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溴化鋰吸收式機組在余熱回收領域的應用與發展

時間:2018-10-29 13:06:06; 來源:松下制冷(大連)有限公司 作者:谷禹慶 陶海臣 黃明碩 張超杰

0  引言

“十三五”規劃將新能源和節能環保產業作為重要發展的戰略新興產業之一,各領域的節能環保工作都在迅速發展。另一方面,隨著國家能源結構的調整,各種可再生能源的發展,電力不再緊張。在這樣的發展大背景下,溴化鋰吸收式機組的主要應用方向為節能環保產業,特別是向各領域的余熱回收利用方向發展。今后的發展需要對各領域的余熱進行深度挖掘,且需要對各領域的工藝進行研究,使余熱回收設備既能進行余熱回收,又能適應工藝的要求。

1  溴化鋰吸收式機組介紹

吸收式制冷機的主要原理是通過利用水在低壓下蒸發壓力降低及溴化鋰溶液的吸水性來實現的,水在約800 Pa(6 mmHg)的壓力下,其蒸發溫度為4 ℃,當水蒸發時吸收外界熱量實現制冷。溴化鋰溶液作為吸收劑,主要利用其自身的吸水性保證機組內部維持約800 Pa(6 mmHg)的壓力,機組主要部件有蒸發器、吸收器、冷凝器、再生器,具體循環原理如圖1所示。

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圖1  吸收式制冷機原理

溴化鋰吸收式機組主要特點為:以各種低品質熱能為動力,且可回收利用各種各樣的低品質熱能,如低壓蒸汽、熱水、煙氣、導熱油、多組分介質等;安全環保,機組采用溴化鋰溶液為吸收液,水為制冷劑;運轉部件少,易損件少,維護保養方便,振動小,噪聲低;放置場所要求低,可根據項目改造情況靈活放置;智能化控制,可實現機房無人管理;可根據低品質熱能實際情況進行“量身定制”,實現最佳的解決方案。

溴化鋰吸收式機組主要分為吸收式制冷機和吸收式熱泵,吸收式制冷機主要利用再生器回收60 ℃以上余熱,通過蒸發器制取5~30 ℃冷水滿足制冷需求;吸收式熱泵主要利用蒸發器回收60 ℃以下余熱,通過吸收器、冷凝器制取45 ℃以上熱水滿足供熱或工藝需求。溴化鋰吸收式機組可回收各種液態載體余熱及氣態載體余熱,如水、導熱油、煙氣、乏汽、多組分氣體等。

2  溴化鋰吸收式機組余熱回收應用

2.1  吸收式制冷機在余熱回收領域的應用

(1)化肥廠,利用尿素系統一吸冷卻器產生的熱水驅動吸收式制冷機制冷,給壓縮機一段入口的半水煤氣降溫,如圖2所示。

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圖2  吸收式制冷機在化肥廠的應用

(2)焦化廠,從炭化室導出的荒煤氣溫度達650~700 ℃,需通過冷卻防止在荒煤氣中的化學產品發生裂解,有利于回收荒煤氣中的化學產品,減輕回收工序管道和設備的堵塞和腐蝕,降低鼓風機的負荷與能量消耗以及安全合理地輸送煤氣。利用吸收式制冷機回收荒煤氣冷卻熱量,制取冷水通入初冷器繼續冷卻煤氣,如圖3所示。

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圖3  吸收式制冷機在焦化廠的應用

(3)鹽化工,氯化氫合成過程中,每生產1 t氯化氫可產生700 kW反應熱,這些反應熱一般為95~100 ℃熱水或0.15~0.3 MPa蒸汽,如果不加以利用,需用大量的冷卻水冷卻;另一方面,氯氣和氫氣從電解槽出來需要冷卻干燥才能輸送給客戶。利用吸收式制冷機回收氯化氫合成爐熱量,制取冷水通入氯氣冷卻器冷卻氯氣,如圖4所示。

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圖4  吸收式制冷機在鹽化工的應用

(4)石化己內酰胺工藝,己內酰胺分餾裝置產生的高溫水需要通過空冷器進行降溫循環使用,另外,己內酰胺生產過程的酰化、萃取、加氫工藝需要大量冷負荷,利用吸收式制冷機回收己內酰胺分餾裝置余熱,制取冷水滿足冷卻工藝需求,如圖5所示。

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圖5  吸收式制冷機在石化廠的應用

(5)合成氨,一方面合成氨生產過程產生大量余熱水,不過不加以利用需用大量的冷卻水冷卻;另一方面,氨分離器需要冷水冷卻提高氨分離效果,還有伴水煤氣需要降溫,提高壓縮機效率,利用吸收式制冷機回收合成氨余熱,制取冷水滿足冷卻工藝需求,如圖6所示。

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圖6  吸收式制冷機在合成氨工廠的應用

(6)化纖,聚酯工藝中乙二醇分離塔產生的酯化蒸汽排出,才能保證酯化反應連續進行,還需對其冷卻后將凝液回收。另外,紡絲生產車間需提供冷源保證恒溫恒濕條件,利用吸收式制冷機回收乙二醇分離塔余熱,制取冷水滿足紡絲工藝制冷需求,如圖7所示。

