轮胎厂电制冷和蒸汽制冷经济效益分析对比

宋月涛，孙金银，岳云利，秦增辉，程健健，李超民

(山东万达宝通轮胎有限公司，山东 东营 257500)

1 项目背景

1.1 轮胎行业车间控制温湿度的必要性

轮胎企业生产轮胎为了保证胶料部件的黏合性，需要严格控制车间的温湿度，特别是到了夏季，车间要严格控制在温度24 ℃左右，湿度在50%左右，而且成型车间面积比较大，因此车间的制冷是轮胎行业的耗能大户之一。

1.2 轮胎行业采用蒸汽制冷的外在优势：

目前轮胎行业由于大量应用蒸汽进行轮胎硫化，因此一般轮胎企业都外购或者自行生产蒸汽，作为轮胎硫化能源，硫化蒸汽供应量大，供应充足，因此车间制冷一般也采用蒸汽作为能源。这主要有以下两个优点：

（1）轮胎由于需要蒸汽硫化，所以轮胎厂都配有车间蒸汽动力站，减温减压站等站房，而且，蒸汽管线铺设到位，这为车间安装蒸汽制冷机组提供了方便的能源供应。

（2）蒸汽制冷机组效率较高，目前溴化锂机组空调系统的能效比（COP），即机组制取的冷量与热源耗热量及消耗电功率之和的比值大约为1.1~1.2。能源利用率较高。

我公司目前拥有蒸汽溴化锂制冷机4台，废汽热水制冷机2台，本着节能降耗的目的，一般情况冷机一般只开2台废汽热水制冷机，利用硫化轮胎后的余热进行能源二次利用进行制冷。但在最热的7、8月份，为了保证车间冷却水以及成型车间温度在标准范围内，两台废气热水制冷机组不能满足车间用冷气需求，仍需要开启1台或2台蒸汽溴化锂制冷机，才能满足车间工艺需求。轮胎厂耗蒸汽量骤增。

1.3 蒸汽生产厂家面临严峻的环保压力导致成本上升

随着国家环保压力加大，对于小规模燃煤蒸汽锅炉，国家正在逐步淘汰，目前35 t以下燃煤锅炉已经被燃气锅炉替代，35 t以上的燃煤锅炉由于排放达标要求，需安装超低排放设备，对尾气进行脱硫脱硝处理，达到排放要求，这直接导致锅炉生产蒸汽成本增高，导致近几年蒸汽成本普遍每吨上浮50~100元左右（特别是燃气锅炉，蒸汽成本更高），蒸汽能相比于电能的成本优势逐渐缩小。

2 蒸汽制冷机组与电制冷机组原理

2.1 蒸汽制冷大体原理

目前轮胎行业用蒸汽制冷机一般为蒸汽溴化锂吸收式制冷机组，蒸汽型溴化锂吸收式热泵机组以0.3 MPa以上蒸汽产生的热能为驱动热源，溴化锂作为吸收剂，冷却水作为蒸发剂，利用水在负压真空状态下沸点会变低的这项特性，提取废蒸汽或者热水中的余热量，通过回收转换制取冷却水。

2.2 蒸汽制冷机组成

蒸汽制冷机组由蒸发器、冷凝器、高压发生器、低压发生器、热交换器、泵及电控系统组成。制冷机组一般分为单效制冷机组和双效制冷机组，由于单效制冷机组COP一般只有0.7左右，能效比较低，因此基本被淘汰，行业基本采用双效制冷机组，COP在1.1~1.2左右，如图1所示。

图1 双效溴化锂制冷机内部结构图

2.3 蒸汽制冷机工作流程

机组工作时，吸收器中的稀溶液分两路输送至高温热交换器和低温热交换器，换热后，分别进入高低压发生器。进入高压发生器的溶液被蒸汽加热至沸腾时，导入低压发生器，对低压发生器内的溶液进行加热，再进入冷凝器，被冷却为冷媒水，高、低压发生器产生的冷媒经冷凝器汇合后导入蒸发器中。

由于冷凝器盘管内循环流动着冷却水，当高、低压发生器所产生的制冷剂蒸汽凝结在盘管外表时，被冷却水吸取其热量。凝结后的冷媒水在蒸发器内压力的影响下，吸收冷却水的热量，产生部分制冷。剩余未蒸发冷媒水，被泵喷淋在蒸发器的外表面，再吸收冷媒水的热量，使冷媒水的温度降低，从而达到制冷的目的。

2.4 离心压缩式制冷机组机工作原理

电制冷原理见图2，离心压缩式制冷机蒸发器内的低压低温的制冷剂汽化后，通过汽液分离网分离后后汽态被离心压缩机的叶轮旋转压缩，通过均流板后变成压力和温度都较高的气体进入冷凝器中。在冷凝器内部，高温高压的气化制冷剂与冷却水或进行热传递，完成后把能量传给冷却水，然后气状制冷剂再凝结成高压液化状态。然后再经截流装置降压后，变成低压液体后进入蒸发器。在蒸发器内，低压制冷剂液体会再次被汽化同时吸收周围冷的热量，从而使冷媒水因失去热量后降低了温度，周而复始，达到制冷的目的。蒸发器中低压低温制冷剂汽化后又再次被离心压缩机压缩，这样周而复始，不断循环，便能连续制出冷水，达到制冷目的。

图2 电制冷原理图

随着压缩机技术的不断进步，目前大中型电制冷机大多都采用用离心式高压压缩机代替螺杆式压缩机（图3），能效比较高，目前COP一般在3.5~4.5之间，远大于蒸汽制冷机组。

图3 离心式压缩机式制冷机示意图

3 经济效益对比

目前我公司由于环保压力，关停了前期的燃煤蒸汽锅炉，改用目前燃气蒸汽锅炉，导致我公司目前平均蒸汽成本在300元左右，为了保证车间冷却水以及成型车间温度在标准范围内，每年制冷季需开启2台废汽热水制冷机以外，在最热的7、8月份仍需开启1台蒸汽制冷机进行辅助制冷才能满足车间冷气需求，一台350万大卡蒸汽制冷机每小时消耗蒸汽大约4 t，这直接导致了蒸汽能耗的增加，经过调查，我们发现相同制冷量的电制冷机耗电才只有760 kW.h，通过对比发现，电制冷节能明显。

相同制冷量（350万大卡）制冷机能耗对比：

（1）蒸汽制冷机蒸汽耗量为4 t/h，每吨蒸汽300元。折合1 200元/h。

（2）电压缩制冷机耗电量760 kW.h，电费单价0.67元/kW.h，折合509.2元/h。

电制冷机一般作为蒸汽余热制冷的补充机台使用，在炎热的夏季使用，每年按照开机30天计算，通过对比，如表1所示，电制冷机组相比蒸汽制冷机可节省能耗费用49.75万元，取整后约50万元。

表1 蒸汽制冷和电制冷费用对比表

4 结论

通过对比，轮胎公司在蒸汽紧张的情况下可对制冷机进行升级改造，淘汰溴化锂制冷机，在保障了生产工艺要求的前提下，降低了成本，经过核算每年可节约50万元，节约了生产成本，提高了公司收益。制冷设备在轮胎行业至关重要，因橡胶对温度要求较高，对高温天气产品的质量至关重要，在满足工艺要求情况下，在气温不高于30 ℃的天气采用余热蒸汽及热水制冷，充分利用蒸汽余热，节约能耗，在炎热天气，在余热蒸汽不够的情况下加离心式电制冷机结合的方式为轮胎行业提供最优的车间制冷解决方案，轮胎行业可以广泛应用。