CN108148555A - 一种制冷吸收剂及余热驱动吸收式深度制冷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制冷吸收剂及其余热驱动吸收式深度制冷方法，所述制冷吸收剂的组分包括氨、铬酸锂、碘化钠、氢氧化钾和二甲基甲酰胺，与现有技术相比，该制冷吸收剂具有比热容低、热导率高等热力学特点，有效克服了溴化锂机组易结晶和制冷温度高，无法制取零度以下工况，以及氨水单一工质制冷机组水汽夹带导致无法持续运行的缺点，具有工作稳定高效、无工质夹带、不易结晶等特点，适合在化工、炼油、冶金、电力等行业应用，将工业产业过程的低品位余热废热回收应用转化为有效冷能。
Description
技术领域
本发明涉及能源回收利用技术领域，具体涉及一种制冷吸收剂及余热驱动吸收式深度制冷方法。
背景技术
目前，工业生产过程中存在大量的低品位余热，主要以副产低压蒸汽、蒸汽冷凝液或烟气的形式存在，这部分余热因为其低温低压的特点，很难通过现有技术重新回收利用，同时又不能直接排放至环境中，只能通过循环冷却水降温的方式进行处理。另一方面，工业生产过程中往往又有大量的零度以下的制冷量需求，现有工艺往往采用电驱动螺杆式压缩机组进行制冷来满足工艺需求，消耗大量电能的同时，螺杆机采用的氟利昂制冷剂对环境有严重的破坏作用，不符合未来绿色环保的发展方向。
公开号为CN107339822A的专利文件中公开了一种蒸汽冷凝液余热利用系统及方法，系统中提供了多种余热利用技术，其中一种即为余热深度制冷技术，但是其热利用效率较低，只能制取-20℃至-25℃的冷冻液。热利用效率较低的原因在于：在余热深度制冷实施中液氨从蒸发器中蒸发达到制冷的目的后，直接回到吸收器中，这样由于液氨在蒸发器换热变成氨蒸气后温度较低，传输的效率较低，与贫溶液融合的速率也低；另外，一个重要原因是采用的多元氨盐溶液为传统配方制成，溶液的比热容较高、热导率较低，最终导致热回收效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种制冷吸收剂及余热驱动吸收式深度制冷方法，以解决传统制冷技术存在的能源消耗大、污染环境和制冷效果一般的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种制冷吸收剂，用于深度制冷技术中，组分包括：氨(NH3)、铬酸锂(Li2CrO4)、碘化钠(NaI)、氢氧化钾(KOH)和二甲基甲酰胺(C3H7NO)。
进一步地，所述制冷吸收剂的组分还包括水(H2O)和硝酸锂(LiNO3)。
进一步地，所述制冷吸收剂由以下组分及其质量百分比组成：30-60％氨(NH3)、0-20％水(H2O)、0-40％硝酸锂(LiNO3)、5-30％铬酸锂(Li2CrO4)、5-25％碘化钠(NaI)、10-55％氢氧化钾(KOH)、3-10％二甲基甲酰胺(C3H7NO)；该制冷吸收剂采用多工质多元混合的方式组合，各组分的比例由具体应用场景决定，按照不同的热源条件、环境温度和制冷温度需求，以及其他具体应用领域特定要求，可在限定的范围内选择最优的浓度配比。
本发明还提供了一种余热驱动吸收式深度制冷方法，所述深度制冷方法基于深度制冷系统进行，为一循环过程，所述深度制冷系统包括吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器，其中：
所述吸收器的富溶液输出端通过富溶液管路与发生器的富溶液输入端连接，所述富溶液管路上设有溶液泵，所述发生器的贫溶液输出端通过贫溶液管路与吸收器的贫溶液输入端连接，形成溶液回路，所述贫溶液管路上设有节流阀；所述发生器的氨气输出端通过高温氨气管路与冷凝器的氨气输入端连接，所述冷凝器的氨液输出端通过氨液管路与蒸发器的氨液输入端连接，所述氨液管路上设有减压阀，所述冷凝器的氨气输出端通过低温氨气管路与吸收器的氨气输入端连接，形成氨回路；
所述循环过程包括：
(1)利用工业余热在发生器中加热从吸收器中运输来的上述制冷吸收剂，使制冷吸收剂中的大部分氨变成氨蒸汽蒸发出来，其中氨蒸汽通过高温氨气管路进入冷凝器中，剩余的制冷吸收剂通过贫溶液管路，在节流阀的控制下回流进吸收器中；
(2)利用循环冷却水将冷凝器中的氨蒸汽冷却成饱和液体(氨液)，通过氨液管路上的减压阀降压到蒸发压力后，输入蒸发器中；
(3)经降压后的液氨在蒸发器中吸收被冷却介质的热量，通过被冷却介质输出冷量，液氨在蒸发器中汽化成蒸发压力下的氨蒸汽，通过低温氨气管路回流进吸收器中，被剩余的制冷吸收剂吸收；
