淺談溴化鋰制冷技術(shù)在化肥生產(chǎn)中的節(jié)能降耗

段錢(qián)勝　汪佳平　韓旭

摘 要：中國(guó)是世界農(nóng)業(yè)大國(guó)之一，因此也成為了最大的化肥消耗和生產(chǎn)國(guó)家，根據(jù)調(diào)查顯示我國(guó)的化肥總產(chǎn)量占世界33%以上，其中氮肥的總量超過(guò)了70%，氮肥生產(chǎn)過(guò)程中所需要的原料和輔料均直接來(lái)源于能源，其能源消耗成本占總生產(chǎn)成本的近七成左右，因此化肥生產(chǎn)行業(yè)也屬于典型的高能耗行業(yè)。但隨著現(xiàn)代國(guó)際能源危機(jī)的日益加重，能源價(jià)格逐漸上升，也使得我國(guó)化肥生產(chǎn)過(guò)程中能源供應(yīng)缺乏問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。對(duì)化肥生產(chǎn)進(jìn)行節(jié)能降耗已經(jīng)迫在眉睫，本文結(jié)合某化肥廠現(xiàn)有工藝，來(lái)分析溴化鋰制冷技術(shù)在化肥廠的合成氨工藝段的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：溴化鋰制冷機(jī)組；低溫余熱；經(jīng)濟(jì)效益

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.028

1 溴化鋰吸收式制冷機(jī)組

溴化鋰吸收制冷技術(shù)是一種利用熱能為驅(qū)動(dòng)力，以水資源為制冷劑，并且利用溴化鋰的水溶液作為吸收劑的一種制冷技術(shù)。該機(jī)組可分為單效式和雙效式。在溴化鋰吸收制冷過(guò)程中，由于溴化鋰自身的沸點(diǎn)可以達(dá)到1265℃，因此難以產(chǎn)生揮發(fā)反應(yīng)，而在工作時(shí)其溶液表面所產(chǎn)生的氣泡和蒸汽則可以認(rèn)為是純粹的水蒸氣。在溫度已定的條件下，溴化鋰水溶液表面的水蒸氣飽和分壓是低于實(shí)際純水的飽和分壓的，并且溴化鋰的濃度越高，其水蒸氣的飽和分壓越小，蒸發(fā)能力越好。因此在同一溫度下，如果溴化鋰濃度越高，那么其水分的吸收能力也就越強(qiáng)，就能夠起到制冷的作用，這也是將水作為制冷劑的原理。

該技術(shù)的設(shè)備主要由發(fā)生、冷凝、蒸發(fā)、吸收、循環(huán)以及熱換等設(shè)備構(gòu)成。其設(shè)備運(yùn)行時(shí)，當(dāng)溴化鋰水溶液在發(fā)生設(shè)備中吸收熱媒水的熱量后，其溶液中的水分就會(huì)被不斷汽化；而當(dāng)溴化鋰水溶液中水分隨蒸汽散失后，其內(nèi)部溴化鋰濃度就會(huì)不斷上升，因此進(jìn)入了吸收設(shè)備當(dāng)中，而水蒸氣則進(jìn)入冷凝設(shè)備，并且直接被冷凝成水溶液，形成高壓低溫水溶液；當(dāng)這部分水被調(diào)節(jié)閥輸送到蒸發(fā)器內(nèi)時(shí)，就會(huì)受熱迅速膨脹并蒸發(fā)，此時(shí)蒸發(fā)所需熱量就是由蒸發(fā)設(shè)備內(nèi)冷媒水提供的，進(jìn)而獲得降溫和制冷的效果；低溫水蒸氣會(huì)進(jìn)入到吸收設(shè)備內(nèi)，被溴化鋰溶液吸收，進(jìn)而導(dǎo)致其濃度降低，然后經(jīng)由循環(huán)設(shè)備的輸送重新范圍發(fā)生設(shè)備，完成整個(gè)制冷的過(guò)程。換熱設(shè)備則主要是為了有效節(jié)省加熱稀溶液的熱量，進(jìn)一步提升該系統(tǒng)中的熱效應(yīng)，保證發(fā)生設(shè)備中的高溫溶液和吸收設(shè)備中的低溫溶液能夠?qū)崿F(xiàn)熱量的交換。

2 合成氨工藝段目前現(xiàn)狀及解決方案

在夏季由于半水煤氣脫硫進(jìn)入清洗塔清洗，而清洗塔在烈日暴曬下，溫度高達(dá)40℃以上，半水煤氣在進(jìn)入壓縮機(jī)前，溫度過(guò)高達(dá)到水飽和狀態(tài)，從而使壓縮機(jī)處于“出工不出力”的狀態(tài)，合成氨產(chǎn)量大幅降低。

