双效溴化锂机组在某终端废热回收中的应用

路 平，曲兆光，杜夏英，刘春雨

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459)



双效溴化锂机组在某终端废热回收中的应用

路 平，曲兆光，杜夏英，刘春雨

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 渤海石油研究院，天津 300459)

为节省某终端电能消耗和减少原油燃烧耗费，充分回收利用该终端废热烟气和伴生气的热能，跟踪国内外废热回收技术的最新进展，分析比较几种废热回收技术各自的优缺点。结合某终端废热烟气和伴生气现状及其所需能耗分析，制定双效溴化锂机组对其低品位废热烟气和伴生气的回收利用方案，采用HYSYS软件模拟其工艺流程并进行热力计算，使其满足终端的夏季制冷和冬季供暖需求。结果表明：通过双效溴化锂机组的应用及对其工艺流程的改进，可充分利用废热烟气和伴生气的热能，充分节约电能和降低原油消耗，提高能源的整体利用效率，同时降低废热烟气和伴生气的热污染和能源浪费，减少二氧化碳的排放量，最终达到节能减排的目的。

双效溴化锂机组；废热回收；伴生气利用；HYSYS模拟；供暖制冷

0 引言

在石油化工生产中，广泛存在着低品位、无法用常规方法进一步利用的废热，这部分热量通常只能排放到大气中，不仅造成能源浪费，还影响周围环境[1]。随着对环境保护和节能减排要求的日益提高，废热利用问题已成为人们日益关注的焦点问题之一，因此，积极开展节能减排新技术的研发和推广应用有着十分重要的意义[2-3]。本文通过几种废热回收技术对比，选用双效溴化锂机组对某终端热介质锅炉排烟和伴生气废热进行回收利用，改进机组的供热工艺流程，以满足终端夏季制冷和冬季供暖的需求。该机组在终端获得了成功应用，且运行稳定可靠，节能效果显著，获得了良好的经济、环保及社会效益。

1 废热回收利用技术

1.1 终端废热概况

该终端设有3台热介质锅炉，2用1备，单台功率为9 000 kW，单台锅炉废热烟气排量为6 000～7 000 Nm3/h，烟气温度为200～305 ℃。

采用HYSYS软件对终端原油沉降罐和稳定罐的伴生气进行模拟，其工艺流程如图1所示。利用原油蒸馏数据、气体组分和来油量进行模拟，得到终端原油沉降罐和稳定罐可回收的伴生气量为208～333 Nm3/h。

图1 原油沉降罐和稳定罐伴生气工艺流程图

1.2 废热回收技术

目前，常用的废热回收技术主要有以下几种：热泵技术、余热发电技术、热管技术和变热器技术。回收后的废热可用来供暖/制冷、加热助燃空气、加热锅炉给水和生产蒸汽等[4-5]，这几种技术的适用场合和技术特征不同，各有其优缺点，见表1。

由表1可以看出：变热器技术常用的是双效溴化锂技术和单效溴化锂技术。双效溴化锂技术以单效溴化锂技术为基础，增设了高压发生器、高温溶液热交换器及凝水换热器，从而大幅提高了机组的性能系数，对热源利用更充分。通过比选，选用双效溴化锂机组技术对终端废热进行回收，以满足终端夏季制冷和冬季供暖的需求。

表1 几种废热回收技术对比

1.3 双效溴化锂机组工作原理

双效溴化锂机组是由高压发生器、低压发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和2台热交换器构成的串联流程，机组以溴化锂为吸收剂，以水为制冷剂，使水在低压下蒸发吸收热量进行制冷[6]。双效溴化锂机组的工作原理如图2所示。

图2 双效溴化锂机组工作原理图

机组制冷[7]时，稀溶液从吸收器流出，经低温、高温热交换器后进入高压发生器；溶液在高压发生器内受热浓缩，产生的蒸汽在低压发生器中放出潜热，凝结成冷剂水，与低压发生器产生的蒸汽一起进入冷凝器，经管内的冷却水冷却，形成冷剂水；冷剂水经节流后进入蒸发器，将蒸发器中的管内水冷却为冷水输送至用户，随后冷剂水进入吸收器。另一方面，从高压发生器排出的溶液经过高温热交换器后进入低压发生器，在低压发生器内经进一步加热浓缩为浓溶液；再经低温热交换器降温后进入吸收器，吸收过程中的热量由吸收器中管簇内的冷却水带走，从而保持吸收过程的连续进行。机组供暖[8]时，高压发生器中的溶液被高温烟气加热，产生高温水蒸气；水蒸气进入热水器放出潜热后返回高压发生器，热水器中管内水被加热，制成供暖用温水输送至用户。

