化工生产中的热电冷利用

2018-09-07卢立厂轩书琴张清亮

中国氯碱 2018年8期

卢立厂，轩书琴，张清亮

（1.青岛海湾化学有限公司，山东青岛 266409；2.青岛市石化高级技工学校，山东青岛 266108）

近年来，工业汽轮机得到越来越广泛的使用，汽轮机可以有效的调配能量与动力，并能使用副产热能，合理的配置工业汽轮机，可提高能源利用率，达到节能的目的。

工业汽轮机的功率范围和转速范围都比较大，适用的蒸汽参数范围也比较大，因此，使用者有一定的可选择性。由于工业汽轮机具有转速高、体积小、功率大及适用范围广等特点，因此适合大型压缩机泵的驱动，也能适应各种中、小机泵的使用要求。

与传统的电能拖动相比，工业汽轮机能直接驱动生产流程中的泵、鼓风机和压缩机等机械，省去了将热量转换成电及电力输送中的损失，实现能量的充分利用。汽轮机转速高，便于调节，可在30%～110%额定负荷下根据工况的变化，平稳地调整转速持续稳定运行。汽轮机高速旋转部分具有良好轴对称性，因而运行平稳、磨损微小、连续运行时间长，能满足现代生产流程的要求。

1 项目背景

青岛海湾化学有限公司（以下简称“海湾化学”）搬迁项目位于青岛市黄岛区董家口经济区，主产30万t/a烧碱、40万t/a氯乙烯和30万t/a聚氯乙烯等产品。为保障厂区各装置蒸汽使用，海湾化学配套热电联产项目，通过汽轮机利用高温高压蒸汽发电，同时副产抽汽背压蒸汽，向各装置提供不同压力的蒸汽。

该公司目前建成2台150 t/h循环流化床锅炉，并配套一台15 MW抽汽背压式汽轮机组，利用高温高压蒸汽推动汽轮机转动，对发电机做功发电，将热量转化为电能，并副产中压蒸汽（2.2 MPa（A））和低压蒸汽（1.3 MPa（A）），供全厂各装置使用。由于各装置蒸汽使用负荷峰谷波动较大，对汽轮机组的稳定运行产生较大影响，且装置总负荷较低，尤其是中压蒸汽量相对富余，锅炉在低负荷状况下运行，单位蒸汽生产成本较高。为使运行工况更加稳定，

并充分利用蒸汽热量，提高锅炉使用效率，海湾化学实施循环水泵配套工业拖动型汽轮机及溴化锂制冷项目，形成热电冷系统利用。

2 项目实施及效益分析

2.1 项目实施及运行工况

海湾化学实施2台多级凝汽式汽轮机和1台单级背压式汽轮机。汽轮机使用2.2 MPa（A）蒸汽，额定进气流量均为8.5 t/h，代替原有电机推动循环水泵做功。其中，背压式汽轮机副产0.2 MPa（A）蒸汽供溴化锂制冷机组使用，替代螺杆制冷机组，实现蒸汽的二次利用，汽轮机数据表见表1。

表1 汽轮机数据表

工业汽轮机建成后，增加蒸汽使用量，提高锅炉负荷。锅炉高负荷运行状况下，可大幅降低蒸汽成本，同时增加汽轮机发电量，还可以增强锅炉应对外界用汽量波动的能力，能有效提高锅炉效率。

2.2 汽轮机效益分析

工业汽轮机的热经济性好，提供了热电联产和余热利用的条件。工业汽轮机的效率当视具体工作条件而言，如果有理想的蒸汽条件，汽轮机本身的热效率是比较高的。但是工业汽轮机往往设计得比较紧凑，热力系统相对简单，因此热效率较低。特别是在必须利用剩余蒸汽等的情况下，可能牺牲汽轮机的效率以换取工艺系统的平衡，这时虽然主机的效率较低，但整个系统的热效率仍然较高，可以充分利用能源，达到节能的目的。

目前，厂区2.2 MPa蒸汽负荷约为15 t/h，新上的3台汽轮机满负荷运行后，蒸汽负荷可提升至40 t/h，大幅提高蒸汽用量和锅炉负荷，不同蒸汽用量下汽轮机发电和锅炉蒸汽成本见表2（煤含税价500 元/t）。

表2 不同工况下汽轮机发电量和蒸汽成本

循环水泵改用汽轮机驱动，消耗蒸汽驱动汽轮机做功，代替原有电泵，消耗循环水对蒸汽冷凝系统进行冷却，蒸汽溴化锂制冷机组利用背压式汽轮机产生的0.2 MPa（A）低压蒸汽作为热源，蒸发溴化锂水溶液，获得冷量，从而产生5℃低温冷水。溴化锂制冷机组制冷量为4 652 kW，同等规模的螺杆机组电耗在900～1 000 kW。充分利用背压式汽轮机产生的低压蒸汽，并省去高压蒸汽降压的设备成本。

循环水由厂区循环水装置供给，成本为0.125元/m3，发电成本为0.3元/kW·h，厂区电价按0.6元/kW·h算，蒸汽价格按运行汽轮机后的半日价计算，有关费用计算见表3。

表3 汽轮机运行费用计算

3台汽轮机设备投资360万元，加上管道、仪表、土建、安装等投资费用，收回投资约1.5年，实施汽轮机效益较为明显。而且溴化锂制冷机组的设备费用要低于螺杆机组，效益非常可观。提高锅炉负荷后，蒸汽成本由187元/t降至156元/t，对降低全厂产品成本有极大的促进作用。

循环水泵配套工业拖动型汽轮机及溴化锂制冷项目建成后，既可提高蒸汽利用量，锅炉和背压发电机组可以接近高负荷运行，大幅度降低蒸汽成本，充分发挥锅炉的最大价值，又可提高蒸汽利用率，节省能源，增加汽轮机发电量，减少外购电负荷，企业自身发电效益增大；还可以减少厂区用电负荷，缓解厂区供电压力，实现了资源最大利用。