CN101650106B - 一种用于化工生产的低温蓄冷方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低温蓄冷技术领域，尤其是涉及一种用于化工生产的低温蓄冷方法和装置。根据盐类的水溶液具有低于零度的共晶温度，与共晶温度对应的浓度也是唯一的特性，工程中需要的特定温度，对应于某种盐类的水溶液共晶温度基于相同或接近，即在工程中配制出与此盐类水溶液的共晶温度对应的浓度，即能实现在共晶温度下的相变，从而实现在此温度下的蓄冷和放冷，蓄冷和放冷可分别独立进行，也可同时进行。压缩冷凝及片冰系统设有片冰机，片冰机设置在蓄冰槽的上方，冷冻盐水循环系统设有喷淋装置，喷淋装置设在片冰机上，冷冻盐水采用盐类水溶液作为载冷剂，兼蓄冰介质，冷冻盐水外送系统为独立的外供低温盐水系统，回水至蓄冰槽或喷淋装置。
Description
技术领域
本发明涉及低温蓄冷技术领域，尤其是涉及一种用于化工生产的低温蓄冷方法和装置。
背景技术
化工行业在许多生产工段需要低温环境，其应用的温度范围大多集中在-35℃～0℃之间，因此绝大多数化工厂都设有冷冻站，用以提供工艺生产需要的冷量，低温冷冻在化工行业中的应用是非常广泛的。
然而，冷冻站的运行能耗惊人，往往1年的运行电费比购置冷冻设备时的投资还要多，冷冻站是化工厂的用电大户，如何能节约运行电费就成为企业急待解决的问题。目前工厂采用的方法大多是，加大盐水槽容积以增加蓄冷量，尽量在夜间谷电时开足制冷机，减少白天峰电时的开机时间。在夜间利用盐水槽进行蓄冷，其方法是将盐水槽的温度尽量降低，用温差进行蓄冷。有的盐水槽在一天之内的温度变化范围在-20℃～-4℃，夜间负荷低时，盐水槽的温度在-20℃，白天用冷高峰时，盐水槽内的温度只有-4℃。温度过低，对于制冷机的效率有很大影响，温度过高，对于工艺冷却速度又有很大影响，如此大的温度波动对于生产和节能都是不利的。水的比热只是其潜热的八十分之一，用温差蓄冷既增加了制冷机的耗电量，又不能获得很好的蓄冷效果。
目前，关于盐-水二元体系的凝固特性的研究已经取得了很多的数据，绘制了大量的不同盐-水二元体系的凝固特性图。如氯化钠水溶液的共晶温度是？1.2℃，对应浓度为22.4％；氯化镁水溶液的共晶温度是？9.4℃，对应浓度为25％；氯化钾水溶液的共晶温度是？0.7℃，对应浓度为19.5％，等等。因此，只要配制出与共晶温度对应的浓度的盐类水溶液，就可以在共晶温度下实现稳定的凝固和熔化，就像单一物质一样。例如配制22.4％的氯化钠水溶液，？1.2℃就是22.4％的氯化钠水溶液的冰点，就可以使其在？1.2℃时稳定结冰和熔化。
现有技术中的蓄冷系统不少，特点各异，如专利号为ZL200520140249.9一种双级蓄冷系统，采用双温双工况螺杆式制冷压缩机将冰蓄冷和水蓄冷连接组合为一体，利用蓄冷水池的蓄冷水对制冷剂进行过冷，一方面从高温蒸发器出来的制冷剂蒸汽直接进入压缩机的中间吸气口，利用压差继续向压缩机的基元容积充气，从而使压缩机的质量流量增加，提高制冷量；另一方面在制冷机和蓄冰槽联合供冷时，利用蓄冷水池的冷水对液体制冷剂进行过冷，克服了水蓄冷系统蓄能密度低和冰蓄冷系统效率低的缺点。又如专利号为ZL200520033330.7实用新型一种相变冰蓄冷系统，包括箱体、若干组盘形管或蛇形盘管、若干个流体均衡器，其中，盘形管或蛇形盘管设置于箱体内，其一端与流体均衡器相连通，另一端与连通管相连通，流体均衡器通过主管、阀门与贮氨器相连通，主管上设置有氨液入口。它主要是利用氨的相变由液态氨枛气态氨反复循环来获得工艺流程中所述需冷源，在夜间用电低谷时工作蓄冷，白天用电，电价高峰时释冷。
发明内容
