淺談溴化鋰制冷技術在化肥生產中的節能降耗

段錢勝　汪佳平　韓旭

摘 要：中國是世界農業大國之一，因此也成為了最大的化肥消耗和生產國家，根據調查顯示我國的化肥總產量占世界33%以上，其中氮肥的總量超過了70%，氮肥生產過程中所需要的原料和輔料均直接來源于能源，其能源消耗成本占總生產成本的近七成左右，因此化肥生產行業也屬于典型的高能耗行業。但隨著現代國際能源危機的日益加重，能源價格逐漸上升，也使得我國化肥生產過程中能源供應缺乏問題越來越嚴重。對化肥生產進行節能降耗已經迫在眉睫，本文結合某化肥廠現有工藝，來分析溴化鋰制冷技術在化肥廠的合成氨工藝段的應用效果。

關鍵詞：溴化鋰制冷機組；低溫余熱；經濟效益

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.028

1 溴化鋰吸收式制冷機組

溴化鋰吸收制冷技術是一種利用熱能為驅動力，以水資源為制冷劑，并且利用溴化鋰的水溶液作為吸收劑的一種制冷技術。該機組可分為單效式和雙效式。在溴化鋰吸收制冷過程中，由于溴化鋰自身的沸點可以達到1265℃，因此難以產生揮發反應，而在工作時其溶液表面所產生的氣泡和蒸汽則可以認為是純粹的水蒸氣。在溫度已定的條件下，溴化鋰水溶液表面的水蒸氣飽和分壓是低于實際純水的飽和分壓的，并且溴化鋰的濃度越高，其水蒸氣的飽和分壓越小，蒸發能力越好。因此在同一溫度下，如果溴化鋰濃度越高，那么其水分的吸收能力也就越強，就能夠起到制冷的作用，這也是將水作為制冷劑的原理。

該技術的設備主要由發生、冷凝、蒸發、吸收、循環以及熱換等設備構成。其設備運行時，當溴化鋰水溶液在發生設備中吸收熱媒水的熱量后，其溶液中的水分就會被不斷汽化；而當溴化鋰水溶液中水分隨蒸汽散失后，其內部溴化鋰濃度就會不斷上升，因此進入了吸收設備當中，而水蒸氣則進入冷凝設備，并且直接被冷凝成水溶液，形成高壓低溫水溶液；當這部分水被調節閥輸送到蒸發器內時，就會受熱迅速膨脹并蒸發，此時蒸發所需熱量就是由蒸發設備內冷媒水提供的，進而獲得降溫和制冷的效果；低溫水蒸氣會進入到吸收設備內，被溴化鋰溶液吸收，進而導致其濃度降低，然后經由循環設備的輸送重新范圍發生設備，完成整個制冷的過程。換熱設備則主要是為了有效節省加熱稀溶液的熱量，進一步提升該系統中的熱效應，保證發生設備中的高溫溶液和吸收設備中的低溫溶液能夠實現熱量的交換。

2 合成氨工藝段目前現狀及解決方案

在夏季由于半水煤氣脫硫進入清洗塔清洗，而清洗塔在烈日暴曬下，溫度高達40℃以上，半水煤氣在進入壓縮機前，溫度過高達到水飽和狀態，從而使壓縮機處于“出工不出力”的狀態，合成氨產量大幅降低。

經過反復研究，決定通過尿素車間的調節水（原工藝通過冷卻循環水將高調水和中調水降至所需要的工藝要求，造成較大的熱源浪費），采用溴化鋰制技術，吸收調節水熱量，制取冷凍水，用于在半水煤氣脫硫后進入壓縮機一段入口前半水煤氣的冷卻，并且與組合列管式石墨換熱器聯合應用，以達到節能降耗目的。管程走半水煤氣，殼程走溴化鋰制冷機組的冷凍水，可使半水煤氣脫硫后溫度降低10℃以上，始終使壓縮機保持滿負荷運行，從而提高了合成氨產量，為企業帶來良好經濟效益，達到節能降耗的目的。

之所以采用組合列管式石墨換熱器，其原因如下：

（1）半水煤氣含有一定量的硫化氫，具有腐蝕性。

（2）組合列管式石墨換熱器具有加高的穩定性。對于大多數的化學介質均具有很強的耐腐蝕度，尤其是含有氯離子的化學介質，但其對于具有強氧化性的酸和堿沒有較高的耐腐蝕毒。

（3）具有較好的導熱性能，石墨本身的導熱系數在100W/m·K到110W/m·K之間，其導熱系數與銅、鋁等金屬相近。

（4）具有較好的熱穩定性，自身膨脹系數較低，使用溫度可以達到150℃左右，受溫差的影響較小。

（5）石墨屬于非金屬，其外壁光滑程度高，并且和大多數化學介質的親和度較低，不會對介質造成污染，不容易阻塞管壁。

3 設計

以某化肥廠的30萬噸/年合成氨生產線為例，半水煤氣流量約2440m3/min，溫度40℃，需要降溫至20℃。溴化鋰冷水溫度由10℃，升至18℃，溴化鋰熱源來之尿素生產線的調節水。

3.1 熱量計算

將半水煤氣在換熱設備中的溫度設為40℃，排出時溫度為20℃，兩種情況下飽和煤氣的總熱焓分別每立方米222.2KJ和78.46KJ，經過計算可得：

煤氣在換熱器中放出的總熱量：2105.38×104 KJ/ h

煤氣在冷卻器中冷卻產生冷凝液量為：5336 KJ/ h

冷凝水帶走熱量為：69.53×104 KJ/ h

總需冷卻熱量（按2.5%熱量損失率計算）為：1983.22×104 KJ/ h

3.2 換熱器計算

對數平均溫差為15℃，石墨換熱器在半水煤氣中K值（傳熱系數）取400 - 600KJ/（㎡ h℃）之間，其符合實際測量值，獲得K為500KJ/（㎡ h℃），對面積進行計算：

換熱器換熱面積A石墨為2644㎡，加上一定的設計余量為3300㎡。

4 成本及效益分析

石墨換熱器與溴化鋰機組設備投資350萬元，管道等其它費用150萬元；根據克拉伯龍方程所得，將壓縮機內的進氣溫度降低，就能夠提升其打氣量。按降低10℃計算，可增加輸氣量為3%。即30萬噸/年合成氨生產線每天氨產量增加30 t以上，按平均日增產25t 計，高溫季節按150 天計算，則每年增加合成氨產量25×150=3750t，按合成氨價格2200 元/t，噸氨耗煤棒760×1.55=1178 元，噸氨其它費用80元。每年增加效益為（2200-1178-80）×3750=353.25 萬元。

5 結論

綜上所述，采用溴化鋰制冷技術通過尿素工藝段的調節水制取冷水，應用于降低壓縮機一段進口的半水煤氣的溫度，提高氨合成系統的冷卻效率，增加壓縮機打氣量，提高了合成氨的產量，達到了節能減排、降耗、增產增效目的，給企業帶來極大的經濟效益，同時也為國家節約大量能源，有力于推動國民經濟可持續的發展。

參考文獻：

[1]瞿國忠，周軍.石墨換熱器在半水煤氣冷卻中的應用[J].氮肥技術，2011（03）：32.

[2]梅樹美.溴化鋰吸收式制冷技術在合成氨生產中的應用[M].安徽化工，2012（05）：38.

作者簡介：段錢勝（1987-），男，湖北武漢人，本科，工程師，主要從事：機械設計以及余熱利用。