鄭 康

(寧夏寶立集團(tuán)有限公司,寧夏 銀川 750411)

在煤化工生產(chǎn)過程中,由于工藝需求,高溫物料在冷卻過程中釋放出的熱量被稱為余熱。在變換、轉(zhuǎn)化、甲醇合成、甲烷合成、氨合成、多級壓縮過程中,均會產(chǎn)生大量余熱。該部分工藝余熱是熱量回收的重點(diǎn),在煤化工工藝流程中占據(jù)重要的組成部分。按照溫度自高及低的順序,余熱可以用來生產(chǎn)高、中、低品質(zhì)蒸汽或預(yù)熱原料氣、加熱軟水及脫鹽水等,剩下的較難回收的低品質(zhì)熱量則通過水冷或空冷方式被冷卻帶走。余熱的回收利用通常根據(jù)全廠的熱量平衡以及經(jīng)濟(jì)可行性分析來統(tǒng)籌考慮。

煤化工生產(chǎn)過程中,有些工藝過程則需要冷量的輸入,典型如空分、低溫甲醇洗、LNG、氨合成等。目前,工業(yè)制冷的方法主要有壓縮制冷、吸收(吸附)制冷、混合制冷等方式。制冷為耗功、耗能的過程,其動力來源主要為蒸汽或電能。

如果一個煤化工過程中既涉及余熱回收,又需制冷,那么通過適當(dāng)?shù)姆椒?利用工藝余熱為制冷過程提供動力,則將是能量合理利用方面的一個重要途徑。溴化鋰制冷技術(shù)就能勝任這項(xiàng)任務(wù)。

2.破冰增氧。對結(jié)冰嚴(yán)重的水域，要及時破冰增氧，避免造成蝦苗缺氧死亡，可每隔一段距離用竹竿戳一個1m2的洞，洞越多越好。

1 溴化鋰制冷原理

1.1 技術(shù)發(fā)展及制冷原理

溴化鋰制冷技術(shù)出現(xiàn)于上世紀(jì)四十年代的美國,從六十年代開始,經(jīng)日本的改進(jìn)和發(fā)展,逐漸成為工業(yè)級的成熟、穩(wěn)定的技術(shù)。溴化鋰制冷技術(shù)在我國自上世紀(jì)六十年代末起,也有了五十余年的發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用[1]。溴化鋰溶液無毒無臭、環(huán)境友好、不損害臭氧層,且近年來全球各國相繼禁用氟利昂等,為進(jìn)一步發(fā)展溴化鋰制冷技術(shù)提供了良好條件。

第二天，我真的離家出走了，我把所有的零花錢都揣在口袋里。路邊雜貨店的寡婦老板娘正在煮茶葉蛋，殷勤地招呼我吃，結(jié)果一不小心就把錢全花光了，我摸著空口袋和鼓脹的胃，決定將離家出走進(jìn)行到底。

溴化鋰制冷是一種吸收式制冷技術(shù),以溴化鋰-水溶液體系作為介質(zhì),以水為制冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑,利用水在高真空下低溫沸騰的原理制備冷凍水。

對于溴化鋰吸收式制冷過程,制冷系數(shù)如下:

溴化鋰制冷技術(shù)可以利用80～250 ℃的低品質(zhì)熱源,在工藝余熱利用方面有一定的優(yōu)勢。其制冷劑為水,可制備5 ℃以上的冷量,多用于空氣調(diào)節(jié)和制備工業(yè)用冷凍水。但溴化鋰機(jī)組的制冷系數(shù)較低(COP<2),遠(yuǎn)低于壓縮制冷系統(tǒng)[3]。

這與家長對孩子的客觀認(rèn)識有密切關(guān)系。曾有心理學(xué)家做過實(shí)驗(yàn)，嬰兒剛出生時，很多家長都對孩子抱有極高的期待，嬰兒期的快速發(fā)展也常常超家長的預(yù)期。但當(dāng)孩子不斷長大，有了自己的個性，也與其他孩子有了區(qū)別時，家長往往會進(jìn)入一個比較的階段，期望自己的孩子超過別人。這也是幼兒園和小學(xué)階段，家長特別焦慮的根源之一。而到了初中、高中，孩子的能力差異、學(xué)習(xí)差異逐漸確定，家長們的焦慮也隨之減輕。

1.2 工藝余熱的利用方式

由于溴化鋰機(jī)組制取的冷凍水通常在7 ℃左右,如果換熱后的冷凍水回水溫度為12 ℃,考慮完全冷凝丙烯氣,可以將丙烯壓縮機(jī)出口壓力降低至0.9 MPa以下,從而使壓縮機(jī)壓比由12.9降低至6.5,將會節(jié)省蒸汽或電力的消耗。這相當(dāng)于用變換余熱部分代替了蒸汽或電力作為丙烯壓縮制冷機(jī)的動力源,提高了該部分變換余熱的品質(zhì)。

