以循環(huán)氨水為熱源的溴化鋰吸收式制冷機在焦化廠的應(yīng)用

張超杰 王鐵男 黃明碩

摘要：溴化鋰吸收式制冷機組在工廠中的應(yīng)用十分廣泛。本文介紹了一種以循環(huán)氨水為驅(qū)動熱源的溴化鋰吸收式制冷機組的原理，闡述了它在焦化廠制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用，比較了它與傳統(tǒng)的以蒸汽為熱源的制冷機組的節(jié)能環(huán)保情況。

關(guān)鍵詞：溴化鋰；循環(huán)氨水；焦化廠；節(jié)能環(huán)保

焦化企業(yè)是能源消耗大戶，降低產(chǎn)品能耗對企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要作用。利用循環(huán)氨水為熱源的溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)不僅能很好地滿足生產(chǎn)工藝的用水要求，改善生產(chǎn)工藝的各項操作指標(biāo)，而且將設(shè)備運行成本將至最低，最大程度的實現(xiàn)了節(jié)能減排，同時還減少了焦化廠內(nèi)本身的生產(chǎn)用蒸汽或煤氣。減少生產(chǎn)用氣意味著減少了生產(chǎn)蒸汽或煤氣時各項污染物的排放，為焦化企業(yè)開辟了一條大膽的節(jié)能減排之路，以循環(huán)經(jīng)濟理念實施節(jié)能降耗和污染源頭的有效控制，推動清潔生產(chǎn)的深入開展，進一步提升企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能力。

1 我國焦化廠現(xiàn)狀

焦化廠在煉焦過程中，荒煤氣從焦?fàn)t炭化室由上升管逸出去往橋管，溫度為650～750℃左右。此荒煤氣在橋管和集氣管中利用表壓為150～200KPa左右的循環(huán)氨水噴灑，當(dāng)霧狀的循環(huán)氨水與煤氣充分接觸時，循環(huán)氨水吸收大量荒煤氣顯熱，部分氨水汽化蒸發(fā)與煤氣混合，此時煤氣下降至82～87℃?；旌虾蟮难h(huán)氨水和煤氣一部分通過氣液分離器后去往機械化澄清槽，然后去往循環(huán)氨水槽或油庫。

另一部混合氣體進入上、下兩段初冷器冷卻至21℃左右。混合后的循環(huán)氨水氣體與煤氣在初冷器冷卻過程中，煤氣中的水蒸汽、氨、焦油、萘等被冷凝下來，形成冷凝液?；旌衔镌跉庖悍蛛x器和機械化澄清槽中靜止分離，分離出的液態(tài)氨水混合物去往循環(huán)氨水槽，溫度一般為80℃左右。氨水在氨水槽中自然散熱后，大部分再次用于循環(huán)噴灑冷卻焦?fàn)t煤氣，故稱為循環(huán)氨水。

一般工藝中循環(huán)氨水噴灑的溫度較高，而循環(huán)氨水理論溫度在70℃左右就可滿足噴灑冷卻煤氣要求，此部分熱量未被利用，造成了能源的浪費。與此同時，在焦化企業(yè)的生產(chǎn)過程中，很多其他工藝也需要降溫，降溫時的驅(qū)動熱源一般為蒸汽或者煤氣。整個工藝過程需要消耗大量的能源，如干熄焦發(fā)電技術(shù)等生產(chǎn)工序需要消耗大量蒸汽，初冷器下段、粗苯冷卻工藝的制冷機需要消耗煤氣或蒸汽。

如上所述，一方面大量的余熱未被利用，一方面又需要消耗大量的能源產(chǎn)生冷量去滿足工藝需求，不符合國家提倡的節(jié)能減排、低碳綠色的發(fā)展方向。

2 以循環(huán)氨水為熱源的溴冷機原理與焦化廠改造方案

2.1 以循環(huán)氨水為熱源的溴冷機原理

這種以循環(huán)氨水為熱源的溴化鋰吸收式制冷機是在溫水型溴冷機的基礎(chǔ)上改進，對傳熱管和水箱等部件的材質(zhì)做出優(yōu)化，以滿足將腐蝕性較強的循環(huán)氨水直通機組作為驅(qū)動熱源而不影響機組運行的要求。

如圖2所示：冷水在蒸發(fā)器內(nèi)被來自冷凝器減壓節(jié)流后的低溫冷劑水冷卻，冷劑水自身吸收冷水熱量后蒸發(fā)，成為冷劑蒸汽，進入吸收器內(nèi)，被濃溶液吸收，濃溶液變?yōu)橄∪芤骸?/p>

