化工生產(chǎn)中的熱電冷利用

盧立廠，軒書琴，張清亮

（1.青島海灣化學(xué)有限公司，山東 青島 266409；2.青島市石化高級技工學(xué)校，山東 青島 266108）

近年來，工業(yè)汽輪機得到越來越廣泛的使用，汽輪機可以有效的調(diào)配能量與動力，并能使用副產(chǎn)熱能，合理的配置工業(yè)汽輪機，可提高能源利用率，達到節(jié)能的目的。

工業(yè)汽輪機的功率范圍和轉(zhuǎn)速范圍都比較大，適用的蒸汽參數(shù)范圍也比較大，因此，使用者有一定的可選擇性。由于工業(yè)汽輪機具有轉(zhuǎn)速高、體積小、功率大及適用范圍廣等特點，因此適合大型壓縮機泵的驅(qū)動，也能適應(yīng)各種中、小機泵的使用要求。

與傳統(tǒng)的電能拖動相比，工業(yè)汽輪機能直接驅(qū)動生產(chǎn)流程中的泵、鼓風(fēng)機和壓縮機等機械，省去了將熱量轉(zhuǎn)換成電及電力輸送中的損失，實現(xiàn)能量的充分利用。汽輪機轉(zhuǎn)速高，便于調(diào)節(jié)，可在30%～110%額定負荷下根據(jù)工況的變化，平穩(wěn)地調(diào)整轉(zhuǎn)速持續(xù)穩(wěn)定運行。汽輪機高速旋轉(zhuǎn)部分具有良好軸對稱性，因而運行平穩(wěn)、磨損微小、連續(xù)運行時間長，能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)流程的要求。

1 項目背景

青島海灣化學(xué)有限公司（以下簡稱“海灣化學(xué)”）搬遷項目位于青島市黃島區(qū)董家口經(jīng)濟區(qū)，主產(chǎn)30萬t/a燒堿、40萬t/a氯乙烯和30萬t/a聚氯乙烯等產(chǎn)品。為保障廠區(qū)各裝置蒸汽使用，海灣化學(xué)配套熱電聯(lián)產(chǎn)項目，通過汽輪機利用高溫高壓蒸汽發(fā)電，同時副產(chǎn)抽汽背壓蒸汽，向各裝置提供不同壓力的蒸汽。

該公司目前建成2臺150 t/h循環(huán)流化床鍋爐，并配套一臺15 MW抽汽背壓式汽輪機組，利用高溫高壓蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動，對發(fā)電機做功發(fā)電，將熱量轉(zhuǎn)化為電能，并副產(chǎn)中壓蒸汽（2.2 MPa（A））和低壓蒸汽（1.3 MPa（A）），供全廠各裝置使用。由于各裝置蒸汽使用負荷峰谷波動較大，對汽輪機組的穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大影響，且裝置總負荷較低，尤其是中壓蒸汽量相對富余，鍋爐在低負荷狀況下運行，單位蒸汽生產(chǎn)成本較高。為使運行工況更加穩(wěn)定，

并充分利用蒸汽熱量，提高鍋爐使用效率，海灣化學(xué)實施循環(huán)水泵配套工業(yè)拖動型汽輪機及溴化鋰制冷項目，形成熱電冷系統(tǒng)利用。

2 項目實施及效益分析

2.1 項目實施及運行工況

海灣化學(xué)實施2臺多級凝汽式汽輪機和1臺單級背壓式汽輪機。汽輪機使用2.2 MPa（A）蒸汽，額定進氣流量均為8.5 t/h，代替原有電機推動循環(huán)水泵做功。其中，背壓式汽輪機副產(chǎn)0.2 MPa（A）蒸汽供溴化鋰制冷機組使用，替代螺桿制冷機組，實現(xiàn)蒸汽的二次利用，汽輪機數(shù)據(jù)表見表1。

