蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組制備7 ℃冷凍水運行總結

李寬，侯方敏，蘇武臣，胡紅芝

(河南平煤神馬東大化學有限公司,河南 開封 475003)

河南平煤神馬東大化學有限公司(以下簡稱“東大化學”)整體搬遷一期項目于2020年11月完成并成功試車。由于建有自備電廠，富余蒸汽較多，故采用蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組制備各生產工序需要用的7 ℃冷凍水。

1 冷水機組工作原理

以溴化鋰溶液為吸收劑，水為制冷劑，利用制冷劑在高真空下蒸發吸熱制取7 ℃冷凍水。為使制冷過程能連續不斷地進行下去，在吸收器中蒸發后的制冷劑蒸汽被溴化鋰溶液吸收，溶液變稀。然后，在高壓發生器中以蒸汽為熱源，將溶液加熱使其中制冷劑分離出來，溶液變濃。

1.1 制冷循環

溴化鋰溶液從吸收器上部的淋板滴到冷卻水管上，最后聚集到水盤，在這個過程中吸收從擋液板過來的制冷劑蒸汽。同時，溶液由剛進淋板的濃溶液變成稀溶液，在正常情況下，質量分數為57%～58%，稱為稀溶液。稀溶液經過低溫熱交換器、高溫熱交換器加熱后，溫度逐漸提高(130～140 ℃)，然后進入高壓發生器。在高壓發生器，稀溶液繼續加熱，制冷劑蒸汽從稀溶液中分離出來，稀溶液變為中間溶液(60%～61%)，中間溶液經過高溫熱交換器，溫度降低(約為84 ℃)，然后送至低壓發生器。

吸收液經泵由吸收器送至高壓發生器。高壓發生器壓力約為994 kPa，低壓發生器壓力約為7 kPa，中間溶液依靠壓力差從高壓發生器流向低壓發生器。在低壓發生器中，制冷劑蒸汽加熱從高壓發生器過來的中間溶液，變為低溫制冷劑蒸汽，同時中間溶液變為濃溶液(質量分數約為63%)。

濃溶液經過低溫熱交換器溫度降低(為52～53 ℃)后又回到吸收器。濃溶液流回吸收器的動力由低壓發生器與吸收器之間的壓力差或濃溶液泵提供。

1.2 制冷劑循環

制冷劑在蒸發器里被蒸發，吸收12 ℃冷凍水的熱量，使其溫度降低到7 ℃。制冷劑蒸汽在吸收器被吸收液吸收，然后送至高壓發生器。在高壓發生器被加熱后由溶液上部分離出來形成制冷劑蒸汽，通過制冷劑管進入低壓發生器，在低壓發生器內作為熱源加熱中間溶液。降溫后的制冷劑蒸汽在冷凝器內被循環水冷凝成液態制冷劑，再回到蒸發器，進行循環。

圖1 蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組工作原理示意圖

2 冷水機組結構

(1)蒸發器。蒸發器是由銅管、滴淋裝置、泵、水室、連接吸收器的擋液板等組成，壓力為0.8 kPa，制冷劑在4 ℃蒸發吸收12 ℃冷凍水熱量，使12 ℃冷凍水溫度降至7 ℃，制冷劑蒸汽通過擋液板在吸收器內被吸收。

(2)吸收器。吸收器由溶液泵、滴淋裝置、冷卻水管、擋液板等組成。從低溫發生器來的濃溶液在吸收器上部均勻滴落，吸收了從蒸發器過來的制冷劑蒸汽，本身的濃度降低。由于吸收是一個放熱過程，用循環水把吸收過程中放出的熱量帶走。熱量包括兩部分：一部分是由12 ℃冷凍水傳遞給制冷劑蒸汽，再由制冷劑蒸汽傳遞給吸收液；另一部分是從低溫熱交換器來的濃溶液帶來的熱量。低壓發生器與吸收器之間設置溢流管，當溴化鋰溶液發生結晶時，濃溶液通過溢流管流入吸收器，使吸收器溫度升高，結晶融化。

(3)高壓發生器。稀溶液通過溶液泵輸送至高壓發生器，通過蒸汽加熱產生制冷劑蒸汽，這時內部壓力約為994 kPa，產生的制冷劑蒸汽進入低壓發生器的管程，中間濃度的溶液借助高壓發生器和低壓發生器之間的壓力差，從高壓發生器流入低壓發生器。

