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1、吸收式制冷机在化工企业的应用吸收式制冷机在化工企业的应用1 1 氮肥行业能耗现状氮肥行业能耗现状中国是世界上最大的化肥生产和消费国，到 2004 年年底，我国合成氨年产能达到 42220kt，但吨 氨能耗却与国际先进水平相差了 600700kg 标煤。国内化工行业的五大高耗能产业中，合成氨耗能占 总量的 40，单位能耗比国际先进水平高 31.2。2005 年，国家发改委颁布的国家节能中长期规划，已将合成氨列为节能降耗的重点领域和重 点工程。根据规划要求，未来 15 年，国家一方面将加快推进以洁净煤或天然气替代石油合成氨的工业 改造，以节约宝贵的石油资源；另一方面将大力推动节能降耗技术的开发和推
2、广应用，将大型合成氨单 位能耗由目前的 1372 kg 标准煤/t 降低到 1000kt 标准煤/t。到 2010 年，合成氨行业节能目标是：能 源利用效率由目前的 42提高到 45.5，实现节能 57005850kt 标煤，减少排放二氧化碳 1377014130kt。因此，进一步加快合成氨装置的节能改造，已成为众多大化肥生产企业节能降耗的必 经之路。 2 2 吸收式制冷机在氮肥行业节能降耗方面的可行性吸收式制冷机在氮肥行业节能降耗方面的可行性余热是在一定生产工艺条件下，系统中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温 废气余热，冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反
3、应余热、可燃废气废液和废料 余热以及高压流体余压等。合成氨及尿素合成过程都是放热反应，都会生产大量的废(余)热，目前行业内已采用余热锅炉，热 交换器热回收等方式利用了部分高温废热源。而部分低温热源由于品位较低没有有效利用。合成氨和尿素生产过程中，氨分离、半水煤气降温、碳丙液冷却等工艺都需要大量低温冷水，有些 企业采用氨压缩制冷机或冰机提供冷水，消耗了大量的电能，增加了企业生产成本，而如果不采用冰机 提供冷水，生产效率低，尤其在夏季会严重影响产能，同样也造成生产能耗高，生产成本高。而溴化锂吸收式制冷机可以利用低品位的热能，通过机组制取 5以上的低温冷水。将溴化锂吸收 式制冷机车合成氨和尿素生产工
4、艺中使用，一方面可以充分利用生产过程的大量废热，另一方面则可以 提供生产工艺需要的冷水，减少冰机电耗，提高产量。因此在氮肥行业利用溴化锂吸收式制冷机进行节 能降耗是完全可行的。 3 3 吸收式制冷机在氮肥行业节能降耗中的应用吸收式制冷机在氮肥行业节能降耗中的应用由于溴化锂吸收式制冷可利用废热制取低温冷水，国内部分企业已在实际生产工艺中进行了应用。 3.1 河南心连心化工有限公司利用热水两段型吸收式制冷机进行节能降耗河南心连心化工有限公司(原河南省新乡化肥总厂)，位于河南省新乡市，是中原地区著名的化肥企业。主要产品产能为合成氨 300kta，尿素 600kta，尿基复合肥 600kta。该公司在
5、 2004 年技改中就采用了 1 台制冷量为 350 万 kcalh 的热水两段型溴化锂吸收式冷水机 组，利用尿素生产过程中水冷器产生的 110余热水，通过机组制取出 6冷冻水，用于合成氨生产过 程中的氨分离和半水煤气冷却.生产工艺流程见图 1。废热来源：尿素生产工艺中的废热水，需要被冷却后循环使用。热量：废热水从 110降至 75，流量 133t/h，放出热量 5430kW。机组制冷量：冷水从 16降低到 6，流量 350t/h，制冷量 4070kW。该公司通过技术改造利用了原来被循环冷却水带走的热量，通过溴化锂制冷机制取出的冷水作为合 成冷却水，提高了氨分离效果，用溴化锂吸收式冷水机组部分
