低壓蒸汽噴射真空制冷技術在化工生產中的應用

李 強

(山西焦化股份有限公司，山西 洪洞 041606)

1 現狀及存在問題

山西焦化股份有限公司工業園區生產生活消耗新鮮水量約為1 800 m3/h，減去生活用水消耗，純工業生產用水量占總水量85%～90%，在同行業中屬消耗超高單位，與2014年噸焦耗水1.74相比存在較大的差距。

由于行業原粗放型設計缺陷，冷熱水能源配置不合理，主要表現在：為了滿足回收冷鼓系統、粗苯系統、氨硫系統等的工藝要求，一味增加新鮮水用量，系統水量增加使得循環水系統、消防水系統無法消化，致使部分高溫水外排，極大浪費了水資源，給公司帶來經濟損失。

2 低壓蒸汽噴射真空制冷技術選定及改造方案

2.1 技術選定

利用目前我公司煙道氣脫硫脫硝廢熱鍋爐、1#～6#焦爐干熄焦鍋爐等產生低品質低壓蒸汽，通過文丘里噴射器，在密閉空間抽真空形成負壓空間，將工業冷卻用水在用戶換熱后的高溫水送入真空裝置，利用在常溫下沸騰帶走潛熱這一原理，得到相對溫度較低用水，如此往復實現新鮮水重復利用目的。

2.2 改造工藝方案

采用低壓蒸汽噴射真空制冷技術對二回收初冷器、粗苯換熱器、終冷換熱器冷卻后高溫度退水(30 ℃～35 ℃)進行收集制冷， 制冷后低溫度的水(18 ℃～35 ℃)，通過管道輸送回用于生產系統。

煙道氣脫硫脫硝廢熱鍋爐、1#～6#焦爐干熄焦鍋爐等產生低壓蒸汽送至制冷站，制冷站經過減溫器穩定噴射蒸汽溫度(150±5)℃，穩壓后蒸汽通過分氣缸分配至七臺噴射器，分別噴射在蒸發器及冷卻器中形成真空環境，二回收初冷器、粗苯換熱器、終冷換熱器冷卻后升高溫度退水(30 ℃～35 ℃)，由余壓送入制冷站蒸發器內水在-0.09 MPa真空環境下瞬間蒸發帶走潛熱，使水的溫度降低，通過管道自流入低溫水系統，完成制冷循環過程。制冷站主蒸發器產生的潛熱蒸汽由第一級噴射器送入冷凝器中冷凝，露點以上非凝性氣體和部分未凝結的潛熱水蒸汽，由第一級助噴射器送入第一級輔助冷凝器凝結，剩余的非凝性氣體和水蒸汽混合氣體，再由第二級輔助噴射器送入第二級輔助冷凝器，最終將真空制冷裝置中所有非凝結性氣體，從第二級輔助冷卻器的放散口排放，見第162頁圖1。

從主副冷凝器吸收蒸發器中潛熱的高溫水排至制冷裝置冷卻水池，由冷卻水泵輸送至配套涼水塔，經涼水塔降溫后的冷卻水，流入冷卻水循環水池中，再由冷卻水循環水泵送入制冷站冷卻使用，形成冷卻水循環流程。

通過制冷站裝置的噴射器、蒸發器及冷卻器的不間斷循環流程，低壓蒸汽噴射真空制冷站完成高溫水變換低溫水的過程，實現新鮮水重復利用。

2.3 低壓蒸汽噴射制冷裝置的優點

1) 變廢為寶。以乏汽為動力介質，制取冷水用于化工生產中的工藝冷卻。

2) 低碳環保。以水為制冷劑和載冷劑，屬于真正的綠色環保技術。

3) 操作簡單。使用安全，設備運行穩定性高，無需備用設備，節省投資。

圖1 低壓蒸汽噴射真空制冷裝置流程示意圖

4) 沒有活動部件。部件磨損少，極少維護，運行維護費用極低。

5) 溫差調節范圍寬。最大溫差可達20 ℃，0.1 MPa～1.4 MPa范圍內的飽和蒸汽皆可使用。

6) 投入成本低。設備投資回收期短，使用壽命在20年以上。

7) 微電腦控制。操作界面簡便直觀，具有狀態顯示、參數設定、能量控制、故障查詢等多項控制功能。

3 應用效果

2016年、2017年運行期間數據統計，如表1所示。

開車期間，制冷機來水平均為29.6 ℃，出水為18.7 ℃，平均降低水溫10.9 ℃，平均消耗蒸汽13 m3/h，工藝指標達到工藝需求。節約新鮮水350 m3/h，效益702元/時，年節約水費約1 100萬元。不僅最大限度節約工業園區的源水用量，提高園區新鮮水重復利用率，為全公司減少高溫清凈廢水外排量，實現園區廢水“零”排放奠定基礎，而且符合國家水資源源利用政策，還可以解決部分富裕低壓蒸汽無法利用的問題，特別有利于公司的長久發展。

表1 2016年、2017年制冷機運行數據統計

4 社會效益

水是我國三大戰略資源之一，根據國家水資源管理三條紅線的政策，水資源管理和保護是重中之重。而低壓蒸汽噴射真空制冷技術節約了新鮮水，不僅節省了水費，節約了用水量(相當于減少了污染物的排放量)，而且也為保護環境做出了貢獻，創造了更大的社會效益。

5 結語

應用低壓蒸汽噴射真空制冷技術，將化工生產水系統進行熱量、冷量交換，達到各系統優化配置合理使用。此技術可在化工行業熱水冷卻領域推廣應用。最大限度降低水資源的采取量以及全方位提升水資源的重復利用率，達到企業經濟效益提升和社會效益增加的“雙贏”的效果。