CN106766342B - 利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焦化过程中的氨蒸汽处理领域，提出了一种利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统，氨蒸汽排出口通过三通阀分别并行连接分缩器及吸收式热泵，氨蒸汽排出口通过管路分别并行连接蒸发器入口、采暖装置高温侧入口及再生器入口；冷却后的氨蒸汽通过管路经蒸发器出口、采暖装置高温侧出口及再生器出口连接至气液分离器。采暖装置的低温侧入口与系统采暖水回水口连接，采暖装置的低温侧出口与系统采暖水出水口连接，吸收式热泵机组内设有采暖季和非采暖季的切换阀门。本发明将溴化锂吸收式热泵应用于蒸氨系统中回收氨汽热量，产生更高品位的热量用于蒸馏或采暖，从而减少能源的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及焦化过程中的氨蒸汽处理领域，具体涉及利用溴化锂吸收式二类热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统。
背景技术
煤在焦化过程中的其中一道工序需要进行蒸氨。蒸氨是通过蒸馏脱除剩余氨水中的氨、氰化物和硫化物，改善废水水质，满足酚氰污水处理工序要求，同时回收氨用于脱硫或生产硫铵。传统的剩余氨水蒸氨工艺按加热方式分为利用水蒸气、煤气、导热油进行蒸氨，此种方式能源消耗量较大；蒸氨工艺按压力区分可分为常压蒸氨和负压蒸氨，无论哪种剩余氨水蒸氨工艺，其塔顶的氨汽热量大部分通过冷却循环水间接的排放至大气之中，造成了能源的浪费，一般塔顶氨汽带走蒸馏耗热量约占80-90%，能源损失巨大。另蒸氨时，塔底（或蒸氨废水加热器）以煤气、蒸汽或导热油为加热热源提供蒸馏热量，此举造成了能源的消耗。蒸氨塔塔顶氨汽热能未回收利用，同时增加了驱动能耗和冷却循环水的水耗，降低了能源利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蒸氨塔顶氨蒸汽余热回收系统，即将溴化锂吸收式热泵应用于焦化蒸氨系统之中，回收氨汽热量，产生更高品位的热量用于蒸馏或采暖，替代原有的蒸汽、煤气、导热油用于加热蒸氨废水蒸馏或消耗能源进行采暖的方式，从而减少能源的消耗。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：提出了一种利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统，包括蒸氨塔、分缩器、吸收式热泵机组及剩余氨水槽，蒸氨塔上设置有氨蒸汽排出口、剩余氨水添加口、蒸氨废水回流口、液相氨水回流口及蒸氨废水排出口，氨蒸汽排出口位于蒸氨塔塔顶，氨蒸汽排出口通过三通阀分别并行连接分缩器及吸收式热泵，分缩器出口分别与液相氨水回流口、饱和器入口或冷却器入口连接，吸收式热泵机组包括蒸发器、吸收器、再生器、冷凝器及采暖装置，氨蒸汽排出口通过三路并行的输入管路分别连接蒸发器入口、采暖装置高温侧入口及再生器入口，三路输入管路上分别设置有用于控制各输入管路通断的阀门；冷却后的氨蒸汽通过三路并行的输出管路经蒸发器出口、采暖装置高温侧出口及再生器出口连接至气液分离器，三路输出管路上分别设置有用于控制各输出管路通断的阀门，气液分离器的液相出口连接液相氨水回流口，气液分离器的气相出口连接饱和器或冷却器；采暖装置的低温侧入口与系统采暖水回水口连接，采暖装置的低温侧出口与系统采暖水出水口连接。
