雙效溴化鋰機組在某終端廢熱回收中的應(yīng)用

路 平，曲兆光，杜夏英，劉春雨

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459)

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雙效溴化鋰機組在某終端廢熱回收中的應(yīng)用

路 平，曲兆光，杜夏英，劉春雨

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459)

為節(jié)省某終端電能消耗和減少原油燃燒耗費，充分回收利用該終端廢熱煙氣和伴生氣的熱能，跟蹤國內(nèi)外廢熱回收技術(shù)的最新進展，分析比較幾種廢熱回收技術(shù)各自的優(yōu)缺點。結(jié)合某終端廢熱煙氣和伴生氣現(xiàn)狀及其所需能耗分析，制定雙效溴化鋰機組對其低品位廢熱煙氣和伴生氣的回收利用方案，采用HYSYS軟件模擬其工藝流程并進行熱力計算，使其滿足終端的夏季制冷和冬季供暖需求。結(jié)果表明：通過雙效溴化鋰機組的應(yīng)用及對其工藝流程的改進，可充分利用廢熱煙氣和伴生氣的熱能，充分節(jié)約電能和降低原油消耗，提高能源的整體利用效率，同時降低廢熱煙氣和伴生氣的熱污染和能源浪費，減少二氧化碳的排放量，最終達到節(jié)能減排的目的。

雙效溴化鋰機組；廢熱回收；伴生氣利用；HYSYS模擬；供暖制冷

0 引言

在石油化工生產(chǎn)中，廣泛存在著低品位、無法用常規(guī)方法進一步利用的廢熱，這部分熱量通常只能排放到大氣中，不僅造成能源浪費，還影響周圍環(huán)境[1]。隨著對環(huán)境保護和節(jié)能減排要求的日益提高，廢熱利用問題已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點問題之一，因此，積極開展節(jié)能減排新技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用有著十分重要的意義[2-3]。本文通過幾種廢熱回收技術(shù)對比，選用雙效溴化鋰機組對某終端熱介質(zhì)鍋爐排煙和伴生氣廢熱進行回收利用，改進機組的供熱工藝流程，以滿足終端夏季制冷和冬季供暖的需求。該機組在終端獲得了成功應(yīng)用，且運行穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果顯著，獲得了良好的經(jīng)濟、環(huán)保及社會效益。

1 廢熱回收利用技術(shù)

1.1 終端廢熱概況

該終端設(shè)有3臺熱介質(zhì)鍋爐，2用1備，單臺功率為9 000 kW，單臺鍋爐廢熱煙氣排量為6 000～7 000 Nm3/h，煙氣溫度為200～305 ℃。

采用HYSYS軟件對終端原油沉降罐和穩(wěn)定罐的伴生氣進行模擬，其工藝流程如圖1所示。利用原油蒸餾數(shù)據(jù)、氣體組分和來油量進行模擬，得到終端原油沉降罐和穩(wěn)定罐可回收的伴生氣量為208～333 Nm3/h。

圖1 原油沉降罐和穩(wěn)定罐伴生氣工藝流程圖

1.2 廢熱回收技術(shù)

目前，常用的廢熱回收技術(shù)主要有以下幾種：熱泵技術(shù)、余熱發(fā)電技術(shù)、熱管技術(shù)和變熱器技術(shù)。回收后的廢熱可用來供暖/制冷、加熱助燃空氣、加熱鍋爐給水和生產(chǎn)蒸汽等[4-5]，這幾種技術(shù)的適用場合和技術(shù)特征不同，各有其優(yōu)缺點，見表1。

由表1可以看出：變熱器技術(shù)常用的是雙效溴化鋰技術(shù)和單效溴化鋰技術(shù)。雙效溴化鋰技術(shù)以單效溴化鋰技術(shù)為基礎(chǔ)，增設(shè)了高壓發(fā)生器、高溫溶液熱交換器及凝水換熱器，從而大幅提高了機組的性能系數(shù)，對熱源利用更充分。通過比選，選用雙效溴化鋰機組技術(shù)對終端廢熱進行回收，以滿足終端夏季制冷和冬季供暖的需求。