表1 汽輪機數(shù)據(jù)表

工業(yè)汽輪機建成后，增加蒸汽使用量，提高鍋爐負荷。鍋爐高負荷運行狀況下，可大幅降低蒸汽成本，同時增加汽輪機發(fā)電量，還可以增強鍋爐應(yīng)對外界用汽量波動的能力，能有效提高鍋爐效率。

2.2 汽輪機效益分析

工業(yè)汽輪機的熱經(jīng)濟性好，提供了熱電聯(lián)產(chǎn)和余熱利用的條件。工業(yè)汽輪機的效率當視具體工作條件而言，如果有理想的蒸汽條件，汽輪機本身的熱效率是比較高的。但是工業(yè)汽輪機往往設(shè)計得比較緊湊，熱力系統(tǒng)相對簡單，因此熱效率較低。特別是在必須利用剩余蒸汽等的情況下，可能犧牲汽輪機的效率以換取工藝系統(tǒng)的平衡，這時雖然主機的效率較低，但整個系統(tǒng)的熱效率仍然較高，可以充分利用能源，達到節(jié)能的目的。

目前，廠區(qū)2.2 MPa蒸汽負荷約為15 t/h，新上的3臺汽輪機滿負荷運行后，蒸汽負荷可提升至40 t/h，大幅提高蒸汽用量和鍋爐負荷，不同蒸汽用量下汽輪機發(fā)電和鍋爐蒸汽成本見表2（煤含稅價500 元/t）。

表2 不同工況下汽輪機發(fā)電量和蒸汽成本

循環(huán)水泵改用汽輪機驅(qū)動，消耗蒸汽驅(qū)動汽輪機做功，代替原有電泵，消耗循環(huán)水對蒸汽冷凝系統(tǒng)進行冷卻，蒸汽溴化鋰制冷機組利用背壓式汽輪機產(chǎn)生的0.2 MPa（A）低壓蒸汽作為熱源，蒸發(fā)溴化鋰水溶液，獲得冷量，從而產(chǎn)生5℃低溫冷水。溴化鋰制冷機組制冷量為4 652 kW，同等規(guī)模的螺桿機組電耗在900～1 000 kW。充分利用背壓式汽輪機產(chǎn)生的低壓蒸汽，并省去高壓蒸汽降壓的設(shè)備成本。

循環(huán)水由廠區(qū)循環(huán)水裝置供給，成本為0.125元/m3，發(fā)電成本為0.3元/kW·h，廠區(qū)電價按0.6元/kW·h算，蒸汽價格按運行汽輪機后的半日價計算，有關(guān)費用計算見表3。

表3 汽輪機運行費用計算

3臺汽輪機設(shè)備投資360萬元，加上管道、儀表、土建、安裝等投資費用，收回投資約1.5年，實施汽輪機效益較為明顯。而且溴化鋰制冷機組的設(shè)備費用要低于螺桿機組，效益非?？捎^。提高鍋爐負荷后，蒸汽成本由187元/t降至156元/t，對降低全廠產(chǎn)品成本有極大的促進作用。

循環(huán)水泵配套工業(yè)拖動型汽輪機及溴化鋰制冷項目建成后，既可提高蒸汽利用量，鍋爐和背壓發(fā)電機組可以接近高負荷運行，大幅度降低蒸汽成本，充分發(fā)揮鍋爐的最大價值，又可提高蒸汽利用率，節(jié)省能源，增加汽輪機發(fā)電量，減少外購電負荷，企業(yè)自身發(fā)電效益增大；還可以減少廠區(qū)用電負荷，緩解廠區(qū)供電壓力，實現(xiàn)了資源最大利用。

3 結(jié)語

隨著工業(yè)的發(fā)展，越來越多的企業(yè)將擁有自己的配套蒸汽裝置，以解決既需要動力又需要熱量的局面，而能利用蒸汽作為動力驅(qū)動設(shè)備的工業(yè)汽輪機也會得到更廣泛的使用，合理的配置工業(yè)汽輪機，充分利用蒸汽，實現(xiàn)資源最大化利用。應(yīng)用工業(yè)汽輪節(jié)能減排的同時給企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益，也產(chǎn)生了良好的環(huán)境效益。