所述吸收式热泵的吸收器入口通过管路连接蒸氨废水排出口，吸收器出口通过管路连接蒸氨废水回流口。
蒸氨废水排出口连接剩余氨水换热器的高温侧入口，剩余氨水换热器的高温侧出口连接冷却器，剩余氨水换热器的低温侧入口与剩余氨水槽连接，剩余氨水换热器的低温侧出口与混合器入口进行连接，混合器出口与蒸氨塔的剩余氨水添加口连接。
所述剩余氨水槽与剩余氨水换热器之间设置有剩余氨水泵及陶瓷膜过滤器，剩余氨水槽与剩余氨水泵入口连接，剩余氨水泵出口与陶瓷膜过滤器入口连接，陶瓷膜过滤器出口与剩余氨水换热器的低温侧入口连接，剩余氨水换热器的低温侧出口与混合器入口进行连接，混合器出口与蒸氨塔的剩余氨水添加口连接。
所述蒸氨塔的热源采用蒸氨废水加热器或设置于塔底的蒸馏驱动热源。
所述蒸氨废水加热器连接蒸氨废水排出口，蒸氨废水加热器的出口与吸收器出口连通形成汇流管路，汇流管路与蒸氨废水回流口连接。
所述吸收式热泵内设置有储气室及抽气用热交换器，储气室与抽气泵连接，储气室入口设置有涡流式螺旋喷射头，储气室通过管路与蒸发器、吸收器、再生器及冷凝器连接，连接再生器出口的溴化锂浓溶液管路经溶液泵连接抽气用热交换器的高温侧入口，换热后的溴化锂浓溶液通过抽气用热交换器的高温侧出口输送至储气室入口，抽气用热交换器的低温侧入口连接吸收式热泵的冷却水进水管路，换热后的冷却水经抽气用热交换器的低温侧出口回流至冷却水出水管路。
所述吸收式热泵内设置有储气室及抽气用热交换器，储气室与抽气泵连接，储气室入口设置有涡流式螺旋喷射头，储气室通过管路与蒸发器、吸收器、再生器及冷凝器连接，连接再生器出口的溴化锂浓溶液管路经溶液泵连接抽气用热交换器的高温侧入口，换热后的溴化锂浓溶液通过抽气用热交换器的高温侧出口输送至储气室入口，抽气用热交换器的低温侧入口连接冷凝器出口的冷剂水管路，换热后的冷剂水经抽气用热交换器的低温侧出口回流至蒸发器内。
所述蒸发器、再生器及供暖装置内壁均设置有耐氨腐蚀涂层。
本发明的有益效果体现在：
1）本发明在原有的蒸氨系统保持不变的前提下，并联一套溴化锂吸收式热泵系统用于回收塔顶氨蒸汽。在塔顶配置一分流电动三通阀，该三通阀为起到系统切换作用。三通阀一条支路与原系统分缩器进行连接，另一条支路串联溴化锂吸收式二类热泵机组连接。氨蒸汽在溴化锂吸收式二类热泵中释放热量之后的汽水混合物，在气液分离器中进行分离，气相氨去往饱和器制取硫铵或经氨汽冷凝冷却器冷凝成浓氨水产品，液相氨水返回蒸氨塔内作为回流液。分缩器与吸收式热泵系统并联，当热泵系统检修维护时，切换至原系统冷却氨蒸汽，以保证工艺正常稳定运转，氨蒸汽在分缩器中释放热量之后的汽水混合物，气相氨去往饱和器制取硫铵或经氨汽冷凝冷却器冷凝成浓氨水产品，液相氨水返回蒸氨塔内作为回流液。利用本发明回收塔顶氨汽热量，减少了原工艺中分缩器、冷却器中冷却氨汽所需要的冷量，即降低了冷却水的流量，降低了水耗及附属泵组的电耗。
2）在非供暖季，本发明通过溴化锂吸收式二类热泵回收利用蒸氨塔顶氨汽热量用于加热蒸氨废水，蒸氨废水返回塔内提供蒸馏热量，实现能量的循环利用，从而降低煤气、蒸汽或导热油的消耗。原有的加热系统与吸收式热泵进行互为备用，当吸收式热泵检修维护或者提供热量不够时，为蒸馏工艺进行补热；吸收式二类热泵直接加热蒸氨废水在蒸氨塔内进行蒸馏，不会增加蒸氨废水总量。与利用换热设备间接加热蒸氨废水相比，利用吸收式二类热泵直接加热蒸氨废水可减少热量损失和提高热品位。
