船厂液态二氧化碳和液氧的气化节能改造.pdf

第30卷第6期
能源技术
Vol. 30
2009年12月
ENERGY TECHNOLOGY
成果与经验
船厂液态二氧化碳和液氧的气化节能改造
沈正芳
(沪东中华造船(集团)有限公司,上海200129)
摘要:对造船厂中的液态二氧化碳及液态氧的气化エ艺进行了改造,在空气压缩机站冷却塔
储水池中安装排管吸热器,充分利用压縮空气产生的废热作为气化热源,可以大大减少二氧化碳气
化加热器的电耗,同时可以降低循环冷却水温度提高空气压缩机的运行效率,节能效果明显,运行
结果表明,改造项目是成功的。
关键词:吸热器;液态二氧化碳;液态氧;循环水;节能;经济
中图分类号:TKoI+8文献标志码:B文章编号:1005-7439(2009)06-0364-02
Energy-saving Project in Shipyard on Gasification of Liquid CO and iquid Oxygen
SHEN Zheng-fang
Hudong Zhonghua Shipbuilding(Group)Co., Ltd, Shanghai 200129, China)
造船厂在造船过程中采用工业用二氧化碳气体加温气化;气化后的气体经过减压装置减压送到分
保护焊等高新技术要消耗大量的二氧化碳,采用金配气包,最后由分配气包分配输送到用户,供厂区各
属切割加工工艺需要消耗大量工业用氧气。过去大生产点使用。其中储槽液态二氧化碳的温度为
型造船企业追求大而全,所需的氧气和二氧化碳都一20℃,出口压力为1.2~1.8MPa;要求气化后出
自行生产,被证明只能是低效的不合理的,因此目前站的二氧化碳气体温度为30~40C,由于液态二氧
大多数船厂的氧气、二氧化碳等工业气体采购已进化碳与空气温差小,因此改造前二氧化碳从液态气
入市场化的渠道。由于氧气、二氧化碳均为液态供化为气态所需要吸收的热量全部由电加热提供。储
货,必须升温气化后才能使用,气化加热需要消耗很槽液氧的出口压力为1.0MPa,出口温度为
多热能。另一方面造船过程需要大量压缩空气,空
140℃,工艺要求气化后出站的氧气常温(5~
气压缩时会排出大量热能,空气压缩机必须用循环20℃),由于液氧与空气温差大,因此液态氧的气化
水冷却。利用空气压缩机站的循环冷却水的热能作吸热不用加热器加热,全部从周固空气中吸收。
为气化热源,不仅可以节省气化所需要的热能,而且
改造方案利用气站旁边空气压缩机站循环冷却
可以降低冷却水的温度提高空压机的运行效率,作水的储水池中安装排管吸热器,利用空气在压缩后
为一个节能措施可以降低船厂的生产能耗,同时给产生的多余热能提供液态二氧化碳和液氧气化用
船厂带来可观的的经济效益。本文将介绍上海市沪热,以及提供气化后二氧化碳升温需要的一部分热
东中华造船(集团)有限公司已实施的该节能改造项能,不足部分再用电加热气化器补充。低温液态二
目的具体做法以及效果
氧化碳及液态氧从液体储槽流出,经管道输入排管
1改造方案
式吸热器与储水池中水充分进行热交换,大量吸收
水的热能后,迅速气化,使液态二氧化碳及液态氧发
沪东中华造船公司工艺过程需要的二氧化碳及生相变转换成气态,同时吸收了空气压缩机站储水
氧气均采用液态供货的方法,由供应商用槽车将低池中循环水水温热量,降低循环冷却水水温。这样
温液体的二氧化碳及氧气从生产厂送至船厂的气站就可以减少二氧化碳气化加热器的用电量和提高空
低温液体储槽。船厂在使用时,低温液体经气化器气压缩机的运行效率,达到节能减排的目的。
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泷正芳:船厂液态二氧化碳和液氧的气化节能改造
