蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組制備7 ℃冷凍水運(yùn)行總結(jié)

李寬，侯方敏，蘇武臣，胡紅芝

(河南平煤神馬東大化學(xué)有限公司,河南 開(kāi)封 475003)

河南平煤神馬東大化學(xué)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“東大化學(xué)”)整體搬遷一期項(xiàng)目于2020年11月完成并成功試車(chē)。由于建有自備電廠，富余蒸汽較多，故采用蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組制備各生產(chǎn)工序需要用的7 ℃冷凍水。

1 冷水機(jī)組工作原理

以溴化鋰溶液為吸收劑，水為制冷劑，利用制冷劑在高真空下蒸發(fā)吸熱制取7 ℃冷凍水。為使制冷過(guò)程能連續(xù)不斷地進(jìn)行下去，在吸收器中蒸發(fā)后的制冷劑蒸汽被溴化鋰溶液吸收，溶液變稀。然后，在高壓發(fā)生器中以蒸汽為熱源，將溶液加熱使其中制冷劑分離出來(lái)，溶液變濃。

1.1 制冷循環(huán)

溴化鋰溶液從吸收器上部的淋板滴到冷卻水管上，最后聚集到水盤(pán)，在這個(gè)過(guò)程中吸收從擋液板過(guò)來(lái)的制冷劑蒸汽。同時(shí)，溶液由剛進(jìn)淋板的濃溶液變成稀溶液，在正常情況下，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57%～58%，稱(chēng)為稀溶液。稀溶液經(jīng)過(guò)低溫?zé)峤粨Q器、高溫?zé)峤粨Q器加熱后，溫度逐漸提高(130～140 ℃)，然后進(jìn)入高壓發(fā)生器。在高壓發(fā)生器，稀溶液繼續(xù)加熱，制冷劑蒸汽從稀溶液中分離出來(lái)，稀溶液變?yōu)橹虚g溶液(60%～61%)，中間溶液經(jīng)過(guò)高溫?zé)峤粨Q器，溫度降低(約為84 ℃)，然后送至低壓發(fā)生器。

吸收液經(jīng)泵由吸收器送至高壓發(fā)生器。高壓發(fā)生器壓力約為994 kPa，低壓發(fā)生器壓力約為7 kPa，中間溶液依靠壓力差從高壓發(fā)生器流向低壓發(fā)生器。在低壓發(fā)生器中，制冷劑蒸汽加熱從高壓發(fā)生器過(guò)來(lái)的中間溶液，變?yōu)榈蜏刂评鋭┱羝?，同時(shí)中間溶液變?yōu)闈馊芤?質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為63%)。

濃溶液經(jīng)過(guò)低溫?zé)峤粨Q器溫度降低(為52～53 ℃)后又回到吸收器。濃溶液流回吸收器的動(dòng)力由低壓發(fā)生器與吸收器之間的壓力差或濃溶液泵提供。

1.2 制冷劑循環(huán)

制冷劑在蒸發(fā)器里被蒸發(fā)，吸收12 ℃冷凍水的熱量，使其溫度降低到7 ℃。制冷劑蒸汽在吸收器被吸收液吸收，然后送至高壓發(fā)生器。在高壓發(fā)生器被加熱后由溶液上部分離出來(lái)形成制冷劑蒸汽，通過(guò)制冷劑管進(jìn)入低壓發(fā)生器，在低壓發(fā)生器內(nèi)作為熱源加熱中間溶液。降溫后的制冷劑蒸汽在冷凝器內(nèi)被循環(huán)水冷凝成液態(tài)制冷劑，再回到蒸發(fā)器，進(jìn)行循環(huán)。

圖1 蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組工作原理示意圖

2 冷水機(jī)組結(jié)構(gòu)

(1)蒸發(fā)器。蒸發(fā)器是由銅管、滴淋裝置、泵、水室、連接吸收器的擋液板等組成，壓力為0.8 kPa，制冷劑在4 ℃蒸發(fā)吸收12 ℃冷凍水熱量，使12 ℃冷凍水溫度降至7 ℃，制冷劑蒸汽通過(guò)擋液板在吸收器內(nèi)被吸收。