在供暖季，利用蒸氨塔顶氨蒸汽热量与供暖水换热，提高供暖水温度，节省原采暖所需驱动热量。由于非采暖季时，热泵产生蒸馏热量的效率为 0.5左右；采暖季时，热泵产生的采暖热量的效率接近1，故采暖季与非采暖季相比较，在回收相同余热的前提下，产生的采暖热量是蒸馏热量的2倍。原采暖系统与溴化锂吸收式二类热泵互为备用，在确保整个系统的稳定性。
3）本发明采用一部分蒸氨废水为进入蒸氨塔之前的剩余氨水进行加热，为其提供热量，减少了原加热蒸氨废水用于蒸馏的驱动热量，从而降低了煤气、蒸汽或者导热油的消耗，提高了余热回收的利用率。
4）本发明的吸收式二类热泵采用冷却水或冷剂水冷却抽气装置，将各容器内的不凝性气体通过管路回收至储气室内，保证机组的真空性能
5）本发明只是增加了吸收式热泵、气液分离器，不影响原蒸氨主体设备，工程量小，投资低，节能效益较好，且该工艺适用于蒸汽蒸氨、导热油蒸氨及管式炉蒸氨，推广应用范围较广。该余热回收系统基于原有设备，与原有冷却氨汽及蒸馏工艺并联，互为备用，利用三通阀门等进行切换，确保了整体工艺的稳定性能。
附图说明
图1为本发明的结构图（蒸氨塔热源为塔底蒸馏驱动热源）；
图2为本发明的结构图另一种形式（蒸氨塔热源为蒸氨废水加热器）；
图3为吸收式热泵工作原理（冷却水冷却抽气装置）；
图4为吸收式热泵工作原理（冷剂水冷却抽气装置）；
图中：1蒸氨塔、2三通阀、3吸收式热泵机组、4气液分离器、5分缩器、6冷却器、7剩余氨水槽、8剩余氨水泵、9剩余氨水换热器、10蒸氨废水泵、11塔底蒸馏加热装置、12陶瓷膜过滤器、13混合器、14饱和器、15蒸氨废水加热器、16蒸发器、17吸收器、18再生器、19冷凝器、20冷剂送液泵、21溴化锂溶液泵、22溶液热交换器、23抽气用热交换器、24抽气泵、25 储气室、26冷剂循环泵、27采暖装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示的利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统，包括蒸氨塔1、分缩器2、吸收式热泵机组3及剩余氨水槽7。蒸氨塔1上设置有氨蒸汽排出口、剩余氨水添加口、蒸氨废水回流口、液相氨水回流口及蒸氨废水排出口，氨蒸汽排出口位于蒸氨塔塔顶，氨蒸汽排出口通过三通阀2分别并行连接分缩器5及吸收式热泵3。在塔顶部的氨蒸汽，通过分流三通阀2进行控制切换，三通阀2的两个支路分别接入到吸收式热泵机组3的驱动热源入口端和分缩器5入口端。其中，三通阀一条支路中的氨蒸汽经分缩器5冷却后，气相氨水去往饱和器14制取硫铵或送至冷凝冷却器6中冷凝成浓氨水产品，液相氨水经液相氨水回流口回流至蒸氨塔1。
如图3所示，三通阀另一条支路中的氨蒸气通过三路并行的输入管路分别连接蒸发器16入口、采暖装置27高温侧入口及再生器18入口，三路输入管路上分别设置有用于控制各输入管路通断的阀门；氨蒸汽在吸收式热泵3中释放热量后，通过三路并行的输出管路经蒸发器16出口、采暖装置27高温侧出口及再生器18出口输出，三路输出管路上分别设置有用于控制各输出管路通断的阀门，输出的氨蒸汽凝液输送至气液分离器4，分离后的气相氨水去往饱和器14制取硫铵或送至冷却器6中冷凝成浓氨水产品，分离后的液相氨水经液相氨水回流口回流至蒸氨塔1。