溴化锂蒸汽制冷在宝钢应用的可行性研究

steve.li

　　摘要： 针对宝钢低压蒸汽系统夏季余热蒸汽大量放散的问题，对增加夏季蒸汽负荷进行了可行性方案的研究。通过比较采用澳化锂蒸汽制冷取代电制冷的相关热力参数，可发现发展澳化锂蒸汽制冷实现热电冷三联产，不仅可以提高宝钢热电系统的热经济性，也可以降低宝钢夏季蒸汽放散量和电网的峰谷差，从而达到节电、节能 减少环境污染的目的。
7 _( L4 n# G# Y2 j( _4 R3 g+ Z- g
4 v- f7 J' M* `7 x. U& f0 A　　由于经济的迅速发展，能源的消耗量大增。随着石油、天然气等优质能源的逐步枯竭，而且新能源的开发利用还没有重大突破，目前世界正处在被称为“青黄不接”的能源低谷时期。钢铁工业是工业部门中的能源消耗大户，因此推进节能技术的应用和创新成为钢铁企业降低生产成本的重要途径。热电冷三联供是在热电联产的基础上发展起来的，此系统在生产电能、热能的同时，热电联产装置产生的低位热能，可以作为吸收式制冷机的驱动热源，生产冷媒水，向用户供冷，这一系统充分体现了能源的梯级利用[1]。本文以宝钢低压热力系统为例，探讨在大型钢铁企业推广采用溴化锂蒸汽制冷的意义。
$ w- `& b" ?' e/ e
( @& _5 V, d/ H4 D% o0 w/ ^/ [7 }　　1 宝钢热力系统现状和存在问题
9 g$ Z: ?# C3 Q/ a2 G/ [
　　1.1 宝钢热力系统现状
2 I) z8 r: @7 i/ ?* x* U# k6 Z
3 [0 T8 L3 ?/ o6 @, U9 K* [　　宝钢股份低压蒸汽系统有统一的管网和互换性很强的汽源，其蒸汽供需网络庞大，蒸汽汽源和用户遍及厂区20多km的范围。宝钢低压蒸汽系统主要为生产和生活提供蒸汽，根据压力等级分为中压蒸汽和低压蒸汽两个系统：中压蒸汽系统运行压力4.1MPa，温度260℃;低压蒸汽系统运行压力1.6MPa，温度260℃。低压蒸汽汽源种类和产汽能力详见表1。

　　2 目前存在问题及解决措施
3 u/ Z- i) `) M
　　2.1 蒸汽放散严重

. L' B( s1 u# B) l! }　　产生原因：① 余热蒸汽发生不稳定;② 设备检修或机器故障时放散较大，干熄焦汽轮发电机组每年4月定修，一般平均每天总的低压蒸汽放散量约200t。
& w: z7 G0 ?) V4 K' ]8 s# \1 k4 z

/ E) u) }. T9 _: w2 a( }
　　2.2 冬夏季低压蒸汽峰谷差大
. ^( r% O5 `' I/ n1 a4 I! L/ q$ p
) F0 A- d3 k4 S1 y　　产生原因：冬季供工业生产用热，民用采暖和生活用热;夏季只供工业生产用热;近3年平均每年的最大峰谷差约为

( i1 Y7 m1 P: A" E* r2 K　　，约为蒸汽全年平均负荷的45%。造成影响：夏季负荷低，使得

2 u5 N5 N7 Y3 z. g/ U$ K4 R- m
9 P' ^; E, t4 y+ F7 ^' K　　热电机组和低压锅炉负荷低，造成设备闲置和锅炉效率低。
! Z! [) i" F" S, K) a3 c; r
　　2.3 解决措施

　　解决冬季夏季的负荷差，增加夏季蒸汽负荷有两种办法：① 上低压凝汽发电机组：上低压凝汽发电机组不但投资高，而且有半年的时间设备闲置，投资回报率低;② 发展蒸汽制冷：推广使用溴化锂蒸汽制冷不但可以有效提高夏季的低压蒸汽负荷，还可以减少规划期后的电力缺口，降低外购电成本。
/ \% D( z1 ]0 s) G: H, A
+ [2 V  Q+ \7 e9 j　　3 溴化锂蒸汽制冷节能分析
% O/ q7 k* y  M5 m) J
　　目前，国内外对热电冷三联供的经济、环保、节电等优势的认识是一致的。但对于其是否节能，由于评价标准和评价对象不一样，得出不同的结论。有部分研究文献，采用的是基于热力学第一定律的热量法。这种方法计算时虽然简单、方便，但是没有揭示系统能量转换的实质。由于在热电冷联产系统中，一次能源燃料产生的是电、热、冷三种不同质的能，三种能的品质不一样，它们的做功能力也不一样。因此，对不同质的能进行评价比较，必须把它们换成同一种质的能，本文采用当量热力系统这一指标，较好地反映了是否节能的本质[2~4]。
. ?0 ?4 b- p3 T; |( }
　　本文主要根据宝钢低压蒸汽系统供汽设备的实际情况，对采用大型离心式电制冷机和挂壁式空调与溴化锂蒸汽制冷机组的节能指标进行比较分析。
, x' ?% O* E6 N
7 N% T7 T; p/ u& j5 d9 e1 F8 \; \8 |0 {$ B　　3.1 机组选型

