基于制冷站工艺设计优化的分析与研究

摘要：本文主要阐述溴化锂吸收式制冷技术，并对制冷站进行优化设计，从而在一定程度上解决焦化厂水资源缺乏的供需不平衡的问题。本文旨在对钢铁企业工艺流程中低温冷却水这方面的设计进行引导、探讨及提供参考经验，以达到提高其制冷站工作质量与效率的目的。

关键词：制冷站；工艺设计；溴化锂吸收式制冷技术；冷冻水

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

本文主要选取某焦化厂原工业水系统作为研究对象。该厂在扩大生产之前，经过多年的综合技改及有效管理，基本已能实现水的循环使用及综合利用平衡，耗水指标已较为先进。

然而，随着生产规模的不断扩大、焦炭产量不断增加，系统逐渐被打乱平衡，并出现了以下问题 ：一是所需地下水水量增加，水压低，两者之间矛盾加剧，因系统冷却水的缺乏导致各个洗涤液冷却程度严重不足，在很大程度上影响了车间的正常生产操作，使得化工产品尤其是苯族烃等经济价值较高的产品回收率大大降低，造成了比较大的经济损失；二是为了能够确保初冷之后的煤气温度维持在18℃~20℃的标准范围之内，不得不使用低温地下水，这样一来，每吨焦炭耗水指标逐渐升高，尽管工艺流程中已充分利用了低温地下水，但是仍会造成有一部分水量会由于温度的不断升高而不能外排，造成了地下水资源的浪费。为此，该厂需新建一座制冷站，用以制取低温冷却水，从而可缓解地下水水量不足的问题，同时达到节约水资源、保护环境、提高效益等目的。本文主要阐述溴化锂吸收式制冷技术，并对制冷站进行优化设计，从而在一定程度上解决焦化厂水资源缺乏的供需不平衡的问题。本文旨在对钢铁企业工艺流程中低温冷却水这方面的设计进行引导、探讨及提供参考经验，以达到提高生产的工作质量与效率的目的。

1 设备选型

1.1 冷却塔、水泵

厂内冷却塔在原有基础上进行改造，不额外增加设备台数。新增一台冷却水循环水泵，与原有循环水泵型号相同，且与原有水泵互为备用。新增水泵性能参数如下：型号为500S59型，流量为1872m3/h，扬程为49m，电机功率为400kW/6kV。如上方案的设计方便可行，流程简洁，节省投资，减少占地。

冷冻水循环水泵为新增，台数为三台，两用一备。具体性能参数如下：型号为SLZW-250-500C型，流量为516m3/h，扬程为42.5m，功率为90kW/380V；定压采用补水泵补水定压的方式，选用两台补水泵，具体性能参数如下：型号为SLZ-65-160A型，流量为23.4m3/h，扬程为28m，功率为4kW/380V。

1.2 制冷机

1.2.1 选择溴化锂吸收式制冷机的优点

与蒸汽压缩式制冷相比，溴化锂吸收式制冷具有以下优点：首先，溴化锂吸收式制冷机在节电方面有着显著的优势，即可直接利用热能进行制冷；机组以溴化锂溶液为工作介质，不使用氟利昂，对臭氧层没有破坏，无爆炸危险，安全可靠。其次，机组本身振动小，噪音低，自控设施完善，易操作。再次，溴化锂吸收式制冷机在有合适温度的废气、废热及余热可供利用时，采用该类型制冷机的优势就更为显著：夏季焦化厂的余热蒸汽十分充足，一方面转炉汽化冷却蒸汽等汽源可被利用，另一方面厂内设有蒸汽管网也可为制冷机组所用，故采用溴化锂吸收式制冷机将大幅度提高对低品位热能的能源利用率。除此之外，溴化锂吸收式制冷机对外界条件变化的适应性强，可适应较广范围的蒸汽品质，且其制冷量可以实现在10%~100%范围内的无极调节，这无疑对焦化厂的生产过程有着重要的经济意义。

