聯(lián)堿裝置低溫余熱制冷技術(shù)的研究

趙賽

（渤化永利化工股份有限公司，天津300452）

1 聯(lián)堿冰機運行現(xiàn)狀

我公司氯化銨生產(chǎn)裝置需要大量的冷量，目前是利用液氨與制堿母液換熱后，氣氨經(jīng)螺桿壓縮機壓縮冷凝成液氨后循環(huán)使用。現(xiàn)有3臺電機功率為1700kW的WBII1080E螺桿壓縮機，制冷量為6000kW/臺。冰機設(shè)計用電為壓縮每t氨耗電量84.41kW·h，2017年12月26日~2018年12月25日產(chǎn)量為631820tt/a，冰機耗電25447680 kW·h，冰機電耗40.28 kW·h/tt，按計算每t產(chǎn)品壓縮氨量0.4292t/t，壓縮每t氨耗電量40.28/0.4292=93.85 kW·h/t，因此螺桿壓縮機運行過程中耗電量大，嚴重影響了生產(chǎn)成本[2]。

2 低位熱能情況

公司有大量的低位熱能（如蒸汽凝液、乏汽等），溫度高，需要循環(huán)水進行冷卻后才能利用，造成資源的浪費。煅燒爐裝置可提供熱水溫度160℃，余熱制冷出口熱源最低利用溫度90℃，流量157 T/h，160℃熱水焓值為6754 kJ/kg，90℃熱水焓值3768 kJ/kg，則：

可利用熱量Q1為：Q1=（6754-3768）×157000/3600=13022kW

通過使用吸收式制冷技術(shù)，轉(zhuǎn)化效率按照0.52計算，可以生產(chǎn)出的冷量為（5℃）：

Q冷1=13022×0.52=6771 kW

3 TC工質(zhì)吸收式制冷

吸收式制冷是在低溫低壓的條件下，利用液態(tài)制冷劑汽化來達到制冷的最終目的。蒸汽壓縮式制冷靠消耗機械功或者電能實現(xiàn)熱量從低溫向高溫轉(zhuǎn)移；而吸收式制冷是靠消耗熱能完成這種過程的。

3.1 與溴化鋰吸收式制冷的不同

現(xiàn)在常有的很少一部分的低溫余熱是利用溴化鋰吸收式制冷解決的。溴化鋰系統(tǒng)可以利用低位熱能,制取7℃以上冷量，可廣泛應(yīng)用于民用空調(diào)等領(lǐng)域，但是無法應(yīng)用于大量存在的0℃以下制冷需求的工業(yè)領(lǐng)域。很大部分低溫余熱無法利用，而且這其中大多還需要專門的能源來給這部分余熱冷卻，以滿足后續(xù)工藝的使用要求[3]。

TC多元工質(zhì)熱驅(qū)動冷凍機組從根本上解決了溴化鋰系統(tǒng)的不足，同時在相同熱源溫度的情況下，將制冷深度由7℃拓展至-40℃，大大增加了制冷的效果，實現(xiàn)吸收式制冷行業(yè)的工藝技術(shù)的創(chuàng)新和進步。TC多元工質(zhì)具有穩(wěn)定性強、無水無油無需分離、長期運行無衰減的特點，可廣泛應(yīng)用于化工、材料、冶煉、醫(yī)藥等具有0℃以下制冷需求的領(lǐng)域，比壓縮式制冰機節(jié)約90%以上的電耗。

3.2 工藝原理和特點

TC多元工質(zhì)選用NH3作為制冷劑，具有蒸發(fā)潛熱大、制冷效果好、廉價易得、純天然工質(zhì)、綠色環(huán)保的優(yōu)勢，因此可以作為一種性能良好的制冷劑應(yīng)用于當代的化工生產(chǎn)中。

