溴化锂制冷机的原理及在硝酸装置余热的应用

2022-12-05

一、硝酸装置的现状

40万吨/年硝酸项目所需的原料液氨流量最小7t/h~12t/h, 温度+9~+11℃, 外部输送的原料液氨温度20~+50℃, 达不到硝酸装置的要求, 需要设计降温装置对液氨进行降温处理。

硝酸装置工艺中氨化炉的氨与空气中的氧气经催化反应, 生成一氧化氮和水, 反应生成物经废热锅炉及蒸汽过热器副产1.25MPa、201°C的中压过热蒸汽, 此蒸汽除了供硝酸装置蒸汽透平驱动压缩机组外, 仍有剩余的蒸汽没有利用的地方。为避免蒸汽的放空浪费, 充分进行余热利用, 决定采用吸附式制冷机。

二、吸附式制冷机的选择

氨机组蒸发温度可达到-60的, 多用于冷库、速冻等场所。溴化锂机组也是利用水作为制冷剂, 蒸发温度在0度以上, 出水在5度以上。另外溴化锂制冷机可用低压水蒸汽或75℃以上的热水作为热源, 适用于有富余废气 (汽) 、废热而且制冷温度要求在0度以上制冷装置。

溴化锂溶液由固体溴化锂溶解于水中而成。通常, 由氢溴酸和氢氧化锂通过中和反应来制取:

溴化锂属盐类, 无毒, 化学性质稳定, 不会变质。溶液是无色液体, 有咸味, 无毒, 加入铬酸锂 (缓蚀剂) 后溶液呈淡黄色;而氨是易燃、易爆、有毒的气体, 使用不安全。因此为了充分利用硝酸装置副产的蒸汽, 并从安全角度考虑本次采用了溴化锂制冷机。

溴化锂水溶液中有空气存在时对钢铁有较强的腐蚀性, 溴化锂吸收式制冷机因用水为制冷剂, 蒸发温度在0℃以上, 仅可用于空气调节设备和制备生产过程用的冷水。这种制冷机可用低压水蒸汽或75℃以上的热水作为热源, 因而对废气、废热、太阳能和低温位热能的利用具有重要的作用。

三、溴化锂制冷机的工作原理

在溴化锂吸收式制冷机运行过程中, 当溴化锂水溶液在再生器内受到热媒水的加热后, 溶液中的水不断汽化;随着水的不断汽化再生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高, 进入吸收器。水蒸气进入冷凝器, 被冷凝器内的冷却水降温后凝结, 成为高压低温的液态水。当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时, 急速膨胀而汽化, 并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量, 从而达到降温制冷的目的。在此过程中, 低温水蒸气进入吸收器, 被吸收器内的溴化锂水溶液吸收, 溶液浓度逐步降低, 再由循环泵送回再生器, 完成整个循环。如此循环不息, 连续制取冷量。由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却, 温度较低, 为了节省加热稀溶液的热量, 提高整个装置的热效率, 在系统中增加了一个换热器, 让发生器流出的高温浓溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行热交换, 提高稀溶液进入发生器的温度。

四、设计方案说明

冷水系统 (一开一备)

1. 制冷工艺简述:

(1) 制冷系统:采用蒸汽型溴化锂机组, 制取+5℃工艺冷水, 输送到氨换热器与液氨进行换热, 将液氨由+50℃冷却至+10℃, 升温后的+10℃冷水回到溴化锂冷水机组进行制冷, 制取+5℃工艺冷水后循环使用;

(2) 溴化锂机组热源:蒸汽0.6MPa (A) ;

载冷剂:水 (H2O) ;进出口温度:+5℃/+10℃;

制冷设备选型说明:

采用两台防爆蒸汽型溴化锂冷水机组 (一用一备) +一台氨/

2. 水换热器撬块的方案:

防爆蒸汽型溴化锂冷水机组的选择:

氨冷却计算需冷量:630k W (54.18万Kcal/h) , 系统采用防爆型溴化锂冷水机组制取+5℃工艺冷水, 采用压力6kg/cm2·A蒸汽做为热源。采用2台SG-23H (特) 型防爆溴化锂冷水机组机组进行制冷 (一用一备) , 在工况+5℃出水条件下, 单台机组制冷量651k W/台 (56万Kcal/h) , 满足使用要求。机组蒸汽耗量798kg/h, 冷却水进出口温度+33℃/+39℃条件下, 循环量170m3/h。

氨/水换热器撬块的选择选用一台WNA-600型防爆氨/水换热撬块, 撬块内包括氨/水换热器、自动控制阀组组成, 上述设备安装于同一公用底座, 呈独立撬装结构。