表1 幾種廢熱回收技術(shù)對比

1.3 雙效溴化鋰機組工作原理

雙效溴化鋰機組是由高壓發(fā)生器、低壓發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器和2臺熱交換器構(gòu)成的串聯(lián)流程，機組以溴化鋰為吸收劑，以水為制冷劑，使水在低壓下蒸發(fā)吸收熱量進行制冷[6]。雙效溴化鋰機組的工作原理如圖2所示。

圖2 雙效溴化鋰機組工作原理圖

機組制冷[7]時，稀溶液從吸收器流出，經(jīng)低溫、高溫?zé)峤粨Q器后進入高壓發(fā)生器；溶液在高壓發(fā)生器內(nèi)受熱濃縮，產(chǎn)生的蒸汽在低壓發(fā)生器中放出潛熱，凝結(jié)成冷劑水，與低壓發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽一起進入冷凝器，經(jīng)管內(nèi)的冷卻水冷卻，形成冷劑水；冷劑水經(jīng)節(jié)流后進入蒸發(fā)器，將蒸發(fā)器中的管內(nèi)水冷卻為冷水輸送至用戶，隨后冷劑水進入吸收器。另一方面，從高壓發(fā)生器排出的溶液經(jīng)過高溫?zé)峤粨Q器后進入低壓發(fā)生器，在低壓發(fā)生器內(nèi)經(jīng)進一步加熱濃縮為濃溶液；再經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器降溫后進入吸收器，吸收過程中的熱量由吸收器中管簇內(nèi)的冷卻水帶走，從而保持吸收過程的連續(xù)進行。機組供暖[8]時，高壓發(fā)生器中的溶液被高溫?zé)煔饧訜?，產(chǎn)生高溫水蒸氣；水蒸氣進入熱水器放出潛熱后返回高壓發(fā)生器，熱水器中管內(nèi)水被加熱，制成供暖用溫水輸送至用戶。

1.4 雙效溴化鋰機組技術(shù)特點

雙效溴化鋰機組[9]能夠同時或單獨實現(xiàn)供暖、制冷和衛(wèi)生熱水3種功能[10]，具有能耗低、熱能利用率高，占地面積小，噪聲、振動小，可靠性高、使用壽命長、設(shè)備年運轉(zhuǎn)期長，節(jié)約電量、經(jīng)濟性好等優(yōu)點，并具有完善的自動控制和安全保護系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，操作維護簡便。

1.5 技術(shù)方案及工藝流程改進

終端老廠區(qū)的冬季供暖采用2臺蒸汽鍋爐，1用1備，單臺蒸汽量為2 t/h，供暖負荷為1 165 kW；新廠區(qū)的夏季制冷和冬季供暖采用中央空調(diào)，制冷/供暖負荷為530/460 kW。終端共需提供的夏季制冷負荷530 kW，冬季供暖負荷1 625 kW。

廢熱煙氣可利用余熱量的估算公式[11]為

式中：Qr為煙氣可利用的熱功率；Gr為煙氣的質(zhì)量流量；t1為煙氣廢熱利用設(shè)備出口的煙氣溫度；t2為煙氣廢熱利用設(shè)備進口的煙氣溫度；Gp為在t2和t1溫度范圍內(nèi)煙氣溫度等壓比熱；α為煙氣可利用的熱功率系數(shù)，取0.95～0.98；3 600為能比系數(shù)。

根據(jù)終端實際情況，可利用的廢熱來源為煙氣廢熱和伴生氣2種。經(jīng)計算：夏季廢熱煙氣提供的熱量可滿足530 kW的制冷需求；冬季廢熱煙氣提供的熱量不足，需補充燃燒100 Nm3/h的伴生氣。因此，需改進雙效溴化鋰機組的供熱工藝流程，設(shè)置換熱器以充分利用廢熱煙氣，同時設(shè)置直燃機以利用伴生氣補充余熱，從而滿足冬季供暖需求。改進后的工藝流程如圖3所示，設(shè)計參數(shù)見表2。

