吸收式制冷机在氮肥行业节能降耗方面的应用

吸收式制冷机在化工企业的应用1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600～700kg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广应用，将大型合成氨单位能耗由目前的1372kg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5700～5850kt标煤，减少排放二氧化碳13770～14130kt。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300kt／a，尿素600kt／a，尿基复合肥600kt／a。该公司在2004年技改中就采用了1台制冷量为350万kcal／h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16～18℃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kcal／h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，降低氨冷、冰机负荷，电耗下降明显；三是原料气温度由27～30℃降至11～13℃，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5～9月份，增产率为4.89％，气温较低的10月份，增产率为3％～3.3％，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(600kt／a)、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kcal／h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kcal／h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。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7～15℃)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，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技术中心和博士后科研工作站，双良公司具有强大的技术研发能力。可以根据用户的特殊需要，设计和生产各种非标溴化锂吸收式冷水机组，满足各个行业的不同需要。双良公司拥有国际上最先进的DFM生产方式和行业最先进的制冷机真空保证手段。采用国内唯一的刚性氦真空检漏舱进行整机氦检，可以确保机组高气密性，整机真空度达到行业最高水平(整机泄漏率：1×10－10Pa·m3/s)。经过20多年的发展，双良公司目前已拥有国内外20000多家用户，数10项溴化锂吸收式制冷机专利，产品的设计和制造技术已达到的国际先进水平。为响应国家建设节约型社会，在经济增长的同时，降低能源消耗的目标要求，双良公司专门为重点耗能行业开发出一系列节能降耗的先进产品。6结束语(1)利用氮肥行业合成氨和尿素生产工艺余热，通过溴化锂吸收式制冷机制取