本发明的目的是为了解决化工厂冷冻站运行耗电高，且冷冻站用电高峰时间与工艺用电高峰时间重合，造成化工厂的峰值用电负荷很大的问题，提供一种利用盐类的水溶液具有低于零度的共晶温度和与共晶温度对应的浓度也是唯一的这一特性，找到某一盐类，使它的水溶液共晶温度与此特定温度相同或接近，在工程应用中配制出与此盐类水溶液的共晶温度对应的浓度，以实现在共晶温度下的相变，从而完成在此温度下的蓄冷和放冷的低温蓄冷方法和装置。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种用于化工生产的低温蓄冷方法和装置，包括压缩冷凝及片冰系统、冷冻盐水循环系统、盐水补给系统、冷冻盐水外送系统，其特征是所述的压缩冷凝及片冰系统设有片冰机，片冰机设置在蓄冰槽的上方，冷冻盐水循环系统设有喷淋装置，喷淋装置设在片冰机上，采用盐类水溶液作为载冷剂，兼蓄冰介质，冷冻盐水外送系统为独立的外供低温盐水系统。
根据盐类的水溶液具有低于零度的共晶温度，与共晶温度对应的浓度也是唯一的特性，根据工程中需要的特定温度，对应于某种盐类的水溶液共晶温度基于相同或接近，即在工程中配制出与此盐类水溶液的共晶温度对应的浓度，即能实现在共晶温度下的相变，从而实现在此温度下的蓄冷和放冷。
该装置的蓄冷和放冷可分别独立进行，也可同时进行。
作为优选，所述的片冰机所在的冷冻站采用开式循环的系统形式，根据所需的工程温度，选取合适的盐类水溶液，此盐类水溶液的共晶温度与工程温度相同或接近；将此盐类水溶液的浓度配制成与其共晶温度对应的浓度，设定蒸发温度比共晶温度低6～10℃，能实现在共晶温度下制冰；冰层附着在片冰机上，厚度逐渐增加，至8～10mm时，引入压缩冷凝装置的高温制冷剂进行脱冰；脱落的冰层落入蓄冰槽(3)内，浮于蓄冰槽的上部；冷冻盐水循环泵从蓄冰槽底部吸取液态的盐类水溶液，输送至喷淋装置，喷洒在片冰机上，可以重复以上制冰过程。冷冻站采用开式循环的系统形式，这种形式也是采用片冰式蓄冷的有利条件。
作为优选，所述的独立的冷冻盐水外送系统的输出线路上先并联若干件冷冻盐水外送泵，然后合并接至冷冻盐水供水接口，冷冻盐水回水接口或接到蓄冰槽与冰直接接触，实现融冰放冷过程，或与喷淋装置相连，喷淋在片冰机上直接冷却或制冰。与喷淋装置相连是利用冷冻盐水回水的温差。
作为优选，所述的压缩冷凝装置分别接有冷却水供水管道和冷却水回水管道。压缩冷凝装置与片冰机连接，进行可控性制冰。
作为优选，所述的盐水补给系统设有盐水补水泵、盐水补水池，盐水补水泵通过设在盐水补水池中的底阀向蓄冰槽供盐水。
本发明的有效效益是：
1.利用共晶盐的特性，采用本发明的方法和装置，在化工大生产的条件下，可实现在特定的低温下，进行稳定的蓄冷和放冷。在分段计价的电费系统中，在谷电时制冷蓄冰，在峰电时放冷融冰，节约电费，并且在白天峰电时间具有了应急冷源的作用。
2.片冰式蓄冷很适合开式系统的方式，可直接供冷，无需其他中间环节；
3.片冰式蓄冷的冰和盐水直接接触，换热效率高，放冷速度快，能很好地解决回水温度的波动影响盐水供水温度的问题；
4.片冰式蓄冷，既能起到蓄冷的作用，又可减小盐水槽的温度波动，温度波动的减小对于工艺反应速度的控制是非常有利的；
5.采用本发明可有移峰填谷的效果，制冷机的选型可减小，与制冷机对应的水泵等附属设备也可减小，起到节能作用。
本发明技术上可能存在以下的风险：蓄冰槽中的温度可能有分层现象。
因此，本发明是一种经济效益显著，结构设计合理，综合成本低，换热效率高，放冷速度快，能很好地解决回水温度的波动影响盐水供水温度的低温蓄冷方法和装置。
附图说明
图1是本发明的一种低温蓄冷系统流程图。
图中：1.喷淋装置，2.片冰机，3.蓄冰槽，4.盐水补水泵，5.盐水补水池，6.冷冻盐水外送泵，7.冷冻盐水供水接口，8.冷冻盐水回水接口，9.冷冻盐水循环泵，10.水道口，11.冷却水供水管道，12.冷却水回水管道，13.压缩冷凝装置。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
参见图1，本实施例片冰式蓄冷的方案为，选择一种盐溶液氯化镁作为载冷剂，其共晶温度为-19.4℃，共晶浓度为25％，选一片冰机2，制冷量400KW，设一蓄冰槽3的有效体积为60立方米。
由冷却水供水管道11向压缩冷凝装置13提供冷却水，经过冷凝器换热，冷却水的水温升高后经冷却水回水管道12流出本系统。
