CN103629854A

CN103629854A - 一种热媒水驱动的氨与溴化锂集成吸收式制冷装置及方法

Info

Publication number: CN103629854A
Application number: CN201310521246.9A
Authority: CN
Inventors: 董宏光; 赵国强; 于博; 刘栋; 王永长; 姚庆
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-10-28
Also published as: CN103629854B

Abstract

一种热媒水驱动的氨与溴化锂集成吸收式制冷装置，具体设备有：氨水溶液精馏塔、氨气冷凝器、液氨节流阀、液氨蒸发器、冷剂氨气吸收器、氨水溶液换热器、氨水溶液循环泵、氨水溶液减压阀、溴化锂溶液发生器、水蒸汽冷凝器、水节流阀、水蒸发器、冷剂水蒸汽吸收器、溴化锂溶液换热器、溴化锂溶液循环泵、溴化锂溶液减压阀。氨吸收式制冷系统及溴化锂吸收式制冷系统，通过热媒水及冷冻水能量流集成起来。工艺主要是：根据能量梯级利用原则，热媒水先驱动氨吸收式制冷后，再序贯驱动溴化锂吸收式制冷。溴化锂吸收式制冷系统制取的冷冻水，用于串级冷却氨吸收式制冷系统的发生器（氨水溶液精馏塔顶冷凝器）及吸收器，从而强化氨吸收式制冷过程。

Description

一种热媒水驱动的氨与溴化锂集成吸收式制冷装置及方法

技术领域

本发明提供一种可广泛用于石化及焦化生产的，热媒水余热回收用于制冷过程的方法，涉及氨吸收式制冷与溴化锂吸收式制冷集成装置，以低温热媒水为热源，制取中-低温载冷剂。具体就是以溴化锂吸收式制冷系统为辅助，强化氨吸收式制冷过程，从而降低氨吸收式制冷热源温位，降低综合制冷成本，同时实现低温热媒水余热回收。

背景技术

一方面，石化酮苯脱蜡及焦化净煤气终冷等联合生产装置，存在大量-30～19℃温位的低温热阱，主要采用氨或溴化锂制冷来弥补所需低温冷量。另一方面，石化催化裂化及焦化荒煤气初冷等联合生产装置，存在大量90～120℃温位的低温热源，热媒水低温热量通常不易回收，从而造成能量浪费。

纯液态氨低压下沸点可达到-33℃左右，因此可制取-30℃左右冷媒盐水，常用于工艺物料冷冻。氨吸收式制冷主要采用0.5MPa以上蒸汽驱动，所需热量温位较高，且蒸汽单效利用，导致制冷效率较低，操作成本较高。为提高制冷效率，在适宜的热源温位下，可采用双级氨吸收式制冷技术。溴化锂吸收式制冷则多采用0.4MPa以下蒸汽或者80℃以上热水驱动，制取7～16℃温位的冷冻水，常用于工艺物料的冷却。

通过优化热媒水换热网络，可提高发生热媒水终温，进而采用低温热媒水驱动氨与溴化锂集成吸收式制冷系统，既可回收低温热媒水热量，替代氨与溴化锂吸收式制冷所需蒸汽，又制取了-30～-20℃温位的冷媒盐水，最终节省燃料，降低操作成本。

山东飞达化工科技有限公司申请提供一种溴化锂制冷与铜洗氨冷、冷冻冰机制冷结合，来进行工业生产降温方法，采用吸冷热水为热源，利用溴化锂制冷机组制取冷水，给出冷排的铜液降温，解决了气温较高情况下工业生产的制冷问题。该专利号为：CN200810015669。

万杰集团有限责任公司申请开发了一种溴化锂制冷机组冷凝水余热回收利用装置，利用蒸汽驱动溴化锂制冷后的冷凝水预热自来水，供洗澡使用，回收了冷凝水部分热量，但仍需蒸汽驱动。该实用新型专利号为：CN200520084987.6。

华北电力大学申请开发了与余热驱动制冷相结合的CO₂压缩液化系统：在由多级压缩机、冷却器、循环水系统组成的压缩液化CO₂系统的基础上增加了CO₂气体预冷系统、氨吸收式制冷系统等。该技术结合电厂丰富的余热环境，利用余热驱动制冷机制取冷量，用低温来降低CO₂的液化压力，CO₂液化后再利用泵升压等措施，以降低总的CO₂压缩功耗，节约电能，并提高全厂的热效率，但制冷过程较为复杂，制冷成本较高。该专利号为：CN201110197232.7。

