王瑞良 周杰

（邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司  邯鄲  056015）

摘要：低溫循環(huán)氨水余熱制冷技術(shù)是近年來(lái)新興的一種節(jié)能新技術(shù)，本文簡(jiǎn)要介紹了循環(huán)氨水冷卻煤氣的機(jī)理，闡述了以循環(huán)氨水余熱為熱源的制冷機(jī)組在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，以及投用后的效益。本項(xiàng)目可操作性強(qiáng)，節(jié)能環(huán)保效益明顯，符合國(guó)家節(jié)能減排政策要求。

關(guān)鍵詞：循環(huán)氨水；制冷機(jī)；余熱利用；節(jié)能

1 背景材料

公司現(xiàn)有四座JNX70-2型焦?fàn)t，年產(chǎn)干全焦206萬(wàn)噸，于2008年2月28日建成投產(chǎn)。制冷系統(tǒng)原有5臺(tái)350萬(wàn)大卡蒸汽雙效吸收式溴化鋰制冷機(jī)組，每年夏季（4月25日至10月15日）用于廠區(qū)化產(chǎn)工藝?yán)鋮s換熱。原系統(tǒng)已運(yùn)轉(zhuǎn)10年，機(jī)組衰減嚴(yán)重，效率低下，反復(fù)維修，開(kāi)開(kāi)停停，直接影響化產(chǎn)系統(tǒng)正常生產(chǎn)；現(xiàn)該廠又新增脫硫脫硝、廢水深度處理等環(huán)保項(xiàng)目，需增加制冷水量15%。為解決廠內(nèi)夏季制冷，保化產(chǎn)系統(tǒng)正常生產(chǎn)，現(xiàn)采用以循環(huán)氨水為熱源的制冷技術(shù)對(duì)原制冷機(jī)組進(jìn)行改造，用余熱替代蒸汽，節(jié)能降耗，以滿足廠區(qū)用冷需求。

2 循環(huán)氨水在集氣管內(nèi)冷卻煤氣的機(jī)理

煤氣在橋管和集氣管內(nèi)冷卻，是用循環(huán)氨水通過(guò)噴頭強(qiáng)力噴灑。當(dāng)細(xì)霧狀的氨水與煤氣充分接觸時(shí)，由于煤氣溫度很高而濕度又很低，所以煤氣放出大量的顯熱，氨水大量蒸發(fā)，快速進(jìn)行著傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。傳熱過(guò)程取決于煤氣與氨水的溫度差，因煤氣的溫度高于循環(huán)氨水的溫度，所以熱量就從煤氣傳給氨水，從而使煤氣冷卻。傳質(zhì)過(guò)程的推動(dòng)力是循環(huán)氨水液面上的水氣分壓與煤氣中水氣分壓之差，因?yàn)檠h(huán)氨水液面上的水氣分壓大于煤氣中水氣分壓，所以氨水就部分蒸發(fā)，同時(shí)煤氣溫度急劇降低，以供給氨水蒸發(fā)所需潛熱。

煤氣在集氣管中冷卻時(shí)所放出的大部分熱量用于蒸發(fā)氨水 ( 約占75%～80%), 其余的熱量消耗于使氨水升溫( 約占 10%～15%) 和集氣管的散熱損失( 約占 10%) 。通過(guò)上述冷卻過(guò)程，煤氣溫度由 700 ℃～800℃降至 75 ℃～85 ℃, 同時(shí)有 60%左右的焦油氣冷凝下來(lái)，含在煤氣中的粉塵也被沖洗下來(lái) ，有煤焦油渣產(chǎn)生。由于煤氣冷卻主要是靠氨水蒸發(fā)吸收需要的相變熱，對(duì)循環(huán)氨水的溫度控制得好，才能使氨水噴灑的霧化程度較高，氨水蒸發(fā)量較大 ,從而使煤氣冷卻的效果好 ; 反之則差。進(jìn)入集氣管前的煤氣露點(diǎn)溫度同裝入煤的水分含量有關(guān)，當(dāng)裝入煤總水分為 10%～13%時(shí)，露點(diǎn)溫度約為 65 ℃～70 ℃, 為保證氨水蒸發(fā)的推動(dòng)力，進(jìn)口水溫應(yīng)高于煤氣露點(diǎn)溫度 5℃～10 ℃, 所以采用 70℃～80 ℃的循環(huán)氨水噴灑煤氣。再就是氨水是堿性的，能中和焦油酸，保護(hù)煤氣管道，同時(shí)氨水又有潤(rùn)滑性，便于焦油流動(dòng)，可以防止焦油因積聚而堵塞煤氣管道。我們?cè)诶醚h(huán)氨水余熱的過(guò)程中一定要保證回到焦?fàn)t噴灑的循環(huán)氨水溫度為 70 ℃以上。

