联碱装置低温余热制冷技术的研究

赵赛

（渤化永利化工股份有限公司，天津300452）

1 联碱冰机运行现状

我公司氯化铵生产装置需要大量的冷量，目前是利用液氨与制碱母液换热后，气氨经螺杆压缩机压缩冷凝成液氨后循环使用。现有3台电机功率为1700kW的WBII1080E螺杆压缩机，制冷量为6000kW/台。冰机设计用电为压缩每t氨耗电量84.41kW·h，2017年12月26日~2018年12月25日产量为631820tt/a，冰机耗电25447680 kW·h，冰机电耗40.28 kW·h/tt，按计算每t产品压缩氨量0.4292t/t，压缩每t氨耗电量40.28/0.4292=93.85 kW·h/t，因此螺杆压缩机运行过程中耗电量大，严重影响了生产成本[2]。

2 低位热能情况

公司有大量的低位热能（如蒸汽凝液、乏汽等），温度高，需要循环水进行冷却后才能利用，造成资源的浪费。煅烧炉装置可提供热水温度160℃，余热制冷出口热源最低利用温度90℃，流量157 T/h，160℃热水焓值为6754 kJ/kg，90℃热水焓值3768 kJ/kg，则：

可利用热量Q1为：Q1=（6754-3768）×157000/3600=13022kW

通过使用吸收式制冷技术，转化效率按照0.52计算，可以生产出的冷量为（5℃）：

Q冷1=13022×0.52=6771 kW

3 TC工质吸收式制冷

吸收式制冷是在低温低压的条件下，利用液态制冷剂汽化来达到制冷的最终目的。蒸汽压缩式制冷靠消耗机械功或者电能实现热量从低温向高温转移；而吸收式制冷是靠消耗热能完成这种过程的。

3.1 与溴化锂吸收式制冷的不同

现在常有的很少一部分的低温余热是利用溴化锂吸收式制冷解决的。溴化锂系统可以利用低位热能,制取7℃以上冷量，可广泛应用于民用空调等领域，但是无法应用于大量存在的0℃以下制冷需求的工业领域。很大部分低温余热无法利用，而且这其中大多还需要专门的能源来给这部分余热冷却，以满足后续工艺的使用要求[3]。

TC多元工质热驱动冷冻机组从根本上解决了溴化锂系统的不足，同时在相同热源温度的情况下，将制冷深度由7℃拓展至-40℃，大大增加了制冷的效果，实现吸收式制冷行业的工艺技术的创新和进步。TC多元工质具有稳定性强、无水无油无需分离、长期运行无衰减的特点，可广泛应用于化工、材料、冶炼、医药等具有0℃以下制冷需求的领域，比压缩式制冰机节约90%以上的电耗。

3.2 工艺原理和特点

TC多元工质选用NH3作为制冷剂，具有蒸发潜热大、制冷效果好、廉价易得、纯天然工质、绿色环保的优势，因此可以作为一种性能良好的制冷剂应用于当代的化工生产中。

选用多元氨盐溶液的气相可以认为是纯氨气，提高了系统的效率，同时在热力学性质方面也存在其他优势。

TC多元工质吸收式制冷可分为两个子循环：①多元溶液循环：富氨溶液从吸收器出来进入发生器中，然后逐步加热使溶液沸腾，此时会分离出大量的氨气，氨气被送入到冷凝器中，低温冷凝成液氨，液氨最后再进入到蒸发器中蒸发制冷达到目的。而发生器中的富氨溶液蒸发掉部分氨后变为贫氨溶液，换热之后会回到吸收器，从蒸发器过来的氨气会与吸收器顶部喷淋的贫氨溶液接触，并且溶于贫氨溶液中，此过程会增加贫氨溶液的浓度，使贫氨溶液重新变为富氨溶液，重新进入发生器，形成多元溶液循环的整个过程[4]。②氨气循环：由发生器出来的氨蒸汽进入冷凝器，通过水冷方式冷凝，然后凝结成液氨进入蒸发器，在蒸发器内蒸发后体积膨胀，然后经过蒸发器和吸收器之间的管道进入吸收器，与吸收器顶部喷淋的贫氨溶液接触，并不断被贫氨溶液吸收，然后形成富氨溶液进入发生器再加热沸腾至产生氨蒸汽，由此形成整个氨气循环。

3.3 工艺流程

吸收式制冷系统的基本组成部件包括发生器、蒸发器、吸收器、冷凝器和溶液热交换器以及溶液循环泵等。

富氨溶液从吸收器底部出来，然后和发生器出来的贫氨溶液进行换热，再循环进入发生器，被加热至沸腾状态，此时分离出大量氨气，形成了发生器底部的贫氨溶液，然后通过与溶液热交换器和吸收器过来的富氨溶液进行换热，再回到吸收器顶部[5]。

从发生器中蒸发出来的纯氨气进入到冷凝器，冷凝成液氨，然后进入蒸发器扩散蒸发产生制冷效果；氨气再回到吸收器中被贫氨溶液吸收成为富氨溶液循环使用。

4 经济效益分析

4.1 装置自耗电

余热制冷装置自耗电255.5 kW/h，全年运行8000h，在相同制冷量前提下，余热制冷机组为氨压缩配套的蒸发式冷凝器与电驱式冰机配套的蒸发式冷凝器耗电相同，此处能耗的计算相互抵消[6]。

余热装置增加全年电耗费用为1,267,280元（不含税电价0.62元/kW·h）

4.2 循环冷却水耗

循环水系统的用水总量约为1150m3/h，按1%计算蒸发量，补充水量约为11.5 m3/h。

余热制冷机组与电驱式冰机配套的蒸发式冷凝器相同，其补充水量也相同，此处相互抵消。

机组每年消耗水的水费为（水费按照7.0元/t计）644,000元

4.3 螺杆冰机电耗费用

双t产品冰机电耗为39.59°/tt；每100tt产品，共需要氨75.92t，外供氨33t，冰机外冷间循环氨共42.92t。

制每t液氨电费为57.19元。1a运行8000h，1h生产液氨22t，总年耗电费为10,065,379元。

4.4 年节约费用计算公式

C年节约量=C原冰机耗电费-C新建机组增加电费-C新建机组补水=8,154,099元。

综上，采用余热制冷机组取代原有机组后，1a可节约各项费用总计815.4万元，以余热制冷机组设计使用年限15a计，节能收益可达12231万元。

5 结论

近几年国家对环保越来越重视，以政策为准绳，不断完善工艺技术，成为每个化工企业亟需解决的问题。余热制冷技术替代联碱冰机，充分利用低温蒸汽等低温余热资源，提高了系统的效率，并且大大减少了整体用电量，减少温室气体的排放，实现了绿色能源的全新理念，具有较好的经济效益和社会效益[7]。