圖3 終端雙效溴化鋰機組工藝流程

表2 終端雙效溴化鋰機組設(shè)計參數(shù)

2 效益分析及應(yīng)用效果

2.1 效益分析

終端空調(diào)耗電為155 kW，年運行120天；蒸汽鍋爐進料泵耗電為5.54 kW，年運行180天。按照耗電成本0.8元/kWh計算，每年節(jié)約電費約37.6萬元。

終端供熱燃油為568 512 kg，按照原油成本2 600元/t計算，每年節(jié)約燃油費用約147.8萬元。

投資回收期為600/(37.6+147.8)≈3.2年。

從經(jīng)濟性和投資回收期分析可知，采用雙效溴化鋰機組為終端提供夏季制冷和冬季供暖，經(jīng)濟效益可觀。

對CO2減排量進行計算可得，每年可減少CO2排放量5 875 t，相當于節(jié)約標準煤2 129 t，減排和社會效益也較為可觀。

2.2 應(yīng)用效果

該方案已在終端廢熱回收利用項目中成功應(yīng)用，消除了熱介質(zhì)鍋爐和伴生氣廢熱排放造成的環(huán)境污染和熱量消耗，同時提高了熱介質(zhì)鍋爐的整體利用效率，使溴化鋰技術(shù)在低溫廢熱回收領(lǐng)域獲得了進一步發(fā)展，節(jié)省了終端的電耗和原油消耗，有利于人員的身體健康和周圍居民的安全。

雙效溴化鋰機組具有能耗低、噪聲小，運行平穩(wěn)、自動化程度高，安裝、維護、操作簡便等特點，在低品位熱能利用方面具有顯著的經(jīng)濟效益和節(jié)能效果。

3 結(jié)論

根據(jù)終端實際情況，對雙效溴化鋰機組的工藝流程進行改進，設(shè)置換熱器以充分利用廢熱煙氣和伴生氣的熱能，同時設(shè)置直燃機以利用伴生氣補充余熱，滿足了終端夏季制冷和冬季供暖的需求。機組在終端獲得了成功應(yīng)用，不僅節(jié)省了電能的消耗、降低了原油的燃燒耗費、提高了能源的整體利用效率，而且大大減少了CO2排放量和廢熱煙氣對環(huán)境的熱污染，獲得了良好的經(jīng)濟、環(huán)保和社會效益。

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Application of Double-Effect Lithium Bromide Unit in
Waste Heat Recovery in a Terminal

LU Ping,QU Zhaoguang,DU Xiaying,LIU Chunyu

(Bohai Oilfield Research Institute,Tianjin Branch of CNOOC China Limited,Tianjin 300459,China)

In order to save the electric energy and reduce the cost of crude oil consumption and make full use of the waste heat of flue gas and associated gas in a terminal,the latest research progress of domestic and overseas study about waste heat recovery technology are tracked,and the advantages and disadvantages of several waste heat recovery methods are analyzed and compared.Combined with the status of waste heat of flue gas,associated gas and the analysis of energy consumption in a terminal,the low grade waste heat of flue gas and associated gas are recycled by double-effect lithium bromide unit.And the process is simulated by HYSYS software to make thermodynamic calculation meet the summer cooling and winter heating demands of the terminal buildings.The results show that through the application of double-effect lithium bromide unit and improvement of the process,electric energy and crude oil consumption can be saved and reduced remarkably by making full use of the waste heat of flue gas and associated gas.The unit can improve the overall energy utilization efficiency,reduce the thermal pollution and energy waste of the waste heat of flue gas and associated gas,reduce carbon dioxide emissions,and ultimately achieve the purpose of energy saving and emission reduction.

double-effect lithium bromide unit; waste heat recovery; associated gas utilization; HYSYS simulation; heating and cooling

2016-07-01

路 平(1986-)，女，工程師

1001-4500(2017)03-0069-05

P75

A