吸收式制冷在钢铁冶金企业中对富余蒸汽的回收利用
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【摘 要】 钢铁冶金企业在生产过程中产生大量工业废热，特别是轧钢生产线的加热炉，持续产生大量高温高压水蒸气。富余蒸汽直接排放，存在巨大浪费。本文将结合工程实例，详细介绍采用吸收式制冷技术对富余蒸汽的综合利用，尽量降低钢铁冶金企业的生产能耗，为钢铁冶金企业的节能减排探索一条新的道路。
【关键词】 吸收式制冷 加热炉 蒸汽利用 节能减排
1 钢铁冶金企业富余蒸汽的产生与利用现状
钢铁冶金企业的轧钢生产线，加热炉冷却系统一般采用汽化冷却方式。水在冷却管内被加热到沸点，呈汽水混合物进入汽包，在汽包中使蒸汽和水分离。分离出来的水又重新回到冷却系统中循环使用，而蒸汽从汽包中引出并入厂区蒸汽管线。[1]由于加热炉连续工作，因此蒸汽也是持续产生的。蒸汽除少部分供工艺用户点使用外，主要供冬季采暖使用。因此夏季蒸汽富余量大。富余蒸汽被直接排放，造成能源和水资源的双重浪费。即使在冬季，蒸汽被用于采暖系统，部分热量被有效利用，但是采用蒸汽作为采暖热媒，采暖系统卫生条件差，并且采暖系统的跑、冒、滴、漏现象严重。同时，企业内采暖点分散，每个采暖点耗热量不大，蒸汽凝结水产生量小，因此对采暖系统产生的凝结水回收困难。凝结水基本都是直接排放至下水井，不做回收处理。
2 吸收式制冷技术基本原理及其对蒸汽的回收利用
吸收式制冷机主要有两种：氨吸收式制冷机和溴化锂吸收式制冷机。由于氨具有一定毒性，因此溴化锂吸收式制冷机安全性更高。溴化锂吸收式制冷机是利用不同温度下溴化锂水溶液对水蒸气的吸收与释放来实现制冷的。以水为制冷剂，溴化锂水溶液为吸收剂，利用水在高真空下蒸发吸热达到制冷的目的。[2]吸收式制冷机除水泵以外没有其他耗电设备，设备本体以工业废热为动力，因此，相对于同等容量的离心式制冷机来说，耗电量降低90%左右。当蒸汽压力在0.12MPa以上时，就可以作为溴化锂吸收式制冷机的工作热源。
3 工程实例
河北某钢铁冶金企业拟建设1780热轧带钢生产线一条。为降低生产能耗，决定在工程建设中引入吸收式制冷技术对富余蒸汽进行回收利用。
3.1 工程概况
新建1780热轧带钢生产线一条，配套建设步进梁式加热炉两座。预计每座加热炉产生蒸汽8吨/小时，压力在0.6MPa以上。轧线主电气室与轧钢主厂房贴建，为整条轧钢生产线最大单体建筑。主电气室地上共三层，其中一、二层为电气设备用房，三层为会议办公用房。总建筑面积约6500m2。电气设备发热量总计约1200kW。经负荷计算，主电气室夏季空调冷负荷总计约2000kW。
3.2 常规设计方案
由于电气设备用房严禁水管穿越，因此电气设备用房采用大功率风冷电热分体空调。夏季由分体空调为电气设备用房提供冷量，冬季由于电气设备散热量巨大，仍需部分分体空调提供冷量。如遇设备检修停机室温下降，则用空调电加热功能补充热量。会议办公用房则采用风冷热泵型分体空调用于夏季制冷。冬季将厂区蒸汽减压至0.2MPa后，输送至铸铁散热器用于采暖。如按常规设计方案，空调系统设备选型结果如表1：
由上表可以看出，按常规分体空调设计方案，主电室空调系统制冷总电功率约1300kW。由于空调冷负荷中电气设备发热量所占比重非常大，因此空调系统几乎全年运行，对于电力的消耗非常巨大。
3.3 采用溴化锂吸收式制冷机加汽水换热器设计方案
设冷冻水机房一处，机房内设溴化锂吸收式制冷机及汽水换热器等设备。将厂区蒸汽引入机房。夏季蒸汽全部供溴化锂吸收式制冷机使用，并由其产生7/14℃冷冻水。另设空调机房2处，放置多台组合式空调机组。冷冻水接入组合式空调机组表冷段。空调机组产生的冷风直接送入电气类房间，以满足电气类房间不能进入水管的要求。会议室、办公室等人员类房间设风机盘管，并直接接入冷冻水供夏季制冷使用。冬季室外气温较低，此时溴化锂制冷机组停止工作，将蒸汽接入汽水换热器，由换热器提供60/50℃低温热水供人员类房间的风机盘管使用，为人员类房间提供冬季采暖用热。此时组合式送风机组表冷段停止供水，并将其排空以防冻结。根据室外温度调整空调机组回风与新风比例，利用室外冷风消除电气设备产生的余热。采用该设计方案后空调系统设备选型结果如表2：
由上表可以看出，采用溴化锂吸收式制冷机系统后，空调系统制冷制冷总电功率不到200kW。
4 方案对比
采用分体空调形式的设计方案简称方案一；采用溴化锂吸收式制冷机形式的设计方案简称方案二。
4.1 投资造价
方案一空调系统设备总投资约350万元左右。方案二空调系统设备总投资约410万元。但是采用方案一设备安装较为简便，安装工程量不大。采用方案二空调系统风管道及冷冻水管道安装工程量较大，施工难度较高。特别是一二层电气类房间，由于水管不能进入，必须采用全空气系统。巨大的电气设备发热量造成送风量特别大，送、回风管道断面积大。为确保风管有足够的安装空间，主电室一二层层高均在原有基础上再抬高800毫米。同时，采用方案二后，主电室内需预留冷冻水机房一处，空调机房两处。三处机房占地约1100平方米。
综上所述，从建设的投资造价角度对比，方案一造价低。方案二不仅设备采购安装费用大大超过方案一，同时对土建工程的工程量造成较大影响。
4.2 运行成本及节能效果
方案一空调设备正常运行耗电量约1300kW。方案二空调设备正常运行耗电量约200kW。可以明显看出，采用方案二，对电能的消耗降低了大约85%，节能效果相当显著。同时，采用方案二后，蒸汽用户点仅为冷冻水机房一处。因此在冷冻水机房设凝结水回收装置，将凝结水全部回收后就近返回到加热炉汽包内循环使用，达到了对水资源的循环利用。另外，由于冬季采用加大新风量的方法，利用室外冷空气消除电气室设备发热量，降低了冬季对蒸汽的需求量。对于全厂蒸汽夏季过剩而冬季不足的情况起到一定的平衡效果。
综上所述，方案二在节能降耗方面效果显著，优势明显。
5 结语
通过工程实例的设计对比，可以看出，在钢铁冶金企业热轧生产线引入吸收式制冷技术，虽然增加了建设投资费用，但是对于降低生产能耗，减少水资源浪费等方面有着非常积极的意义。钢铁冶金企业应当以长远的眼光看待企业节能问题，将节能降耗工作真正落实到工程建设的初期。
参考文献：
[1]蔡乔方.加热炉（第三版）.北京：冶金工业出版社.
[2]李永安，马最良.制冷技术与装置.北京：化学工业出版社，2010.