以循环氨水为热源的溴化锂吸收式制冷机在焦化厂的应用

张超杰 王铁男 黄明硕

摘要：溴化锂吸收式制冷机组在工厂中的应用十分广泛。本文介绍了一种以循环氨水为驱动热源的溴化锂吸收式制冷机组的原理，阐述了它在焦化厂制冷系统中的应用，比较了它与传统的以蒸汽为热源的制冷机组的节能环保情况。

关键词：溴化锂；循环氨水；焦化厂；节能环保

焦化企业是能源消耗大户，降低产品能耗对企业的可持续发展有着重要作用。利用循环氨水为热源的溴化锂吸收式制冷系统不仅能很好地满足生产工艺的用水要求，改善生产工艺的各项操作指标，而且将设备运行成本将至最低，最大程度的实现了节能减排，同时还减少了焦化厂内本身的生产用蒸汽或煤气。减少生产用气意味着减少了生产蒸汽或煤气时各项污染物的排放，为焦化企业开辟了一条大胆的节能减排之路，以循环经济理念实施节能降耗和污染源头的有效控制，推动清洁生产的深入开展，进一步提升企业可持续发展的能力。

1 我国焦化厂现状

焦化厂在炼焦过程中，荒煤气从焦炉炭化室由上升管逸出去往桥管，温度为650～750℃左右。此荒煤气在桥管和集气管中利用表压为150～200KPa左右的循环氨水喷洒，当雾状的循环氨水与煤气充分接触时，循环氨水吸收大量荒煤气显热，部分氨水汽化蒸发与煤气混合，此时煤气下降至82～87℃。混合后的循环氨水和煤气一部分通过气液分离器后去往机械化澄清槽，然后去往循环氨水槽或油库。

另一部混合气体进入上、下两段初冷器冷却至21℃左右。混合后的循环氨水气体与煤气在初冷器冷却过程中，煤气中的水蒸汽、氨、焦油、萘等被冷凝下来，形成冷凝液。混合物在气液分离器和机械化澄清槽中静止分离，分离出的液态氨水混合物去往循环氨水槽，温度一般为80℃左右。氨水在氨水槽中自然散热后，大部分再次用于循环喷洒冷却焦炉煤气，故称为循环氨水。

一般工艺中循环氨水喷洒的温度较高，而循环氨水理论温度在70℃左右就可满足喷洒冷却煤气要求，此部分热量未被利用，造成了能源的浪费。与此同时，在焦化企业的生产过程中，很多其他工艺也需要降温，降温时的驱动热源一般为蒸汽或者煤气。整个工艺过程需要消耗大量的能源，如干熄焦发电技术等生产工序需要消耗大量蒸汽，初冷器下段、粗苯冷却工艺的制冷机需要消耗煤气或蒸汽。

如上所述，一方面大量的余热未被利用，一方面又需要消耗大量的能源产生冷量去满足工艺需求，不符合国家提倡的节能减排、低碳绿色的发展方向。

2 以循环氨水为热源的溴冷机原理与焦化厂改造方案

2.1 以循环氨水为热源的溴冷机原理

这种以循环氨水为热源的溴化锂吸收式制冷机是在温水型溴冷机的基础上改进，对传热管和水箱等部件的材质做出优化，以满足将腐蚀性较强的循环氨水直通机组作为驱动热源而不影响机组运行的要求。

如图2所示：冷水在蒸發器内被来自冷凝器减压节流后的低温冷剂水冷却，冷剂水自身吸收冷水热量后蒸发，成为冷剂蒸汽，进入吸收器内，被浓溶液吸收，浓溶液变为稀溶液。

吸收器里的稀溶液，由溶液泵送往热交换器、后温度升高，最后进入再生器，再生器中稀溶液被高温氨水加热，浓缩成浓溶液。浓溶液流经热交换器，温度降低，进入吸收器，滴淋在冷却水管上，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，成为稀溶液。另一方面，在再生器内，经氨水加热溴化锂溶液后产生的冷剂蒸汽，进入冷凝器被冷却，经减压节流，变成低温冷剂水，进入蒸发器，滴淋在冷水管上，冷却进入蒸发器的冷水。以上循环如此反复进行，最终达到制取低温冷水的目的。