采暖装置27的低温侧入口与系统采暖回水口连接，采暖装置27的低温侧出口与系统采暖出水口连接。其中，吸收式热泵机组中的阀门用于打开或关断对应支路，从而切换采暖季和非采暖季工况下的蒸氨汽流向，采暖季时通过阀门关断氨蒸汽与蒸发器及再生器之间的管路，氨蒸汽通过管路进入供暖装置与供暖水换热，为厂区提供供暖；非采暖季时，通过阀门关断氨蒸汽与供暖装置之间的管路，氨蒸汽分别进入蒸发器和再生器为蒸氨塔提供蒸馏热量（吸收式热泵的蒸发器、再生器亦可选用串联模式，即蒸氨汽进入蒸发器的入口端，经由蒸发器的出口进入再生器的入口，再生器的出口连接气液分离器）。吸收式热泵3与分缩器5相互并联备用，当吸收式热泵3机组检修维护时，利用分缩器5冷却氨蒸汽热量。
图1中，剩余氨水槽7为储存氨水的槽池，剩余氨水通过剩余氨水泵8通入陶瓷膜过滤器12进行过滤后通入剩余氨水换热器9为其进行升温预热，降低能耗。升温后的剩余氨水流入混合器13加碱后进入蒸氨塔1。塔底的蒸氨废水通过蒸氨废水泵10经两支路排出蒸氨塔，一支路去往剩余氨水换热器9为剩余氨水升温，对蒸氨废水进行热量回收后去往冷却器6最终冷凝成浓氨水产品。另一支路的蒸氨废水管线串联溴化锂吸收式二类热泵3的吸收器17，利用吸收式二类热泵3为蒸氨废水进行升温后回流至蒸氨塔1，为蒸氨塔内1蒸馏提供热量，减少原蒸氨塔底的蒸馏加热装置11蒸氨的消耗量。蒸馏加热装置11与吸收式热泵互为备用，确保系统稳定运转。
如图2所示，若系统中含有蒸氨废水加热器，蒸氨废水泵10出口的一条支路与蒸氨废水加热器15的入口连接。蒸氨废水在蒸氨废水加热器15内通过煤气、蒸汽或导热油为蒸氨废水进行加热，蒸氨废水加热器15的出口与溴吸收热泵吸收器出口进行汇合后，共同与蒸氨废水回流口进行连接，将加热后的蒸氨废水返回蒸氨塔内为蒸馏提供热量。蒸氨废水加热器15与吸收式热泵互为备用，确保系统稳定运转。
本发明中的溴化锂吸收式二类热泵是一种常见的热回收装置，溴化锂吸收式二类热泵的蒸发器16与吸收器17进行连通，冷凝器19与再生器18进行连通。再生器18底端的溴化锂浓溶液管路与溶液泵21入口进行连接，溶液泵21出口与溶液热交换器22高温侧入口连接，溶液热交换器22高温侧出口与吸收器17顶端进行连接，溴化锂浓溶液在吸收器17顶端进行滴淋，吸收来自蒸发器的水蒸汽后变为稀溶液，由吸收器17底端进入溶液换热器22低温侧入口，由溶液热交换器22低温侧出口排出，去往再生器18顶端进行滴淋浓缩。冷凝器19底端的冷剂水管路与冷剂送液泵20入口进行连接，冷剂送液泵20出口利用管路将冷剂水打入蒸发器16内，冷剂水进入蒸发器16后流入蒸发器16底端，在冷剂循环泵26的作用下将蒸发器16底端的冷剂水打到蒸发器16顶端进行滴淋，滴淋的冷剂水吸收热量后变为冷剂蒸汽进入吸收器17内被溴化锂浓溶液进行吸收，溴化锂浓溶液变为稀溶液。溴化锂吸收式二类热泵的蒸发器16、冷凝器19、再生器18、吸收器17以及溶液热交换器22等进行连接。为保证机组的真空性，机组配备的涡流式螺旋喷射头，在溶液泵21的作用下，浓溶液进入储气室25，在储气室25入口带动喷射头高速旋转，使储气室25形成负压，通过储气室与二类热泵各个容器连接的管道，将各容器内的不凝性气体通过管路回收至储气室内，保证机组的真空性能。但由于浓溶液温度过高，会导致储气室内压力发生变化，导致吸力减小，为保证储气室吸收不凝性气体的能力，在浓溶液进入储气室前为其进行降温。