(dòng)力側(cè)多是希望運(yùn)行在設(shè)計(jì)工況，而通常把熱力系統(tǒng)的運(yùn)行工況分為設(shè)計(jì)工況和變工況。設(shè)計(jì)工況是在給定的設(shè)計(jì)參數(shù)與要求下的基準(zhǔn)工況，隨著環(huán)境大氣條件、外界負(fù)荷或系統(tǒng)本身等變動(dòng)，熱力系統(tǒng)總是處于非設(shè)計(jì)工況運(yùn)行。為了避免變工況給系統(tǒng)分析帶來(lái)的困難，本文中采用全年運(yùn)行工況，突破設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的舊框架，全面考慮全部可能運(yùn)行區(qū)域的特性，以及相應(yīng)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則與設(shè)計(jì)優(yōu)化方法等。分析化工熱能動(dòng)力系統(tǒng)的所有可能運(yùn)行工作狀況（穩(wěn)定工況和過(guò)渡態(tài)工況）的總和，科學(xué)地描述與評(píng)估總能系統(tǒng)的性能特性，對(duì)煤化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的選擇具有一定的指導(dǎo)意義。

2傳統(tǒng)熱力性能評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

長(zhǎng)期以來(lái)，熱力學(xué)第一定律被廣泛應(yīng)用。對(duì)于單一能源輸入和單一供能輸出（如單純供熱或純發(fā)電等）的能源動(dòng)力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，熱效率能夠比較好地描述系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換利用的有效性與優(yōu)劣，也比較簡(jiǎn)單易懂。但對(duì)于功、熱并供與化工、動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)等復(fù)雜的系統(tǒng)，由于沒有區(qū)分功與熱、化工與電力等品位差異及其在價(jià)值上的不等價(jià)性，就不適用了。最初，功、熱并供系統(tǒng)常采用兩個(gè)指標(biāo)（熱效率和功熱比）來(lái)綜合評(píng)估。若對(duì)比的某個(gè)系統(tǒng)的兩個(gè)性能指標(biāo)都好，才能得出明確的結(jié)論；如果出現(xiàn)“一好一差”的情況，就很難評(píng)說(shuō)哪一個(gè)系統(tǒng)更好了。有關(guān)研究相繼拓展到冷-熱-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和熱、電分?jǐn)偫碚搯栴}。盡管許多研究有了重要進(jìn)展，但至今沒有解決問題，且化工-熱能-動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成優(yōu)化比熱-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)還要復(fù)雜得多，所以越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到單純從熱力學(xué)第一定律的角度，無(wú)法合理評(píng)價(jià)化工-熱能-動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)劣。后來(lái)，有些學(xué)者采用熱力學(xué)第二定律?；鹩帽硎疽欢▍?shù)工質(zhì)在基準(zhǔn)環(huán)境下所能做功的最大可能性，將“質(zhì)”與“量”結(jié)合起來(lái)去評(píng)價(jià)能量的價(jià)值，改變了人們對(duì)能的性質(zhì)、能的損失和能的轉(zhuǎn)換效率等問題的傳統(tǒng)看法，開拓了一個(gè)新的熱工分析理念。熱力學(xué)第一定律效率（簡(jiǎn)稱熱效率，又稱總能利用效率）是聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)各種形式的能量輸出的總量Qout（包括化工產(chǎn)品、發(fā)電量、制冷量與供熱量）與輸入能源總能量Qin（所消耗的一次能源總量）的比值。該值越高，表明系統(tǒng)的熱力性能越好。熱效率把化工產(chǎn)品與熱工產(chǎn)品（功、制冷量供熱量）等不同品質(zhì)與品位的能量等同看待，直接相加。因此，基于熱力學(xué)第一定律的系統(tǒng)熱力性能評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，只是反映系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換利用的數(shù)量關(guān)系。既沒有對(duì)不同有效輸出的品質(zhì)與品位加以區(qū)分，又沒有合理反映產(chǎn)生有效輸出所消耗能量的分?jǐn)偳闆r［4］。雖然熱效率應(yīng)用得最早，而且至今還得到應(yīng)用，但它通常只適用于單一功能系統(tǒng)，而對(duì)于化工－動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等多功能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，則是不科學(xué)與不合理的。［5］在聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和參照的分產(chǎn)系統(tǒng)輸出相同的產(chǎn)品（化工產(chǎn)品種類和量與熱工產(chǎn)品種類和量）條件下，兩者總能耗之差的相對(duì)比值即聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)節(jié)能率Esr（或Est），Esr＝Qd-QcogQd（1）式（1）中：Qd———參照的分產(chǎn)系統(tǒng)總能耗；Qcog———聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)總能耗。