由压缩冷凝及片冰系统提供制冰，低温液态制冷剂经过片冰机2进行放冷，在片冰机2的表面可进行制冰。低温液态制冷剂在片冰机2中吸热后变成气态制冷剂，离开片冰机2，回至压缩冷凝装置13。由两组设有冷冻盐水循环泵9的冷冻盐水循环系统向喷淋装置1送液，喷淋装置1设置在蓄冰槽3的上方，喷淋装置1喷出的液体在片冰机2的表面因温差形成冰层。
需要脱冰时，从压缩冷凝及片冰系统引出未经节流的高温高压的制冷剂，导入片冰机2，使片冰机2的外表面温度突然升高，使附着在其上的冰层脱落掉至蓄冰槽3中，并浮于蓄冰槽3的上部。
蓄冰槽3设有盐水补给系统，此系统中设有盐水补水泵4，盐水补水池5，盐水补水泵4通过设在盐水补水池5中的底阀向蓄冰槽3供盐水。另设一水道口10分别向蓄冰槽3和盐水补水池5内补充水。
设三组并联的各分路可单独控制的冷冻盐水外送泵6从蓄冰槽3接出，合并到冷冻盐水供水接口7，向车间供水。冷冻盐水回水接口8直接到蓄冰槽3，同时也接到喷淋装置1，可单独控制。
工程中用冷负荷是波动的，不同时段的冷负荷都是变化的，可以用小时负荷图形来表示。一般来说，用冷高峰会与白天的生产高峰重合，可以利用晚上生产负荷不大，电价又相对低廉的时间进行制冰蓄冷，在白天生产高峰时停开制冷机进行放冷，从而实现移峰填谷，节约运行电费。
车间的用冷设备一般是反应釜，换热方式一般是夹套换热，因此供冷方式只能采用开式系统的方式。而片冰式蓄冷非常适合开式系统的方式，可直接供冷，无需其他中间环节。
车间的换热温差也是不稳定的，因此夹套回水的温度是波动很大，而这对于提供稳定的供水温度都是不利的。而片冰式蓄冷的冰和盐水是直接接触的，换热效率高，放冷速度快，由此来解决回水温度的波动，影响盐水供水温度的问题。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于化工生产的低温蓄冷装置，包括压缩冷凝及片冰系统、冷冻盐水循环系统、盐水补给系统、冷冻盐水外送系统，其特征是所述的压缩冷凝及片冰系统设有片冰机（2），片冰机（2）设置在蓄冰槽（3）的上方，冷冻盐水循环系统设有喷淋装置（1），喷淋装置（1）设在片冰机（2）上，采用盐类水溶液作为载冷剂，兼蓄冰介质，冷冻盐水外送系统为独立的外供低温盐水系统；根据盐类的水溶液具有低于零度的共晶温度，与共晶温度对应的浓度也是唯一的特性，根据工程中需要的特定温度，对应于某种盐类的水溶液共晶温度基于相同或接近，即在工程中配制出与此盐类水溶液的共晶温度对应的浓度，即能实现在共晶温度下的相变，从而实现在此温度下的蓄冷和放冷。
2.根据权利要求1所述的用于化工生产的低温蓄冷装置，其特征在于所述的片冰机（2）所在的冷冻站采用开式循环的系统形式，根据所需的工程温度，选取合适的盐类水溶液，此盐类水溶液的共晶温度与工程温度相同或接近；将此盐类水溶液的浓度配制成与其共晶温度对应的浓度，设定蒸发温度比共晶温度低6～10℃，能实现在共晶温度下制冰；冰层附着在片冰机（2）上，厚度逐渐增加，至8～10mm时，引入压缩冷凝装置（13）的高温制冷剂进行脱冰；脱落的冰层落入蓄冰槽（3）内，浮于蓄冰槽（3）的上部；冷冻盐水循环泵（9）从蓄冰槽（3）底部吸取液态的盐类水溶液，输送至喷淋装置（1），喷洒在片冰机(2)上,重复以上制冰过程。
3.根据权利要求1所述的用于化工生产的低温蓄冷装置，其特征在于所述的独立的外供低温盐水系统的输出线路上先并联若干件冷冻盐水外送泵（6），然后合并接至冷冻盐水供水接口（7），冷冻盐水回水接口（8）或接到蓄冰槽（3）与冰直接接触，实现融冰放冷过程，或与喷淋装置（1）相连，喷淋在片冰机（2）上直接冷却或制冰。
4.根据权利要求2所述的用于化工生产的低温蓄冷装置，其特征在于所述的压缩冷凝装置（13）分别接有冷却水供水管道（11）和冷却水回水管道（12）。
5.根据权利要求1所述的用于化工生产的低温蓄冷装置，其特征在于所述的盐水补给系统设有盐水补水泵（4）、盐水补水池（5），盐水补水泵（4）通过设在盐水补水池（5）中的底阀向蓄冰槽（3）供盐水。
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