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溴化锂吸收式制冷技术在余热回收中的应用

作者:    发布于:2016-1-28 11:03:16    文字:【】【】【

1 溴化锂吸收式制冷与热泵机组的工
作原理和特点
溴化锂吸收式制冷与热泵机组以蒸汽、燃气、燃油、热水等多种热源为动力,以水为制冷剂,溴化锂溶
液为吸收剂,制取0℃以上的冷媒水或60℃以上的热水,用于生产工艺过程。
1.1 溴化锂吸收式制冷与热泵机组工作原理
溴化锂制冷机与热泵机组工作原理,是基于溴化锂水溶液具有在常温下强烈地吸收水蒸汽,而在高温下则
又能将其所吸收的水份释放出来,同时,水在真空状态下蒸发时具有较低的蒸发温度这些特性之上的。
图1为吸收式制冷与热泵装置的基本系统,由发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器和溶液泵等基
本部件和连接管道组成。

                                                   图1  吸收式制冷与热泵机组原理图
其制冷工作过程为:在发生器中,浓度较低的溴化锂溶液被加热介质加热,温度升高,并在一定压力下
沸腾,使制冷剂分离出来,成为冷剂蒸汽,溶液则被浓缩,这一过程称为发生过程;发生器中产生的冷剂蒸汽进人冷凝器,被冷凝器中的冷却水冷却而凝结成液态制冷剂,这一过程称为冷凝过程;液态制冷剂经节流装置节流,进人蒸发器的水盘,液态制冷剂在吸取了蒸发器管内冷媒水的热量后立即蒸发,形成冷剂蒸汽,使冷媒水的温度降低(即制冷);为使蒸发器中的制冷剂的蒸发过程不断地进行,必须将产生的冷剂蒸汽带走,由发生器出来的浓度较高的溶液进人吸收器吸收冷剂蒸汽,这就是吸收器中的吸收过程;吸收过程放出的热量被吸收器管内的冷却水冷却,温度降低并具有吸收冷剂蒸汽的能力;吸收器的稀溶液,由泵送往发生器,这样,机组便完成了一个制冷循环。热泵循环与此类似,不再详述。
1.2  溴化锂吸收式制冷与热泵机组的特点
⑴节能。对热源要求不高,可以利用各种低位热能和废汽、废热,有利于工业余热的综合利用,节能效
果好。
⑵、节电。整个机组除功率很小的屏蔽泵外,没有其他运动部件,只消耗很少的电能,比压缩式制冷与
热泵装置节电90%以上,且振动小、噪声低。
⑶、无公害。机组在真空状态下运转,无臭、无毒、无爆炸危险、安全可靠、有利于满足环境保护的要
求。
⑷、冷量调节范围宽。随着外界负荷变化,机组可在10~100%的范围内进行冷量的无级调节,即使低
负荷运行,热效率也几乎不下降。
⑸、单台机组容量大。目前单台制冷与热泵机组的制冷量可达5800kW(500万kcal/h),这是压缩式所
不及的。单台机组的制冷与热泵量大,可以降低单位制冷与热泵量的投资费用。
⑹、操作简单、可靠,自动化程度高,易损件少,维修简单,维修费用低。
2   尿素生产中余热品位及产生量分析
2.1 蒸汽冷凝液
    正常生产情况下,水溶液全循环法,吨尿素耗汽量在1.4~1.5t ,可回收蒸汽冷凝液量约1.1吨,温度
130℃左右,按日产尿素750t计算,可利用热量约为160×104Kcal。
2.2 一吸冷热水
    一吸外冷器吨尿素可产生15×104Kcal左右的热量,被与甲铵液换热的95℃左右的循环热水带出,日
产750t尿素,可利用的热量为460×104Kcal左右。
3  尿素余热驱动的溴化锂吸收式制冷在合成氨生产中的应用。
3.1  在碳丙冷却中的应用
3.1.1  温度对碳丙液脱碳的影响