发明内容

针对上述实际情况，本发明提供一种氨与溴化锂集成吸收式制冷装置，以便通过低温热媒水余热回收实现制冷过程。根据能量梯级利用原则，热媒水先驱动氨吸收式制冷后，再序贯驱动溴化锂吸收式制冷。溴化锂吸收式制冷系统制取的冷冻水，用于冷却氨吸收式制冷系统的发生器（氨水溶液精馏塔顶冷凝器）及吸收器，从而强化氨吸收式制冷过程。

氨吸收式制冷以氨水溶液为循环液，分为浓氨水溶液和稀氨水溶液。浓氨水溶液在氨水溶液精馏塔不断气化，产生纯度较高的氨气，氨气经循环水冷却变为液氨，再经节流膨胀变为低温低压的液氨后，进入蒸发器中蒸发，吸收周围环境热量，使载冷剂温度下降，从而产生制冷效应，蒸发出的冷剂氨气进入吸收器；氨水溶液精馏塔底液相为稀氨水溶液，经氨水溶液换热器降温，氨水溶液减压阀减压后进入吸收器，吸收冷剂氨气后变为浓氨水溶液，再经氨水溶液循环泵加压，氨水溶液换热器升温后进入发生器，完成制冷循环。氨吸收式制冷循环中，制冷剂为低压低温的液氨。

对于有显著热效应的吸收过程而言，吸收剂稀氨水溶液浓度越低，吸收冷剂氨气的能力就越强，但相应循环氨水溶液浓度也随之变稀，导致发生器所需热源温位提高或发生压力降低。要求热源温位提高，需要更高压力蒸汽驱动；发生压力降低，致使冷却氨气所需冷却介质温度，低于循环水正常工作温度，而无法实现氨气冷凝。

因此，本方案采用溴化锂吸收式制冷产生的冷冻水冷却氨气，通过合理地降低发生压力，降低循环氨水溶液浓度，使所需热源温位降低，从而可利用低温热媒水串级驱动氨及溴化锂吸收式集成制冷系统，实现低温热媒水余热回收利用，同时，自塔顶冷凝器的冷冻水，串级冷却冷剂氨气吸收器，以降低吸收操作温度，从而促进稀氨水溶液对冷剂氨气的吸收效果，维持氨吸收式制冷过程正常进行，保证制取-30～-20℃温位的冷媒盐水。

本发明的技术方案如下：

一种热媒水驱动的氨与溴化锂集成吸收式制冷装置，包括氨和溴化锂吸收式制冷两套装置，具体设备有：氨水溶液精馏塔（发生器）、氨气冷凝器、液氨节流阀、液氨蒸发器、冷剂氨气吸收器、氨水溶液换热器、氨水溶液循环泵、氨水溶液减压阀、溴化锂溶液发生器、水蒸汽冷凝器、水节流阀、水蒸发器、冷剂水蒸汽吸收器、溴化锂溶液换热器、溴化锂溶液循环泵、溴化锂溶液减压阀。氨水溶液精馏塔提馏段下部与氨水溶液换热器管程出口相连，塔顶与氨气冷凝器壳程进口相连，塔底与氨水溶液换热器壳程进口和氨水溶液减压阀依次相连；氨气冷凝器壳程出口、液氨节流阀、液氨蒸发器壳程和冷剂氨气吸收器下部进口依次相连，冷剂氨气吸收器下端出口、氨水溶液循环泵和氨水溶液换热器管程进口依次相连，冷剂氨气吸收器上部进口与氨水溶液减压阀依次相连；溴化锂溶液发生器进口与溴化锂溶液换热器管程出口相连，发生器顶部与水蒸汽冷凝器壳程进口相连，底部与溴化锂溶液减压阀和溴化锂溶液换热器壳程进口依次相连；水蒸汽冷凝器壳程出口、水节流阀、水蒸发器壳程和冷剂水蒸汽吸收器下部进口依次相连，冷剂水蒸汽吸收器下部出口、溴化锂溶液泵和溴化锂溶液换热器管程进口依次相连，冷剂水蒸汽吸收器上部进口与溴化锂溶液换热器壳程出口相连；水蒸发器管程出口、氨气冷凝器管程和氨气吸收器冷却剂进口依次相连，氨气吸收器冷却剂出口与水蒸发器管程进口相连。