为浓溶液降温的方式分为两种，一种利用抽气用热交换器23让其与机组外部循环的冷却水进行换热降温，如图3所示，利用抽气用热交换器23和一股冷却水为进入储气室25前的浓溶液进行冷却，保证储气室的压力，从而确保储气室25吸收不凝性气体的能力。从溴化锂吸收式机组的冷却水入口管道引入一股低温冷却水进入抽气用热交换热器23低温侧入口，待冷却水换热温度升高后由抽气用热交换热器23低温侧出口排出，经管路引回机组冷却水出口管路。从溶液泵21引出一股浓溶液进入抽气用热交换热器23高温侧入口，换热后浓溶液的温度降低，由抽气用热交换热器23高温侧出口排出，进入储气室。
另一种方式是利用抽气用热交换器，通过机组内部的冷剂水为其换热降温，如图4所示，利用抽气用热交换器23和一股机组内循环的冷剂水为进入储气室25的浓溶液进行冷却，保证储气室25的压力，从而确保储气室25吸收不凝性气体的能力。从溴化锂吸收式机组的冷剂送液泵引入一股低温冷剂水通过管道进入抽气用热交换热器23低温侧入口，待冷剂水换热温度升高后由抽气用热交换热器23低温侧出口排出，经管路引回至机组蒸发器16内。从溶液泵引出一股浓溶液进入抽气用热交换热器23高温侧入口，换热后浓溶液的温度降低，由抽气用热交换热器高温侧23出口排出进入储气室。
Claims (7)
1.利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统，包括蒸氨塔、分缩器、吸收式热泵机组及剩余氨水槽，蒸氨塔上设置有氨蒸汽排出口、剩余氨水添加口、蒸氨废水回流口、液相氨水回流口及蒸氨废水排出口，氨蒸汽排出口位于蒸氨塔塔顶，氨蒸汽排出口通过三通阀分别并行连接分缩器及吸收式热泵，分缩器出口分别与液相氨水回流口、饱和器入口或冷却器入口连接，其特征在于：吸收式热泵机组包括蒸发器、吸收器、再生器、冷凝器及采暖装置，氨蒸汽排出口通过三路并行的输入管路分别连接蒸发器入口、采暖装置高温侧入口及再生器入口，三路输入管路上分别设置有用于控制各输入管路通断的阀门；蒸氨废水排出口连接剩余氨水换热器的高温侧入口，剩余氨水换热器的高温侧出口连接冷却器，剩余氨水换热器的低温侧入口与剩余氨水槽连接，剩余氨水换热器的低温侧出口与混合器入口进行连接，混合器出口与蒸氨塔的剩余氨水添加口连接；冷却后的氨蒸汽通过三路并行的输出管路经蒸发器出口、采暖装置高温侧出口及再生器出口连接至气液分离器，三路输出管路上分别设置有用于控制各输出管路通断的阀门，气液分离器的液相出口连接液相氨水回流口，气液分离器的气相出口连接饱和器或冷却器；采暖装置的低温侧入口与系统采暖水回水口连接，采暖装置的低温侧出口与系统采暖水出水口连接；所述吸收式热泵内设置有储气室及抽气用热交换器，储气室与抽气泵连接，储气室入口设置有涡流式螺旋喷射头，储气室通过管路与蒸发器、吸收器、再生器及冷凝器连接，连接再生器出口的溴化锂浓溶液管路经溶液泵连接抽气用热交换器的高温侧入口，换热后的溴化锂浓溶液通过抽气用热交换器的高温侧出口输送至储气室入口，抽气用热交换器的低温侧入口连接吸收式热泵的冷却水进水管路，换热后的冷却水经抽气用热交换器的低温侧出口回流至冷却水出水管路。