相對(duì)節(jié)能率體現(xiàn)的是聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與參照的分產(chǎn)系統(tǒng)的對(duì)比。關(guān)注聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與參照分產(chǎn)系統(tǒng)相比時(shí)能源消耗的節(jié)約情況。鑒于聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)與分產(chǎn)系統(tǒng)中化工原料、產(chǎn)品與熱動(dòng)原料、產(chǎn)品的類型和數(shù)量存在不一致的情況，需要界定邊界條件。例如，相同的能源輸入量或相同的產(chǎn)品輸出量等。此外，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和與其比較的參照分產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)的化工產(chǎn)品和熱工產(chǎn)品的類型和量以及它們之間比例（如化／動(dòng)比等）應(yīng)該有個(gè)合理的界定。不同的化／動(dòng)比，計(jì)算出來(lái)的節(jié)能率并不相同，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)“化／動(dòng)比越大，節(jié)能率就越高”的結(jié)論。有的學(xué)者通過(guò)建立多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化、電分?jǐn)偫碚撃Ｐ?，分析化工生產(chǎn)過(guò)程和熱-功轉(zhuǎn)換過(guò)程的性能特性、能耗分?jǐn)偳闆r，使得計(jì)算結(jié)果更具有針對(duì)性。應(yīng)用相對(duì)節(jié)能率作為聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則時(shí)，正確選擇相應(yīng)的參照分產(chǎn)系統(tǒng)性能基準(zhǔn)（簡(jiǎn)稱參照基準(zhǔn)）非常重要。通常采用定折合性能基準(zhǔn)法和當(dāng)量折比系數(shù)法等。定折合性能基準(zhǔn)法是假定參照的分產(chǎn)系統(tǒng)中相關(guān)的性能均為一個(gè)定值時(shí)計(jì)算出的性能基準(zhǔn)，如某焦?fàn)t煤氣聯(lián)合循環(huán)效率為52%，某焦?fàn)t煤氣制甲醇能耗44.9MJ／kg等。當(dāng)量折比系數(shù)法是通過(guò)規(guī)定不同燃料之間熱值比值的一個(gè)當(dāng)量折比系數(shù)來(lái)計(jì)算聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的參照基準(zhǔn)。如假定1kg焦炭的熱值與0.9714kg標(biāo)準(zhǔn)煤相當(dāng)，表達(dá)不同能源之間關(guān)系。采用不同參照性能基準(zhǔn)進(jìn)行分析時(shí)，在數(shù)量變化率上有較大的差異，但總的變化趨勢(shì)大致相同。事實(shí)上，相對(duì)節(jié)能率與熱效率一樣，都把不同的有效輸出等同對(duì)待，沒有區(qū)分它們?cè)谄焚|(zhì)與品位上的不等價(jià)性，仍局限于熱力學(xué)第一定律概念；且應(yīng)用范圍較窄，特別是多能源輸入時(shí)，出現(xiàn)太多的參照分產(chǎn)系統(tǒng)（如雙能源輸入和雙產(chǎn)品輸出的系統(tǒng)就需4個(gè)），不但使得性能指標(biāo)量的計(jì)算變得復(fù)雜，而且使系統(tǒng)性能定性比較模糊不清。許多學(xué)者嘗試應(yīng)用熱力學(xué)第二定律來(lái)處理不同能量在品質(zhì)與品位上的不等價(jià)性問題，它以各種能量的火用（最大理論做功能力）來(lái)進(jìn)行統(tǒng)一評(píng)價(jià)，并由此推出基于熱力學(xué)第二定律的火用效率?；鹩眯适菍⒐εc熱合并到一個(gè)合理的綜合指標(biāo)中來(lái)統(tǒng)一評(píng)價(jià)的準(zhǔn)則，定義為能源動(dòng)力系統(tǒng)輸出的總火用（Eout）與輸入的總火用（Ein）之比值，即所產(chǎn)功及輸出熱量中最大轉(zhuǎn)化功與輸入總火用之比值：ηex=Eout／Ein=（P+BQ）／Ein。（2）式（2）中，B為折扣系數(shù)，它指代由熱轉(zhuǎn)化為功的最大可能性，由卡諾循環(huán)效率確定，用熱力學(xué)第二定律來(lái)定量評(píng)價(jià)?；鹩眯时葻嵝矢侠碇幵谟冢夯跓崃W(xué)第一定律的評(píng)價(jià)只考慮了化工產(chǎn)品與熱工產(chǎn)品的熱性能，且忽略熱工產(chǎn)品中電、冷、熱之間的差別；火用效率對(duì)它們的品位或價(jià)值有不同的評(píng)價(jià)?？梢?，火用效率的確在熱力學(xué)上更加正確地看待不同能量的差異，注意到了不同輸出在熱力學(xué)方面的不等價(jià)性。但是，火用的概念是從熱轉(zhuǎn)功的最大可能性出發(fā)，并不適合于用來(lái)描述化工生產(chǎn)過(guò)程和制冷過(guò)程等能量轉(zhuǎn)換利用問題。另外，化工產(chǎn)品的火用與熱工產(chǎn)品的火用以及冷火用與熱火用等都難以選擇同一的基準(zhǔn)環(huán)境。為此，作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則同樣存在一定的不合理性。