選用多元氨鹽溶液的氣相可以認為是純氨氣，提高了系統(tǒng)的效率，同時在熱力學(xué)性質(zhì)方面也存在其他優(yōu)勢。

TC多元工質(zhì)吸收式制冷可分為兩個子循環(huán)：①多元溶液循環(huán)：富氨溶液從吸收器出來進入發(fā)生器中，然后逐步加熱使溶液沸騰，此時會分離出大量的氨氣，氨氣被送入到冷凝器中，低溫冷凝成液氨，液氨最后再進入到蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷達到目的。而發(fā)生器中的富氨溶液蒸發(fā)掉部分氨后變?yōu)樨毎比芤海瑩Q熱之后會回到吸收器，從蒸發(fā)器過來的氨氣會與吸收器頂部噴淋的貧氨溶液接觸，并且溶于貧氨溶液中，此過程會增加貧氨溶液的濃度，使貧氨溶液重新變?yōu)楦话比芤海匦逻M入發(fā)生器，形成多元溶液循環(huán)的整個過程[4]。②氨氣循環(huán)：由發(fā)生器出來的氨蒸汽進入冷凝器，通過水冷方式冷凝，然后凝結(jié)成液氨進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)后體積膨脹，然后經(jīng)過蒸發(fā)器和吸收器之間的管道進入吸收器，與吸收器頂部噴淋的貧氨溶液接觸，并不斷被貧氨溶液吸收，然后形成富氨溶液進入發(fā)生器再加熱沸騰至產(chǎn)生氨蒸汽，由此形成整個氨氣循環(huán)。

3.3 工藝流程

吸收式制冷系統(tǒng)的基本組成部件包括發(fā)生器、蒸發(fā)器、吸收器、冷凝器和溶液熱交換器以及溶液循環(huán)泵等。

富氨溶液從吸收器底部出來，然后和發(fā)生器出來的貧氨溶液進行換熱，再循環(huán)進入發(fā)生器，被加熱至沸騰狀態(tài)，此時分離出大量氨氣，形成了發(fā)生器底部的貧氨溶液，然后通過與溶液熱交換器和吸收器過來的富氨溶液進行換熱，再回到吸收器頂部[5]。

從發(fā)生器中蒸發(fā)出來的純氨氣進入到冷凝器，冷凝成液氨，然后進入蒸發(fā)器擴散蒸發(fā)產(chǎn)生制冷效果；氨氣再回到吸收器中被貧氨溶液吸收成為富氨溶液循環(huán)使用。

4 經(jīng)濟效益分析

4.1 裝置自耗電

余熱制冷裝置自耗電255.5 kW/h，全年運行8000h，在相同制冷量前提下，余熱制冷機組為氨壓縮配套的蒸發(fā)式冷凝器與電驅(qū)式冰機配套的蒸發(fā)式冷凝器耗電相同，此處能耗的計算相互抵消[6]。

余熱裝置增加全年電耗費用為1,267,280元（不含稅電價0.62元/kW·h）

4.2 循環(huán)冷卻水耗

循環(huán)水系統(tǒng)的用水總量約為1150m3/h，按1%計算蒸發(fā)量，補充水量約為11.5 m3/h。

余熱制冷機組與電驅(qū)式冰機配套的蒸發(fā)式冷凝器相同，其補充水量也相同，此處相互抵消。

機組每年消耗水的水費為（水費按照7.0元/t計）644,000元

4.3 螺桿冰機電耗費用

雙t產(chǎn)品冰機電耗為39.59°/tt；每100tt產(chǎn)品，共需要氨75.92t，外供氨33t，冰機外冷間循環(huán)氨共42.92t。

制每t液氨電費為57.19元。1a運行8000h，1h生產(chǎn)液氨22t，總年耗電費為10,065,379元。

4.4 年節(jié)約費用計算公式

C年節(jié)約量=C原冰機耗電費-C新建機組增加電費-C新建機組補水=8,154,099元。

綜上，采用余熱制冷機組取代原有機組后，1a可節(jié)約各項費用總計815.4萬元，以余熱制冷機組設(shè)計使用年限15a計，節(jié)能收益可達12231萬元。

5 結(jié)論

近幾年國家對環(huán)保越來越重視，以政策為準繩，不斷完善工藝技術(shù)，成為每個化工企業(yè)亟需解決的問題。余熱制冷技術(shù)替代聯(lián)堿冰機，充分利用低溫蒸汽等低溫余熱資源，提高了系統(tǒng)的效率，并且大大減少了整體用電量，減少溫室氣體的排放，實現(xiàn)了綠色能源的全新理念，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益[7]。