2.利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统，包括蒸氨塔、分缩器、吸收式热泵机组及剩余氨水槽，蒸氨塔上设置有氨蒸汽排出口、剩余氨水添加口、蒸氨废水回流口、液相氨水回流口及蒸氨废水排出口，氨蒸汽排出口位于蒸氨塔塔顶，氨蒸汽排出口通过三通阀分别并行连接分缩器及吸收式热泵，分缩器出口分别与液相氨水回流口、饱和器入口或冷却器入口连接，其特征在于：吸收式热泵机组包括蒸发器、吸收器、再生器、冷凝器及采暖装置，氨蒸汽排出口通过三路并行的输入管路分别连接蒸发器入口、采暖装置高温侧入口及再生器入口，三路输入管路上分别设置有用于控制各输入管路通断的阀门；蒸氨废水排出口连接剩余氨水换热器的高温侧入口，剩余氨水换热器的高温侧出口连接冷却器，剩余氨水换热器的低温侧入口与剩余氨水槽连接，剩余氨水换热器的低温侧出口与混合器入口进行连接，混合器出口与蒸氨塔的剩余氨水添加口连接；冷却后的氨蒸汽通过三路并行的输出管路经蒸发器出口、采暖装置高温侧出口及再生器出口连接至气液分离器，三路输出管路上分别设置有用于控制各输出管路通断的阀门，气液分离器的液相出口连接液相氨水回流口，气液分离器的气相出口连接饱和器或冷却器；采暖装置的低温侧入口与系统采暖水回水口连接，采暖装置的低温侧出口与系统采暖水出水口连接；所述吸收式热泵内设置有储气室及抽气用热交换器，储气室与抽气泵连接，储气室入口设置有涡流式螺旋喷射头，储气室通过管路与蒸发器、吸收器、再生器及冷凝器连接，连接再生器出口的溴化锂浓溶液管路经溶液泵连接抽气用热交换器的高温侧入口，换热后的溴化锂浓溶液通过抽气用热交换器的高温侧出口输送至储气室入口，抽气用热交换器的低温侧入口连接冷凝器出口的冷剂水管路，换热后的冷剂水经抽气用热交换器的低温侧出口回流至蒸发器内。
3.根据权利要求1或2所述的利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统，其特征在于：所述吸收式热泵的吸收器入口通过管路连接蒸氨废水排出口，吸收器出口通过管路连接蒸氨废水回流口。
4.根据权利要求1或2所述的利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统，其特征在于：所述剩余氨水槽与剩余氨水换热器之间设置有剩余氨水泵及陶瓷膜过滤器，剩余氨水槽与剩余氨水泵入口连接，剩余氨水泵出口与陶瓷膜过滤器入口连接，陶瓷膜过滤器出口与剩余氨水换热器的低温侧入口连接，剩余氨水换热器的低温侧出口与混合器入口进行连接，混合器出口与蒸氨塔的剩余氨水添加口连接。
5.根据权利要求1或2所述的利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统，其特征在于：所述蒸氨塔的热源采用蒸氨废水加热器或设置于塔底的蒸馏驱动热源。
6.根据权利要求5所述的利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统，其特征在于：所述蒸氨废水加热器连接蒸氨废水排出口，蒸氨废水加热器的出口与吸收器出口连通形成汇流管路，汇流管路与蒸氨废水回流口连接。
7.根据权利要求1或2所述的利用溴化锂吸收式热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热系统，其特征在于：所述蒸发器、再生器及供暖装置内壁均设置有耐氨腐蚀涂层。
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