輪胎廠電制冷和蒸汽制冷經濟效益分析對比

宋月濤，孫金銀，岳云利，秦增輝，程健健，李超民

(山東萬達寶通輪胎有限公司，山東 東營 257500)

1 項目背景

1.1 輪胎行業車間控制溫濕度的必要性

輪胎企業生產輪胎為了保證膠料部件的黏合性，需要嚴格控制車間的溫濕度，特別是到了夏季，車間要嚴格控制在溫度24 ℃左右，濕度在50%左右，而且成型車間面積比較大，因此車間的制冷是輪胎行業的耗能大戶之一。

1.2 輪胎行業采用蒸汽制冷的外在優勢：

目前輪胎行業由于大量應用蒸汽進行輪胎硫化，因此一般輪胎企業都外購或者自行生產蒸汽，作為輪胎硫化能源，硫化蒸汽供應量大，供應充足，因此車間制冷一般也采用蒸汽作為能源。這主要有以下兩個優點：

（1）輪胎由于需要蒸汽硫化，所以輪胎廠都配有車間蒸汽動力站，減溫減壓站等站房，而且，蒸汽管線鋪設到位，這為車間安裝蒸汽制冷機組提供了方便的能源供應。

（2）蒸汽制冷機組效率較高，目前溴化鋰機組空調系統的能效比（COP），即機組制取的冷量與熱源耗熱量及消耗電功率之和的比值大約為1.1~1.2。能源利用率較高。

我公司目前擁有蒸汽溴化鋰制冷機4臺，廢汽熱水制冷機2臺，本著節能降耗的目的，一般情況冷機一般只開2臺廢汽熱水制冷機，利用硫化輪胎后的余熱進行能源二次利用進行制冷。但在最熱的7、8月份，為了保證車間冷卻水以及成型車間溫度在標準范圍內，兩臺廢氣熱水制冷機組不能滿足車間用冷氣需求，仍需要開啟1臺或2臺蒸汽溴化鋰制冷機，才能滿足車間工藝需求。輪胎廠耗蒸汽量驟增。

1.3 蒸汽生產廠家面臨嚴峻的環保壓力導致成本上升

隨著國家環保壓力加大，對于小規模燃煤蒸汽鍋爐，國家正在逐步淘汰，目前35 t以下燃煤鍋爐已經被燃氣鍋爐替代，35 t以上的燃煤鍋爐由于排放達標要求，需安裝超低排放設備，對尾氣進行脫硫脫硝處理，達到排放要求，這直接導致鍋爐生產蒸汽成本增高，導致近幾年蒸汽成本普遍每噸上浮50~100元左右（特別是燃氣鍋爐，蒸汽成本更高），蒸汽能相比于電能的成本優勢逐漸縮小。

2 蒸汽制冷機組與電制冷機組原理

2.1 蒸汽制冷大體原理

目前輪胎行業用蒸汽制冷機一般為蒸汽溴化鋰吸收式制冷機組，蒸汽型溴化鋰吸收式熱泵機組以0.3 MPa以上蒸汽產生的熱能為驅動熱源，溴化鋰作為吸收劑，冷卻水作為蒸發劑，利用水在負壓真空狀態下沸點會變低的這項特性，提取廢蒸汽或者熱水中的余熱量，通過回收轉換制取冷卻水。

2.2 蒸汽制冷機組成

蒸汽制冷機組由蒸發器、冷凝器、高壓發生器、低壓發生器、熱交換器、泵及電控系統組成。制冷機組一般分為單效制冷機組和雙效制冷機組，由于單效制冷機組COP一般只有0.7左右，能效比較低，因此基本被淘汰，行業基本采用雙效制冷機組，COP在1.1~1.2左右，如圖1所示。

圖1 雙效溴化鋰制冷機內部結構圖

2.3 蒸汽制冷機工作流程

機組工作時，吸收器中的稀溶液分兩路輸送至高溫熱交換器和低溫熱交換器，換熱后，分別進入高低壓發生器。進入高壓發生器的溶液被蒸汽加熱至沸騰時，導入低壓發生器，對低壓發生器內的溶液進行加熱，再進入冷凝器，被冷卻為冷媒水，高、低壓發生器產生的冷媒經冷凝器匯合后導入蒸發器中。

