100kt/a萃取磷酸料漿過(guò)濾真空系統(tǒng)的節(jié)能改造

沙德宏，翁志衛(wèi)

(1.江蘇瑞和化肥有限公司，江蘇 泰興 225442；2.泰興市盛遠(yuǎn)靜電除塵設(shè)備有限公司，江蘇 泰興 225400)

100kt/a萃取磷酸料漿過(guò)濾真空系統(tǒng)的節(jié)能改造

沙德宏1，翁志衛(wèi)2

(1.江蘇瑞和化肥有限公司，江蘇 泰興 225442；2.泰興市盛遠(yuǎn)靜電除塵設(shè)備有限公司，江蘇 泰興 225400)

針對(duì)萃取磷酸料漿過(guò)濾真空系統(tǒng)在生產(chǎn)中存在的能源浪費(fèi)問(wèn)題，采取了利用萃取磷酸料漿過(guò)濾真空氣體產(chǎn)生的熱能供給沖盤洗水加熱，降低動(dòng)力消耗的節(jié)能改造措施，總結(jié)了改造后的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，取得的年經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)540萬(wàn)元。該工藝流程簡(jiǎn)單、操作維護(hù)方便，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、減少環(huán)境污染、降低生產(chǎn)成本的目標(biāo)。

萃取磷酸；過(guò)濾；真空系統(tǒng)；改造

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.015

濕法磷酸是用硫酸和磷礦石在一定的工藝條件下反應(yīng)生成萃取磷酸料漿再經(jīng)過(guò)濾而生產(chǎn)的。硫酸和磷礦石在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生大量的反應(yīng)熱，如果采用真空閃蒸冷卻工藝萃取磷酸料漿，則其溫度一般在85℃以上；如果不采用真空閃蒸冷卻工藝萃取磷酸料漿，則其溫度一般在95℃以上。通常萃取磷酸料漿經(jīng)過(guò)濾機(jī)過(guò)濾后得成品磷酸、洗液和磷石膏，過(guò)濾過(guò)程中所用的洗液和沖洗濾盤及濾布的熱水溫度也都在80℃以上。而過(guò)濾真空系統(tǒng)中溫度達(dá)到75℃以上的帶沫氣體，一般通過(guò)氣液分離器進(jìn)行氣、液分離后，經(jīng)大氣冷凝器用常溫水冷凝，再由水環(huán)真空泵引出排空。一方面要用新蒸汽加熱常溫水至80℃以上作沖盤洗水用；另一方面，冷凝后的污水要經(jīng)冷卻塔冷卻及環(huán)保處理后才能實(shí)現(xiàn)部分循環(huán)使用、排放，為減輕對(duì)水環(huán)真空泵的腐蝕，水環(huán)真空泵的工作用水為原水。這一過(guò)程不但存在著動(dòng)力和熱能消耗的問(wèn)題，而且污水、廢氣等會(huì)造成環(huán)境污染。

1 存在的問(wèn)題

江蘇瑞和化肥有限公司100kt/a濕法磷酸裝置，采用多格方槽二水法生產(chǎn)工藝，萃取磷酸料漿溫度在95℃以上，過(guò)濾采用轉(zhuǎn)臺(tái)過(guò)濾機(jī)。改造前過(guò)濾真空系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1，萃取磷酸料漿經(jīng)轉(zhuǎn)臺(tái)過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，產(chǎn)生的高溫氣體由錯(cuò)氣盤進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣、液分離，分離后的氣體經(jīng)大氣冷凝器冷凝，由水環(huán)真空泵抽出排空，分離液進(jìn)入分離收集槽，由分離液下泵送至轉(zhuǎn)臺(tái)過(guò)濾機(jī)回收用作洗液，冷凝液經(jīng)冷卻塔冷卻后部分循環(huán)使用，部分經(jīng)中和處理后排放。所需沖盤洗水，是當(dāng)在熱水槽中用新蒸汽加熱其他工藝污水達(dá)到80℃以上后，由熱水泵送至轉(zhuǎn)臺(tái)過(guò)濾機(jī)。該過(guò)濾工藝真空系統(tǒng)所產(chǎn)生的廢氣、污水及能量消耗分析如下。

