蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组制备7 ℃冷冻水运行总结

李宽，侯方敏，苏武臣，胡红芝

(河南平煤神马东大化学有限公司,河南 开封 475003)

河南平煤神马东大化学有限公司(以下简称“东大化学”)整体搬迁一期项目于2020年11月完成并成功试车。由于建有自备电厂，富余蒸汽较多，故采用蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组制备各生产工序需要用的7 ℃冷冻水。

1 冷水机组工作原理

以溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，利用制冷剂在高真空下蒸发吸热制取7 ℃冷冻水。为使制冷过程能连续不断地进行下去，在吸收器中蒸发后的制冷剂蒸汽被溴化锂溶液吸收，溶液变稀。然后，在高压发生器中以蒸汽为热源，将溶液加热使其中制冷剂分离出来，溶液变浓。

1.1 制冷循环

溴化锂溶液从吸收器上部的淋板滴到冷却水管上，最后聚集到水盘，在这个过程中吸收从挡液板过来的制冷剂蒸汽。同时，溶液由刚进淋板的浓溶液变成稀溶液，在正常情况下，质量分数为57%～58%，称为稀溶液。稀溶液经过低温热交换器、高温热交换器加热后，温度逐渐提高(130～140 ℃)，然后进入高压发生器。在高压发生器，稀溶液继续加热，制冷剂蒸汽从稀溶液中分离出来，稀溶液变为中间溶液(60%～61%)，中间溶液经过高温热交换器，温度降低(约为84 ℃)，然后送至低压发生器。

吸收液经泵由吸收器送至高压发生器。高压发生器压力约为994 kPa，低压发生器压力约为7 kPa，中间溶液依靠压力差从高压发生器流向低压发生器。在低压发生器中，制冷剂蒸汽加热从高压发生器过来的中间溶液，变为低温制冷剂蒸汽，同时中间溶液变为浓溶液(质量分数约为63%)。

浓溶液经过低温热交换器温度降低(为52～53 ℃)后又回到吸收器。浓溶液流回吸收器的动力由低压发生器与吸收器之间的压力差或浓溶液泵提供。

1.2 制冷剂循环

制冷剂在蒸发器里被蒸发，吸收12 ℃冷冻水的热量，使其温度降低到7 ℃。制冷剂蒸汽在吸收器被吸收液吸收，然后送至高压发生器。在高压发生器被加热后由溶液上部分离出来形成制冷剂蒸汽，通过制冷剂管进入低压发生器，在低压发生器内作为热源加热中间溶液。降温后的制冷剂蒸汽在冷凝器内被循环水冷凝成液态制冷剂，再回到蒸发器，进行循环。

图1 蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组工作原理示意图

2 冷水机组结构

(1)蒸发器。蒸发器是由铜管、滴淋装置、泵、水室、连接吸收器的挡液板等组成，压力为0.8 kPa，制冷剂在4 ℃蒸发吸收12 ℃冷冻水热量，使12 ℃冷冻水温度降至7 ℃，制冷剂蒸汽通过挡液板在吸收器内被吸收。

(2)吸收器。吸收器由溶液泵、滴淋装置、冷却水管、挡液板等组成。从低温发生器来的浓溶液在吸收器上部均匀滴落，吸收了从蒸发器过来的制冷剂蒸汽，本身的浓度降低。由于吸收是一个放热过程，用循环水把吸收过程中放出的热量带走。热量包括两部分：一部分是由12 ℃冷冻水传递给制冷剂蒸汽，再由制冷剂蒸汽传递给吸收液；另一部分是从低温热交换器来的浓溶液带来的热量。低压发生器与吸收器之间设置溢流管，当溴化锂溶液发生结晶时，浓溶液通过溢流管流入吸收器，使吸收器温度升高，结晶融化。

(3)高压发生器。稀溶液通过溶液泵输送至高压发生器，通过蒸汽加热产生制冷剂蒸汽，这时内部压力约为994 kPa，产生的制冷剂蒸汽进入低压发生器的管程，中间浓度的溶液借助高压发生器和低压发生器之间的压力差，从高压发生器流入低压发生器。

