工业企业用能系统的优化与流程再造

工业企业用能系统的优化与流程再造

王福兴,唐成佐

【摘 要】摘要:借助能源审计方法,系统分析企业能耗构成及原用能系统存在的问题。以维生素 C产品为重点,从系统角度进行用能系统的过程集成与优化,再造新的用能流程,并适时地通过过程系统节能技术、经验向其他产品的推广和平移,实现整个制药企业的系统节能。

【期刊名称】节能

【年(卷),期】2010(029)004

【总页数】3

【关键词】关键词:系统节能;优化;流程再造;制药企业

引言

“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右、主要污染物排放总量减少 10%,这是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措;是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择;企业在建设节约型社会的过程中,有着责无旁贷的责任。企业能源工作的使命已不再是简简单单的自身节能,而是要通过节能建立新的生产函数,生产出技术含量高的产品,为社会构筑节能体系,提高人民生活质量,实现经济效益、社会效益最大化。

1 用能系统现状分析

能源审计是对一个工厂的能源利用和损失的综合调查,也就是对工厂能源情况进行全面的审查、统计、计量、计测、计算及评审。能源审计这种方法在欧美已实行多年。在 1982年的中国—欧洲经济共同体节能技术上首次将能源审计这一名词介绍给了中国[1]。

东北制药总厂作为沈阳市能源消耗大户,每年都需支付高额的能源费用。要强化能源管理、挖掘节能潜力、建立能量管理目标和评定能源使用情况就要借助能源审计方法,开展企业自身的能源审计工作。通过能源审计,可以清楚地看出该厂的能源消费构成。并根据产品的过程特征分析,显示出生物发酵产品即维生素 C是主要耗能产品,占全厂能耗的60%以上。因此改变维生素 C产品的用能现状,有效降低能源消耗,将是提高全厂用能水平的关键。

同时通过能源审计还发现了原用能系统中存在的问题,如发酵压缩空气的有效利用率及大量的工艺用水回收利用度不高,溴化锂吸收式制冷机组等高耗能设备往往根据习惯运行,缺少科学指导,部分热交换系统设计不完善,余热利用度不高等。

2 用能系统的过程集成与流程再造

2.1 压缩空气系统的非结构控制模型

环隙气升式反应器(AALR)作为一种节能型反应器由于具有较高的体积氧传递系数和优良的消泡作用而更适用于微生物发酵,目前在国内的维生素 C生产中,多采用气升式发酵罐。向发酵罐中输送的无菌压缩空气,一方面用于满足细菌生长的代谢需要,另一方面为发

酵液的搅拌提供动力。

根据维生素C一步发酵和二步发酵过程中细菌生长代谢的曲线变化以及边界通气量的基本要求,实现对压缩空气供入量的前置控制;通过排气含氧量的监测对压缩空气供入系统的操作参数进行修正,实现对压缩空气供入量的反馈控制,从而建立了新的非结构模型,改变传统的固有操作模式(见图 1)。非结构模型的建立提高了压缩空气的有效利用率,大幅度降低压缩空气的供入总量。单位时间内压缩空气消耗与发酵液体积比分别降为原来的39%和30.7%。

2.2 冷却系统的调优

为了保持细菌生长、代谢的适宜环境,发酵生产过程中通常需要将细菌代谢产生的热量带走。正常的气候条件下,普通循环水足以满足热交换需要。但是在夏季,由于气温较高,加之长期以来的生产习惯以及缺少足够的气象参数和有效分析,所以以往每年夏季都要通过溴化锂吸收式制冷机组(简称溴冷机组)制取低温冷却水来满足发酵生产的需要。由于溴冷机组高额的运行费用,使得夏季生产成本居高不下。

为科学调整冷冻系统的运行,收集沈阳市近10年的气象资料,对 6～9月份气象参数加以整理分析,总结地区气候特征,分析对生产的可能影响。根据现有设备及工艺配置下生产过程系统热力学分析,确定过程传热温差,与地区气候特征结合,制定气象参数指导生产用能操作的方案。实践中根据当日、当时的气象参数及节能速查图表资料,与确定的用能操作控制标准匹配,以此调整溴冷机组、凉水塔的启停时间及运行方式,实现了冷却系统的科行(见图2)。

