高建雷

（山西焦化集團(tuán)有限公司，山西 洪洞 041600）

0 引言

在煉焦過(guò)程中，焦?fàn)t產(chǎn)生的荒煤氣溫度高達(dá)650～750 ℃，通過(guò)上升管換熱器后溫度依然達(dá)到了550～600 ℃，在橋管和集氣管內(nèi)，用循環(huán)氨水噴灑冷卻至80～82 ℃，循環(huán)氨水溫度高達(dá)75 ℃，具有較高的顯熱。為保證氨水冷卻煤氣過(guò)程中蒸發(fā)的推動(dòng)力，橋管處噴灑氨水的溫度一般高于70 ℃即可，可利用熱量較大。在焦化產(chǎn)生過(guò)程中，各種介質(zhì)需要頻繁升降溫，需要低溫水為換熱介質(zhì)，目前工業(yè)用制冷機(jī)多為燃?xì)夂驼羝鳛閯?dòng)力，制取生產(chǎn)所需的低溫水，不僅能耗高、運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)，且產(chǎn)生的廢氣和廢水還會(huì)造成環(huán)境污染。

循環(huán)氨水余熱制冷機(jī)是通過(guò)利用循環(huán)氨水作為熱源驅(qū)動(dòng)代替煤氣、蒸汽等熱源，為新技術(shù)、新工藝。目前山西焦化已建成投入使用，以前使用的蒸汽型制冷機(jī)組和燃?xì)庑椭评錂C(jī)組均改為補(bǔ)充使用，平時(shí)均以氨水余熱制冷機(jī)組為主要制冷設(shè)備，項(xiàng)目節(jié)能降耗效果顯著，預(yù)計(jì)每產(chǎn)生熱值100 萬(wàn)kcal/Nm3，節(jié)約1.1 t飽和蒸汽或170 m3焦?fàn)t煤氣。如何充分利用系統(tǒng)余熱，降低能源消耗，減少環(huán)境污染都將是發(fā)展的趨勢(shì)。

1 制冷系統(tǒng)改造方案

1.1 方案設(shè)計(jì)原則

此方案設(shè)計(jì)的氨水余熱利用制冷系統(tǒng)，將循環(huán)氨水泵出口1 150 m3/h、75 ℃的熱氨水送入氨水余熱制冷機(jī)組進(jìn)行熱量回收，出氨水余熱制冷機(jī)組的氨水溫度降低至67 ℃后送至煉焦車間對(duì)荒煤氣噴灑降溫。制取的低溫水直接并入化產(chǎn)車間制冷水管網(wǎng)送至各用點(diǎn)使用。新建的氨水余熱利用制冷系統(tǒng)節(jié)省焦?fàn)t煤氣的消耗量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，達(dá)到降低生產(chǎn)運(yùn)行成本的目的。氨水余熱利用制冷項(xiàng)目屬行業(yè)成熟工藝。按現(xiàn)有氨水的余熱利用率計(jì)算可制取760 kcal/h 冷量的制冷水，設(shè)置2 臺(tái)380 kW 的氨水制冷機(jī)組，這樣運(yùn)行方式更為靈活。

1.2 系統(tǒng)整體方案

氨水循環(huán)系統(tǒng)：氨水余熱制冷機(jī)組系統(tǒng)擬修建在化產(chǎn)車間冷卻塔旁空地。通過(guò)在原循環(huán)氨水泵出口管DN500 的管道上，采用帶壓開(kāi)孔的方式，將75 ℃的熱氨水引至氨水余熱制冷機(jī)組進(jìn)行余熱利用?；厥諢崃亢蟮陌彼疁囟冉档椭?7 ℃，再送至煉焦車間對(duì)荒煤氣進(jìn)行噴灑降溫，既實(shí)現(xiàn)了氨水余熱利用，又使噴灑的氨水溫度降低，提高了荒煤氣冷卻效果。冷卻后的高溫氨水經(jīng)過(guò)機(jī)械化澄清槽凈化處理后，再通過(guò)循環(huán)氨水泵輸送至本機(jī)組進(jìn)行余熱利用，持續(xù)循環(huán)。

制冷水循環(huán)系統(tǒng)：在化產(chǎn)車間使用后的制冷水通過(guò)管道輸送至本制冷機(jī)組，通過(guò)制冷機(jī)換熱，將23 ℃的冷卻水冷卻至16 ℃，再輸送到制冷水主管道，供化產(chǎn)車間初冷、預(yù)冷、提鹽、終冷、風(fēng)機(jī)用水使用。各點(diǎn)使用后溫升的冷卻水再通過(guò)管路輸送至制冷系統(tǒng)制冷降溫，如此循環(huán)。環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，各溫度亦有少量變化。

1.3 工藝流程

工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 工藝流程圖

1.4 運(yùn)行方式

本制冷機(jī)組與原燃?xì)鈾C(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，互不影響。以氨水余熱制冷機(jī)組運(yùn)行為主，燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行為輔。當(dāng)環(huán)境溫度變化、循環(huán)氨水溫度降低、制冷水用量發(fā)生較大變化，余熱機(jī)組不能滿足制冷水水溫要求時(shí)，根據(jù)制冷水水溫，選擇性開(kāi)啟原燃?xì)鈾C(jī)組。理論上夏季高溫天氣時(shí)，“余熱機(jī)組＋2 臺(tái)燃?xì)鈾C(jī)組”運(yùn)行模式，即可滿足現(xiàn)有條件下的化產(chǎn)車間用水。

