壓縮制冷與吸收制冷組合的節(jié)能分析與應(yīng)用

肖敦峰，李繁榮

（中國五環(huán)工程有限公司，湖北武漢 430223）

壓縮制冷與吸收制冷組合的節(jié)能分析與應(yīng)用

肖敦峰，李繁榮

（中國五環(huán)工程有限公司，湖北武漢 430223）

簡要介紹了壓縮制冷與吸收制冷的流程和優(yōu)缺點，結(jié)合某具體項目從原有流程的配置和能源消耗、優(yōu)化流程的配置和能源消耗、優(yōu)化前后的能源消耗對比、經(jīng)濟效益等方面，論述了壓縮制冷與吸收制冷組合給工廠帶來的效益，結(jié)果表明：優(yōu)化后每年可為工廠節(jié)約運行成本456萬元，優(yōu)化方案的投資回收期為1.4年。最后對這一組合技術(shù)在化工領(lǐng)域的運用進行了展望。

吸收制冷；壓縮制冷；組合；溴化鋰

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.005

十三五能源發(fā)展定調(diào)為“綠色、低碳、環(huán)保、高效”。作為該行業(yè)的從業(yè)人員，我們重點需要在降耗、治污、創(chuàng)新上做文章。針對在過去煤化工行業(yè)粗放式發(fā)展過程中不太重視的節(jié)能問題，筆者一直在重點關(guān)注并進行了很多研究工作，提出了一些節(jié)能措施。以下重點論述采用壓縮制冷與吸收制冷組合技術(shù)來充分利用工廠低位余熱，同時降低高品位熱源的消耗，實現(xiàn)工廠的節(jié)能降耗。

1　壓縮制冷與吸收制冷工藝概述［1］

1.1壓縮制冷工藝

壓縮制冷是將制冷劑通過制冷壓縮機及輔機由壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)（提供冷量）4個過程組成制冷循環(huán)，其流程短，制冷量很大，工藝比較成熟。但是無論選擇電動壓縮機或者蒸汽透平壓縮機，都要使用品級較高的能源，適合于制冷量很大的場合。

1.2吸收制冷工藝

采用溶液循環(huán)代替了壓縮制冷流程中壓縮機的作用。吸收式制冷機的工作過程實際上由兩個循環(huán)過程組成：制冷循環(huán)和溶液循環(huán)。

制冷循環(huán)：從發(fā)生器出來的高壓制冷劑蒸氣（可能會含有少量的吸收劑蒸氣）在冷凝器中冷凝成高壓制冷劑液體，釋放出的冷凝熱量被冷卻介質(zhì)帶走。高壓液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流到蒸發(fā)壓力下的液體，進入蒸發(fā)器中汽化吸熱，產(chǎn)生制冷量，低壓蒸氣被吸收器吸收。

溶液循環(huán)：吸收器中的稀溶液吸收蒸發(fā)器來的低壓蒸氣而成為濃溶液。吸收過程使制冷劑轉(zhuǎn)化為液體，吸收過程放出熱量被冷卻介質(zhì)帶走。吸收器中濃溶液經(jīng)溶液泵提高壓力，并輸送到發(fā)生器中，在發(fā)生器中利用熱水對濃溶液進行加熱，濃溶液中的低沸點制冷劑氣化成高壓蒸氣。

吸收制冷流程示意見圖1。

圖1　吸收制冷流程

吸收制冷工藝的優(yōu)缺點包括以下幾點。

（1）有利于熱能的綜合利用。吸收制冷工藝中，蒸發(fā)器加熱所需要的熱源溫度較低，故可以充分利用低品位熱源，比如98℃的熱水，從而節(jié)約能量，大大降低了運行成本，特別是在低品質(zhì)熱源較多的地方，具有明顯的優(yōu)點。

（2）負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大。負(fù)荷在50% ～120%的范圍內(nèi)，吸收制冷系統(tǒng)均可以正常運行，而采用壓縮制冷時負(fù)荷變化范圍較小，有時負(fù)荷低于70%就無法正常運行。

（3）維修簡單，易于管理。主要為靜設(shè)備，只有吸收液泵、冷劑泵和抽氣泵，動設(shè)備故障率低。

（4）吸收制冷也有其缺點，如經(jīng)濟制冷溫度僅為+10～0℃，且性能系數(shù)較低，一般只有0.7左右。

壓縮制冷和吸收制冷各有優(yōu)缺點，要根據(jù)項目具體情況來選擇制冷方案。本文將結(jié)合筆者參與的某具體項目，來研究將吸收制冷與壓縮制冷兩種成熟的技術(shù)組合起來使用后的節(jié)能效果，并將在其中積累的設(shè)計經(jīng)驗分享給大家。

2　項目概況

本項目以煤為原料生產(chǎn)乙二醇，工藝裝置為空分、煤氣化、變換、低溫甲醇洗、冷凍、CO深冷分離、PSA、乙二醇裝置、二甲基亞砜、液體CO2，另外還有公用工程和輔助設(shè)施。冷凍站采用氨壓縮制冷，為全廠各用戶提供不同品位的冷量，乙二醇裝置采用五環(huán)、華爍和寶馬共同開發(fā)的WHB技術(shù)。