2.2 焦化厂改造方案

改造前，循环氨水进入桥管喷洒的过程中，荒煤气带出的4200×104kcal/h热量被分为两部分带走。一部分由氨水经气液分离器分离后去往机械澄清槽然后送至循环氨水槽将热量散失到大气中。液氨吸收另一部分热量后变成气氨与85℃左右的煤气混合，将此部分热量带入初冷器，初冷器再利用冷却水将此部分热量带走，散失至大气中。

改造后，将循环氨水槽后的循环氨水通入溴化锂制冷机中降温后再喷洒到桥管内，这样可以降低桥管内喷洒的循环氨水的温度，使桥管内氨水汽化量相对减少，增加循环氨水携带的热量，并通过溴化锂机组将这部分热量转化为低温冷水，获得冷量以满足工艺制冷需求，同时还减少了气态氨进入初冷器中的热量，从而减少了初冷器中冷却水流量。

改造后的系统中，溴冷机吸收77℃的氨水的热量1000万大卡，产生冷量800万大卡恰好满足焦化厂初冷器下段（280万大卡）和粗苯工艺（520万大卡）的冷量需求。

在这种以循环氨水为热源的制冷机组成的制冷系统中，循环氨水槽与循环氨水泵和溴化锂吸收式制冷机组的再生器利用阀门和管道进行连接，为溴化锂吸收式制冷机组提供驱动热源。循环氨水槽中的循环氨水温度大致为77℃左右，直接通入溴化锂吸收式制冷机组回收热量后温度降至67℃左右去往桥管和集气管喷洒由炼焦炉产出的荒煤气为其降温。在桥管内氨水喷洒荒煤气所吸收的热量一部分经气液分离器分离后去往机械澄清槽，然后送至循环氨水槽由循环氨水泵再次送入溴化锂吸收式制冷机，如此往复循环回收其余热。

3 节能与环保效益分析

同样以上述焦化厂为例，该焦化厂冷量需求Q=800×104kcal/h，改造前使用三台蒸汽型溴化锂吸收式制冷机生产低温冷水，耗量10t/h，每年5月中旬10月中旬开机使用，共开机153天。年消耗蒸汽：

10×24×153=36720吨

改造后溴冷机驱动热源更换为焦化厂内部能源高温氨水，完全不需要再消耗蒸汽，每年减少蒸汽消耗量36720吨。

同时，由于溴冷机不再需要蒸汽驱动，蒸汽锅炉使用量也可以减少，因驱动蒸汽锅炉而燃烧天然气产生的二氧化碳，二氧化硫以及氮氧化物排放量都会相应减少，有很高的环保效益。

4 结论

本文简要介绍了以循环氨水为热源的溴化锂吸收式制冷机的原理及其在焦化厂的应用，从节能的角度比较了其相对于普通蒸汽型溴化锂吸收式制冷机的优势。

可以看出，焦化厂在使用了以循环氨水为热源的溴化锂吸收式制冷机后，大大降低了厂区的蒸汽消耗，增加了经济效益，同时响应了国家节能减排，低碳环保的号召，为企业今后的健康发展奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]李晓红，周琦.低温余热制冷技术在焦化厂的应用研究[C]//2010全国能源与热工学术年会论文集.2010：518523.

[2]姜周曙，胡亚才，屠传经，屠进. 溴化锂吸收式制冷技术在余热回收中的研究[J].节能技术，1999（03）：1011.

[3]周志强.中国能源现状、发展趋势及对策[J]. 能源与环境，2008（06）：711.

[4]康相玖，赵然，丁玉娟.[J].制冷与空调， 2014（07）：1215.

作者简介：张超杰（1988 ），男，工程师。研究方向：溴化锂吸收式制冷机。