(4)低压发生器。低压发生器由铜管、连接冷凝器的挡液板等组成，来自高压发生器的中间溶液在铜管的外侧和铜管里面的制冷剂蒸汽进行换热，中间溶液被蒸发，浓缩成浓溶液，浓溶液经过低温热交换器至吸收器，制冷剂蒸汽在冷凝器中冷凝成液态制冷剂，再被收集到冷凝器的水囊。

(5)冷凝器。冷凝器由铜管、挡液板等组成，冷凝器内循环水冷凝来自低压发生器的制冷剂蒸汽，冷凝后的液态制冷剂流入蒸发器。

(6)高、低温热交换器。换热器均为板式结构，主要是用来提高热交换效率。

3 冷冻水工艺流程

来自外管网的脱盐水经进水调节阀向冷冻水罐内注入，冷冻水罐内的液位与进水调节阀联锁，当达到一定的液位后，进水阀自动关闭，低于设定液位时，进水阀门会自动开启，继续向冷冻水罐内注水。

正常运行时，来自外管网的12 ℃左右冷冻回水先进入冷冻水罐，冷冻水罐内的水经冷冻水泵加压送入冷水机组内进行制冷，得到的7 ℃左右冷冻上水通过外管网送至氯碱装置和氯乙酸装置使用，经热交换器换热后的12 ℃左右冷冻回水再经外管网回流到冷冻水罐循环利用。来自自备电厂的0.9 MPa蒸汽先经蒸汽减温减压器减压至0.8 MPa，然后进入7 ℃冷水机组作为热源蒸发稀溴化锂溶液，产生的凝结水外排。

冷冻水工艺流程如图2所示。

图2 冷冻水生产工艺流程

4 运行过程中出现的问题及解决措施

4.1 减温减压器不能正常使用

由于脱盐水压力仅有60 kPa，满足不了减温减压器的进水要求，不能向阀体内喷入脱盐水，蒸汽的温度降低不到冷水机组进汽需要的温度。为了解决这个问题，在冷水机组前面增加蒸汽分配台，通过操作人员调节蒸汽流速提供冷水机组所需热量。

4.2 循环水温度波动范围大

当循环水温度太低时，在低温热交换器里，来自低压发生器的高温溴化锂浓溶液与去高压发生器的低温溴化锂稀溶液交换热量，导致溴化锂浓溶液温度降低到结晶点以下，溶液发生结晶，冷水机组的微电脑控制系统检测到晶体后自动打开能量阀，融化结晶；结晶过严重时，控制系统报警或机组停车。故冷水机组对循环水温度要求较严格(波动范围26～29 ℃)。

当循环水温度过高时，溴化锂溶液结晶也会发生。从理论上讲，当溴化锂溶液温度高时结晶不会发生。然而，循环水的高温会提高冷水机组的整体压力，高压发生器的压力升得更高，这导致里面的溴化锂溶液浓度提高过多。低压发生器和吸收器之间压力差降低，影响溴化锂溶液的平稳流动，来自低压发生器的高温溴化锂浓溶液在低温热交换器里停留时间延长。最终，在吸收器中浓度过高的溴化锂溶液出现结晶。

2020年冷水机组刚启动时，由于开封冬季气温较低，循环水进口温度较长时间在15～18 ℃波动，造成溴化锂溶液结晶，虽然用蒸汽吹扫冷水机组后，问题得到解决，但这为机组的平稳运行埋下隐患。考虑到开封地区夏季气温会长期保持在30 ℃以上，循环水站给水温度会达到32 ℃以上，不能满足冷水机组用水要求。综合考虑到全年循环水给水温度波动范围，东大化学决定在冷水机组前安装一台换热器。通过7 ℃冷冻水和中压蒸汽来调节进入机组的循环水温度在规定范围内，保证机组平稳运行。

5 运行效果

经过半年的运行摸索，根据冷水机组的运行特点，东大化学动力水处理分厂严格操作管理，冷水机组运行平稳、安全，充分发挥了溴化锂冷水机组操作方便、智能化程度高、效率高、体积小的优点。机组运行后，不仅降低了制取7 ℃冷冻水的成本，而且消耗了发电后副产的大量蒸汽，为东大化学生产系统的稳定运行提供了保障。下一步，东大化学将对减温减压器前的脱盐水进行改造，使减温减压器发挥更大作用。