3　優(yōu)化前裝置配置

3.1冷凍站方案

冷凍站為低溫甲醇洗、乙二醇裝置、液體二氧化碳和二甲基亞砜裝置提供冷量，具體冷量需求見表1。

表1　全廠冷量需求表

冷凍站的流程詳見圖2。

圖2　氨壓縮制冷流程（優(yōu)化前）

根據(jù)模擬計算結(jié)果，冷凍站的各項參數(shù)見表2。

表2　優(yōu)化前冷凍站參數(shù)表

3.2乙二醇裝置換熱方案

乙二醇裝置塔頂冷凝器采用循環(huán)冷卻水換熱，換熱負(fù)荷為11 526.7 kW，消耗循環(huán)水量為1 235 m3/h。

4　優(yōu)化后裝置配置

優(yōu)化后的工藝系統(tǒng)示意見圖3。熱水緩沖槽內(nèi)78℃的熱水經(jīng)熱水循環(huán)泵輸送至乙二醇裝置精餾塔塔頂冷凝器，利用塔頂氣相介質(zhì)的低位相變熱副產(chǎn)98℃熱水，熱水經(jīng)溴化鋰吸收式制冷機組換熱

圖3　優(yōu)化后的工藝系統(tǒng)示意

4.1冷凍站方案

優(yōu)化后的冷凍站的流程見圖4。

圖4　氨壓縮制冷流程（優(yōu)化后）

根據(jù)模擬計算結(jié)果，冷凍站的各項參數(shù)見表3。

表3　優(yōu)化后冷凍站參數(shù)

4.2冷水機組方案（含冷凍水和熱水循環(huán)系統(tǒng)）

選用低溫水大溫差型吸收式制冷機組，單臺額定制冷能力為4 651 kW，正常制冷能力為4 550 kW，產(chǎn)生8℃的冷水，采用乙二醇裝置的低位余熱副產(chǎn)98℃的熱水，機組冷卻采用循環(huán)冷卻水。正常運行需要2臺冷水機組，為了提高裝置連續(xù)運行的可靠性，增設(shè)1臺備用的冷水機組。冷水機組的消耗詳見表4。

表4　冷水機組參數(shù)

4.3乙二醇裝置換熱方案

乙二醇裝置塔頂冷凝器采用熱水換熱，換熱負(fù)荷為11 526.7 kW，消耗熱水量為483m3/h。

5　節(jié)能效果分析

以下以表格的形式將優(yōu)化前后的各類能源消耗直觀地表達出來，詳見表5。

表5　優(yōu)化前后各類消耗對比

續(xù)表

如按照電價0.6元/kW·h，中壓蒸汽80元/t計算，年操作時間8 000 h，優(yōu)化前用電和蒸汽成本為

（825.8×0.6+24.5×80）×0.8=1 964.4萬元

優(yōu)化后用電和蒸汽成本為

（1 001.6×0.6+16.6×80）×0.8=1 543.2萬元

優(yōu)化后每年可節(jié)約能源成本為421.2萬元。

優(yōu)化后的方案減少循環(huán)水用量為724 m3/h，按照蒸發(fā)損失和風(fēng)吹損失1.5%，新鮮水單價4元/t計算，每年可節(jié)約用水成本為

724×1.5%×4×0.8=34.75萬元。

電、新鮮水和蒸汽3項合計每年可為工廠節(jié)約運行成本為456萬元。

6　經(jīng)濟效益分析

優(yōu)化前后的投資對比見表6。

表6　優(yōu)化前后投資對比

根據(jù)以上對比，優(yōu)化后的方案需要增加投資634萬元。此優(yōu)化方案的投資回收期為634/456= 1.4年。

7　結(jié)語

現(xiàn)有化工項目中低位余熱（90～130℃區(qū)間）往往無法有效利用，且還需要消耗大量的循環(huán)冷卻水來冷卻。在筆者所參與的項目中，CO變換裝置末級變換爐出口、甲烷化裝置3#反應(yīng)器出口、乙二醇裝置精餾塔塔頂冷凝器、丁二醇裝置丁炔二醇汽提塔塔頂和升膜蒸發(fā)器出口均存在大量該品位的低位余熱，且以相變熱為主。以往項目均采用循環(huán)冷卻水，如能采用上述組合方案，將可有效降低工廠運行成本。

［1］肖敦峰，李舒，夏吳.制冷裝置節(jié)能降耗影響因素及設(shè)計方案優(yōu)化［J］.化肥設(shè)計，2011，49（3）：19-21.

修改稿日期：2016-05-20

行業(yè)信息

Analysis and Application of the Energy Saving of the Combination of Com pression Refrigeration and Absorption Refrigeration

XIAO Dun-feng，LIFan-rong
（Wuhuan Engineering Co.，Ltd.，Wuhan Hubei 430223 China）

This paper briefly introduces the processes and advantages&disadvantages of the compression refrigeration and absorption refrigeration.Based on the study ofa specific project in terms of the configuration of the original process and the energy consumption，the configuration ofoptimized process and the energy consumption，the energy consumption comparison before and after the optimization，economic returns and other aspects，the paper discusses the benefits brought by the combination of the compression refrigeration and absorption refrigeration to the factory.The research results show that the optimized process is capable of saving operating costs of 4.56 million RMB，and the investment recovery period of the optimization scheme is1.4 years.As the end of this paper，the application of this technology in the field of chemical industry is prospected.

absorption refrigeration；compression refrigeration；combination；lithium bromide

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.005

TB61

B

1004-8901（2016）04-0016-04

肖敦峰（1982年-），男，湖北仙桃人，2004年7月畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，高級工程師，現(xiàn)主要從事化工工藝設(shè)計和技術(shù)管理工作。