液化天然氣冷量綜合利用改造

馮超 黃闊 楊飛

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-1617

摘? 要：某燃?xì)怆姀S液化天然氣（LNG）氣化系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量冷量，一直未被有效利用，造成資源浪費(fèi)。為有效利用該部分冷能，該廠實(shí)施了LNG冷能綜合利用節(jié)能改造，通過(guò)乙二醇吸收LNG冷能與冷凍水進(jìn)行交換，產(chǎn)生低溫冷凍水供給各用冷區(qū)域，替代原有溴化鋰制冷機(jī)組和螺桿式制冷機(jī)組。原制冷設(shè)備不拆除，作為備用供冷系統(tǒng)。項(xiàng)目實(shí)施后，制冷系統(tǒng)年能耗下降65%，每年節(jié)約電費(fèi)成本超過(guò)70萬(wàn)元，減少二氧化碳排放量達(dá)到730 t。

關(guān)鍵詞：燃?xì)怆姀S? ?冷量? ?制冷系統(tǒng)? ?節(jié)能改造

中圖分類號(hào)：F206? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）08（a）-0045-03

Reformation of Comprehensive Utilization of LNG Cooling Capacity

FENG Chao? HUANG Kuo? YANG Fei

（Guangzhou Institute of Energy Testing， Guangzhou， Guangdong Province， 511447 China）

Abstract： The liquefied natural gas （LNG） gasification system in a gas power plant generates a large amount of cooling capacity in the production process， which has not been effectively utilized， resulting in a waste of resources. In order to effectively utilize this part of cold energy， the plant implemented the comprehensive utilization and energy saving transformation of LNG cold energy. The cold energy of LNG is absorbed by ethylene glycol and exchanged with chilled water to produce cryogenic chilled water for each cold area， replacing the original lithium bromide refrigeration unit and screw refrigeration unit. The original refrigeration equipment is not removed， as a backup cooling system. After the implementation of the project， the annual energy consumption of the refrigeration system has decreased by 65%， the annual electricity cost has been saved over 700，000 yuan， and the carbon dioxide emission has been reduced by 730 tons.

Key Words： Gas power plant; Cooling capacity; Refrigeration system; Energy-saving transformation

1? 項(xiàng)目背景

某燃?xì)怆姀S地處于夏熱冬暖區(qū)域，生產(chǎn)工藝為蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)，燃?xì)獍l(fā)電、余熱蒸汽發(fā)電、蒸汽集中供熱、工藝水廢熱利用、余熱鍋爐尾部煙氣利用集中供冷以及LNG冷能利用集中供冷等技術(shù)有機(jī)結(jié)合于生產(chǎn)工藝全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)能源循環(huán)梯級(jí)利用。

為滿足全廠設(shè)備散熱和辦公環(huán)境溫度調(diào)節(jié)，該廠安裝了2臺(tái)制冷量為1 100 kW熱水型溴化鋰機(jī)組滿足用冷需求，通過(guò)回收發(fā)電機(jī)組余熱制冷。溴化鋰機(jī)組根據(jù)環(huán)境溫度變化分暖季、熱季兩種工況運(yùn)行。其中，5～11月氣溫超過(guò)30 ℃的天數(shù)較長(zhǎng)，為熱季，共214天，開(kāi)啟2臺(tái)溴化鋰機(jī)組;其他月份氣溫相對(duì)較低，為暖季，共151天，開(kāi)啟1臺(tái)溴化鋰機(jī)組。另有1臺(tái)制冷量為1 098 kW的螺桿式冷水機(jī)組，做備用。

該廠設(shè)有一套LNG氣化系統(tǒng)，其工藝過(guò)程為：液化天然氣通過(guò)槽罐車運(yùn)送至站內(nèi)，利用卸車增壓器將LNG卸至站內(nèi)儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，儲(chǔ)罐內(nèi)的LNG通過(guò)增壓泵加壓，熱水循環(huán)式水浴氣化器、調(diào)壓、計(jì)量、加臭，然后輸送至廠區(qū)管網(wǎng)，工藝流程如圖1所示。

2? 節(jié)能改造技術(shù)原理

天然氣氣化過(guò)程產(chǎn)生了大量冷量，由于原工藝采用熱水循環(huán)式氣化器吸收，未能有效加以利用，造成資源浪費(fèi)。為有效利用該部分冷能，該廠實(shí)施了LNG冷能綜合利用節(jié)能改造，通過(guò)乙二醇吸收LNG冷能與冷凍水進(jìn)行交換，產(chǎn)生低溫冷凍水供給各用冷區(qū)域，替代原有溴化鋰制冷機(jī)組和螺桿式制冷機(jī)組。原制冷設(shè)備不拆除，作為備用供冷系統(tǒng)。

項(xiàng)目新增乙二醇?xì)饣鳎瑢⒁后w天然氣氣化升溫成-10 ℃的過(guò)熱氣態(tài)天然氣，乙二醇溶液循環(huán)系統(tǒng)從新增加熱器獲得冷量，通過(guò)板式換熱器交換至冷凍水循環(huán)系統(tǒng)。乙二醇溫度約-1 ℃/5 ℃，冷凍水供回水溫度12 ℃/4 ℃，一臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，LNG冷能利用可達(dá)5 500 kW。項(xiàng)目建成后的工藝流程如圖2所示。

