化工生产中的热电冷利用

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。

3 结语

随着工业的发展，越来越多的企业将拥有自己的配套蒸汽装置，以解决既需要动力又需要热量的局面，而能利用蒸汽作为动力驱动设备的工业汽轮机也会得到更广泛的使用，合理的配置工业汽轮机，充分利用蒸汽，实现资源最大化利用。应用工业汽轮节能减排的同时给企业带来显著的经济效益，也产生了良好的环境效益。