6、替代原来的氨冷和冰机。同时通过冷水使 半水煤气的温度维持的 1618之间，提高了压缩机的效率，生产波动小，连续运行水平提高，增产 效果明显。通过 1 年的实际使用，年可产生经济效益 500 万元。因此，2005 年和 2006 年该公司又陆续订购了 两台热水两段型溴化锂吸收式冷水机组用于所有装置的生产工艺上。 3.2 山西丰喜肥业(集团)股份有限公司山西丰喜肥业(集团)股份有限公司，总部在山西省运城市，是山西省最大的合成氨、尿素、甲醇生 产企业。年产合成氨 350kt，尿素 300kt，碳氨 650kt。该公司采用了 1 台制冷量为 250 万 kcalh 的热水两段型溴化锂吸收式冷水机组，利
7、用尿素生产过 程中 130蒸汽冷凝液，通过机组制取出 7冷冻水，用于合成氨生产过程中的氨分离和半水煤气、原料气的冷却。其生产工艺流程见图 2。废热来源：尿素生产工艺中的蒸汽凝液，被利用后再送往锅炉房。废热量：蒸汽凝液水从 130降至 68，流量 75t/h，放出热量 5410kW。机组制冷量：冷水从 16降低到 6，流量 350t/h，制冷量 4070kW。通过在半脱后氢氮压缩机前安装了换热设备及热水二段型溴化锂吸收式冷水机组，投运后有 3 项收 效：一是尿素冷凝液的热源先满足溴化锂工艺需要后再送往锅炉，热能得到充分利用；二是用溴化锂制 冷机产生的冷水作为合成循环冷却水，提高合成氨分离效果，降
8、低氨冷、冰机负荷，电耗下降明显；三 是原料气温度由 2730降至 1113，生产波动小，连续运行水平提高，增产效果明显。在气温较 高的 59 月份，增产率为 4.89，气温较低的 10 月份，增产率为 33.3，月增产合成氨 400 余 t，年增加收益 800 万元以上。 3.3 山东瑞星化工有限公司(原山东省瑞星化学工业集团总公司)山东瑞星化工有限公司是以尿素(600kta)、医药原料、生物化工、有机化工为主业的国有大型企 业。该公司 2006 年技术改造中使用了 1 台制冷量为 350 万 kcalh 的热水两段型溴化锂吸收式冷水机 组，利用尿素生产过程中 100热脱盐水，通过机组制取出
9、10冷冻水，用于合成氨生产过程中的氨分 离和半水煤气的冷却。其生产工艺流程见图 3。废热来源：尿素生产工艺中的蒸汽凝液，被利用后再送往锅炉房。废热量：蒸汽凝液水从 130降至 68，流量 53.8t/h，放出热量 3872kW。机组制冷量：冷水从 16降低到 6，流量 350t/h，制冷量 4070kW。该公司通过技术改造利用了原来被循环冷却水带走的热脱盐水的热量，通过溴化锂制冷机制取出的 冷水进入氨分离器，提高了氨分离效果。同时通过冷水使降低半水煤气的温度，可提高了夏季压缩机的 效率，生产波动小，连续运行水平提高，增产效果明显。 3.4 河南颖青化工有限公司河南颖青化工有限公司是以化学肥料生
10、产、热电供应为主，兼有甲醇，甲醛等多种化工产品的综合 性化工企业。具有年产 120kt 合成氨、150kt 尿素、180kt 碳铵、甲醛 35kt、甲醇 20kt 的生产能力。该公司在生产工艺使用了 1 台制冷量为 200 万 kcalh 的热水单效型溴化锂吸收式冷水机组，利用 尿素生产过程中 90余热水，通过机组制取出 8冷冻水，用于合成氨生产过程中的氨分离和半水煤气 的冷却。其生产工艺流程见图 4。废热来源：尿素生产工艺中的 90余热水。废热量：余热水从 90降至 80，流量 280t/h，放出热量 3256kW。机组制冷量：冷水从 13降低到 8，流量 400t/h，制冷量 2330kW
11、。该公司通过技术改造利用了原来需要被冷却的循环系统余热水热量，通过溴化锂制冷机制取出的冷 水通过换热器降低半水煤气的温度，可提高了压缩机的效率，生产波动小，连续运行水平提高，增产效 果明显。 4 4 吸收式制冷机的原理和特点吸收式制冷机的原理和特点溴化锂吸收式冷水机组是以一种以热水、蒸汽，燃油、燃气以及各种废(余)为热源，制取 5冷水 的制冷设备。双良公司目前可以生产利用 65以上各种热源的溴化锂吸收式冷水机组。图 5 是热水型溴化锂制 冷机组的流程。溴化锂吸收式冷水机组利用水作为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，利用水在高真空下低沸点汽化， 吸收热量达到制冷的目的。机组由发生器、冷凝器、蒸发器、吸
