王瑞良 周杰
（邯郸钢铁集团有限责任公司 邯郸 056015）
摘要：低温循环氨水余热制冷技术是近年来新兴的一种节能新技术，本文简要介绍了循环氨水冷却煤气的机理，阐述了以循环氨水余热为热源的制冷机组在实际生产中的应用，以及投用后的效益。本项目可操作性强，节能环保效益明显，符合国家节能减排政策要求。
关键词：循环氨水；制冷机；余热利用；节能
1 背景材料
公司现有四座JNX70-2型焦炉，年产干全焦206万吨，于2008年2月28日建成投产。制冷系统原有5台350万大卡蒸汽双效吸收式溴化锂制冷机组，每年夏季（4月25日至10月15日）用于厂区化产工艺冷却换热。原系统已运转10年，机组衰减严重，效率低下，反复维修，开开停停，直接影响化产系统正常生产；现该厂又新增脱硫脱硝、废水深度处理等环保项目，需增加制冷水量15%。为解决厂内夏季制冷，保化产系统正常生产，现采用以循环氨水为热源的制冷技术对原制冷机组进行改造，用余热替代蒸汽，节能降耗，以满足厂区用冷需求。
2 循环氨水在集气管内冷却煤气的机理
煤气在桥管和集气管内冷却，是用循环氨水通过喷头强力喷洒。当细雾状的氨水与煤气充分接触时，由于煤气温度很高而湿度又很低，所以煤气放出大量的显热，氨水大量蒸发，快速进行着传热和传质过程。传热过程取决于煤气与氨水的温度差，因煤气的温度高于循环氨水的温度，所以热量就从煤气传给氨水，从而使煤气冷却。传质过程的推动力是循环氨水液面上的水气分压与煤气中水气分压之差，因为循环氨水液面上的水气分压大于煤气中水气分压，所以氨水就部分蒸发，同时煤气温度急剧降低，以供给氨水蒸发所需潜热。
煤气在集气管中冷却时所放出的大部分热量用于蒸发氨水 ( 约占75%～80%), 其余的热量消耗于使氨水升温( 约占 10%～15%) 和集气管的散热损失( 约占 10%) 。通过上述冷却过程，煤气温度由 700 ℃～800℃降至 75 ℃～85 ℃, 同时有 60%左右的焦油气冷凝下来，含在煤气中的粉尘也被冲洗下来 ，有煤焦油渣产生。由于煤气冷却主要是靠氨水蒸发吸收需要的相变热，对循环氨水的温度控制得好，才能使氨水喷洒的雾化程度较高，氨水蒸发量较大 ,从而使煤气冷却的效果好 ; 反之则差。进入集气管前的煤气露点温度同装入煤的水分含量有关，当装入煤总水分为 10%～13%时，露点温度约为 65 ℃～70 ℃, 为保证氨水蒸发的推动力，进口水温应高于煤气露点温度 5℃～10 ℃, 所以采用 70℃～80 ℃的循环氨水喷洒煤气。再就是氨水是碱性的，能中和焦油酸，保护煤气管道，同时氨水又有润滑性，便于焦油流动，可以防止焦油因积聚而堵塞煤气管道。我们在利用循环氨水余热的过程中一定要保证回到焦炉喷洒的循环氨水温度为 70 ℃以上。
北京炼焦化学总厂做了将循环氨水降到集气管入口煤气露点以下 5℃时 ，焦炉集气管里焦油堵塞及煤气冷却的试验。所得出的结论是 ：一般正常情况下 ，煤气露点很少会低于 67℃～68℃，这时若有大量循环氨水喷洒冲洗 ，焦油仍保持较好的流动性 ，焦油突然沉降下来堵塞煤气管的情况不大可能发生[1]。因此适当降低循环氨水温度 ，不会对炼焦生产带来威胁。以上的理论与实践提供了一个循环氨水余热的温度极限 ，即若能保证喷洒焦炉集气管的循环氨水为 7O℃～75℃，就可以保证安全生产。而焦化厂循环氨水（从焦炉回来的回水）温度维持在78±2℃之间。因此，适当提取部分余热做为其它用途是可行的。
3 循环氨水中可提取出的热量
我厂现有四座 JNX70-2 型焦炉，全部配有上升管余热回收。上升管余热回收投运后循环氨水温度没有明显改变（实测循环氨水温度：1#焦炉82℃、2#焦炉81℃，3#焦炉78℃、4#焦炉78℃），在循环氨水槽处实测循环氨水温度经常维持在78℃～82℃。机械化氨水澄清槽上部氨水靠自流进入循环氨水中间槽, 再由循环氨水泵送至焦炉集气管循环喷洒冷却煤气 , 而循环氨水余热利用就是在循环氨水泵后通过分支管道经制冷机换出73 ℃- 63℃=10 ℃（考虑上升管余热回收影响）的余热用于制冷。
循环氨水所能利用的为 :
Q=m×Cp×t=2000×103/3600×4.2×(73- 63)×3600 =8.4×107（W/h)=8.4×104（ＫW/h)
（式中 : m 为循环氨水流量， t/h； Cp 为氨水比热Ｊ/Ｋg*℃； t 为温度差: ℃）
折算为ＫＣal: 8.4×104÷4.184=2.0076×104（ＫＣal/h)=2007.6万大卡/h
机组 cop:0.8
理论可提供1600万大卡冷量。
4 以循环氨水为热源的溴冷机改造方案
4.1备用蒸汽制冷机
原有5台蒸汽型溴化锂制冷机折旧处理，置换一台蒸汽型溴化锂制冷机（制冷量400万大卡/小时，型号：FG-71）作为备用。
4.2 制冷机组选型