(2)吸收器。吸收器由溶液泵、滴淋裝置、冷卻水管、擋液板等組成。從低溫發(fā)生器來(lái)的濃溶液在吸收器上部均勻滴落，吸收了從蒸發(fā)器過(guò)來(lái)的制冷劑蒸汽，本身的濃度降低。由于吸收是一個(gè)放熱過(guò)程，用循環(huán)水把吸收過(guò)程中放出的熱量帶走。熱量包括兩部分：一部分是由12 ℃冷凍水傳遞給制冷劑蒸汽，再由制冷劑蒸汽傳遞給吸收液；另一部分是從低溫?zé)峤粨Q器來(lái)的濃溶液帶來(lái)的熱量。低壓發(fā)生器與吸收器之間設(shè)置溢流管，當(dāng)溴化鋰溶液發(fā)生結(jié)晶時(shí)，濃溶液通過(guò)溢流管流入吸收器，使吸收器溫度升高，結(jié)晶融化。

(3)高壓發(fā)生器。稀溶液通過(guò)溶液泵輸送至高壓發(fā)生器，通過(guò)蒸汽加熱產(chǎn)生制冷劑蒸汽，這時(shí)內(nèi)部壓力約為994 kPa，產(chǎn)生的制冷劑蒸汽進(jìn)入低壓發(fā)生器的管程，中間濃度的溶液借助高壓發(fā)生器和低壓發(fā)生器之間的壓力差，從高壓發(fā)生器流入低壓發(fā)生器。

(4)低壓發(fā)生器。低壓發(fā)生器由銅管、連接冷凝器的擋液板等組成，來(lái)自高壓發(fā)生器的中間溶液在銅管的外側(cè)和銅管里面的制冷劑蒸汽進(jìn)行換熱，中間溶液被蒸發(fā)，濃縮成濃溶液，濃溶液經(jīng)過(guò)低溫?zé)峤粨Q器至吸收器，制冷劑蒸汽在冷凝器中冷凝成液態(tài)制冷劑，再被收集到冷凝器的水囊。

(5)冷凝器。冷凝器由銅管、擋液板等組成，冷凝器內(nèi)循環(huán)水冷凝來(lái)自低壓發(fā)生器的制冷劑蒸汽，冷凝后的液態(tài)制冷劑流入蒸發(fā)器。

(6)高、低溫?zé)峤粨Q器。換熱器均為板式結(jié)構(gòu)，主要是用來(lái)提高熱交換效率。

3 冷凍水工藝流程

來(lái)自外管網(wǎng)的脫鹽水經(jīng)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥向冷凍水罐內(nèi)注入，冷凍水罐內(nèi)的液位與進(jìn)水調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖，當(dāng)達(dá)到一定的液位后，進(jìn)水閥自動(dòng)關(guān)閉，低于設(shè)定液位時(shí)，進(jìn)水閥門(mén)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，繼續(xù)向冷凍水罐內(nèi)注水。

正常運(yùn)行時(shí)，來(lái)自外管網(wǎng)的12 ℃左右冷凍回水先進(jìn)入冷凍水罐，冷凍水罐內(nèi)的水經(jīng)冷凍水泵加壓送入冷水機(jī)組內(nèi)進(jìn)行制冷，得到的7 ℃左右冷凍上水通過(guò)外管網(wǎng)送至氯堿裝置和氯乙酸裝置使用，經(jīng)熱交換器換熱后的12 ℃左右冷凍回水再經(jīng)外管網(wǎng)回流到冷凍水罐循環(huán)利用。來(lái)自自備電廠的0.9 MPa蒸汽先經(jīng)蒸汽減溫減壓器減壓至0.8 MPa，然后進(jìn)入7 ℃冷水機(jī)組作為熱源蒸發(fā)稀溴化鋰溶液，產(chǎn)生的凝結(jié)水外排。