其集成工艺过程如下：

（1）浓氨水溶液于氨水溶液精馏塔中下部进入，氨水溶液精馏塔操作压力600～1000kPa，理论平衡级为5～10级，塔底再沸温度为90～110℃，塔顶得到98.6～99.99%(m/m)氨气。塔底再沸器热源为100～120℃热媒水，塔顶冷凝器热阱为溴化锂吸收式制冷制取的7～16℃冷冻水。塔顶氨气在氨气冷凝器被冷凝后，经氨水节流阀减压至80～140kPa，产生-33～-20℃液氨冷剂，液氨进入蒸发器蒸发，制取-30～-20℃温位的冷媒盐水，冷剂蒸汽进入冷剂氨气吸收器；塔底稀氨水溶液通过氨水溶液换热器降温至28～35℃，再经氨水溶液减压阀减压至90～140kPa后，进入冷剂氨气吸收器，将出自塔顶冷凝器的冷冻水，串级冷却冷剂氨气吸收器，维持吸收操作温度20～25℃，吸收器下端的浓氨水经氨水溶液循环泵加压，在氨水溶液换热器中升温至80～90℃后，进入氨水溶液精馏塔中下部。

（2）稀溴化锂溶液进入溴化锂溶液发生器，操作压力为5～9kPa，温度控制在85～95℃，发生器热源由来自氨水溶液精馏塔底再沸器的热媒水序贯驱动，产生的水蒸汽由循环冷却水冷凝至30～50℃，后经节流阀减压至0.7～1.2kPa，形成4～7℃的低温水冷剂后送至蒸发器，蒸发操作压力为0.5～1kPa，从而制取7～16℃温位的冷冻水，送至氨气冷凝器作为冷源，冷剂水蒸汽进入冷剂水蒸汽吸收器，吸收操作温度由循环水控制在33～40℃；溴化锂溶液发生器下部浓溶液经溴化锂溶液减压阀后压力为0.7～1.4kPa，再经溴化锂溶液换热器，与溴化锂稀溶液换热至35～50℃ 后，进入冷剂水蒸汽吸收器吸收来自蒸发器的冷剂水蒸汽，生成溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液经溴化锂溶液换热器升温至60～80℃后，泵送回溴化锂溶液发生器。

（3）与现有氨或溴化锂吸收式制冷流程相比较，本发明可利用90～120℃热煤水驱动氨与溴化锂吸收式制冷集成装置，制取-30～-20℃温位的冷媒盐水，从而替代0.5～0.8MPa蒸汽热源，不但节省燃料，降低制冷成本，同时解决低温热媒水余热难回收等问题。引入溴化锂吸收式制冷产生冷量强化氨吸收式制冷，既保证了氨气冷凝效果，又降低了冷剂氨气吸收器操作温度。溴化锂辅助氨吸收式制冷，可降低氨水溶液精馏塔操作压力及吸收器吸收温度，因此可进一步降低氨水循环溶液浓度，从而降低了氨水溶液精馏塔底再沸器热源温位。

附图说明

图1是一种氨与溴化锂集成吸收式制冷装置设备结构示意图。

图2是一种氨与溴化锂集成吸收式制冷装置工艺流程图。

图中：1氨水溶液精馏塔；2氨气冷凝器；3液氨节流阀；4液氨蒸发器；

5冷剂氨气吸收器；6氨水溶液循环泵；7氨水溶液换热器；8氨水溶液减压阀；

9溴化锂溶液发生器；10水蒸汽冷凝器；11水节流阀；12水蒸发器；

13冷剂水蒸汽吸收器；14溴化锂溶液循环泵；15溴化锂溶液换热器；

16溴化锂溶液减压阀。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施方式。

如图1所示，氨水溶液精馏塔1塔顶与氨气冷凝器2相连，氨依次经过氨气冷凝器2、液氨节流阀3、液氨蒸发器4后进入冷剂氨气吸收器5；氨水溶液精馏塔1塔底与氨水溶液换热器7相连，稀氨水溶液依次经过氨水溶液换热器7、氨水溶液减压阀8后进入冷剂氨气吸收器5吸收冷剂氨气，吸收器5出口的浓氨水溶液经过氨水溶液循环泵6、氨水溶液换热器7后进入氨水溶液精馏塔1中下部。