由于冷凝器盤管內循環流動著冷卻水，當高、低壓發生器所產生的制冷劑蒸汽凝結在盤管外表時，被冷卻水吸取其熱量。凝結后的冷媒水在蒸發器內壓力的影響下，吸收冷卻水的熱量，產生部分制冷。剩余未蒸發冷媒水，被泵噴淋在蒸發器的外表面，再吸收冷媒水的熱量，使冷媒水的溫度降低，從而達到制冷的目的。

2.4 離心壓縮式制冷機組機工作原理

電制冷原理見圖2，離心壓縮式制冷機蒸發器內的低壓低溫的制冷劑汽化后，通過汽液分離網分離后后汽態被離心壓縮機的葉輪旋轉壓縮，通過均流板后變成壓力和溫度都較高的氣體進入冷凝器中。在冷凝器內部，高溫高壓的氣化制冷劑與冷卻水或進行熱傳遞，完成后把能量傳給冷卻水，然后氣狀制冷劑再凝結成高壓液化狀態。然后再經截流裝置降壓后，變成低壓液體后進入蒸發器。在蒸發器內，低壓制冷劑液體會再次被汽化同時吸收周圍冷的熱量，從而使冷媒水因失去熱量后降低了溫度，周而復始，達到制冷的目的。蒸發器中低壓低溫制冷劑汽化后又再次被離心壓縮機壓縮，這樣周而復始，不斷循環，便能連續制出冷水，達到制冷目的。

圖2 電制冷原理圖

隨著壓縮機技術的不斷進步，目前大中型電制冷機大多都采用用離心式高壓壓縮機代替螺桿式壓縮機（圖3），能效比較高，目前COP一般在3.5~4.5之間，遠大于蒸汽制冷機組。

圖3 離心式壓縮機式制冷機示意圖

3 經濟效益對比

目前我公司由于環保壓力，關停了前期的燃煤蒸汽鍋爐，改用目前燃氣蒸汽鍋爐，導致我公司目前平均蒸汽成本在300元左右，為了保證車間冷卻水以及成型車間溫度在標準范圍內，每年制冷季需開啟2臺廢汽熱水制冷機以外，在最熱的7、8月份仍需開啟1臺蒸汽制冷機進行輔助制冷才能滿足車間冷氣需求，一臺350萬大卡蒸汽制冷機每小時消耗蒸汽大約4 t，這直接導致了蒸汽能耗的增加，經過調查，我們發現相同制冷量的電制冷機耗電才只有760 kW.h，通過對比發現，電制冷節能明顯。

相同制冷量（350萬大卡）制冷機能耗對比：

（1）蒸汽制冷機蒸汽耗量為4 t/h，每噸蒸汽300元。折合1 200元/h。

（2）電壓縮制冷機耗電量760 kW.h，電費單價0.67元/kW.h，折合509.2元/h。

電制冷機一般作為蒸汽余熱制冷的補充機臺使用，在炎熱的夏季使用，每年按照開機30天計算，通過對比，如表1所示，電制冷機組相比蒸汽制冷機可節省能耗費用49.75萬元，取整后約50萬元。

表1 蒸汽制冷和電制冷費用對比表

4 結論

通過對比，輪胎公司在蒸汽緊張的情況下可對制冷機進行升級改造，淘汰溴化鋰制冷機，在保障了生產工藝要求的前提下，降低了成本，經過核算每年可節約50萬元，節約了生產成本，提高了公司收益。制冷設備在輪胎行業至關重要，因橡膠對溫度要求較高，對高溫天氣產品的質量至關重要，在滿足工藝要求情況下，在氣溫不高于30 ℃的天氣采用余熱蒸汽及熱水制冷，充分利用蒸汽余熱，節約能耗，在炎熱天氣，在余熱蒸汽不夠的情況下加離心式電制冷機結合的方式為輪胎行業提供最優的車間制冷解決方案，輪胎行業可以廣泛應用。