2 設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

1）對(duì)廠區(qū)所有的氨水管道進(jìn)行保溫，減少氨水流動(dòng)過(guò)程中不必要的熱量損失，以保證進(jìn)入上升管噴灑前氨水溫度大于63℃。調(diào)試過(guò)程中密切跟蹤記錄循環(huán)氨水在橋管處的噴灑溫度、噴灑壓力和荒煤氣降溫后的溫度，對(duì)荒煤氣的冷卻效果進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤分析。

2）為了保證出余熱利用系統(tǒng)的循環(huán)氨水的噴灑效果，新增3 臺(tái)氨水泵，新增氨水泵僅用于克服新增加的余熱利用系統(tǒng)內(nèi)的系統(tǒng)阻力（流量為700 m3/h/臺(tái)），保證氨水的噴灑壓力較改造前（改造前進(jìn)橋管循環(huán)氨水主管處壓力0.35 MPa）增加0.03～0.05 MPa，從而保證循環(huán)氨水在橋管處的霧化效果，噴灑的循環(huán)氨水量不變的情況下保證荒煤氣降溫效果，避免由于循環(huán)氨水溫度降低后導(dǎo)致循環(huán)氨水在橋管處的噴灑不均勻后與荒煤氣接觸不充分，導(dǎo)致荒煤氣溫度升高。

3）氨水進(jìn)氨水余熱制冷機(jī)前需設(shè)置自清洗過(guò)濾器，處理的氨水流量為1 400 t/h，自清洗過(guò)濾器殼體采用304 不銹鋼，濾網(wǎng)采用鈦鋼。自清洗過(guò)濾器后氨水中焦油含量小于100mg/L，同時(shí)保證去除95%以上的大于200 μm 的顆粒。防止氨水中雜質(zhì)進(jìn)行制冷機(jī)組，進(jìn)而影響余熱制冷機(jī)的換熱效率。

4）為防止制冷機(jī)組中各水路管道出現(xiàn)腐蝕穿孔等問(wèn)題，且必須保證制冷機(jī)組內(nèi)的換熱效率，冷卻水換熱管采用材質(zhì)為鈦材光管，厚度為0.7 mm。冷水換熱管為316L 不銹鋼材質(zhì)的光管，厚度為0.8 mm。制冷機(jī)與氨水系統(tǒng)接觸的換熱管為鈦材光管，厚度為0.7 mm。溶液熱交換器考慮溶液流通阻力小，流道寬，不易使主機(jī)內(nèi)部溶液結(jié)晶的溶液熱交換器形式，且換熱效率滿足氨水余熱制冷機(jī)對(duì)熱量的需求。

5）在單臺(tái)制冷機(jī)循環(huán)氨水管進(jìn)出口和氨水余熱制冷機(jī)組氨水總管進(jìn)出口均安裝電動(dòng)閥門，通過(guò)程序設(shè)定，將氨水余熱制冷機(jī)組旁通閥設(shè)置為故障狀態(tài)下立即全開(kāi)，氨水余熱制冷機(jī)組進(jìn)出口閥門設(shè)置為故障狀態(tài)下立即全關(guān)，實(shí)現(xiàn)在機(jī)組故障時(shí)自動(dòng)快速切換，保證高溫荒煤氣冷卻用循環(huán)氨水的供應(yīng)不受氨水制冷機(jī)組系統(tǒng)故障而中斷。

3 效果驗(yàn)證

1）本項(xiàng)目余熱利用制冷系統(tǒng)每小時(shí)可以產(chǎn)生制冷量為760 萬(wàn)kcal，現(xiàn)有燃?xì)庑椭评錂C(jī)的COP 制冷效率為1.354，焦?fàn)t煤氣燃燒效率為94%，焦?fàn)t煤氣熱值按4 100 kcal/Nm3計(jì)，余熱制冷機(jī)投用后每小時(shí)可節(jié)約焦?fàn)t煤氣1 456.4 Nm3。

2）橋管處噴灑冷卻后荒煤氣冷卻溫度由82 ℃下降至80 ℃，冷卻效果良好。

3）自清洗過(guò)濾器后焦油含量降至38 mg/L，200 μm以上的顆粒檢測(cè)不出，換熱效率未受影響。完全替代原4 臺(tái)350 萬(wàn)kcal/h 直燃型溴化鋰吸收式制冷機(jī)組，制冷效率高。

4 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目已在我廠連續(xù)運(yùn)行1 a 以上，針對(duì)循環(huán)氨水特性、焦化生產(chǎn)工藝，通過(guò)優(yōu)化循環(huán)氨水工藝，采用管道保溫、增加氨水泵和制冷機(jī)前增加自清洗過(guò)濾器等措施保證高溫荒煤氣的冷卻效果。通過(guò)優(yōu)化吸收器中的溶液和蒸發(fā)器中的冷劑水噴淋方式及選擇管殼式換熱器作為溶液熱交換器，提升制冷機(jī)組的換熱效率和抗堵性，保證了制冷機(jī)組的正常運(yùn)行，制冷量達(dá)到設(shè)計(jì)值，且焦?fàn)t沒(méi)有因循環(huán)氨水溫度降低引起高溫荒煤氣冷卻效果變差和集氣管堵塞問(wèn)題。該項(xiàng)目屬于節(jié)能降耗技術(shù)，充分利用系統(tǒng)余熱，減少煤氣等能源消耗。