　　本文比较以可以制冷5500m2面积，制冷量为l250kW左右的电制冷机和溴化锂蒸汽制冷机为对象，全面地分析其节能效果和运行经济性，具体设备参数见表2。
$ H0 T* E( r! n9 R9 j, T

　　3.2 溴化锂蒸汽制冷与电制冷节能效果比较

　　3.2.1 制冷系数或热力系数
5 `8 Q6 J. U$ d, t1 `" c# b
/ X" M/ l1 [5 r　　制冷系数是电制冷机的评价指标，热力系数是溴化锂蒸汽制冷机的评价指标。这是对于制冷机来说最常用的评价手段。
& P2 N+ E1 U1 g& G- R' Q
4 w( ^8 Z6 y( o% [8 W6 o. F

　　不同机组的COP比较见表3，表明电制冷机的制冷系数远高于溴化锂蒸汽制冷机的热力系数，离心式电制冷机约为后者的3.9倍，而挂壁式电空调约为后者的2倍，因而就得出了溴化锂机组节电不节能的结论。
" Y+ |* g, y9 D$ `0 C7 I0 X
　　显然这种比较方法是不恰当的，因为前者消耗的是高品质的电能，后者消耗的是低品质的热能，能源品质不同其所能产生的价值不同，不能简单以制冷机组设备热效率进行比较。

, r2 c" ?: M* r
　　3.2.2 制冷系统的当量热力系数

& L5 r9 W' I5 r5 `, l' z/ o
4 D1 s7 @* }- C% h" W0 {; j$ o　　(2)溴化锂制冷机的当量热力系数对应不同的蒸汽来源，当量热力系数计算方法是不一样的，具体如下：
7 ]: x: h2 F4 a+ ^# h
; M0 S  U3 A1 W　　(a)锅炉直接产汽

$ M) {/ j- H+ X- @( @: e+ j* o　　当量热力系数为

9 Q% q2 h) ~. K; _+ ^; B0 g
　　因宝钢热力系统大都采用中压产汽设备，电制冷机所需的电由中压电厂提供进行比较较为合理。根据宝钢低压管网的实际情况，抽汽和背压压力在15MPa左右，如果采用溴化锂蒸汽制冷，需要通过减温减压降到机组规定的蒸汽压力和温度。一般溴化锂机组运行蒸汽为压力0.8MPa、0.6MPa或0.4MPa的饱和蒸汽。如果抽汽和背压压力控制在溴化锂蒸汽制冷机进口蒸汽压力，相比离心式电制冷机可节能30%左右甚至更高。

4 w' ]6 [% F. h, x　　从表5可知，由1#CDQ抽凝机组和

  X8 p( M% }  _& h% E* V8 R

' s9 z3 [+ I$ _+ V% i　　热电机组供汽的溴化锂蒸汽制冷的当量热力系数均要高于电制冷机的当量热力系数，与离心式电制冷机组相比最高可节能20%，相比挂壁式空调节能率高达135%，节能效果明显。其次，如果由低压锅炉供汽制冷，没有离心式电制冷机组节能，但比挂壁式空调节能85%。
- P  L- q& x! V# z* M% R
　　4 溴化锂蒸汽制冷经济性分析
& c9 q* O1 P( W1 q

　　5 结论

　　宝钢推广溴化锂蒸汽制冷具有以下三大优势：
% o/ H" u% {( z' [& i% |7 r
( c$ Y0 A9 w+ J( x( ~/ t* k0 Z　　(1)可大量减少电空调所消耗的电量，缓解宝钢在2006年规划期后夏季电力缺口，减少外购电量1600万kWh～2700万kWh，有效缓解上海电力紧张局面;
! C% C; f# }3 L  K8 w6 e' Q
( R, P' z3 I- T0 Y! Q. i

0 \$ x  m+ e- T+ t3 G
　　(3)可减少原先由于检修和故障造成的蒸汽放散，减少能源损失。
* j/ Z& J$ K. K" N6 Q1 o. z0 G
　　在热电联产的基础上，宝钢已具备热能梯级利用的条件，应积极鼓励应用溴化锂蒸汽制冷，形成热电冷三联供的综合用能系统，改善总能利用系统，提高能源利用率。可见，在宝钢推广溴化锂蒸汽制冷具有一定的节能和经济效益。
/ l0 G) y3 J/ R4 U, D' M% w
2 ]3 x3 I8 F: D　　参考文献：

: D' [1 f& K; O1 D: `　　[1] 余敏，汤妙琴，卢玫，等.热电冷三联供制冷系统能耗的经济性分析[c].中国工程热物理学会2002年学术会议，2002，326-330.

" x0 a+ b4 Q; U  {8 }　　[2] 钟史明.热电冷三联产节能效益讨论[J].福建能源开发与节约，2003，25(4)：9-11.
4 z% d+ I# }$ j, ]
7 o; A: Q- v$ s' V5 ^0 _: ~3 D　　[3] 严德隆，张维君.空调制冷及热电冷联产系统的能耗分析[J].暖通空调，1998，28(6)：18—22.

　　[4] 张洪伟，黄素逸，龙妍，等.有关溴化锂吸收式制冷系统的经济性分析及其在分布式能源系统中的应用[J].制冷与空调，2004，17(4)：59—63.