(4)低壓發生器。低壓發生器由銅管、連接冷凝器的擋液板等組成，來自高壓發生器的中間溶液在銅管的外側和銅管里面的制冷劑蒸汽進行換熱，中間溶液被蒸發，濃縮成濃溶液，濃溶液經過低溫熱交換器至吸收器，制冷劑蒸汽在冷凝器中冷凝成液態制冷劑，再被收集到冷凝器的水囊。

(5)冷凝器。冷凝器由銅管、擋液板等組成，冷凝器內循環水冷凝來自低壓發生器的制冷劑蒸汽，冷凝后的液態制冷劑流入蒸發器。

(6)高、低溫熱交換器。換熱器均為板式結構，主要是用來提高熱交換效率。

3 冷凍水工藝流程

來自外管網的脫鹽水經進水調節閥向冷凍水罐內注入，冷凍水罐內的液位與進水調節閥聯鎖，當達到一定的液位后，進水閥自動關閉，低于設定液位時，進水閥門會自動開啟，繼續向冷凍水罐內注水。

正常運行時，來自外管網的12 ℃左右冷凍回水先進入冷凍水罐，冷凍水罐內的水經冷凍水泵加壓送入冷水機組內進行制冷，得到的7 ℃左右冷凍上水通過外管網送至氯堿裝置和氯乙酸裝置使用，經熱交換器換熱后的12 ℃左右冷凍回水再經外管網回流到冷凍水罐循環利用。來自自備電廠的0.9 MPa蒸汽先經蒸汽減溫減壓器減壓至0.8 MPa，然后進入7 ℃冷水機組作為熱源蒸發稀溴化鋰溶液，產生的凝結水外排。

冷凍水工藝流程如圖2所示。

圖2 冷凍水生產工藝流程

4 運行過程中出現的問題及解決措施

4.1 減溫減壓器不能正常使用

由于脫鹽水壓力僅有60 kPa，滿足不了減溫減壓器的進水要求，不能向閥體內噴入脫鹽水，蒸汽的溫度降低不到冷水機組進汽需要的溫度。為了解決這個問題，在冷水機組前面增加蒸汽分配臺，通過操作人員調節蒸汽流速提供冷水機組所需熱量。

4.2 循環水溫度波動范圍大

當循環水溫度太低時，在低溫熱交換器里，來自低壓發生器的高溫溴化鋰濃溶液與去高壓發生器的低溫溴化鋰稀溶液交換熱量，導致溴化鋰濃溶液溫度降低到結晶點以下，溶液發生結晶，冷水機組的微電腦控制系統檢測到晶體后自動打開能量閥，融化結晶；結晶過嚴重時，控制系統報警或機組停車。故冷水機組對循環水溫度要求較嚴格(波動范圍26～29 ℃)。

當循環水溫度過高時，溴化鋰溶液結晶也會發生。從理論上講，當溴化鋰溶液溫度高時結晶不會發生。然而，循環水的高溫會提高冷水機組的整體壓力，高壓發生器的壓力升得更高，這導致里面的溴化鋰溶液濃度提高過多。低壓發生器和吸收器之間壓力差降低，影響溴化鋰溶液的平穩流動，來自低壓發生器的高溫溴化鋰濃溶液在低溫熱交換器里停留時間延長。最終，在吸收器中濃度過高的溴化鋰溶液出現結晶。

2020年冷水機組剛啟動時，由于開封冬季氣溫較低，循環水進口溫度較長時間在15～18 ℃波動，造成溴化鋰溶液結晶，雖然用蒸汽吹掃冷水機組后，問題得到解決，但這為機組的平穩運行埋下隱患。考慮到開封地區夏季氣溫會長期保持在30 ℃以上，循環水站給水溫度會達到32 ℃以上，不能滿足冷水機組用水要求。綜合考慮到全年循環水給水溫度波動范圍，東大化學決定在冷水機組前安裝一臺換熱器。通過7 ℃冷凍水和中壓蒸汽來調節進入機組的循環水溫度在規定范圍內，保證機組平穩運行。

5 運行效果

經過半年的運行摸索，根據冷水機組的運行特點，東大化學動力水處理分廠嚴格操作管理，冷水機組運行平穩、安全，充分發揮了溴化鋰冷水機組操作方便、智能化程度高、效率高、體積小的優點。機組運行后，不僅降低了制取7 ℃冷凍水的成本，而且消耗了發電后副產的大量蒸汽，為東大化學生產系統的穩定運行提供了保障。下一步，東大化學將對減溫減壓器前的脫鹽水進行改造，使減溫減壓器發揮更大作用。