以循環氨水為熱源的溴化鋰吸收式制冷機在焦化廠的應用

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用十分廣泛。本文介紹了一種以循環氨水為驅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中的應用，比較了它與傳統的以蒸汽為熱源的制冷機組的節能環保情況。

關鍵詞：溴化鋰；循環氨水；焦化廠；節能環保

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

1 我國焦化廠現狀

焦化廠在煉焦過程中，荒煤氣從焦爐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左右的循環氨水噴灑，當霧狀的循環氨水與煤氣充分接觸時，循環氨水吸收大量荒煤氣顯熱，部分氨水汽化蒸發與煤氣混合，此時煤氣下降至82～87℃。混合后的循環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。混合物在氣液分離器和機械化澄清槽中靜止分離，分離出的液態氨水混合物去往循環氨水槽，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噴灑冷卻焦爐煤氣，故稱為循環氨水。

一般工藝中循環氨水噴灑的溫度較高，而循環氨水理論溫度在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，在焦化企業的生產過程中，很多其他工藝也需要降溫，降溫時的驅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，如干熄焦發電技術等生產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生冷量去滿足工藝需求，不符合國家提倡的節能減排、低碳綠色的發展方向。

2 以循環氨水為熱源的溴冷機原理與焦化廠改造方案

2.1 以循環氨水為熱源的溴冷機原理

這種以循環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上改進，對傳熱管和水箱等部件的材質做出優化，以滿足將腐蝕性較強的循環氨水直通機組作為驅動熱源而不影響機組運行的要求。

如圖2所示：冷水在蒸發器內被來自冷凝器減壓節流后的低溫冷劑水冷卻，冷劑水自身吸收冷水熱量后蒸發，成為冷劑蒸汽，進入吸收器內，被濃溶液吸收，濃溶液變為稀溶液。

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，吸收來自蒸發器的冷劑蒸汽，成為稀溶液。另一方面，在再生器內，經氨水加熱溴化鋰溶液后產生的冷劑蒸汽，進入冷凝器被冷卻，經減壓節流，變成低溫冷劑水，進入蒸發器，滴淋在冷水管上，冷卻進入蒸發器的冷水。以上循環如此反復進行，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。一部分由氨水經氣液分離器分離后去往機械澄清槽然后送至循環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，將循環氨水槽后的循環氨水通入溴化鋰制冷機中降溫后再噴灑到橋管內，這樣可以降低橋管內噴灑的循環氨水的溫度，使橋管內氨水汽化量相對減少，增加循環氨水攜帶的熱量，并通過溴化鋰機組將這部分熱量轉化為低溫冷水，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。

改造后的系統中，溴冷機吸收77℃的氨水的熱量1000萬大卡，產生冷量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。

在這種以循環氨水為熱源的制冷機組成的制冷系統中，循環氨水槽與循環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動熱源。循環氨水槽中的循環氨水溫度大致為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爐產出的荒煤氣為其降溫。在橋管內氨水噴灑荒煤氣所吸收的熱量一部分經氣液分離器分離后去往機械澄清槽，然后送至循環氨水槽由循環氨水泵再次送入溴化鋰吸收式制冷機，如此往復循環回收其余熱。

3 節能與環保效益分析

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

改造后溴冷機驅動熱源更換為焦化廠內部能源高溫氨水，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動，蒸汽鍋爐使用量也可以減少，因驅動蒸汽鍋爐而燃燒天然氣產生的二氧化碳，二氧化硫以及氮氧化物排放量都會相應減少，有很高的環保效益。

4 結論

本文簡要介紹了以循環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用，從節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勢。

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

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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。