图2为温度对二氧化碳在碳丙液中溶解度的影响,在同样的二氧化碳分压力下随温度的升高二氧化碳的溶解度降低。

图3为温度对氢气在碳丙液中溶解度的影响,在压力一定时溶解度随温度升高而增大。
因此,温度对碳丙液脱碳的影响是非常明显的。在合成氨生产中,降低脱碳工序的操作温度,对脱除变
换气中的二氧化碳非常有利,这是因为,降低温度,使希望脱除的二氧化碳气体在碳丙液中的溶解度增加,而作为合成氨原料气的氢、氮气的溶解度降低,其结果是减小了溶剂的循环量和减少了氢、氮气的
损失,提高了经济效益。
图2 温度对二氧化碳在碳丙液中溶解度的影响   图3 温度对氢气在碳丙液中溶解度的影响
石家庄正元化肥有限公司脱碳工段原来碳丙液冷却工艺采用的是循环水冷却,碳丙液富液的温度一般为
30℃~35℃,到夏季高温季节有时只能降到35℃~40℃,严重影响了变换气中二氧化碳的脱除效果,经常造成净化气中二氧化碳含量超标,甚至被迫减量生产,为了改变这种被动局面,2000年新上了氨冷器,采用氨冷降低碳丙液温度,这样虽然可使碳丙液富液的温度降到20℃左右,解决了碳丙液温度高、影响生产的问题,却又导致了冰机负荷过重、全厂冷量平衡困难、合成氨冷温度高、合成率降低、
全厂电耗增高。
3.1.2 碳丙冷却项目的实施
经过查阅大量资料、现场调研,确定了利用尿素系统产生的蒸汽冷凝液驱动热水型制冷与热泵机组制取
低温冷水,用于冷却碳丙液的工艺方案。在能量平衡计算、水力计算、制冷工艺计算的基础上,进行了
机组的改型设计及配套设备的选型和设计。
⑴ 工艺流程

                                                       图4 碳丙液冷却工艺流程图
1.膨胀水箱   2.冷却水塔   3.碳丙冷却器1   4.碳丙冷却器2   5.新系统碳丙冷却器
6.制冷与热泵机组   7.冷水泵   8.冷却水泵
碳丙液冷却工艺流程如图4所示。由制冷与热泵机组制得的7℃低温冷水可采用串联或并联形式冷却碳
丙液,串联时冷水依次经过碳丙冷却器2、碳丙冷却器1,冷却从溶剂泵加压送来的碳丙贫液,然后经冷水泵加压后送回制冷与热泵机组;考虑到碳丙冷却器管内会沉积单质硫等杂质需要定期清洗,碳丙贫液采用并联进入碳丙冷却器2、碳丙冷却器1,从而保证一台碳丙冷却器清洗时仍能维持正常生产。制冷与热泵机组组需要的冷却水来自于另一套脱碳系统的碳丙冷却器出水,从而节省了循环冷却水的用量
⑵、设备配置情况
热水型制冷与热泵机组: 
 制冷量1279Kw,热水进口温度  130℃。
碳丙冷却器1:φ1200×6445,F=378m2。
碳丙冷却器2:φ1600×7878,F=440m2。
冷水泵:    Q=220m3/h   H=32 m  Ne=30Kw。
冷却水泵: Q=450m3/h   H=16m   Ne=30Kw。
3.1.3 冷水机组投运前后脱碳工段的部分工艺指标。
表1  制冷机组投运前后脱碳工段的部分工艺指标

注:投运前的数据为采用一次水冷却,采用循环水冷却时碳丙液富液温度为35℃左右。
从表1中可看出,制冷机组投运后,在开11机的情况下,碳丙液富液的温度降低了15℃左右,吸收二氧
化碳的能力提高了20%以上,在比投运前多开1机、碳丙液流量减少10%的情况下反而使净化气中二氧化碳的含量由0.8%~1.0%降低到0.5%。
3.2  在压缩机一入气体冷却中的应用
     在第一台机组成功投运用于冷却碳丙液的基础上我们又设计投运了2#、3#两利用一吸冷热水驱动的
制冷机组,所制冷水通过三台冷却器冷却压缩机一入气体,温度可控制在15~18℃,比投运前降低20℃左右,相应的提高压缩机的出力率5%左右,每天可增产氨醇25~30吨,限于篇幅此处对具体的工艺
流程和机组参数不再详述。
3.3经济效益分析
本制冷机组及附属设备投资约650万元,为同样制冷能力的氨压缩制冷机组的1.3倍左右,但运行时的电
功率仅为100Kw左右,约为氨压缩制冷机组的10%不到,每年按运行10个月、电费按0.30元/度计算,仅此一项可节约240万元,同时每天多产氨醇25~30t,月创效益70万元以上,年创效益400万元以上,
即一年左右即可收回全部投资。
⑴、利用尿素系统余热通过吸收式制冷与热泵机组制取低温冷水,用于冷却碳丙液和气体工艺,节能降
耗效果显著,经济效益明显。
⑵、合成氨厂低温余热质低量大,同时合成氨厂需要高质高温热量和低温冷源,随着能源价格的日趋提
高,采用吸收制冷与热泵技术回收利用低温余热在经济上已经显示出明显的竞争优势,应用前景广阔。
如合成氨厂工艺气体的冷却及办公、生活设施的供冷取暖等方面。
⑶、采用吸收制冷与热泵技术回收利用低温余热是提高能源利用率、缩小我国在能源利用方面与世界发
达国家的差距的有效手段,对减少温室气体排放、改善生态环境具有积极意义。