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圖7  吸收式制冷機在化纖廠的應用

(7)食品藥品,制藥廠用于消毒的蒸汽、發酵罐使用的低壓蒸汽,這些熱量如果不回收利用會造成較大浪費。另一方面,藥品車間工藝需要制冷負荷滿足溫濕度要求,利用吸收式制冷機回收消毒蒸汽乏汽余熱,制取冷水滿足生產工藝需求,如圖8所示。

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圖8  吸收式制冷機在食品藥品廠的應用

2.2  溴化鋰吸收式機組在天然氣分布式能源領域的應用

天然氣分布式能源指以天然氣為燃料,通過熱電冷三聯供等方式實現能源的梯級利用,綜合能源利用效率達70%以上,并在負荷中心實現就近能源供應的系統,是天然氣高效利用的重要方式。

天然氣分布式能源的特點:能效高(≥70%);環保,無SO2、粉塵、固體廢棄物排放,CO2排放降低40%(與煤電比較);就近使用,輸送損失小;耗水量小,約為煤電的1/3;占地小,約為煤電的30%~40%;削峰填谷,夏季天然氣用量少,而電力需求量大。

天然氣分布式能源系統形式:

(1)區域型(工業園區、商業區):

系統形式:采用燃氣-蒸汽聯合循環系統。

主要設備:燃氣輪機+余熱鍋爐+蒸汽輪機+蒸汽型吸收式制冷機。

余熱形式:蒸汽。

采用吸收式制冷機回收蒸汽輪機組余熱蒸汽,制冷可滿足舒適性空調需求,也可為燃氣輪機進氣冷卻,如圖9所示。

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圖9  吸收式制冷機在區域型分布式能源領域的應用

(2)樓宇型(醫院、機場等):

系統形式:燃氣內燃機或微燃機的系統。

主要設備:燃氣內燃機或微燃機+煙氣型吸收式冷溫水機。

余熱形式:煙氣+缸套熱水。

采用吸收式制冷機回收燃氣內燃機或微燃機的煙氣及缸套熱水余熱,制冷或采暖可滿足建筑冷熱需求,如圖10所示。

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圖10  吸收式制冷機在樓宇型分布式能源領域的應用

2.3  溴化鋰吸收式熱泵在余熱回收領域的應用

(1)熱電廠,利用吸收式熱泵供熱首站回收汽輪機乏汽余熱,增加供熱能力40%,提高熱電廠熱效率30%;二級站回收一次網余熱,降低一次網回水溫度,使一次網供熱溫差提高,一次網供熱能力提高80%,如圖11所示。

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圖11  吸收式熱泵在熱電廠的應用

(2)地熱水梯級利用,利用吸收式熱泵回收地熱尾水熱量,實現地熱水梯級利用,如圖12所示。

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圖12  吸收式熱泵回收地熱水的應用

(3)油田,利用吸收式熱泵回收采出液分離污水余熱,制取熱量滿足供暖或工藝加熱需求,如圖13所示。

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圖13  吸收式熱泵回收油田余熱的應用

(4)鍋爐排煙余熱回收,利用吸收式熱泵回收鍋爐排煙余熱,提高鍋爐效率,減少污染物排放,如圖14所示。

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圖14  吸收式熱泵回收鍋爐排煙余熱的應用

(5)合成橡膠,利用吸收式熱泵回收橡膠原料反應塔塔頂汽提氣余熱,制取熱量滿足工藝熱需求,如圖15所示。

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圖15  吸收式熱泵回收合成橡膠余熱的應用

3  問題與發展

(1)如何對低溫余熱進行深度回收利用。

(2)怎樣解決溴化鋰溶液高溫腐蝕的問題。

(3)如何利用吸收式熱泵制取更高溫度的熱水。

(4)怎樣解決標準限制問題,目前溴化鋰吸收式機組安全標準(GB 18361)規定機組工作壓力小于當地大氣壓。

(5)溴化鋰溶液替代,目前受新能源汽車的發展,溴化鋰溶液價格持續升高。

(6)開發更高效率機組。

4  結語

溴化鋰吸收式機組可對各領域的工藝余熱進行回收利用,制冷或制熱可滿足工藝需求,提高能源利用率,實現節能減排。

本文通過對溴化鋰吸收式機組在各種余熱回收領域的應用分析,希望為今后的溴化鋰吸收式機組在余熱深度回收利用及節能減排等方面的工作提供參考和借鑒。

[參考文獻]

[1] 高田秋一.吸收式制冷機[M].耿惠彬,戴永慶,鄭玉清,譯.北京:機械工業出版社,1987.

[2] 戴永慶,鄭玉清.溴化鋰吸收式制冷機[M].北京:國防工業出版社,1980.

[3] 劉明軍,葛茂清,盧尚有,等.吸收式熱泵在熱電廠乏汽余熱回收領域的應用[J].流體機械,2013(2):83-87.

收稿日期:2018-09-27

作者簡介:谷禹慶(1973—),男,遼寧大連人,工程師,主要從事溴化鋰吸收式制冷機應用的研究及系統集成工作。


關鍵字:溴化鋰吸收式制冷機
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