溴化鋰制冷技術在焦化行業應用探討

王 波

（北京首鋼國際工程技術有限公司，北京 100043）

溴化鋰制冷技術在焦化行業應用探討

王 波

（北京首鋼國際工程技術有限公司，北京 100043）

溴化鋰吸收式制冷技術以熱能為驅動能源，其可以回收、利用余熱，所以說溴化鋰制冷機不僅是制冷設備，而且是余熱回收設備。本文簡述了溴化鋰吸收式制冷技術的概念、原理、分類和特點，介紹了焦化廠荒煤氣冷卻工藝和溴化鋰制冷機的傳統制冷流程，并對該系統進行技術經濟分析，分析了溴化鋰制冷機的運行費用、投資回收期和節能效益等，探討了低溫余熱制冷和采暖聯合應用在焦化乃至鋼鐵行業的推廣前景。

溴化鋰制冷機；煤氣余熱回收；余熱水制冷；采暖；節能

1 溴化鋰吸收式制冷技術概述

溴化鋰吸收式制冷是一種以熱能為動力，以溴化鋰溶液為工質對，制取冷源的技術[1]。溴化鋰吸收式制冷機利用水在高真空狀態下沸點變低（只有5℃）的特點，以水為制冷劑，以溴化鋰水溶液為吸收劑，以熱源為動力，在真空狀態下制取5℃以上的低溫水。

機組由發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器和熱交換器等結構和相應的屏蔽泵、真空泵等主要部件組成。在蒸發器中，水在高真空狀態下噴淋在冷水換熱管表面汽化蒸發，吸收蒸發器管內冷水的熱量，使冷水溫度降低。汽化產生的蒸汽進入吸收器，在吸收器中具有極強吸收水蒸氣能力的溴化鋰濃溶液迅速吸收蒸發器產生的水蒸氣，逐漸變成稀溶液，同時將吸收水蒸氣時釋放的熱量轉移至冷卻水中。不具備吸水性的溴化鋰稀溶液被溶液泵輸送到發生器中，被外部來的驅動熱源加熱濃縮，分離出冷劑蒸汽，溶液濃度也由稀變濃，通過與稀溶液熱交換后再次進入吸收器。而冷劑蒸汽則在冷凝器中被冷卻水冷凝成冷劑水，進入蒸發器。溴化鋰制冷機組就是通過上述循環過程，不斷運行來制取冷水。

2 溴化鋰制冷機在焦化行業的應用

2.1 傳統溴化鋰制冷機的應用形式

應用在焦化行業的溴化鋰制冷機以蒸汽型和焦爐煤氣型為主，具體選用哪種類型，人們要根據全廠的蒸汽平衡和煤氣平衡來決定。一般地，獨立焦化廠選用焦爐煤氣型制冷機有一定優勢，可減少煤或焦爐煤氣→蒸汽的能源轉換環節，能源利用效率較高；鋼鐵聯合企業焦化廠實際選用蒸汽型溴化鋰制冷機較多，因為焦爐煤氣作為優質能源，在煉鐵、軋鋼等鋼鐵生產流程中需求量大，而且是蒸汽所不能替代的，所以焦化廠乃至鋼鐵行業內溴化鋰制冷機都以蒸汽型為主[2]。

2.2 低溫熱水型溴化鋰制冷機應用的提出

通過對溴化鋰吸收式制冷技術、設備和荒煤氣冷卻工藝的深入了解和分析，筆者提出以回收初冷器Ⅰ段余熱作為驅動熱源，用低溫熱水型溴化鋰制冷機替代傳統的蒸汽型（或焦爐煤氣型）制冷機的應用模式，同時在冬季制冷機停機時段內利用這部分余熱水采暖，對初冷器余熱實現最大化的利用[3]。這種既回收余熱，又生產冷媒水回用到工藝冷卻的應用思路，節能效果顯著，有利于企業完成“十三五”節能降耗的目標任務。低溫熱水型溴化鋰制冷機應用原理如圖1所示。

圖1 低溫熱水型溴化鋰制冷機應用原理

從圖1可以看出，初冷器Ⅰ段余熱水作為溴化鋰制冷機的驅動熱源，生產的冷媒水直接回用到初冷器Ⅲ段冷卻荒煤氣。冬季制冷機停機，通過閥門切換，利用余熱水采暖。需要說明的是，根據荒煤氣冷卻的工藝要求，初冷器Ⅲ段需要的冷媒水量是固定的，從初冷器Ⅰ段提取出的余熱量的多少決定了低溫熱水型溴化鋰制冷機的規模，提取出的余熱量大，生產的冷媒水多，反之冷媒水量少。如果低溫熱水型溴化鋰制冷機生產的冷媒水量不足，還需要配置傳統形式的溴化鋰制冷機進行補充，滿足工藝使用要求。

2.3 低溫熱水型溴化鋰制冷機應用分析

參照制冷機技術參數表，通過計算可以得出，低溫熱水型溴化鋰制冷機的COP為0.45，符合Q/320281ACC076-2006《熱水兩級型溴化鋰吸收式冷水機組》標準，對初冷器余熱進行了有效的回收利用。