經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，決定通過(guò)尿素車(chē)間的調(diào)節(jié)水（原工藝通過(guò)冷卻循環(huán)水將高調(diào)水和中調(diào)水降至所需要的工藝要求，造成較大的熱源浪費(fèi)），采用溴化鋰制技術(shù)，吸收調(diào)節(jié)水熱量，制取冷凍水，用于在半水煤氣脫硫后進(jìn)入壓縮機(jī)一段入口前半水煤氣的冷卻，并且與組合列管式石墨換熱器聯(lián)合應(yīng)用，以達(dá)到節(jié)能降耗目的。管程走半水煤氣，殼程走溴化鋰制冷機(jī)組的冷凍水，可使半水煤氣脫硫后溫度降低10℃以上，始終使壓縮機(jī)保持滿負(fù)荷運(yùn)行，從而提高了合成氨產(chǎn)量，為企業(yè)帶來(lái)良好經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

之所以采用組合列管式石墨換熱器，其原因如下：

（1）半水煤氣含有一定量的硫化氫，具有腐蝕性。

（2）組合列管式石墨換熱器具有加高的穩(wěn)定性。對(duì)于大多數(shù)的化學(xué)介質(zhì)均具有很強(qiáng)的耐腐蝕度，尤其是含有氯離子的化學(xué)介質(zhì)，但其對(duì)于具有強(qiáng)氧化性的酸和堿沒(méi)有較高的耐腐蝕毒。

（3）具有較好的導(dǎo)熱性能，石墨本身的導(dǎo)熱系數(shù)在100W/m·K到110W/m·K之間，其導(dǎo)熱系數(shù)與銅、鋁等金屬相近。

（4）具有較好的熱穩(wěn)定性，自身膨脹系數(shù)較低，使用溫度可以達(dá)到150℃左右，受溫差的影響較小。

（5）石墨屬于非金屬，其外壁光滑程度高，并且和大多數(shù)化學(xué)介質(zhì)的親和度較低，不會(huì)對(duì)介質(zhì)造成污染，不容易阻塞管壁。

3 設(shè)計(jì)

以某化肥廠的30萬(wàn)噸/年合成氨生產(chǎn)線為例，半水煤氣流量約2440m3/min，溫度40℃，需要降溫至20℃。溴化鋰?yán)渌疁囟扔?0℃，升至18℃，溴化鋰熱源來(lái)之尿素生產(chǎn)線的調(diào)節(jié)水。

3.1 熱量計(jì)算

將半水煤氣在換熱設(shè)備中的溫度設(shè)為40℃，排出時(shí)溫度為20℃，兩種情況下飽和煤氣的總熱焓分別每立方米222.2KJ和78.46KJ，經(jīng)過(guò)計(jì)算可得：

煤氣在換熱器中放出的總熱量：2105.38×104 KJ/ h

煤氣在冷卻器中冷卻產(chǎn)生冷凝液量為：5336 KJ/ h

冷凝水帶走熱量為：69.53×104 KJ/ h

總需冷卻熱量（按2.5%熱量損失率計(jì)算）為：1983.22×104 KJ/ h

3.2 換熱器計(jì)算

對(duì)數(shù)平均溫差為15℃，石墨換熱器在半水煤氣中K值（傳熱系數(shù)）取400 - 600KJ/（㎡ h℃）之間，其符合實(shí)際測(cè)量值，獲得K為500KJ/（㎡ h℃），對(duì)面積進(jìn)行計(jì)算：

換熱器換熱面積A石墨為2644㎡，加上一定的設(shè)計(jì)余量為3300㎡。

4 成本及效益分析

石墨換熱器與溴化鋰機(jī)組設(shè)備投資350萬(wàn)元，管道等其它費(fèi)用150萬(wàn)元；根據(jù)克拉伯龍方程所得，將壓縮機(jī)內(nèi)的進(jìn)氣溫度降低，就能夠提升其打氣量。按降低10℃計(jì)算，可增加輸氣量為3%。即30萬(wàn)噸/年合成氨生產(chǎn)線每天氨產(chǎn)量增加30 t以上，按平均日增產(chǎn)25t 計(jì)，高溫季節(jié)按150 天計(jì)算，則每年增加合成氨產(chǎn)量25×150=3750t，按合成氨價(jià)格2200 元/t，噸氨耗煤棒760×1.55=1178 元，噸氨其它費(fèi)用80元。每年增加效益為（2200-1178-80）×3750=353.25 萬(wàn)元。

5 結(jié)論

綜上所述，采用溴化鋰制冷技術(shù)通過(guò)尿素工藝段的調(diào)節(jié)水制取冷水，應(yīng)用于降低壓縮機(jī)一段進(jìn)口的半水煤氣的溫度，提高氨合成系統(tǒng)的冷卻效率，增加壓縮機(jī)打氣量，提高了合成氨的產(chǎn)量，達(dá)到了節(jié)能減排、降耗、增產(chǎn)增效目的，給企業(yè)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為國(guó)家節(jié)約大量能源，有力于推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：段錢(qián)勝（1987-），男，湖北武漢人，本科，工程師，主要從事：機(jī)械設(shè)計(jì)以及余熱利用。