對(duì)于功－熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，火用效率在熱力學(xué)上把能量的量與質(zhì)相結(jié)合起來(lái)，將功與熱合并到一個(gè)綜合指標(biāo)中來(lái)統(tǒng)一評(píng)價(jià)的準(zhǔn)則。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，功能夠全化為熱，而熱是不能全化為功的。兩者雖然可用同一量綱表達(dá)，但存在明顯的品位差別，功的品位比熱高得多，且功與熱在經(jīng)濟(jì)上的價(jià)格也不是等價(jià)的。許多工程技術(shù)人員對(duì)經(jīng)典的火用概念多限于理論上理解，與實(shí)踐應(yīng)用相距甚遠(yuǎn)，因此，至今未能得到普遍使用。如果從其它角度來(lái)定量評(píng)定不同能量的價(jià)值，就可以得出另一種不同能量?jī)r(jià)值比和定義出另一種評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，或者稱之為廣義的火用效率。經(jīng)濟(jì)火用效率ηEC提出另一種規(guī)定價(jià)值比B的方法，即系統(tǒng)供熱與供電（功）的售價(jià)之比：B=CR／CW。（3）式（3）中，價(jià)值比B聯(lián)系實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益，一定程度上更實(shí)際地反映功、熱并供裝置的性能，從而反映出熱力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換利用的優(yōu)劣。經(jīng)濟(jì)火用效率只考慮了熱與電（功）的售價(jià)比，沒有考慮不同燃料的價(jià)格不同。這在比較使用不同燃料（其價(jià)格可能差別很大，如汽油與原煤）的裝置時(shí)就不夠全面。為了改進(jìn)這一點(diǎn)，可在經(jīng)濟(jì)火用效率的基礎(chǔ)上再加上燃料價(jià)格的考慮，從而提出經(jīng)濟(jì)火用系數(shù)XEC，XEC=ηEC×Cw／Cf。（4）式（4）中，Cw／Cf是單位能量電（功）與燃料的價(jià)格比，反映了燃料投入所獲得的經(jīng)濟(jì)增值比例（未考慮初投資等成本）。當(dāng)然，經(jīng)濟(jì)火用效率和經(jīng)濟(jì)火用系數(shù)是否合理，與熱／電（功）售價(jià)比、電（功）與燃料的價(jià)格比等定得正確與否有關(guān)。實(shí)際上，影響熱、電（功）售價(jià)的因素很多，經(jīng)濟(jì)火用效率和經(jīng)濟(jì)火用系數(shù)用來(lái)進(jìn)行化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，存在一定的不確定性。

3能量綜合梯級(jí)利用率

［6］20世紀(jì)80年代初，我國(guó)著名科學(xué)家吳仲華先生提出各種不同品質(zhì)的能源要合理分配、對(duì)口供應(yīng)，做到各得其所，并從能量轉(zhuǎn)化的基本定律出發(fā)，闡述了熱能綜合梯級(jí)利用與品位概念，倡導(dǎo)按照“溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”能源高效利用的原則。近期，相關(guān)研究從物理能（熱能）的梯級(jí)利用擴(kuò)展到化學(xué)能與物理能綜合梯級(jí)利用，提出冷－熱－電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能量梯級(jí)利用率與化工熱能動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能量梯級(jí)利用率等新準(zhǔn)則。在能源動(dòng)力系統(tǒng)中，物質(zhì)化學(xué)能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)其能量轉(zhuǎn)化。因此，物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化勢(shì)必與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的做功能力（吉布斯自由能變化△G）和物理能的最大做功能力（物理火用）緊密相關(guān)。對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的微分過(guò)程，存在如下關(guān)系：dE=dG+TdSηc。（5）式（5）中，dE———過(guò)程物質(zhì)能的最大做功能力變化；dG———吉布斯自由能變化；TdS———過(guò)程中以熱形式出現(xiàn)的能量；T———反應(yīng)溫度，K；dS———過(guò)程熵變化；ηc———卡諾循環(huán)效率，ηc=1-T0／T；T0———環(huán)境溫度，K。上式描述物質(zhì)火用、化學(xué)反應(yīng)吉布斯自由能和物理火用的普遍關(guān)系。從而揭示如何分別通過(guò)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和物理過(guò)程實(shí)現(xiàn)物質(zhì)dE的逐級(jí)有效轉(zhuǎn)化與利用。在此基礎(chǔ)上，定義表征聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化學(xué)能梯級(jí)利用特征的化學(xué)能梯級(jí)利用收益率，如式（6）：Rgain=ΔEthnetEs-（Ep+Ethnet）。