采用2臺低溫熱水型溴化鋰制冷機替代了傳統設計的2臺蒸汽型制冷機，可提供冷媒水1 000 m3/h，剩余不足部分用1臺蒸汽型溴化鋰制冷機提供，3臺制冷機并聯運行，為初冷器Ⅰ段提供冷媒水。夏季和過渡季節①②閥門關閉，③④閥門開啟，1#和2#循環泵開啟，3#循環泵停機，低溫熱水型溴化鋰制冷機出現故障時通過閥門切換，用循環冷卻水通過板式換熱器冷卻余熱水，保證初冷器Ⅰ段內余熱水溫度的穩定；冬季①②閥門開啟，③④閥門關閉，1#和2#循環泵停機，3#循環泵開啟，提供給采暖用戶，也可以通過板式換熱器提供生活熱水，還可以利用溴化鋰第二類吸收式熱泵提高供水溫度，提升供熱品質。本系統實現了對初冷器余熱最大化的、全時段的利用。

3 低溫熱水型溴化鋰制冷機經濟分析及推廣前景

3.1 經濟分析

通過比較分析通鋼焦化制冷站低溫熱水型+蒸汽型溴化鋰制冷機方案（以下簡稱方案一）與傳統蒸汽溴化鋰制冷機方案（以下簡稱方案二），筆者對能源消耗、初投資和節能經濟效益簡單比較。

3.1.1 能源消耗比較（見表1）

3.1.2 初投資費用比較

制冷站冷媒水循環水泵、站房土建、系統管路初投資基本相同，只比較制冷機組等有差異的部分。初投資費用比較如表2所示。

3.1.3 節能經濟效益

方案一與方案二比較，節能產生的經濟效益如表3所示。計算依據如下：

制冷機年運行時間5 000 h；工業電價0.5元/kW·h；蒸汽成本120元/t；軟化水6元/t。冬季制冷機停機，余熱水可作為焦化廠和周圍廠區、社區采暖熱源，通化地區采暖期140 d/a，采暖熱指標150 W/m2，可承擔13.3萬m2采暖面積，可替代0.2 MPa飽和蒸汽32.5 t/h，節省蒸汽109 200 t/a。

表1 能源消耗比較

表2 初投資費用比較

表3 節能經濟效益匯總

由于余熱代替了蒸汽，燃料的消耗減少，其將會降低燃燒排放的煙塵和二氧化硫對環境的污染，具有一定的社會效益。

通過上述分析比較，方案一比方案二初投資增加200萬元，方案一節能經濟效益明顯，余熱制冷+采暖聯合運行模式節能經濟效益1 671.5萬元/a。一年節能產生的經濟效益就可以收回制冷站初投資。

4 結語

溴化鋰吸收式制冷技術具有很好的節能、環保效果，其應用廣泛，是解決暖通空調系統的能源與環境問題的有效措施之一。其最大亮點在于余熱利用，能利用工業生產流程中大量存在的蒸汽、煙氣、廢熱水等余熱資源作為驅動熱源，從而提高能源的利用率，起到節約能源的顯著效果，也幫助企業降低能源成本。

焦化行業的荒煤氣冷卻過程中的余熱資源，是可以作為余熱型溴化鋰制冷機的驅動熱源的，利用余熱的熱源成本為零。同時在冬季制冷機停機期間，利用余熱水采暖，可以實現余熱的最大化利用。但余熱水采暖要根據具體情況進行分析，包括地域、供熱遠近、供熱用戶情況、煤和電供應情況以及投資的利益等。有余熱資源的條件下，溴化鋰吸收式制冷技術應大量推廣。

1 彥啟森.空氣調節用制冷技術（第四版）[M].北京：建筑工業出版社，2010.

2 于振東，鄭文華.現代焦化生產技術手冊[M].北京：冶金工業出版社，2010.

3 何建平.煉焦化學產品回收與加工[M].北京：化學工業出版社，2005.

Research on Application of Lithium Bromide Refrigeration Technology in Coking Industry

Wang Bo
(Beijing Shougang International Engineering Technology Co.,Ltd.,Beijing 100043,China)

Lithium bromide absorption refrigeration technology to heat energy for the drive energy,which can be recycled,the use of waste heat,so that lithium bromide refrigerator is not only refrigeration equipment,but also waste heat recovery equipment.In this paper,the concept,principle,classification and characteristics of lithium bromide absorption refrigeration technology are briefly introduced.The traditional refrigeration process of the waste gas from the coking plant and the lithium bromide refrigerator is introduced.The technical and economic analysis of the lithium bromide refrigerator is also carried out.Operating costs,investment recovery period and energy efficiency,etc.,to explore the low temperature waste heat refrigeration and heating combined application in the coking and even the steel industry to promote the prospects.

lithium bromide refrigerator; gas waste heat recovery; waste water cooling; heating; energy saving

TQ520.5

A

1008-9500(2017)11-0122-03

2017-09-27

王波（1978-），男，黑龍江安達人，高級工程師（制冷空調），從事鋼鐵行業余熱利用、節能環保技術研究工作。