12、收器和热交换器等结构和相应的屏蔽泵、真空泵等主要部件组 成。在蒸发器中，水在高真空状态下喷淋在冷水换热管表面汽化蒸发，吸收蒸发器管内冷水的热量，使 冷水温度降低。汽化产生的蒸汽进入吸收器，在吸收器中具有极强吸收水蒸汽能力的溴化锂浓溶液迅速 吸收蒸发器产生的水蒸汽，逐渐变成稀溶液，同时将吸收水蒸汽时释放的热量转移至冷却水中。不具备吸水性的溴化锂稀溶液被溶液泵输送到发生器中，被外部来的驱动热源加热浓缩，分离出冷 剂蒸汽，溶液浓度也由稀变浓，通过与稀溶液热交换后再次进入吸收器。而冷剂蒸汽则在冷凝器中被冷 却水冷凝成冷剂水，进入蒸发器。溴化锂制冷机组就是通过上述循环过程，不断运行来制取冷水。溴化锂制冷
13、机组的主要特点：(1)可利用生产工艺过程中的废(余)热制取冷水，节省了为获得低温冷水而需要消耗的电能等高品 位能源。(2)以水做制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，无臭、无毒，不存在像氨或氟里昂等对环境的影响，属 于绿色环保冷媒。(3)机组完全在真空状态运行，整个机组除了功率很小的屏蔽泵外，几乎没有运动部件，机组运行 安全可靠，使用寿命长。(4)机组操作使用方便，自动化程度高，易于管理。 5 5 吸收式制冷机在氮肥行业应用条件和特性吸收式制冷机在氮肥行业应用条件和特性5.1 吸收式制冷机的热源条件(见图 6)从图 6 可以看出双良公司可以利用 65以上的各种热源，包括热水、蒸汽、热油，或者是各种单 组
14、分和多组分气体，有机物料等等，但要求热源必须具有良好的流动性能。根据热源温度不同，可以采取各种不同结构型式的制冷机组，并根据热源腐蚀性，采用相适应材质 的换热管，还可以根据废热源允许的降温幅度和冷水进、出水温度等要求选择机组。 5.2 氮肥行业用吸收式制冷机的特性氮肥行业使用的溴化锂吸收式冷水机组属于工艺系统用冷设备，与传统的舒适性空调用制冷机组相 比，在热源条件和冷水使用条件都有很大区别。因此制冷机的设计和制造都应根据用户实际条件进行专 门的开发和生产。氮肥行业使用的溴化锂吸收式冷水机组主要有以下几个方面的特点：(1)废(余)热温度变化大由于合成氨和尿素生产过程中，实际生产的工艺条件及产量变
15、化都会引起废热源温度的波动，这就 要求溴化锂吸收式冷水机组，必须要能够适应热源温度的变化，保证机组在较大的热源温度波动范围内 能够正常运行。(2)冷水温度变化大、温差大由于合成氨和尿素生产过程中，实际生产的工艺条件及产量变化会引起冷水进出水温度的变化。这 也需要机组能够适应在较大的冷水温度波动范围内正常运行。同时考虑到减少流量降低水泵电功率等因素，冷水系统最好采用大温差(温差 715)设计，以达到进一步节能的目的。(3)机组运行要根据工艺系统工况变化进行调整随着季节和产量的变化，合成氨和尿素生产过程中产生的余热与工艺系统对制冷量的要求会发生变 化，普通舒适性空调用制冷机组，在外界制冷量变化时，
16、可以通过控制驱动热源来实现机组的制冷量调 节。而氮肥行业用制冷机所利用的部分余热，如：需要被冷却的热脱盐水、水冷器余热水等不能够因为 机组制冷量的变化，而影响到流量和温度变化。因此机组运行必须要适应生产工艺的变化要求，在制冷 量发生变化时需要通过机组的控制系统确保工艺系统不会受到制冷的影响而始终保持正常运行。(4)换热管材质和制造工艺的特殊要求氮肥生产工艺中大量的氨对传统换热材料铜管有很强的腐蚀性，因此在氮肥行业使用的溴化锂吸收 式冷水机组在换热管材质选择上有特殊的要求。根据余热热源、冷水系统及冷却水系统的实际情况。需 要考虑发生器、蒸发器以及吸收冷凝等部件采用不同的换热管。机组的制造需要采用特殊的生产工艺， 以保证换热管与管板的密封性能。江苏双良空调设备股份有限公司从 1985 年开始生产溴化锂吸收式冷水机组，受委托起草制订了溴 化锂吸收式冷水机组行业标准和蒸汽、热水型溴化锂吸收式制冷机国家标准。由于拥有行业唯一的国家 级企业