（6）式（6）中，Rgain———聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化學(xué)能梯級(jí)利用收益率；ΔEthnet———聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)功循環(huán)所得熱火用相對(duì)于分產(chǎn)系統(tǒng)的增長(zhǎng)量；Es-（Ep+Ethnet）———從分產(chǎn)系統(tǒng)看，進(jìn)入系統(tǒng)的化學(xué)火用（Es）除部分轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品中（Ep）、部分轉(zhuǎn)化為熱轉(zhuǎn)功循環(huán)的有效凈熱火用（Ethnet），其余均消耗或損失于系統(tǒng)內(nèi)部。這部分化學(xué)火用損失即為聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化學(xué)火用梯級(jí)利用的最大潛力。因此，Rgain代表了多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化學(xué)能梯級(jí)利用的收益占分產(chǎn)系統(tǒng)的化學(xué)火用損失（化學(xué)火用利用潛力）的比例，即聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)通過(guò)集成整合成的化學(xué)能梯級(jí)利用收益率。它是量化描述聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中化學(xué)能品位梯級(jí)利用水平的一個(gè)最重要指標(biāo)。若在化工動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成時(shí)，以化學(xué)能收益率Rgain作為優(yōu)化目標(biāo)，把化學(xué)能梯級(jí)利用水平與系統(tǒng)集成特征變量和獨(dú)立設(shè)計(jì)變量以及聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)性能特性等關(guān)聯(lián)起來(lái)，就可構(gòu)建基于化學(xué)能梯級(jí)利用準(zhǔn)則的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。

4基于能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)的綜合評(píng)價(jià)體系

基于火用的概念，系統(tǒng)輸出熱的火用值要低于本身熱值，把它與功相比時(shí)要打一個(gè)折扣，常借助卡諾循環(huán)效率所表達(dá)的熱轉(zhuǎn)化為功的理論限度來(lái)給有效熱輸出打個(gè)折扣，以區(qū)分熱與功的不等價(jià)性。但是，化工產(chǎn)品的火用值與熱工能量的火用值則難以比較。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源、環(huán)境問題日益突出，由此而誕生的能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等綜合的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則受到重視。專家們?cè)噲D從多目標(biāo)綜合層面來(lái)評(píng)估多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。能源（Energy）、環(huán)境（Environment）、經(jīng)濟(jì)（Economy）系統(tǒng)是一個(gè)有機(jī)的整體，同時(shí)存在著相互影響、相互制約的發(fā)展關(guān)系。近些年來(lái)，世界各國(guó)政府、研究機(jī)構(gòu)以及專家學(xué)者都深刻地認(rèn)識(shí)到能源、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境之間的相互作用對(duì)于解決能源問題的重要影響，開始將三者結(jié)合起來(lái)綜合考慮能源問題，探求綜合平衡與協(xié)調(diào)發(fā)展，從而形成了3E系統(tǒng)理論的研究框架，并取得大量的理論與實(shí)踐成果［7］。這些問題的研究涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，不同專業(yè)的學(xué)者選擇了不同的研究視角與方法，得到的結(jié)論也有所差別。然而，他們的研究都在更多地使用數(shù)量經(jīng)濟(jì)學(xué)、系統(tǒng)工程以及運(yùn)籌學(xué)的方法對(duì)能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)三者之間的關(guān)系和內(nèi)部規(guī)律進(jìn)行定量分析。國(guó)內(nèi)外基于能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)對(duì)化工－熱能－動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)研究不足，本文探索建立評(píng)價(jià)體系，利用多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算，多角度全面刻畫出系統(tǒng)的特性。從而為項(xiàng)目的前期決策，為地區(qū)能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展機(jī)制的建設(shè)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)宏觀發(fā)展目標(biāo)的制定提供數(shù)據(jù)支持與決策依據(jù)。