溴化锂溶液发生器9顶部与水蒸汽冷凝器10相连，水依次经过水蒸汽冷凝器10、水节流阀11、水蒸发器12后进入冷剂水蒸汽吸收器13；溴化锂溶液发生器9下部与溴化锂溶液减压阀16相连接，浓溶液依次经过溴化锂溶液减压阀16、溴化锂溶液换热器15后，进入冷剂水蒸汽吸收器13吸收冷剂水蒸汽，冷剂水蒸汽吸收器13下部稀溴化锂溶液依次经过溴化锂溶液循环泵14、溴化锂溶液换热器15后进入溴化锂溶液发生器9。

溴化锂制取的冷冻水依次经过氨气冷凝器2、冷剂氨气吸收器5完成冷却过程后，进入水蒸发器12壳程，完成冷冻水循环。冷剂水蒸汽吸收器13及冷剂水蒸汽冷凝器10与循环水相连，采用循环水冷却。

具体过程为：

如图2所示，115℃热媒水作为氨水溶液精馏塔T1再沸热源。氨水溶液循环量为1000kg/h，T1理论级数为6级，塔底温度为101℃。T1塔顶为99.99%氨气，流量为100kg/h，经氨气冷凝器C1后变为液氨，液氨经液氨节流阀V1后减压至110kPa，进而进入液氨蒸发器E1蒸发制冷，得到-32℃低温制冷剂，产生的冷剂氨气进入冷剂氨气吸收器A1；T1塔底为稀氨水溶液，经氨水溶液换热器壳程H1进行降温，氨水溶液减压阀V2减压至110kPa后，进入冷剂氨气吸收器A1吸收冷剂氨气，A1使用冷冻水冷却，温度控制在22℃，以确保冷剂氨气吸收完全；冷剂氨气吸收器出口的浓氨水经氨水溶液循环泵P1加压后，进入氨水溶液换热器H1进行升温至87℃，然后进入氨水溶液精馏塔第4块理论板。

来自氨吸收式制冷所用后的热媒水，作为溴化锂吸收式制冷热源，溴化锂溶液循环量为2510kg/h，溴化锂溶液发生器R1发生压力为7kPa，发生液浓度为0.567。R1产生的水蒸汽，流量为160kg/h，经水蒸汽冷凝器C2冷却后变成水，再经水节流阀V3减压至1kPa，进而进入水蒸发器E2，制取7℃温位的冷冻水，产生的冷剂水蒸汽进入冷剂水蒸汽吸收器A2；溴化锂溶液发生器R1下部出口的浓溴化锂溶液，经溴化锂溶液减压阀V4减压后，进入溴化锂溶液换热器H2降温，温度降至43℃后，进入冷剂水蒸汽吸收器A2，A2采用循环水冷却，以确保冷剂水蒸汽吸收完全；A2出口稀溴化锂溶液经溴化锂溶液泵P2升压，H2升温至70℃后，进入R1中，完成溴化锂制冷循环。

溴化锂制冷制取的冷冻水进入氨气冷凝器C1冷凝氨气后，温度为14℃，再进入冷剂氨气吸收器A1，以间接冷却形式冷却A1后进入水蒸发器E2中，进行冷却降温，冷冻水循环使用。

溴化锂吸收器A2及冷剂水蒸汽冷凝器C2与循环水相连，采用循环水冷却，A2温度控制在35℃。

本发明通过氨与溴化锂集成吸收式制冷技术，实现使用90～120℃热媒水制取-30～19℃载冷剂目的，制冷效率为0.2～0.4，与常规蒸汽驱动的氨及溴化锂吸收式制冷过程相比，在完全代替蒸汽的情况下，还能节省19.38%热量，提高了制冷效率，降低了制冷成本，实现了低温热媒水余热回收用于低温制冷的过程。

Claims

1.一种热媒水驱动的氨与溴化锂集成吸收式制冷装置，其特征在于，该氨与溴化锂集成吸收式制冷装置包括氨和溴化锂吸收式制冷两套装置：氨水溶液精馏塔、氨气冷凝器、液氨节流阀、液氨蒸发器、冷剂氨气吸收器、氨水溶液换热器、氨水溶液循环泵、氨水溶液减压阀、溴化锂溶液发生器、水蒸汽冷凝器、水节流阀、水蒸发器、冷剂水蒸汽吸收器、溴化锂溶液换热器、溴化锂溶液循环泵、溴化锂溶液减压阀；