北京煉焦化學(xué)總廠做了將循環(huán)氨水降到集氣管入口煤氣露點(diǎn)以下 5℃時(shí) ，焦?fàn)t集氣管里焦油堵塞及煤氣冷卻的試驗(yàn)。所得出的結(jié)論是 ：一般正常情況下 ，煤氣露點(diǎn)很少會(huì)低于 67℃～68℃，這時(shí)若有大量循環(huán)氨水噴灑沖洗 ，焦油仍保持較好的流動(dòng)性 ，焦油突然沉降下來(lái)堵塞煤氣管的情況不大可能發(fā)生^[1]。因此適當(dāng)降低循環(huán)氨水溫度 ，不會(huì)對(duì)煉焦生產(chǎn)帶來(lái)威脅。以上的理論與實(shí)踐提供了一個(gè)循環(huán)氨水余熱的溫度極限 ，即若能保證噴灑焦?fàn)t集氣管的循環(huán)氨水為 7O℃～75℃，就可以保證安全生產(chǎn)。而焦化廠循環(huán)氨水（從焦?fàn)t回來(lái)的回水）溫度維持在78±2℃之間。因此，適當(dāng)提取部分余熱做為其它用途是可行的。

3 循環(huán)氨水中可提取出的熱量

我廠現(xiàn)有四座 JNX70-2 型焦?fàn)t，全部配有上升管余熱回收。上升管余熱回收投運(yùn)后循環(huán)氨水溫度沒(méi)有明顯改變（實(shí)測(cè)循環(huán)氨水溫度：1#焦?fàn)t82℃、2#焦?fàn)t81℃，3#焦?fàn)t78℃、4#焦?fàn)t78℃），在循環(huán)氨水槽處實(shí)測(cè)循環(huán)氨水溫度經(jīng)常維持在78℃～82℃。機(jī)械化氨水澄清槽上部氨水靠自流進(jìn)入循環(huán)氨水中間槽, 再由循環(huán)氨水泵送至焦?fàn)t集氣管循環(huán)噴灑冷卻煤氣 , 而循環(huán)氨水余熱利用就是在循環(huán)氨水泵后通過(guò)分支管道經(jīng)制冷機(jī)換出73 ℃- 63℃=10 ℃（考慮上升管余熱回收影響）的余熱用于制冷。

循環(huán)氨水所能利用的為 :

Q=m×Cp×t=2000×103/3600×4.2×(73- 63)×3600 =8.4×107（W/h)=8.4×104（ＫW/h)

（式中 : m 為循環(huán)氨水流量， t/h； Cp 為氨水比熱Ｊ/Ｋg*℃； t 為溫度差: ℃）

折算為ＫＣal: 8.4×104÷4.184=2.0076×104（ＫＣal/h)=2007.6萬(wàn)大卡/h

機(jī)組 cop:0.8

理論可提供1600萬(wàn)大卡冷量。

4 以循環(huán)氨水為熱源的溴冷機(jī)改造方案　　

4.1備用蒸汽制冷機(jī)

原有5臺(tái)蒸汽型溴化鋰制冷機(jī)折舊處理，置換一臺(tái)蒸汽型溴化鋰制冷機(jī)（制冷量400萬(wàn)大卡/小時(shí)，型號(hào)：FG-71）作為備用。

4.2 制冷機(jī)組選型

溴化鋰吸收式制冷機(jī)組循環(huán)冷卻水溫度按32/40℃選取，制冷水為23/16℃，循環(huán)氨水進(jìn)出口溫度按：73/63℃計(jì)，總流量約為：2000t/h ，機(jī)組cop:0.8，理論可提供1600萬(wàn)大卡冷量。為確保廠區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行及初投資最經(jīng)濟(jì)，選取400萬(wàn)大卡冷量制冷機(jī)4臺(tái)，型號(hào)：LCC-84DHWF。

4.3 技術(shù)改造方案

在3臺(tái)循環(huán)氨水泵出口處帶壓打孔施工，以Φ600的無(wú)縫鋼管和溴化鋰吸收式制冷機(jī)組的再生器利用閥門和管道進(jìn)行連接，為溴化鋰吸收式制冷機(jī)組提供驅(qū)動(dòng)熱源。循環(huán)氨水泵后支管中的循環(huán)氨水溫度以 73±2℃，直接通入溴化鋰吸收式制冷機(jī)組，回收熱量后溫度降至 58℃左右后進(jìn)入原循環(huán)氨水管道，與部分未換熱的循環(huán)氨水合并為64℃去往橋管和集氣管噴灑，為煉焦?fàn)t產(chǎn)出的荒煤氣降溫。在橋管內(nèi)氨水噴灑荒煤氣吸收熱量后經(jīng)氣液分離器分離后去往機(jī)械澄清槽，然后送至循環(huán)氨水槽由循環(huán)氨水泵再次送入溴化鋰吸收式制冷機(jī)，如此往復(fù)循環(huán)回收其余熱。