冷凍水工藝流程如圖2所示。

圖2 冷凍水生產(chǎn)工藝流程

4 運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決措施

4.1 減溫減壓器不能正常使用

由于脫鹽水壓力僅有60 kPa，滿(mǎn)足不了減溫減壓器的進(jìn)水要求，不能向閥體內(nèi)噴入脫鹽水，蒸汽的溫度降低不到冷水機(jī)組進(jìn)汽需要的溫度。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在冷水機(jī)組前面增加蒸汽分配臺(tái)，通過(guò)操作人員調(diào)節(jié)蒸汽流速提供冷水機(jī)組所需熱量。

4.2 循環(huán)水溫度波動(dòng)范圍大

當(dāng)循環(huán)水溫度太低時(shí)，在低溫?zé)峤粨Q器里，來(lái)自低壓發(fā)生器的高溫溴化鋰濃溶液與去高壓發(fā)生器的低溫溴化鋰稀溶液交換熱量，導(dǎo)致溴化鋰濃溶液溫度降低到結(jié)晶點(diǎn)以下，溶液發(fā)生結(jié)晶，冷水機(jī)組的微電腦控制系統(tǒng)檢測(cè)到晶體后自動(dòng)打開(kāi)能量閥，融化結(jié)晶；結(jié)晶過(guò)嚴(yán)重時(shí)，控制系統(tǒng)報(bào)警或機(jī)組停車(chē)。故冷水機(jī)組對(duì)循環(huán)水溫度要求較嚴(yán)格(波動(dòng)范圍26～29 ℃)。

當(dāng)循環(huán)水溫度過(guò)高時(shí)，溴化鋰溶液結(jié)晶也會(huì)發(fā)生。從理論上講，當(dāng)溴化鋰溶液溫度高時(shí)結(jié)晶不會(huì)發(fā)生。然而，循環(huán)水的高溫會(huì)提高冷水機(jī)組的整體壓力，高壓發(fā)生器的壓力升得更高，這導(dǎo)致里面的溴化鋰溶液濃度提高過(guò)多。低壓發(fā)生器和吸收器之間壓力差降低，影響溴化鋰溶液的平穩(wěn)流動(dòng)，來(lái)自低壓發(fā)生器的高溫溴化鋰濃溶液在低溫?zé)峤粨Q器里停留時(shí)間延長(zhǎng)。最終，在吸收器中濃度過(guò)高的溴化鋰溶液出現(xiàn)結(jié)晶。

2020年冷水機(jī)組剛啟動(dòng)時(shí)，由于開(kāi)封冬季氣溫較低，循環(huán)水進(jìn)口溫度較長(zhǎng)時(shí)間在15～18 ℃波動(dòng)，造成溴化鋰溶液結(jié)晶，雖然用蒸汽吹掃冷水機(jī)組后，問(wèn)題得到解決，但這為機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行埋下隱患?？紤]到開(kāi)封地區(qū)夏季氣溫會(huì)長(zhǎng)期保持在30 ℃以上，循環(huán)水站給水溫度會(huì)達(dá)到32 ℃以上，不能滿(mǎn)足冷水機(jī)組用水要求。綜合考慮到全年循環(huán)水給水溫度波動(dòng)范圍，東大化學(xué)決定在冷水機(jī)組前安裝一臺(tái)換熱器。通過(guò)7 ℃冷凍水和中壓蒸汽來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入機(jī)組的循環(huán)水溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，保證機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。

5 運(yùn)行效果

經(jīng)過(guò)半年的運(yùn)行摸索，根據(jù)冷水機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)，東大化學(xué)動(dòng)力水處理分廠嚴(yán)格操作管理，冷水機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)、安全，充分發(fā)揮了溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組操作方便、智能化程度高、效率高、體積小的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)組運(yùn)行后，不僅降低了制取7 ℃冷凍水的成本，而且消耗了發(fā)電后副產(chǎn)的大量蒸汽，為東大化學(xué)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。下一步，東大化學(xué)將對(duì)減溫減壓器前的脫鹽水進(jìn)行改造，使減溫減壓器發(fā)揮更大作用。