氨水溶液精馏塔提馏段下部与氨水溶液换热器管程出口相连，塔顶与氨气冷凝器壳程进口相连，塔底与氨水溶液换热器壳程进口和氨水溶液减压阀依次相连；氨气冷凝器壳程出口、液氨节流阀、液氨蒸发器壳程和冷剂氨气吸收器下部进口依次相连；冷剂氨气吸收器下端出口、氨水溶液循环泵和氨水溶液换热器管程进口依次相连，冷剂氨气吸收器上部进口和氨水溶液减压阀依次相连；溴化锂溶液发生器进口与溴化锂溶液换热器管程出口相连，发生器顶部与水蒸汽冷凝器壳程进口相连，底部与溴化锂溶液减压阀和溴化锂溶液换热器壳程进口依次相连；水蒸汽冷凝器壳程出口、水节流阀、水蒸发器壳程和冷剂水蒸汽吸收器下部进口依次相连，冷剂水蒸汽吸收器下部出口、溴化锂溶液泵、溴化锂溶液换热器管程进口依次相连，冷剂水蒸汽吸收器上部进口与溴化锂溶液换热器壳程出口相连；水蒸发器管程出口、氨气冷凝器管程和氨气吸收器冷却剂进口依次相连，氨气吸收器冷却剂出口与水蒸发器管程进口相连。

2.利用权利要求1所述的一种热媒水驱动的氨与溴化锂集成吸收式制冷装置的方法，其特征包括以下步骤，

（1）浓氨水溶液于氨水溶液精馏塔中下部进入，氨水溶液精馏塔操作压力600～1000kPa，理论平衡级为5～10级，塔底再沸温度为90～110℃，塔顶得到98.6～99.99%(m/m)氨气；塔底再沸器热源为100～120℃热媒水，塔顶冷凝器热阱为溴化锂吸收式制冷制取的7～16℃冷冻水；塔顶氨气在氨气冷凝器被冷凝后，经氨水节流阀减压至80～140kPa，产生-33～-20℃液氨冷剂，液氨进入蒸发器蒸发，制取-30℃～-20℃温位的冷媒盐水，冷剂蒸汽进入冷剂氨气吸收器；塔底稀氨水溶液浓度为0.1～0.4，通过氨水溶液换热器降温至28～35℃后，再经氨水溶液减压阀减压至90～140kPa，进入冷剂氨气吸收器，将出自塔顶冷凝器的冷冻水，串级冷却冷剂氨气吸收器，维持吸收操作温度20～25℃，吸收器下端的浓氨水经氨水溶液循环泵加压，在氨水溶液换热器中升温至80～90℃后，进入氨水溶液精馏塔3～6块理论板；

（2）稀溴化锂溶液进入溴化锂溶液发生器，操作压力为5～9kPa，温度控制在85～95℃，发生液浓度为0.4～0.7；发生器热源由来自氨水溶液精馏塔底再沸器的热媒水序贯驱动，产生的水蒸汽由循环冷却水冷凝至30～50℃，后经节流阀减压至0.7～1.2kPa，形成4～7℃的低温水冷剂后送至蒸发器，蒸发操作压力为0.5～1kPa，从而制取7～16℃温位的冷冻水，进而送至氨气冷凝器作为冷源，冷剂水蒸汽进入冷剂水蒸汽吸收器，吸收操作温度由循环水控制在33～40℃；溴化锂溶液发生器下部浓溶液经溴化锂溶液减压阀后压力为0.7～1.4kPa，再经溴化锂溶液换热器，与溴化锂稀溶液换热至35～50℃后，进入冷剂水蒸汽吸收器吸收来自蒸发器的冷剂水蒸汽，生成溴化锂稀溶液，溴化锂稀溶液经溴化锂溶液换热器换热至60～80℃后，泵送回溴化锂溶液发生器；

（3）溴化锂制冷制取的冷冻水进入氨气冷凝器冷凝氨气后，温度为12～17℃，再进入冷剂氨气吸收器，以间接冷却形式冷却氨气吸收器，冷冻水终温升至15～20℃后进入水蒸发器中，进行冷却降温，冷冻水循环使用；溴化锂吸收器及水蒸汽冷凝器与循环水相连，采用循环水冷却，溴化锂吸收器温度控制在30～40℃。