三聚甲醛生产中低温余热利用
2023-10-17刘亚伟韩元培马友钦彭国平
刘亚伟 , 韩元培 , 彭 芳 , 马友钦 , 彭国平
(开封龙宇化工有限公司 河南省聚甲醛基新材料工程技术研究中心 , 河南 开封 475200)
三聚甲醛主要用途是聚甲醛生产用中间体,也可用于医药行业。其生产过程中通常采用80 ℃热水作为换热器冷却水降温,也可以采用80 ℃热水作为物料输送夹套水对管道内物料进行保温。热水泵先将热水槽内85 ℃热水通过热水冷却器降温至80 ℃,然后送至三聚甲醛冷凝器,80 ℃热水与气态三聚甲醛物料换热后升温至85 ℃后再返回热水槽循环利用。热水冷却器采用循环水进行冷却,其中热水流量1 600 m3/h,循环水流量为1 400 m3/h。由于热水系统采用循环水降温,不但增加了循环水用量,而且造成热水余热浪费。
80 ℃热水属于低品位热源,为了进一步节约能源消耗,降低生产成本,根据热泵类型,公司采用荏原RWH055RS型溴化锂第二类吸收式热泵开展了余热利用项目,制热量1.871 MW。新建余热利用回收系统,采用80 ℃左右热水为热源水,第二类吸收式热泵机组吸收80 ℃热水的热量通过工质传递将90 ℃水加热,产生0.4 MPa的蒸汽,并入0.4 MPa蒸汽管网。该系统自动化程度高,热泵机组采用先进的智能控制,一键式开关机,全自动运行,并且配备了多套联动回路,可自动调节负荷。
1 工作原理
第二类吸收式热泵,也称升温型热泵,是利用大量的中温热源产生少量能被利用的高温热能。即利用中温热能驱动,低温冷却水的条件下,制取热量少于但温度高于中温热源的热量,将部分中热能转移到更高温位,从而提高了热源的利用品位。不需要更高温度的热源来驱动,但需要较低温度的冷却水。
溶液循环:溴化锂稀溶液在发生器内与外部输入的中温热源(W80水)换热,稀溶液浓度提高变成浓溶液。通过溶液泵将这部分浓溶液输送到高温吸收器,在高温吸收器内吸收来自高温蒸发器的冷剂蒸汽;同时放出大量热量,这部分热量被外部输入的W90水吸收。水温逐步提高至150 ℃左右,即变成0.4 MPa的蒸汽。浓溶液吸收冷剂蒸汽后浓度变低,此溶液再进入低温吸收器,在低温吸收器内吸收来自低温蒸发器的冷剂蒸汽,同时放出热量,这部分热量被低温蒸发器管程的冷剂吸收,温度升高后进入高温蒸发器。
冷剂循环:发生器内稀溶液浓缩蒸发出来的冷剂蒸汽到达冷凝器,在冷凝器内被外部冷却水(WC循环水)降温冷凝成液态冷剂。一部分液态冷剂被低温冷剂泵输送至低温蒸发器,在低温蒸发器内被中温热源(W80水)加热蒸发,然后被低温吸收器内的溶液吸收。另一部分液态冷剂被高温冷剂泵输送至高温蒸发器,然后吸收低温吸收器释放的热量变成高温的冷剂蒸汽,然后被高温吸收器内的溶液吸收。最后再随着稀溶液回到发生器,在发生器内再次被加热蒸发。
第二类吸收式热泵主要组成有发生器、冷凝器、低温吸收器、高温吸收器、气温蒸发器、高温蒸发器。
第二类吸收式热泵工作流程见图1。
图1 第二类吸收式热泵工作流程
2 物料性质
溴化锂性质和食盐(NaCl)大体类似,是一种稳定的物质,在大气中不变质、不挥发、不分解、极易溶解于水。常温下是无色粒状晶体,无毒、无臭、有咸苦味,溶解度约60%,溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低。
正常使用的溴化锂溶液是一种碱性盐溶液,金属铁、铜在碱性溶液中通常进行下列化学反应:
2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
4Cu+O2=2Cu2O
2Cu2O+4H2O+O2=4Cu(OH)2
进行以上反应的条件是必须有氧气的存在,因此,保证机组的气密性,隔绝氧气是最根本的防腐措施。机组在工厂及现场试运转都经过严格的真空气密实验,确保新机组的气密性。另外,需要控制溶液的最高温度≤165 ℃。控制溶液的pH值在10～12。在溶液中填入适量的缓蚀剂钼酸锂。
3 应用效果
第二类吸收式热泵在三聚甲醛热水系统余热回收项目中应用后达到了预期效果,设计值与秋冬季节月份实际运行值对比见表1。
表1 余热利用设计值与实际值对比
从表1可以看出,第二类吸收式热泵在三聚甲醛生产中低品位余热回收利用方面取得了较为理想的效果。项目自投入运行几个月来,平均蒸汽产量超过3.0 t/h,已累计产生蒸汽10 000余吨,节约煤炭消耗1 250 t,为公司降本增效200余万元。而且第二类吸收式热泵投用后锅炉负荷降低,锅炉因高负荷床温高的问题得到解决,极大地稳定了生产,消除了烟气指标高等环保风险,保证了冬季职工供暖,潜在效益巨大。
运行中还发现,影响第二类吸收式热泵效率的主要因素为热水流量、热水温差、冷却循环水温度、真空度等,蒸汽产量受季节影响。不同季节大气温度不同,对热水、循环水、生产系统产生不同影响,间接导致蒸汽产量发生变化,气温越高,循环水温度越高,冷却水温差越大,第二类吸收式热泵蒸汽产量越小。
4 结语
随着全球气候变暖及国家双碳目标的制定,节能减排技术、能源综合利用技术越来越受到重视,第二类吸收式热泵不需要消耗热源即可回收工业余热,作为低品位余热利用高新技术具有广阔的发展前景,在节能降耗方面将发挥重要作用。