吸收器里的稀溶液，由溶液泵送往熱交換器、后溫度升高，最后進入再生器，再生器中稀溶液被高溫氨水加熱，濃縮成濃溶液。濃溶液流經(jīng)熱交換器，溫度降低，進入吸收器，滴淋在冷卻水管上，吸收來自蒸發(fā)器的冷劑蒸汽，成為稀溶液。另一方面，在再生器內(nèi)，經(jīng)氨水加熱溴化鋰溶液后產(chǎn)生的冷劑蒸汽，進入冷凝器被冷卻，經(jīng)減壓節(jié)流，變成低溫冷劑水，進入蒸發(fā)器，滴淋在冷水管上，冷卻進入蒸發(fā)器的冷水。以上循環(huán)如此反復(fù)進行，最終達到制取低溫冷水的目的。

2.2 焦化廠改造方案

改造前，循環(huán)氨水進入橋管噴灑的過程中，荒煤氣帶出的4200×104kcal/h熱量被分為兩部分帶走。一部分由氨水經(jīng)氣液分離器分離后去往機械澄清槽然后送至循環(huán)氨水槽將熱量散失到大氣中。液氨吸收另一部分熱量后變成氣氨與85℃左右的煤氣混合，將此部分熱量帶入初冷器，初冷器再利用冷卻水將此部分熱量帶走，散失至大氣中。

改造后，將循環(huán)氨水槽后的循環(huán)氨水通入溴化鋰制冷機中降溫后再噴灑到橋管內(nèi)，這樣可以降低橋管內(nèi)噴灑的循環(huán)氨水的溫度，使橋管內(nèi)氨水汽化量相對減少，增加循環(huán)氨水?dāng)y帶的熱量，并通過溴化鋰機組將這部分熱量轉(zhuǎn)化為低溫冷水，獲得冷量以滿足工藝制冷需求，同時還減少了氣態(tài)氨進入初冷器中的熱量，從而減少了初冷器中冷卻水流量。

改造后的系統(tǒng)中，溴冷機吸收77℃的氨水的熱量1000萬大卡，產(chǎn)生冷量800萬大卡恰好滿足焦化廠初冷器下段（280萬大卡）和粗苯工藝（520萬大卡）的冷量需求。

在這種以循環(huán)氨水為熱源的制冷機組成的制冷系統(tǒng)中，循環(huán)氨水槽與循環(huán)氨水泵和溴化鋰吸收式制冷機組的再生器利用閥門和管道進行連接，為溴化鋰吸收式制冷機組提供驅(qū)動熱源。循環(huán)氨水槽中的循環(huán)氨水溫度大致為77℃左右，直接通入溴化鋰吸收式制冷機組回收熱量后溫度降至67℃左右去往橋管和集氣管噴灑由煉焦?fàn)t產(chǎn)出的荒煤氣為其降溫。在橋管內(nèi)氨水噴灑荒煤氣所吸收的熱量一部分經(jīng)氣液分離器分離后去往機械澄清槽，然后送至循環(huán)氨水槽由循環(huán)氨水泵再次送入溴化鋰吸收式制冷機，如此往復(fù)循環(huán)回收其余熱。

3 節(jié)能與環(huán)保效益分析

同樣以上述焦化廠為例，該焦化廠冷量需求Q=800×104kcal/h，改造前使用三臺蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機生產(chǎn)低溫冷水，耗量10t/h，每年5月中旬10月中旬開機使用，共開機153天。年消耗蒸汽：

10×24×153=36720噸

改造后溴冷機驅(qū)動熱源更換為焦化廠內(nèi)部能源高溫氨水，完全不需要再消耗蒸汽，每年減少蒸汽消耗量36720噸。

同時，由于溴冷機不再需要蒸汽驅(qū)動，蒸汽鍋爐使用量也可以減少，因驅(qū)動蒸汽鍋爐而燃燒天然氣產(chǎn)生的二氧化碳，二氧化硫以及氮氧化物排放量都會相應(yīng)減少，有很高的環(huán)保效益。

4 結(jié)論

本文簡要介紹了以循環(huán)氨水為熱源的溴化鋰吸收式制冷機的原理及其在焦化廠的應(yīng)用，從節(jié)能的角度比較了其相對于普通蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機的優(yōu)勢。

可以看出，焦化廠在使用了以循環(huán)氨水為熱源的溴化鋰吸收式制冷機后，大大降低了廠區(qū)的蒸汽消耗，增加了經(jīng)濟效益，同時響應(yīng)了國家節(jié)能減排，低碳環(huán)保的號召，為企業(yè)今后的健康發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]李曉紅，周琦.低溫余熱制冷技術(shù)在焦化廠的應(yīng)用研究[C]//2010全國能源與熱工學(xué)術(shù)年會論文集.2010：518523.

[2]姜周曙，胡亞才，屠傳經(jīng)，屠進. 溴化鋰吸收式制冷技術(shù)在余熱回收中的研究[J].節(jié)能技術(shù)，1999（03）：1011.

[3]周志強.中國能源現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及對策[J]. 能源與環(huán)境，2008（06）：711.

[4]康相玖，趙然，丁玉娟.[J].制冷與空調(diào)， 2014（07）：1215.

作者簡介：張超杰（1988 ），男，工程師。研究方向：溴化鋰吸收式制冷機。