(4)吸收过程往往是一个放热过程，故在吸收器中利用冷却水来冷却氨气与剩余的制冷吸收剂混合的混合溶液，在吸收器中恢复了浓度的溶液又经溶液泵升压后进入贫富液热交换器中与贫溶液换热后送入发生器中继续循环。
进一步地，所述深度制冷系统还包括贫富液热交换器，所述富溶液管路和贫溶液管路通过所述贫富液热交换器实现热交换，可提高整个循环的热利用效率。
进一步地，所述深度制冷系统还包括气液换热器，所述氨液管路和低温氨气管路通过所述气液换热器进行热交换，使氨蒸汽可以利用氨液的余热进行复热，从而提高氨蒸气的传输的效率，及其与贫溶液融合的速率。
进一步地，所述工业余热的温度为80℃以上，烟气可达到200℃以上。
进一步地，所述被冷却介质为为低温载冷剂，例如乙二醇水溶液，但不限于此。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了一种制冷吸收剂及余热驱动吸收式深度制冷方法，该制冷吸收剂为多种成分组成的混合制冷吸收剂，具有比热容低、热导率高等热力学特点，保证系统可以维持40％～75％的热回收效率；该制冷吸收剂有效克服了溴化锂机组易结晶和制冷温度高，无法制取零度以下工况，以及氨水单一工质制冷机组水汽夹带导致无法持续运行的缺点，具有工作稳定高效、无工质夹带、不易结晶等特点，适合在化工、炼油、冶金、电力等行业应用，将工业产业过程的低品位余热废热(蒸汽、冷凝水、烟气转化热等)回收应用转化为有效冷能。
附图说明
图1为单级系统的实施原理图；
图2为多级系统的实施原理图；
其中，1-吸收器，2-贫富液热交换器，3-发生器，4-冷凝器，5-气液换热器，6-蒸发器，7-富溶液管路，8-贫溶液管路，9-高温氨气管路，10-氨液管路，11-低温氨气管路，12-减压阀，13-节流阀，14-溶液泵，15-载冷剂循环管路，16-循环泵，17-热源管路。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种混合制冷吸收剂，其组分按质量百分比包括30％氨(NH3)、20％水(H2O)、30％铬酸锂(Li2CrO4)、5％碘化钠(NaI)、10％氢氧化钾(KOH)、5％二甲基甲酰胺(C3H7NO)。
实施例2
本实施例提供的一种混合制冷吸收剂，其组分按质量百分比包括60％氨(NH3)、5％铬酸锂(Li2CrO4)、22％碘化钠(NaI)、10％氢氧化钾(KOH)、3％二甲基甲酰胺(C3H7NO)。
实施例3
本实施例提供的一种混合制冷吸收剂，其组分按质量百分比包括30％氨(NH3)、5％铬酸锂(Li2CrO4)、5％碘化钠(NaI)、55％氢氧化钾(KOH)、5％二甲基甲酰胺(C3H7NO)。
实施例4
本实施例提供的一种混合制冷吸收剂，其组分按质量百分比包括30％氨(NH3)、40％硝酸锂(LiNO3)、5％铬酸锂(Li2CrO4)、5％碘化钠(NaI)、10％氢氧化钾(KOH)、10％二甲基甲酰胺(C3H7NO)。
实施例5
本实施例提供的一种混合制冷吸收剂，其组分按质量百分比包括35％氨(NH3)、5％水(H2O)、10％硝酸锂(LiNO3)、10％铬酸锂(Li2CrO4)、25％碘化钠(NaI)、12％氢氧化钾(KOH)、3％二甲基甲酰胺(C3H7NO)。
比较同一制冷工况下，实施例1-5的混合工质(平均值)、氨-水(氨含量为30％质量分数)工质对和氨-硝酸锂(氨含量为30％质量分数)工质对热力学参数，如下表1所示：
表1：同一制冷工况下工质物性对比：
以实施例3、4的制冷吸收剂为例，验证本实施例的制冷吸收剂的制冷效果。
系统采用如图1所示的余热驱动吸收式深度制冷系统(单级系统)，包括吸收器1、贫富液热交换器2、发生器3、冷凝器4、气液换热器5和蒸发器6，其中，所述吸收器1的富溶液输出端通过富溶液管路7与发生器3的富溶液输入端连接，所述富溶液管路7上设有溶液泵14，所述发生器3的贫溶液输出端通过贫溶液管路8与吸收器1的贫溶液输入端连接，形成溶液回路，所述贫溶液管路8上设有节流阀13，所述富溶液管路7和贫溶液管路8通过所述贫富液热交换器2实现热交换，可提高整个循环的热利用效率；所述发生器3的氨气输出端通过高温氨气管路9与冷凝器4的氨气输入端连接，所述冷凝器4的氨液输出端通过氨液管路10与蒸发器6的氨液输入端连接，所述氨液管路10上设有减压阀12，所述冷凝器4的氨气输出端通过低温氨气管路11与吸收器1的氨气输入端连接，形成氨回路，所述氨液管路10和低温氨气管路11通过所述气液换热器5进行热交换，使氨蒸汽可以利用氨液的余热进行复热，从而提高氨蒸气的传输的效率，及其与贫溶液融合的速率。