2二氧化碳气化改造的节电效果
机等温功率的降低倍数只能计一半,即有
1-[273+(50-0.302)/(273+50)]}
2.1气化加热器的节电量
0.5=0.00047(倍)
二氧化碳从低温的液态变化到常温的气态,需
根据沪东中华造船厂的统计资料,以空气压缩
要吸收的热量包括显热和潜热炳部分:
机全年用电600万kWh计,空气压缩机全年节约用
co△t
电2820kWh。
式中:q为单位质量二氧化碳在气化过程中的总吸
热量,J/kg;为二氧化碳的汽化热,283/kg;c。3液氧气化政造的节电效果
为二氧化碳等压质量热容一20~30C时平均为
单位质量的液态氧在气化过程中的总吸热量也
0.836k/(kgK);△t为气化的温度差,通常储槽可以用公式(1)计算。在正常使用工况下,出低温液
的液体二氧化碳温度为ー20℃,加温气化后出站气体储槽的液态氧,温度为ー140℃。要求气化后的
态二氧化碳温度取30℃,即温差为50K。
氧气出站温度5~20C,以20C计△な为160K;液
根据式(1)计算,经过气化升温到30℃,需要吸
态氧汽化热1为214.6kJ/kg,-140~20C时,气
收热量为325kJ/kg。根据沪东中华造船的工艺要
求,二氧化碳的供气流量为60kg/h,热流量为态氧平均等压比热容为0.918kU/(kg?K);那么由
195MJ/h(54.2kWの)。改造前这些热量全部由电式(1)单位质量的液态氧在气化过程中的总吸热
加热气化器提供,假定电加热气化器加热效率80%量为361kJ/(kg?K)。氧气流量以400kg/h讨,
计,加热气化器消耗的电功率为67.7kW。
氧气在气化过程吸热的热流为14.5MJ/h。
改造后液态二氧化碳利用冷却塔储水吸热进行
由于空气压缩机站循环冷却水量150t/h,氧气
气化和升温,得到的二氧化碳气体夏季较高,冬季较在气化过程吸热的热流为144.5MJ/h,水的质量
低,假定全年平均温度为20℃,而一20~20℃间
热容取4.18kJ/(kg?K),那么循环冷却水水温可
氧化碳的质量热容。平均为0.825kJ(kg?IK),根降低Q.23C?采用与二氧化碳气化同样的计算可
据式(1),液态二氧化碳从一20℃经过气化升温到以得到空气压缩机等温功率可降低0.00036倍,空
20℃,吸热316J/kg,当二氧化碳的供气流量为气压缩机全年节约电量为2160kWh
600kg/h时,从冷却水中吸收的热流量18.6MJ/h。
效益
为了把气站二氧化碳出站气温从20℃升到工
艺要求的40℃,采用电加热气化器补充加热,当温
二氧化碳气化加热器全年可以节约电量
度为20~40C时二氧化碳的质量等压热容c平均23.5万kWh,二氧化碳和氧气从冷却水在吸热,空
为0.857kJ/(kg?K);二氧化碳气体从20C升到气压缩机分别可以全年节约电量2820kWh和
40C吸热17.14kJ/kg,二氧化碳气体供气流量以2160kWh,改造后全年总节电约24万kWh,按厂
600kg/h计热流量为10284kJ/h或者2.86kW,内平均电价0.8元/kWh计,可以减少电费19.2万
仍然假定电加热得加热效率为80%,那么补充电加
热器消耗约3.6kW,与改造前的67.7kW相比减
另外,改造后液态二氧化碳和液态氧气化吸热
少了64.1kW,按全年运行365天、每天供气时间为分别使空气压缩机站的循环冷却水降温0.302℃和
10h计算,二氧化碳气化加热器全年可以节约用电0.23C,总降温0.53℃,可以使压缩机站输出的压
约23.5万kWh。