能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)（3E）分析一般采用協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)，應(yīng)用的理論和采用的方法雖不盡相同，均力圖通過(guò)量化概念反映出來(lái)，但這個(gè)量化的數(shù)值沒有辦法直接表明其所處的狀態(tài)性質(zhì)。本文將能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)分析用于化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，分成一級(jí)要素和二級(jí)要素，并確定權(quán)重，根據(jù)設(shè)定的評(píng)分依據(jù)分5個(gè)等級(jí)，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這樣就使得原來(lái)復(fù)雜的協(xié)調(diào)度概念變得更加簡(jiǎn)單，同時(shí)也更加實(shí)用［5］。評(píng)價(jià)指標(biāo)選取那些使用頻度較高的指標(biāo)，進(jìn)行分析、比較、綜合，并采用專家評(píng)分法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，使得評(píng)價(jià)具有可操作性［8］?；谀茉?環(huán)境-經(jīng)濟(jì)（3E）對(duì)化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的思路及其相應(yīng)步驟如下：合理選定一級(jí)及二級(jí)要素，并分別確定其權(quán)重；進(jìn)行評(píng)價(jià)要素分析，根據(jù)技術(shù)發(fā)展水平等確定最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)；計(jì)算對(duì)應(yīng)化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的分值，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。具體如下。建立評(píng)價(jià)體系分析模型，選定環(huán)境保護(hù)、資（能）源利用效率和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為一級(jí)要素；SO2排放強(qiáng)度、NOx排放強(qiáng)度、中水回用率、一般固廢綜合利用率、CO2減排潛力、能源轉(zhuǎn)化效率、能耗指標(biāo)、水耗指標(biāo)、內(nèi)部收益率、區(qū)域經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)等為二級(jí)要素。根據(jù)環(huán)保優(yōu)先、合理和節(jié)約利用資源、效益良好和區(qū)域經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)等原則，合理確定各級(jí)要素的權(quán)重，再根據(jù)業(yè)內(nèi)專家調(diào)整，得到化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目評(píng)價(jià)體系權(quán)重。根據(jù)化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)的項(xiàng)目的不同，相關(guān)二級(jí)要素會(huì)有所調(diào)整，對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)體系權(quán)重也會(huì)根據(jù)產(chǎn)品種類、生產(chǎn)規(guī)模、工藝路線、公用工程配置等諸多因素進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整。進(jìn)行評(píng)價(jià)要素分析，根據(jù)技術(shù)發(fā)展水平等確定最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)。4.1.2.1環(huán)境保護(hù)要素特征污染物指的是能夠反映某種行業(yè)所排放污染物中有代表的部分。不同的化工生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的主要污染物排放并不相同。但從化工及熱能動(dòng)力系統(tǒng)的行業(yè)特點(diǎn)出發(fā)，SO2、NOx為最基本的特征污染物。中水回用，一方面為供水開辟了第二水源，大幅度降低新鮮水的消耗量；另一方面在一定程度上減輕污廢水對(duì)水源的污染。目前，世界上無(wú)論是水資源豐富還是水資源相對(duì)緊缺的國(guó)家都將中水回用作為節(jié)約用水、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要舉措?；崮軇?dòng)力多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目一般耗水量較大，務(wù)必提高中水回用率，提高水的重復(fù)利用和循環(huán)使用率。一般固廢綜合利用率指一般固體廢物綜合利用量占一般固體廢物產(chǎn)生量的百分率?！豆?jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，資源綜合利用被明確為除節(jié)能和環(huán)保之外重點(diǎn)支持的產(chǎn)業(yè)。提高一般固廢綜合利用率可以實(shí)現(xiàn)資源利用和環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)。近年來(lái)巨大的能源消耗和溫室氣體排放使我國(guó)承受了很大的壓力。