圖1 溴化鋰吸收制冷原理示意

2 余熱制冷工藝設(shè)計實(shí)例

2.1 技術(shù)背景

圖3為單級干壓縮制冷T-S圖,陰影面積為單位制冷制冷機(jī)的制冷量q0,可見當(dāng)降低冷凝溫度T至T′時,q0將增大。因此,在保證相同制冷量下,采用變換低品質(zhì)余熱制冷與丙烯壓縮制冷耦合的流程也將節(jié)省丙烯制冷的循環(huán)量。

其中,Qc為冷凝熱量,kW·h。

圖1為高速鐵路現(xiàn)場波磨的實(shí)拍照片，圖1(a)波磨的測量波長為150 mm，最大谷深0.11 mm；圖1(b)波磨的測量波長約為120 mm，最大谷深為0.05 mm。

2.2 工藝流程設(shè)計

2.中外小說對比研究。以《紅樓夢》、《裝在套子里的人》等為文本，比較兩者在敘述方式，人物刻畫，情節(jié)發(fā)展等方面的異同。

變換裝置富余能量,而冷凍站裝置需求能量。通過熱水型溴化鋰制冷機(jī)組將變換工段的低品質(zhì)余熱利用,可以制備比循環(huán)水溫度更低的冷凍水,利用冷凍水代替循環(huán)水,可以使丙烯氣在更低的壓力和冷凝溫度下冷凝,便可以降低丙烯壓縮機(jī)的出口壓力,從而節(jié)省蒸汽或電力的動力消耗量。

設(shè)計變換余熱制冷與丙烯壓縮制冷耦合工藝流程見圖2。利用變換氣余熱,通過換熱器加熱熱水,再將加熱后的熱水送往熱水式溴化鋰制冷機(jī)組,作為其動力熱源制備冷凍水。降溫后的熱水送回至熱水加熱器繼續(xù)與變換氣換熱。制備的冷凍水則送丙烯壓縮制冷式冷凍站,冷凍水在丙烯冷凝器通過間接換熱帶走氣丙烯的熱量,使氣丙烯冷凝。冷凍水回水則送回至溴化鋰機(jī)組重新降溫。

圖2 變換余熱制冷-丙烯壓縮制冷耦合工藝流程

溴化鋰機(jī)組可以利用蒸汽、燃?xì)?、燃油、熱水等多種熱源作為動力,按熱源可分為蒸汽型、熱水型、直燃型以及組合型。工藝低品質(zhì)余熱不能用來副產(chǎn)蒸汽,但可以用來加熱熱水。因此,在工藝設(shè)計可以利用熱水做熱源媒介,配置熱水型溴化鋰機(jī)組以實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。而對于用冷用戶而言,尋求合適的冷量補(bǔ)充位置,從而節(jié)省原有的制冷動力消耗,則是余熱制冷工藝設(shè)計的關(guān)鍵所在。

2.3 工藝原理

對于逆向卡諾循環(huán)的理想壓縮制冷,理想制冷系數(shù)為:

(1)

其中,Wi為理想狀態(tài)下蒸汽或電做的功,kW·h;Q0為制冷量,kW·h;T0為制冷介質(zhì)蒸發(fā)溫度,℃;T為制冷介質(zhì)冷凝溫度,℃;這是理想狀態(tài)下的最高制冷系數(shù)。

由此可見,當(dāng)降低制冷介質(zhì)的冷凝溫度時,制冷系數(shù)上升。

對于低溫甲醇洗配套的丙烯壓縮制冷,蒸發(fā)溫度為-40 ℃。使用循環(huán)水冷凝(回水溫度40 ℃)和使用冷凍水冷凝(回水溫度12 ℃)的理想制冷系數(shù)分別為2.9及4.5。

實(shí)際過程中,制冷的壓縮及節(jié)流過程無法做到可逆絕熱壓縮,丙烯壓縮多采用閃蒸補(bǔ)氣的方法提高制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性和制冷能力[4]。實(shí)際的制冷系數(shù)較低,在1.7及2.8左右。

(2)

其中,W為實(shí)際狀態(tài)下蒸汽或電做的功,kW·h。

再從本部史詩主人公罕哈冉惠對霍爾穆斯塔所持的態(tài)度看，情況也是較為復(fù)雜的。貫穿全史詩的情節(jié)主線是哈冉惠與霍爾穆斯塔的一方黑天額爾和木·哈日的婚姻之爭。從這方面看，哈冉惠與霍爾穆斯塔的關(guān)系是對立的。然而，霍爾穆斯塔的三十三天對額爾和木·哈日強(qiáng)奪他人之妻的行為并不贊同，對他發(fā)出斥責(zé)，并為他向哈冉惠求情：