2.3 压缩空气除湿系统设计

压缩空气除湿主要目的有两个:一是为了除菌;二是为了防止湿空气的水分打湿高效滤芯,影响过滤效果。传统工艺流程先将压缩空气经过循环水一级冷却,降温至 t1,再用冷冻水(0℃以下的盐水)冷却至露点后除湿,最后用蒸汽加热至温度t2,经过滤进入发酵罐。但由于在实际操作中往往盲目性很大,科学性不强。低温冷媒水常使压缩空气温降过低,再用蒸汽加热,就造成冷量和热量的双重损失。而用冷冻盐水对热空气进行降温,同时存在高品位能源的严重浪费。

针对上述情况,改变系统结构参数,采用新型气液换热设备即内展翅片空气冷却器[2],取代原有列管换热器,通过增加空气侧传热面积,提高了气液交换的总传热系数,实现常温循环水代替低温冷冻盐水的目标。

2.4 工艺水的回收利用

维生素C发酵生产过程中消耗大量的工艺用水,而这些工艺用水要经过三效蒸发器进行浓缩,产生的冷凝废水日均量就有 1600t左右。在以前的过程系统中三效凝结废水通常选择直接排放,这不仅是对水资源的严重浪费,而且由于三效凝结废水的pH值较低,并且含有较高的COD,给环保的废水处理增加了大量的负荷。

通过对三效凝结废水采样、化验和分析,确定其主要指标范围。水中除含有一定量发酵副产的小分子有机酸,严重影响pH、COD及电导率等指标外,其他指标均较好。通过试验证明,将三效凝结水简单处理后用于树脂柱再生,对树脂交换容量、产品收率等指标基本没有影响,完全可以替代纯水使用。为此,在基本没有投入的前提下,将三效凝结水单元与树脂柱再生单元进行集成,不仅充分发挥了其二次价值的有效利用,而且日减少纯水用量 1400t左右,实现了水资源的有效整合。

2.5 其他

根据能源审计中发现的其他问题,采取相应的节能措施,如确定最佳供冷温度及供冷边界曲线,减少用冷却度过剩情况;对空调系统等用电设备,根据负荷变化采用变频器控制;对于频繁启停的离心机,采用电能回馈装置等,有效降低能耗。

3 技术平移与经验推广

该项目的成功实施,为在全厂范围内开展系统节能奠定了坚实的基础。其成功的经验和系统节能技术不仅适用于生物发酵产品,对于合成原料药及制剂产品同样有着广泛的可借鉴性。项目实施及推广的三年间,企业生产规模不断增长,能源消耗却基本保持不变,三年万元产值能耗下降了24.58%;产品单位能耗环比累计节能创效 6000多万元,折合标准煤 12.41万t,取得了较好的节能、环保和经济效益。

4 结语与展望

工业企业用能系统的优化与流程再造项目的实施,降低了产品成本,增强了产品市场竞争力,为企业再发展赢得了利润空间。另一方面,因产品用能水平的提升,节约了能源消耗,减少了环保废物产生,在能源日益紧张、环境保护要求日益严格的今天,具有更大的社会效益。

对以生物工程为主的原料药生产企业,能源成本在其产品成本中占有较大比例,当前医药市场竞争激烈,提高医药产品节能降耗水平对提升产品竞争力具有重要作用。原料药药品生产,工艺过程虽不完全相同,但是消耗能源种类相同,主要用能设备、用能工序类似,产品间用能操作控制方法彼此相通,因此系统节能技术具有广泛的可借鉴性和可扩散性。

参考文献

[1]唐克嶂.工厂能源管理[M].大连:大连理工大学出版社,1994.

[2]张桂宁,吴彦宇,王福兴.内展翅片换热器在空气除湿系统中的应用[J].机电信息,2006,(12):33-35.