溴化锂吸收式制冷机组循环冷却水温度按32/40℃选取，制冷水为23/16℃，循环氨水进出口温度按：73/63℃计，总流量约为：2000t/h ，机组cop:0.8，理论可提供1600万大卡冷量。为确保厂区稳定运行及初投资最经济，选取400万大卡冷量制冷机4台，型号：LCC-84DHWF。
4.3 技术改造方案
在3台循环氨水泵出口处带压打孔施工，以Φ600的无缝钢管和溴化锂吸收式制冷机组的再生器利用阀门和管道进行连接，为溴化锂吸收式制冷机组提供驱动热源。循环氨水泵后支管中的循环氨水温度以 73±2℃，直接通入溴化锂吸收式制冷机组，回收热量后温度降至 58℃左右后进入原循环氨水管道，与部分未换热的循环氨水合并为64℃去往桥管和集气管喷洒，为炼焦炉产出的荒煤气降温。在桥管内氨水喷洒荒煤气吸收热量后经气液分离器分离后去往机械澄清槽，然后送至循环氨水槽由循环氨水泵再次送入溴化锂吸收式制冷机，如此往复循环回收其余热。
目前焦化出制冷机循环氨水温度：1#制冷机：57℃，2#制冷机：50℃，4#制冷机：60℃。3#焦炉上焦炉喷洒用循环氨水64℃。与我们已知的理论“循环氨水余热的温度极限 ，即若能保证喷洒焦炉集气管的循环氨水为 7O℃～75℃，就可以保证安全生产”不符。与“由于煤气冷却主要是靠氨水蒸发吸收需要的相变热 , 对循环氨水的温度控制得好 , 才能使氨水喷洒的雾化程度较高 , 氨水蒸发量较大 ,从而使煤气冷却的效果好”也不相符。全部以循环氨水余热为热源的制冷系统已稳定运行，进初冷器前煤气温度平均比同期降低4℃，1#系统煤气（1#、2#焦炉）80℃，2#系统煤气（3#、4#焦炉）76.3℃。
4.4 循环氨水腐蚀问题
制冷机内氨水通道均采用纯钛光管防腐、且能保换热效果。循环氨水外部管道：为φ529*8无缝钢管。
4.5 循环氨水堵塞问题
循环氨水堵塞与否是保证制冷机能长周期稳定运行的关键。
控制工艺温度：控制循环氨水进出口温度73/63℃，保证流动性。
使用降粘剂，加强冷凝操作，确保循环氨水质量。
设施保证：在制冷机前加装过滤器，防止焦油渣、杂物等进入制冷机换热器。
4.6 开工方案关键技术要点（以4#制冷机为例）
提前提高循环氨水槽液位，为新循环氨水管道留出富裕量，避免切换时影响到焦炉。
打开4#制冷机处的循环氨水交通阀，关闭4#制冷机循环氨水入口阀，让循环氨水先在新管路中循环运行，确保不影响焦炉循环氨水压力及喷洒量。
在生产科的统一调度下，在炼焦车间1#系统做好预案的情况下，慢慢开启4#制冷机循环氨水入中阀，实现平稳开启。
4.7改造后优点
可以降低桥管内喷洒的循环氨水的温度，使桥管内氨水汽化量相对减少，增加循环氨水携带的热量，并通过溴化锂机组将这部分热量转化为低温冷水，获得冷量以满足工艺制冷需求；降低了荒煤气温度，减少进入初冷器中的热负荷，进而降低初冷器所需冷量；增加焦油产量，减小电捕焦油工作负荷将，改善鼓风机运行工况。
5 节能与环保效益分析
改造前使用五台蒸汽型溴化锂吸收式制冷机生产低温制冷水，耗蒸汽量4538kg/h，每年 4月25日～10 月15日开机使用，开四备一，共开机173 天。四台制冷机按1.1倍的消耗计算，年实际消耗蒸汽: 83040 t。
改造后制冷机驱动热源由蒸汽更换为焦化厂余热循环氨水，完全不需要再消耗蒸汽，每年减少蒸汽消耗量83040 吨。
年节约蒸汽费用：（蒸汽耗量：20吨/小时，制冷机运行时间：24小时/天，173天/年）
20t/h×24h/天×173天/年＝83040 t
年创效： 83040 t×116元/吨＝9632640元 （蒸汽价格：116元/吨）
年节约标准煤为：83040 t×0.09＝7473.6 t
实现二氧化碳减排：7473.6 t×2.475＝18497.16 t
实现二氧化硫减排：7473.6 t×0.074＝550.06 t
实现氮氧化物减排：7473.6 t×0.037＝276.52 t
另：制冷保证额外为焦化化产品增产创效约400～500万元/年
6 结论
焦化企业是能源消耗大户 , 降低吨产品能耗、汽耗对企业的可持续发展起着重要的作用。焦化厂在使用以循环氨水为热源的制冷机组后，大大降低了厂区的蒸汽消耗，增加了经济效益，以循环经济理念实施节能降耗和污染物源头的有效控制 , 推动了清洁生产的深入开展 , 进一步提升了企业可持续发展的能力。
参考文献:
[1] 王柏林. 回炉煤气预热器改用循环氨水加热 [J]. 燃料与化工. 2004:05
[2] 赵春辉,王卫军,苏华. 焦化老区1#系统循环氨水管线改造实践 [J]. 广东化工. 2012:07
[3] 李斌,诸达武. 循环氨水管线带压开孔工程实例 [J]. 工业安全与环保. 2011:07
[4] 何建平.炼焦化学产品回收与加工，2005:05