可見,采用變換低品質(zhì)余熱制冷與丙烯壓縮制冷耦合的流程可使丙烯壓縮循環(huán)的制冷系數(shù)提高近1.5～1.6倍。在相同制冷量下,蒸汽或電的動力消耗相應(yīng)降低35%～40%。

以典型的煤制氫工藝過程為例,主流程由氣化、變換、凈化、制氫組成。對于采用干粉煤加壓氣化的工藝過程,出氣化裝置的水煤氣水含量較少。在變換裝置,水作為原料被進(jìn)一步消耗,導(dǎo)致出變換爐的變換氣露點(diǎn)溫度較低(通常在160 ℃以下)。通過副產(chǎn)蒸汽回收的余熱相對較少,大量工藝余熱只能用來加熱熱水。根據(jù)煤制氫全廠熱平衡對熱量的需求情況,如無其他聯(lián)合裝置或廠區(qū),變換裝置該部分工藝余熱很難做到完全回收。若采用空冷或水冷帶走該部分熱量,則會造成能量的巨大浪費(fèi)。

圖3 單級干壓縮制冷T-S曲線

制冷是一個耗能過程,在壓縮制冷循環(huán)中,冷凝器(包括冷卻器)中循環(huán)水或冷凍水需要帶走的熱量為壓縮功與冷量的總和,即:

(3)

與此同時,凈化裝置以低溫甲醇洗工藝最為經(jīng)濟(jì)而得到廣泛應(yīng)用。低溫甲醇洗對應(yīng)設(shè)置的冷凍站以丙烯壓縮制冷,其操作較為簡便和應(yīng)用多見。傳統(tǒng)的丙烯壓縮制冷,需要為低溫甲醇洗提供-40 ℃的冷量,與之對應(yīng)的丙烯壓縮機(jī)入口壓力為0.14 MPa。通常丙烯壓縮機(jī)出口壓力為1.8 MPa,此壓力下丙烯的露點(diǎn)溫度在40 ℃左右,因此丙烯氣可以被循環(huán)水(30～40 ℃)完全冷凝。丙烯壓縮機(jī)需要消耗高品位蒸汽或電力作為制冷動力,丙烯氣冷凝也需要消耗大量的循環(huán)水帶走熱量。

如上文所述,使用冷凍水冷凝丙烯時,丙烯壓縮機(jī)的COP為2.8左右,因此冷凝熱量約為制取冷量的1.4倍左右。而這部分冷凝熱絕大部分將由變換余熱通過溴化鋰機(jī)組制備的冷量提供,即:

(4)

溴化鋰制冷技術(shù)成熟可靠,在市場多以整體機(jī)組的形式存在。溴化鋰機(jī)組由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、節(jié)流閥以及溶液泵等組成,依靠在高真空(約1 kPa)下,冷劑水在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱制取冷凍水并產(chǎn)生冷劑蒸汽。冷劑蒸汽被吸收器中的溴化鋰濃溶液所吸收,吸收過程中釋放的溶解熱則被冷卻水帶走。吸收了水蒸氣后的溴化鋰稀溶液,升壓后進(jìn)入發(fā)生器,然后被高溫動力熱源加熱從而釋放蒸汽,并且變?yōu)闈馊芤汉笤俜祷刂廖掌鳌ａ尫懦龅乃魵膺M(jìn)入冷凝器中,被冷卻水冷卻成冷凝水,然后再節(jié)流降壓進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷。這樣就完成了溴化鋰機(jī)組的吸收制冷循環(huán)[2]。

(5)

其中,Qs為變換余熱為溴化鋰機(jī)組提供的動力熱水熱量,kW·h。

熱水型溴化鋰機(jī)組,制冷系數(shù)較低,通常在0.75至1.0左右。

取溴化鋰吸收制冷COP’為0.75。結(jié)合上文耦合流程中,丙烯壓縮制冷COP為2.8。聯(lián)立式(3)～(5)可以求得:

正解：由于該反應(yīng)屬于歸中反應(yīng),反應(yīng)機(jī)理為:KClO3中Cl得到5個電子轉(zhuǎn)化為Cl2(被還原),同樣,HCl中的Cl失去一個電子轉(zhuǎn)化為Cl2(被氧化),反應(yīng)中氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物均為Cl2,且氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比等于氧化劑得電子數(shù)和還原劑失去電子數(shù)之比,即5∶1。

Qs=1.80Q0

(6)

