引言空压机广泛应用于风洞实验、船用柴油机以及空分行业等各个工业领域。在大多数生产性企业中，空压机工作过程压缩空气所消耗的能源占全部电力消耗的10%～35%[1]。空压机工作过程中产生大量的热量，电能的输入是100%，而只有15%的能量转换成空气势能被利用。压缩热消耗的能量占机组运行功率的85%，这部分能量最终通过风冷或水冷的方式交换到大气当中，大量的热能被浪费，造成巨大的能源损失。氧气厂大型离心空压机在无余热回收情况下，平均排气温度超过100 ℃，造成能源浪费。溴化锂吸收式制冷机组是回收利用100 ℃以下低温余热的可行方法，但需要对机组热力系统进行合理设计。Aspen Plus软件是大型通用流程模拟系统，具有完备的物性数据库。用户能够对工艺流程进行模拟求解[2]。本研究首先利用空压机排气产生70 ℃～80 ℃热水，再用热水驱动单效溴化锂吸收式制冷机组制取制氧厂生产所需的冷冻水。其中，溴化锂机组系统热力参数采用Aspen Plus软件进行建模仿真分析。1热水型单效溴化锂吸收式系统溴化锂吸收式循环系统部件主要包括：发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、工质泵、节流阀和溶液热交换器[3]。循环系统采用溴化锂-水作为工质对。水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。系统运行过程是高温热源加热发生器，冷剂蒸汽从稀溶液中蒸发，蒸汽在冷凝器中与冷却水进行热交换凝结成冷剂水，经过节流阀节流，在蒸发器内吸收冷媒水的热量蒸发，产生冷效应。发生器中的稀溶液经过加热后变成浓溶液，经过溶液换热器冷却和节流阀节流后进入吸收器，使吸收器温度升高，这部分热量被冷水吸收。溶液换热器可以使稀溶液在经过溶液泵加压进入发生器之前进行预加热，从而减少高品位热能的消耗。2流程的构建及模拟2.1模拟条件的假设为了简化计算模型，做出如下假设[4]：（1）该系统是稳定的；（2）忽略管件及部件的压降和热量损失；（3）发生器的工作压力等于冷凝器的工作压力，吸收器的工作压力等于蒸发器的工作压力；（4）泵的效率为85%；（5）热源水供水温度80 ℃，回水温度65 ℃；（6）制取冷冻水温度19 ℃；（7）循环冷却水进口31 ℃。2.2模拟的设置与建立在Aspen Plus模拟计算的过程中，物性方法的选择是模拟中的一个关键步骤[5]。ELECNRTL基本物性法能够在吸收式制冷机正常工况下，用来模拟水/溴化锂混合物。由于制冷剂是纯水，所以STEAMNBS物性法用于冷凝器和一些只用制冷剂的部件。采用Aspen Plus软件搭建的热水型吸收式制冷系统流程示意图如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.06.010.F001图1基于Aspen Plus的热水型吸收式制冷系统流程考虑到空压机排气温度100 ℃，设定工艺参数分别为：若干台空压机可产生80 ℃热水、回水温度65 ℃、热水流量90 t/h。各个设备所对应的Aspen Plus模型及设置如表1所示。Aspen Plus模拟单效溴化锂制冷循环状态点结果如表2所示，系统的热平衡计算结果如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.06.010.T001表1Aspen Plus模型设置模块软件模型输入参数发生器B9（Heater）压降0 MPaB10（Heater）温度70 ℃，蒸汽分数0B12（Heater）压力0.007 38 MPa，蒸汽分数1B13（Flash2）温度70 ℃，压力0.007 38 MPa冷凝器B7（Heater）温度40 ℃，蒸汽分数0阀门B15（Valve）出口压力0.001 88 MPaB16（Valve）出口压力0.001 93 MPa吸收器B4（Heater）压力0.001 88 MPa，过冷度0 ℃蒸发器B1（Heater）温度17 ℃，压力0.001 93 MPa热交换器B5（Heater）压力0.007 38 MPaB6（Heater）压力0.007 38 MPa，温降20 ℃泵B14（Pump）出口压力0.007 38 MPa，效率1热源水B11（Heater）压力1.0 MPa 温度80 ℃冷凝器冷却水B8（Heater）压力1.0 MPa吸收器冷却水B3（Heater）压力1.0 MPa冷媒水B2（Heater）压力1.0 MPa10.3969/j.issn.1004-7948.2021.06.010.T002表2Aspen Plus模拟单效溴化锂制冷循环状态点结果物流物流起始点物流终止点温度/℃压力/bar质量流量/(kg/s)溴化锂浓度/%1B1437.80.018 87.00049.22B14B537.80.073 87.00049.23B5B955.50.073 87.00049.26B13B670.00.073 86.48953.17B6B1550.00.073 86.48953.18B15B443.70.018 86.48953.113B12B740.10.073 80.5110.014B7B1640.00.074 10.5110.015B16B140.00.019 30.5110.016B1B417.00.019 30.5110.010.3969/j.issn.1004-7948.2021.06.010.T003表3系统的热平衡计算结果计算项目计算结果发生器负荷1 481 kW吸收器负荷1 460 kW冷凝器负荷1 231 kW溶液热交换器266 kW蒸发器负荷1 209 kW溶液预热器负荷29 kWCOP0.8163节能减排效益分析利用溴化锂制冷机组回收空压机余热，可在夏季制取19 ℃冷水，用于制氧工艺生产。基于Aspen Plus模拟计算，制冷机组制冷负荷为1 209.14 kW。按工作4个月运行3 000 h，负荷系数0.85计算，制冷机组年制冷量272.06 万kWh。按电制冷机组COP为5.5计算，节约压缩制冷耗电量49.465 万kWh，按电价0.7 元/kWh计算，节约成本约34.63万元。项目投资改造包括购买溴化锂吸收装置、安装改造等，费用合计按80万元计算，则需要2.3年回收投资成本。4结语应用Aspen Plus对溴化锂吸收式制冷机进行了流程模拟，通过模拟获得关键的工艺参数。空压机余热制冷项目回收期较长，可考虑与其他低品位余热利用技术相互配合，实现夏季制冷、冬季供暖的综合利用方式，进一步提高余热利用效率，增大投资回收率。