1.2.2 制冷机设备选型

为响应国家节能减排的号召，结合目前厂内工艺环境、用户需求及生产现状，故本工程选用溴化锂吸收式制冷机，当夏季来临时将蒸汽作为主要热源。新增制冷机台数为三台，两用一备，单台制冷量2850kW。

2 设计内容

2.1 流程简介

溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、交换器、溶液泵等几部分组成，溴化锂水溶液作为吸收剂，水作为制冷剂。其工作原理为：高压气态冷剂（即冷剂水）在冷凝器中向冷却介质（即冷却水）放热被凝结为液态后，经节流装置减压降温进入蒸发器，在蒸发器内被气化，成为低压气态冷剂，同时吸取被冷却介质（即工艺生产过程中所需制取的冷媒水）产生制冷效应。而后，蒸发器内产生的低压气态冷剂被吸收器中的吸收剂（即溴化锂水溶液）吸收，再经溶液泵升压送入低温交换器、高温热交换器以及凝水交换器中，这个过程中部分热量被吸收，最后进入高温发生器。高温发生器中，溴化锂水溶液被蒸汽加热、沸腾，其中沸点低的冷剂（即冷剂水）气化形成高压气态制冷剂，进入冷凝器液化，而剩下的吸收剂溶液（即溴化锂水溶液）回到吸收器再次吸收低压气态冷剂，如此反复循环。制冷剂蒸汽所得到的热量在吸收器和冷凝器内被冷却水吸收，冷却水经冷却塔将热量释放到大气，再回到制冷机中完成冷却系统的热交换过程。

2.2 系统设计

2.2.1 系统参数

本工程所需各部分用量参数如下：制冷量为5700kW；冷冻水温度13~20℃，流量700 m3/h；冷却水温度33~41℃，流量1046 m3/h；蒸汽压力0.8MPa，流量6290t/h。

2.2.2 水系统设计

1）管道设计

由于本工程制冷量较大，接管规格及制冷机外形尺寸也较大，考虑结构荷载安全性和检修空间及走道的设置，所有管道均在结构柱上做支架支撑，架空布置。

2）计算结果

冷却水设计流量为，附加系数取1.1。经计算，当管径取DN500时，流速为1.6m/s，比摩阻为46.5Pa/m，满足流速与经济比摩阻的要求。

冷冻水设计流量为，经计算，当管径取DN450时，流速为1.7m/s，比摩阻为36.9Pa/m，满足流速与经济比摩阻的要求。

冷却水补水设计流量为,冷冻水补水设计流量为，均接自厂区原有补水系统。

3 效果分析

项目自投产以来运行平稳，效果良好，相比较制冷站建设之前，每吨焦炭所耗水量下降了近50%，对企业经济效益的增长带来了显著的效应。

4 结论

综上所述，随着经济迅速发展，环境问题日益加剧，这就要求加强对新的制冷技术的开发和运用。溴化锂吸收式制冷技术以其无污染，尤其是可利用低位热能，将工业废热、废气、余热充分利用回收这一点，体现了其在节能环保方面的广阔前景。随着电子控制技术的快速发展，智能化的控制系统可以实现机组远程工况的自动调节及故障判断，从各方面提高机组的工作效率，降低能耗。溴化锂制冷技术近年来逐步得到广泛应用和发展，本文旨在对缺乏低温地下水源的南方城市的焦化厂工艺设计进行引导、探讨及提供参考经验，相信在不久的将来，溴化锂制冷技术将会有更长足的发展。

参考文献：

[1] 路延魁，空气调节设计手册[M]，2版[M] 。北京：中国建筑工业出版社,1995。

[2] 苗若愚，何一民，艾学良．暖通空调常用数据手册[M]。北京：中国建筑工业出版社，1997。

[3] 张志茹. 制冷站工艺设计优化[J].冶金动力，2010（2）：36-38。

[4] 黄金，特格喜乌力吉.大型炭化室焦炉砌筑施工技术[J].包钢科技,2011,37(2)。