目前焦化出制冷機(jī)循環(huán)氨水溫度：1#制冷機(jī)：57℃，2#制冷機(jī)：50℃，4#制冷機(jī)：60℃。3#焦?fàn)t上焦?fàn)t噴灑用循環(huán)氨水64℃。與我們已知的理論“循環(huán)氨水余熱的溫度極限 ，即若能保證噴灑焦?fàn)t集氣管的循環(huán)氨水為 7O℃～75℃，就可以保證安全生產(chǎn)”不符。與“由于煤氣冷卻主要是靠氨水蒸發(fā)吸收需要的相變熱 , 對(duì)循環(huán)氨水的溫度控制得好 , 才能使氨水噴灑的霧化程度較高 , 氨水蒸發(fā)量較大 ,從而使煤氣冷卻的效果好”也不相符。全部以循環(huán)氨水余熱為熱源的制冷系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)初冷器前煤氣溫度平均比同期降低4℃，1#系統(tǒng)煤氣（1#、2#焦?fàn)t）80℃，2#系統(tǒng)煤氣（3#、4#焦?fàn)t）76.3℃。

4.4 循環(huán)氨水腐蝕問(wèn)題

制冷機(jī)內(nèi)氨水通道均采用純鈦光管防腐、且能保換熱效果。循環(huán)氨水外部管道：為φ529*8無(wú)縫鋼管。

4.5 循環(huán)氨水堵塞問(wèn)題

循環(huán)氨水堵塞與否是保證制冷機(jī)能長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

控制工藝溫度：控制循環(huán)氨水進(jìn)出口溫度73/63℃，保證流動(dòng)性。

使用降粘劑，加強(qiáng)冷凝操作，確保循環(huán)氨水質(zhì)量。

設(shè)施保證：在制冷機(jī)前加裝過(guò)濾器，防止焦油渣、雜物等進(jìn)入制冷機(jī)換熱器。

4.6 開(kāi)工方案關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)（以4#制冷機(jī)為例）

提前提高循環(huán)氨水槽液位，為新循環(huán)氨水管道留出富裕量，避免切換時(shí)影響到焦?fàn)t。

打開(kāi)4#制冷機(jī)處的循環(huán)氨水交通閥，關(guān)閉4#制冷機(jī)循環(huán)氨水入口閥，讓循環(huán)氨水先在新管路中循環(huán)運(yùn)行，確保不影響焦?fàn)t循環(huán)氨水壓力及噴灑量。

在生產(chǎn)科的統(tǒng)一調(diào)度下，在煉焦車間1#系統(tǒng)做好預(yù)案的情況下，慢慢開(kāi)啟4#制冷機(jī)循環(huán)氨水入中閥，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)開(kāi)啟。

4.7改造后優(yōu)點(diǎn)

可以降低橋管內(nèi)噴灑的循環(huán)氨水的溫度，使橋管內(nèi)氨水汽化量相對(duì)減少，增加循環(huán)氨水?dāng)y帶的熱量，并通過(guò)溴化鋰機(jī)組將這部分熱量轉(zhuǎn)化為低溫冷水，獲得冷量以滿足工藝制冷需求；降低了荒煤氣溫度，減少進(jìn)入初冷器中的熱負(fù)荷，進(jìn)而降低初冷器所需冷量；增加焦油產(chǎn)量，減小電捕焦油工作負(fù)荷將，改善鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況。

5 節(jié)能與環(huán)保效益分析

改造前使用五臺(tái)蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)生產(chǎn)低溫制冷水，耗蒸汽量4538kg/h，每年 4月25日～10 月15日開(kāi)機(jī)使用，開(kāi)四備一，共開(kāi)機(jī)173 天。四臺(tái)制冷機(jī)按1.1倍的消耗計(jì)算，年實(shí)際消耗蒸汽: 83040 t。

改造后制冷機(jī)驅(qū)動(dòng)熱源由蒸汽更換為焦化廠余熱循環(huán)氨水，完全不需要再消耗蒸汽，每年減少蒸汽消耗量83040 噸。

年節(jié)約蒸汽費(fèi)用：（蒸汽耗量：20噸/小時(shí)，制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)間：24小時(shí)/天，173天/年）

20t/h×24h/天×173天/年＝83040 t

年創(chuàng)效： 83040 t×116元/噸＝9632640元  （蒸汽價(jià)格：116元/噸）

年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤為：83040 t×0.09＝7473.6 t

實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排：7473.6 t×2.475＝18497.16 t

實(shí)現(xiàn)二氧化硫減排：7473.6 t×0.074＝550.06 t

實(shí)現(xiàn)氮氧化物減排：7473.6 t×0.037＝276.52 t

另：制冷保證額外為焦化化產(chǎn)品增產(chǎn)創(chuàng)效約400～500萬(wàn)元/年

6 結(jié)論

焦化企業(yè)是能源消耗大戶 , 降低噸產(chǎn)品能耗、汽耗對(duì)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起著重要的作用。焦化廠在使用以循環(huán)氨水為熱源的制冷機(jī)組后，大大降低了廠區(qū)的蒸汽消耗，增加了經(jīng)濟(jì)效益，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念實(shí)施節(jié)能降耗和污染物源頭的有效控制 , 推動(dòng)了清潔生產(chǎn)的深入開(kāi)展 , 進(jìn)一步提升了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能力。

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