即在該耦合流程中,對變換余熱的需求為丙烯壓縮式冷凍站制冷量的1.8倍?？紤]丙烯壓縮制冷過程中的冷凝熱量并非全部由冷凍水提供,氣丙烯冷卻至40 ℃的顯熱(在總冷凝熱中占比很小)仍可以由循環(huán)水帶走。因此,實(shí)際對變換低品質(zhì)余熱的需求小于1.8倍的制冷量。

“投”原為“殳”，甲骨文字形，像人手持長柄大錘。造字本義：用杸殺人?！吨芏Y》上說，杸用積竹做成，有八棱，長一丈二尺，樹立在兵車上，車上的部隊(duì)拿著它作先鋒。在篆文中，“殳”旁再加上“手”，造出會意字“投”，表示手?jǐn)S殺器。現(xiàn)在“投”指有目的的拋、擲、扔。

2.4 實(shí)例分析

某煤制氫項(xiàng)目采用干粉煤加壓氣化、變換、低溫甲醇洗及制氫流程。配套的冷凍站采用丙烯壓縮制冷,設(shè)計制冷量為7.1 MW。丙烯壓縮機(jī)采用4.0 MPa(g),400 ℃蒸汽透平驅(qū)動。

原設(shè)計中,經(jīng)全廠熱量平衡,變換裝置仍富裕大量低位熱,采用循環(huán)水冷卻方式,將該部分低位熱帶走。熱量浪費(fèi),耗水量巨大。

有關(guān)公攤面積收益，海南省住建廳房地產(chǎn)市場監(jiān)管處處長林詩輝認(rèn)為，按道理應(yīng)由業(yè)主委員會管理或用于補(bǔ)充物業(yè)管理費(fèi)、住宅維修基金等，但實(shí)際操作中，以樓宇廣告為代表的絕大部分公攤收益都被開發(fā)商或物業(yè)中飽私囊，“成為一筆糊涂賬”。

大湖呈現(xiàn)完美的卵形。孕育過人煙和俗世的氣味和痕跡被掃蕩一空。湖面上棲息過路灰雁，發(fā)出斷續(xù)蒼涼叫聲。因?yàn)橛腥僳E靠近，這群大鳥在突然之間振翅拍打，如同一股悸動的風(fēng)暴，飛往空中遠(yuǎn)去。

改用變換余熱制冷與丙烯壓縮制冷耦合的流程后的消耗與原方案對比見表1。由此可見,耦合流程比原設(shè)計將節(jié)約蒸汽8 t/h,節(jié)約循環(huán)水827 t/h,增加電耗248 kW·h?？紤]蒸汽160元/t,循環(huán)水0.2元/t,電0.73元/kW·h,計算得到每小時操作費(fèi)用可節(jié)省1 312元,如果按8 000 h/a運(yùn)轉(zhuǎn)考慮,每年可以節(jié)省操作費(fèi)用1 050萬元/a。

變換裝置與低溫甲醇洗裝置(包括冷凍站)可以作為聯(lián)合裝置同開同停,熱水型溴化鋰機(jī)組成熟可靠,因此耦合流程的技術(shù)風(fēng)險很小。采用該流程對煤化工企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水將有重要的意義。

表1 方案對比

2.5 結(jié)論

通過上述分析,利用溴化鋰吸收制冷做媒介,變換工藝余熱為丙烯壓縮制冷提供動力是可行的,結(jié)論如下:①能回收利用變換裝置的低品質(zhì)工藝余熱,避免能量浪費(fèi)和減少循環(huán)水的消耗;②可以提高丙烯壓縮制冷循環(huán)的制冷系數(shù),從而節(jié)省動力蒸汽或電力的消耗;③降低丙烯壓縮機(jī)出口壓力,減小對壓縮機(jī)的要求;④降低煤化工企業(yè)的操作費(fèi)用,節(jié)能節(jié)水,提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

余熱制冷技術(shù)在煤化工中的應(yīng)用是可行的。只要從整個全廠的能量利用供給需求考慮,結(jié)合合適的工藝路線,均可以設(shè)計出合適的余熱制冷利用方案。例如,根據(jù)煤化工實(shí)際的配置不同,工藝余熱來源除變換裝置外還可以是轉(zhuǎn)化、合成氨、甲烷合成等工藝余熱甚至壓縮機(jī)級間余熱。除丙烯壓縮制冷外,溴化鋰機(jī)組制備的冷凍水,還可以補(bǔ)充到氨壓縮制冷、LNG混合壓縮制冷等制冷流程中,這都可以起到回收低品質(zhì)能量、代替高品質(zhì)能量的用途。除此之外,還可以利用余熱制冷技術(shù)在夏季為全廠做空調(diào)制冷使用,這對我國煤化工企業(yè)推進(jìn)節(jié)能減排工作、促進(jìn)能量回收及合理利用、提高經(jīng)濟(jì)效益會起到重要作用。