利用上述系统进行余热驱动吸收式深度制冷的过程为：
(1)利用80℃以上的工作热源(工业余热)在发生器3中加热从吸收器1中运输来的制冷吸收剂(富溶液)，使制冷吸收剂中的大部分氨变成氨蒸汽蒸发出来，其中氨蒸汽通过高温氨气管路9进入冷凝器4中，剩余的制冷吸收剂(贫溶液)通过贫溶液管路8，在节流阀13的控制下回流进吸收器1中；
(2)利用循环冷却水将冷凝器4中的氨蒸汽冷却成饱和液体(氨液)，通过氨液管路10上的减压阀12降压到蒸发压力后，输入蒸发器6中；
(3)经降压后的液氨在蒸发器6中吸收被冷却介质(如乙二醇水溶液)的热量，通过被冷却介质输出冷量，液氨在蒸发器6中汽化成蒸发压力下的氨蒸汽，通过低温氨气管路11回流进吸收器1中，被剩余的制冷吸收剂吸收；
(4)吸收过程往往是一个放热过程，故在吸收器1中利用冷却水来冷却氨气与剩余的制冷吸收剂混合后的混合溶液，在吸收器1中恢复了浓度的溶液又经溶液泵14升压后进入贫富液热交换器2中与贫溶液换热后送入发生器3中继续循环。
同时设置对照组A、B，分别采用氨-水(氨含量为30％质量分数)工质对和氨-硝酸锂(氨含量为30％质量分数)工质对的制冷吸收剂进行制冷效果对比验证。
结果如下表2所示：
表1、2中可以看出，本发明的制冷吸收剂相比较常规的氨-水工质对或氨-硝酸锂工质对的制冷吸收剂具有比热容低、热导率高等热力学特点，且同一制冷工况下制冷系数高，可以保证系统维持40％～75％的热回收效率，具有工作稳定高效、无工质夹带、不易结晶等特点。
如图2所示，为一余热驱动吸收式深度制冷多级系统(三级系统)，其包括三个工业用余热驱动吸收式深度制冷单级系统，分别记为系统A、系统B和系统C，其中，系统A的蒸发器6与系统B的冷凝器4之间、系统B的蒸发器6与系统C的冷凝器4之间通过载冷剂循环管路15连接，载冷剂循环管路15上设有循环泵16，用于驱动载冷剂在上下级系统间传输，系统A和系统B的发生器3之间、系统B和系统C的发生器3之间还连接有热源管路17。利用该多级系统的循环，结合本发明的制冷吸收剂，最终可实现制取零下五十五度低温冷量。
以上为本发明一种详细的实施方式和具体的操作过程，是以本发明技术方案为前提下进行实施，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。
Claims (8)
1.一种制冷吸收剂，其特征在于，该制冷吸收剂的组分包括：氨、铬酸锂、碘化钠、氢氧化钾和二甲基甲酰胺。
2.根据权利要求1所述的一种制冷吸收剂，其特征在于，所述制冷吸收剂的组分还包括水和硝酸锂。
3.根据权利要求1所述的一种制冷吸收剂，其特征在于，所述制冷吸收剂由以下组分及其质量百分比组成：30-60％氨、0-20％水、0-40％硝酸锂、5-30％铬酸锂、5-25％碘化钠、10-55％氢氧化钾、3-10％二甲基甲酰胺。
4.一种余热驱动吸收式深度制冷方法，其特征在于，包括：
(1)利用工业余热在发生器中加热通过富溶液管路从吸收器中运输来的如权利要求1-3任一所述的制冷吸收剂，使制冷吸收剂中的大部分氨变成氨蒸汽蒸发出来，其中氨蒸汽通过高温氨气管路进入冷凝器中，剩余的制冷吸收剂通过贫溶液管路，在节流阀的控制下回流进吸收器中；
(2)利用循环冷却水将冷凝器中的氨蒸汽冷却成饱和液体，通过氨液管路上的减压阀降压到蒸发压力后，输入蒸发器中；
(3)经降压后的液氨在蒸发器中吸收被冷却介质的热量，通过被冷却介质输出冷量，液氨在蒸发器中汽化成蒸发压力下的氨蒸汽，通过低温氨气管路回流进吸收器中，被剩余的制冷吸收剂吸收；
(4)在吸收器中利用冷却水来冷却氨气与剩余的制冷吸收剂混合的混合溶液，在吸收器中恢复了浓度的溶液又经溶液泵升压后进入贫富液热交换器中与贫溶液换热后送入发生器中继续循环。
5.根据权利要求4所述的一种余热驱动吸收式深度制冷方法，其特征在于，富溶液管路中的制冷吸收剂通过贫富液热交换器与贫溶液管路中剩余的制冷吸收剂进行热交换。
6.根据权利要求4所述的一种余热驱动吸收式深度制冷方法，其特征在于，氨液管路中的氨液通过气液换热器与低温氨气管路中的氨气进行热交换，为低温氨气管路中的氨气复热。
7.根据权利要求4所述的一种余热驱动吸收式深度制冷方法，其特征在于，所述工业余热的温度为80℃以上。
8.根据权利要求4所述的一种余热驱动吸收式深度制冷方法，其特征在于，所述被冷却介质为低温载冷剂。
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