項(xiàng)目涉及重點(diǎn)耗能設(shè)備參數(shù)具體見(jiàn)表1。

項(xiàng)目實(shí)施前，重點(diǎn)耗能設(shè)備主要為溴化鋰制冷機(jī)組、螺桿式制冷機(jī)組及其配套設(shè)備。

項(xiàng)目實(shí)施后，重點(diǎn)耗能設(shè)備主要為乙二醇循環(huán)泵和冷凍水循環(huán)泵，停用了原制冷系統(tǒng)的制冷機(jī)組、水泵等設(shè)備，新增LNG換熱系統(tǒng)、供冷水泵，新建1.8 km外管網(wǎng)和供水、供電等配套設(shè)施。

3? 節(jié)能量測(cè)算

由于該項(xiàng)目?jī)H改變冷量產(chǎn)生方式，未改變主要生產(chǎn)工藝，因此可將制冷系統(tǒng)整體劃入項(xiàng)目邊界，將制冷系統(tǒng)用電量（能耗）作為項(xiàng)目邊界輸入，將制冷系統(tǒng)產(chǎn)生冷量（產(chǎn)品）作為項(xiàng)目邊界輸出。節(jié)能量根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施前、后（基期、統(tǒng)計(jì)報(bào)告期）產(chǎn)品單耗的差值與基準(zhǔn)產(chǎn)量的乘積計(jì)算得到，涉及基期和統(tǒng)計(jì)報(bào)告期的綜合能耗、產(chǎn)品產(chǎn)量、單耗等數(shù)據(jù)[1-3]。

3.1 基準(zhǔn)綜合能耗

項(xiàng)目實(shí)施前一年，制冷系統(tǒng)所有用能環(huán)節(jié)消耗的各種能源的總和（按規(guī)定方法折算為標(biāo)準(zhǔn)煤），即為基準(zhǔn)綜合能耗。

項(xiàng)目實(shí)施前，制冷系統(tǒng)能耗由以下3個(gè)部分構(gòu)成。

（1）溴化鋰機(jī)組自身電耗，主要用于熱水循環(huán)泵、冷凍水循環(huán)泵、溶液泵、冷劑泵和真空泵。

（1）溴化鋰機(jī)組使用全廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的部分冷卻水而產(chǎn)生的耗電量。

（1）抽取的發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)補(bǔ)汽的汽耗（計(jì)算時(shí)折算成電耗）。

據(jù)測(cè)算，制冷系統(tǒng)年耗電量為1 565 566 kW·h，電力折標(biāo)系數(shù)[4]取3.05 tce/萬(wàn)kW·h（該地區(qū)火力發(fā)電平均發(fā)電煤耗），計(jì)算得到基準(zhǔn)能耗為477 tce。

3.2 基準(zhǔn)產(chǎn)量

項(xiàng)目實(shí)施前一年內(nèi)，制冷系統(tǒng)的年制冷量為基準(zhǔn)產(chǎn)量，按暖季、熱季分別計(jì)算如下。

暖季工況時(shí)開(kāi)啟1臺(tái)溴化鋰制冷機(jī)組，監(jiān)測(cè)得到冷凍水平均流量q1為204m3/h，供回水溫差Δt1為2 ℃，冷凍水密度ρ為1 000 kg/m3，定壓比熱容Cp為4.2×103 J/（kg·℃），計(jì)算得到暖季工況冷負(fù)荷P1=q1×ρ×Cp×Δt1÷（3.6×106）J/kW=476.0kW。

熱季工況時(shí)開(kāi)啟2臺(tái)溴化鋰制冷機(jī)組，監(jiān)測(cè)得到冷凍水平均流量q2為402 m3/h，供回水溫差Δt2為2 ℃，計(jì)算得到熱季工況冷負(fù)荷P2=q2×ρ×Cp×Δt2÷（3.6×106）J/kW=938.0kW。

系統(tǒng)年制冷量=暖季工況制冷量+熱季工況制冷量

=暖季工況冷負(fù)荷×暖季運(yùn)行天數(shù)×24h+熱季工況冷負(fù)荷熱季運(yùn)行天數(shù)×24h

=476.0kW×151×24 h+938.0kW×214×24h

=6542592kW·h

3.3 基準(zhǔn)單耗

用項(xiàng)目實(shí)施前基準(zhǔn)綜合能耗除以基準(zhǔn)產(chǎn)量，經(jīng)計(jì)算得到基準(zhǔn)單耗為7.30×10-5tce/kW·h（477tce÷

6542592kW·h）。

3.4 統(tǒng)計(jì)報(bào)告期單耗

項(xiàng)目改造后，制冷系統(tǒng)能耗主要是冷凍水循環(huán)泵、乙二醇循環(huán)泵用電[5-6]。在未改變企業(yè)用冷需求情況下，可以測(cè)算得到系統(tǒng)年耗電量為546 022 kW·h。因此知可，統(tǒng)計(jì)報(bào)告期單耗為2.55×10-5tce/kW·h（167tce÷6542592kW·h）。

3.5 項(xiàng)目節(jié)能量

項(xiàng)目節(jié)能量=（基準(zhǔn)單耗-統(tǒng)計(jì)報(bào)告期單耗）×基準(zhǔn)產(chǎn)量

=（7.30×10-5-2.55×10-5）tce/kW·h×

6542592kW·h

=311tce

4? 結(jié)語(yǔ)

液化天然氣冷量綜合利用改造未改變主要生產(chǎn)工藝，也不影響產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。項(xiàng)目實(shí)施后，制冷系統(tǒng)年能耗下降65%，每年節(jié)約電費(fèi)成本超過(guò)70萬(wàn)元，可減少二氧化碳排放量達(dá)到730 t，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

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