我國(guó)CO2氣體減排的任務(wù)很重?；ず碗娏π袠I(yè)CO2的排放較大，有效實(shí)施化工能源動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)，也是降低CO2排放的舉措。特別是煤化工項(xiàng)目，應(yīng)采用有效控制CO2排放的能源利用技術(shù)路線。環(huán)境保護(hù)要素取值參照相關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、政策文件及同等項(xiàng)目國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平確定，在此基礎(chǔ)上，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià)?；ば袠I(yè)整體能源、資源消耗量大，選定能源轉(zhuǎn)化效率、能耗、水耗等要素，總體上可以體現(xiàn)其資（能）源利用水平。參照國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。能源轉(zhuǎn)化率采用熱力學(xué)第一定律計(jì)算，能耗指標(biāo)按照噸產(chǎn)品的資（能）源消耗確定，水耗指標(biāo)為加工和轉(zhuǎn)換單位資（能）源消耗的水資源。技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)要素一方面評(píng)價(jià)項(xiàng)目自身的財(cái)務(wù)效益，同時(shí)也關(guān)注項(xiàng)目建設(shè)對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響，主要包括：項(xiàng)目財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率及區(qū)域經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)指標(biāo)等。項(xiàng)目財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率參照行業(yè)內(nèi)的先進(jìn)制進(jìn)行評(píng)定，區(qū)域經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)綜合考慮項(xiàng)目對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。［9］根據(jù)上述評(píng)價(jià)系統(tǒng)確定的權(quán)重和評(píng)分依據(jù)，將分值分成5個(gè)等級(jí)，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。隨著我國(guó)能源戰(zhàn)略多元化進(jìn)程的加快，我國(guó)烯烴工業(yè)發(fā)展將進(jìn)一步提升原料多元化，適度減少石化工業(yè)發(fā)展對(duì)原油資源的依賴，進(jìn)一步提升煤制烯烴產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。下面針對(duì)三個(gè)烯烴項(xiàng)目，應(yīng)用能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)保評(píng)價(jià)體系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。建立評(píng)價(jià)體系分析模型，合理確定各級(jí)要素及權(quán)重，如表1所示。根據(jù)煤制烯烴的先進(jìn)指標(biāo)，結(jié)合GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《大宗工業(yè)固體廢物綜合利用“十二五”規(guī)劃》、GB8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、政策文件及同等項(xiàng)目國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平確定（表2）。煤制烯烴產(chǎn)業(yè)為高耗能、耗水產(chǎn)業(yè)，資（能）源利用效率要素從能源轉(zhuǎn)化效率、能耗、水耗三方面評(píng)價(jià)（表3）。含財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率和區(qū)域經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)兩項(xiàng)，見表4。根據(jù)上述評(píng)價(jià)系統(tǒng)確定的權(quán)重和評(píng)分依據(jù)，整理確定最終的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表5所示。針對(duì)三個(gè)煤制烯烴項(xiàng)目，參照以上的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定，如表6所示。根據(jù)表6并結(jié)合能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)法，做出如下解釋。（1）通過(guò)該綜合評(píng)價(jià)法，能夠針對(duì)不同項(xiàng)目或同一項(xiàng)目的不同方案，進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。例如，表6中項(xiàng)目一（方案一）雖然環(huán)保要素和資（能）源利用效率要素優(yōu)異，但相對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較低，通過(guò)綜合考慮，總體評(píng)價(jià)分值仍較高，而項(xiàng)目三（方案三）以降低環(huán)保和資（能）源利用效率為代價(jià)獲取經(jīng)濟(jì)效益，總體評(píng)價(jià)較低。