1.4 双效溴化锂机组技术特点

双效溴化锂机组[9]能够同时或单独实现供暖、制冷和卫生热水3种功能[10]，具有能耗低、热能利用率高，占地面积小，噪声、振动小，可靠性高、使用寿命长、设备年运转期长，节约电量、经济性好等优点，并具有完善的自动控制和安全保护系统，结构紧凑，操作维护简便。

1.5 技术方案及工艺流程改进

终端老厂区的冬季供暖采用2台蒸汽锅炉，1用1备，单台蒸汽量为2 t/h，供暖负荷为1 165 kW；新厂区的夏季制冷和冬季供暖采用中央空调，制冷/供暖负荷为530/460 kW。终端共需提供的夏季制冷负荷530 kW，冬季供暖负荷1 625 kW。

废热烟气可利用余热量的估算公式[11]为

式中：Qr为烟气可利用的热功率；Gr为烟气的质量流量；t1为烟气废热利用设备出口的烟气温度；t2为烟气废热利用设备进口的烟气温度；Gp为在t2和t1温度范围内烟气温度等压比热；α为烟气可利用的热功率系数，取0.95～0.98；3 600为能比系数。

根据终端实际情况，可利用的废热来源为烟气废热和伴生气2种。经计算：夏季废热烟气提供的热量可满足530 kW的制冷需求；冬季废热烟气提供的热量不足，需补充燃烧100 Nm3/h的伴生气。因此，需改进双效溴化锂机组的供热工艺流程，设置换热器以充分利用废热烟气，同时设置直燃机以利用伴生气补充余热，从而满足冬季供暖需求。改进后的工艺流程如图3所示，设计参数见表2。

图3 终端双效溴化锂机组工艺流程

表2 终端双效溴化锂机组设计参数

2 效益分析及应用效果

2.1 效益分析

终端空调耗电为155 kW，年运行120天；蒸汽锅炉进料泵耗电为5.54 kW，年运行180天。按照耗电成本0.8元/kWh计算，每年节约电费约37.6万元。

终端供热燃油为568 512 kg，按照原油成本2 600元/t计算，每年节约燃油费用约147.8万元。

投资回收期为600/(37.6+147.8)≈3.2年。

从经济性和投资回收期分析可知，采用双效溴化锂机组为终端提供夏季制冷和冬季供暖，经济效益可观。

对CO2减排量进行计算可得，每年可减少CO2排放量5 875 t，相当于节约标准煤2 129 t，减排和社会效益也较为可观。

2.2 应用效果

该方案已在终端废热回收利用项目中成功应用，消除了热介质锅炉和伴生气废热排放造成的环境污染和热量消耗，同时提高了热介质锅炉的整体利用效率，使溴化锂技术在低温废热回收领域获得了进一步发展，节省了终端的电耗和原油消耗，有利于人员的身体健康和周围居民的安全。

双效溴化锂机组具有能耗低、噪声小，运行平稳、自动化程度高，安装、维护、操作简便等特点，在低品位热能利用方面具有显著的经济效益和节能效果。

3 结论

根据终端实际情况，对双效溴化锂机组的工艺流程进行改进，设置换热器以充分利用废热烟气和伴生气的热能，同时设置直燃机以利用伴生气补充余热，满足了终端夏季制冷和冬季供暖的需求。机组在终端获得了成功应用，不仅节省了电能的消耗、降低了原油的燃烧耗费、提高了能源的整体利用效率，而且大大减少了CO2排放量和废热烟气对环境的热污染，获得了良好的经济、环保和社会效益。

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[5] 王玮.天然气处理装置余热回收技术[J].天然气技术,2008,2(5):60-62.

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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，工程师

1001-4500(2017)03-0069-05

P75

A