（2）能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)中，根據(jù)項(xiàng)目不同，選取的權(quán)重及分值標(biāo)準(zhǔn)等會(huì)有所不同，但是基本上，同類別的項(xiàng)目均具有一定的可比性。（3）能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)適用于不同方案及不同項(xiàng)目的分析對(duì)比，選出在能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)等方面更優(yōu)的方案及項(xiàng)目。（4）能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)體系融合了能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)等因素，綜合協(xié)調(diào)了進(jìn)行方案或項(xiàng)目分析時(shí)節(jié)能不環(huán)保、節(jié)能不經(jīng)濟(jì)、環(huán)保不節(jié)能、環(huán)保不經(jīng)濟(jì)等能源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保之間的矛盾，平衡了相關(guān)各方的利益，力圖實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。（5）本文中能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)體系有待于進(jìn)一步完善，實(shí)現(xiàn)權(quán)重和分值的劃定更科學(xué)，計(jì)算能源-環(huán)保-經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)度，并用于指導(dǎo)方案和項(xiàng)目的優(yōu)化，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步。

煤化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)有效集成和耦合了化工生產(chǎn)、熱電聯(lián)產(chǎn)、熱力供應(yīng)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)等子系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)資源和能源的有效利用，實(shí)現(xiàn)化工與動(dòng)力、能量梯級(jí)利用與物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化的有機(jī)結(jié)合，突破單一行業(yè)提高效率、改善經(jīng)濟(jì)性、控制排放的局限性。化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)為多能源輸入、多產(chǎn)品輸出。化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展需要科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，便于總體上評(píng)價(jià)系統(tǒng)的性能，并進(jìn)而指導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)化。目前常用的系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為熱效率、相對(duì)節(jié)能率、火用效率、經(jīng)濟(jì)火用效率、經(jīng)濟(jì)火用系數(shù)等。能量的綜合梯級(jí)利用從多聯(lián)產(chǎn)集成的本質(zhì)出發(fā)，為多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供新的思路。傳統(tǒng)的熱力學(xué)性能指標(biāo)難以全面科學(xué)評(píng)估其性能，應(yīng)用不同的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則常常出現(xiàn)不同、甚至矛盾的結(jié)論。為此，單獨(dú)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化的主要目標(biāo)函數(shù)也并不科學(xué)。近年來(lái)，能源、環(huán)境問題日益突出，由此而誕生的能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)準(zhǔn)則受到重視，并逐漸應(yīng)用于分析地區(qū)能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。本文將能源-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)法用于煤化工熱能動(dòng)力多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，并采用全工況概念進(jìn)行分析，多目標(biāo)綜合層面來(lái)評(píng)估多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，更貼近實(shí)際運(yùn)行情況，具有一定的實(shí)際意義。

本文作者：陳希章吳曉峰龔華俊白頤曲風(fēng)臣工作單位：石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院