圖1 改造前過(guò)濾真空系統(tǒng)工藝流程示意

1.1 真空系統(tǒng)廢氣量

設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)過(guò)濾機(jī)工作時(shí)真空系統(tǒng)過(guò)濾廢氣總量為V，則：

V=V1S

(1)

式中，V1為過(guò)濾機(jī)操作真空系統(tǒng)通氣量，一般為110～120m3/(h·m2)，取120m3/(h·m2)；S為過(guò)濾機(jī)的有效面積，80m2。

V=120×80=9 600m3/h

1.2 污水量

設(shè)過(guò)濾真空系統(tǒng)廢氣中的含液質(zhì)量為qm1，則：

qm1=V/γ

(2)

式中，γ為氣體的比體積，在75℃時(shí)為3.993 9m3/kg。

qm1=(9 600/3.993 9)=2 403.67kg/h

設(shè)直空廢氣中的含熱能量為Q0，則：

Q0=Qm1μ

(3)

式中，μ為氣體比焓，在75℃時(shí)為2 636.1kJ/kg。

Q0=(2 403.67×2 636.1)

=6 336 314.49 kJ/h

因真空氣體需通過(guò)大氣冷凝器用水冷凝后由水環(huán)真空泵排出，設(shè)大氣冷凝器出水溫度為t1，則：

t1=K1·(t0-t2)+t2

(4)

式中，K1為系數(shù)，取0.85；t0為真空氣體溫度，實(shí)測(cè)75℃；t2為循環(huán)水溫度，取30℃。t1=[0.85 ×(75-30)+30]℃=68.25℃。

設(shè)大氣冷凝器需用循環(huán)水質(zhì)量流量為qm2，則：

qm2=Q0/c·(t1-t2)

(5)

式中，c為水的比熱容，取4.186 8kJ/(kg·℃)。

qm2=6 336 314.9/4.186 8×(59.75-30)

=50 870.08kg/h

水環(huán)真空泵工作負(fù)壓在0.05MPa時(shí)，根據(jù)該泵的性能曲線圖查得工作水質(zhì)量為16 600kg/h。水環(huán)真空泵排出污水總質(zhì)量為(16 600+2 403.67)kg/h=19 003.67kg/h。

所以，真空系統(tǒng)產(chǎn)生的污水總質(zhì)量為(50 870.08+19 003.67)kg/h=69 873.75kg/h。就過(guò)濾系統(tǒng)而言，這些污水是可以消化部分，但磷銨裝置其他較嚴(yán)重的工藝污水則難以得到平衡。因此，在正常生產(chǎn)時(shí)，水循環(huán)系統(tǒng)的部分污水經(jīng)中和處理后需要排放，排放的污水量就是水環(huán)真空泵排出的污水量。

1.3 消耗的動(dòng)力

分離液下泵配套功率3kW，水環(huán)真空泵配套功率220kW，冷卻塔配套功率5.5kW，一級(jí)循環(huán)泵配套功率11kW，二級(jí)循環(huán)泵配套功率15kW，中和處理配套功率7.5kW，合計(jì)消耗動(dòng)力262kW。

1.4 消耗的新蒸汽

每小時(shí)產(chǎn)w(P2O5)22%的稀磷酸約63t，其水量49.14t。一般情況下，沖盤冼水溫度在80℃以上，有利于減少雜質(zhì)在濾布和濾盤上粘結(jié)量。

設(shè)過(guò)濾沖盤冼水量qm3=50 000kg/h，水溫由20℃升到80℃，每小時(shí)需消耗熱能為Q1，則：

Q1=qm3×c×(t3-t2)

(6)

式中，t3為熱水溫度，取80℃。

Q1=[50 000 ×(80-20)× 4.186 8 ]

=12 560 400kJ

設(shè)每小時(shí)消耗的新蒸汽量為B，則：

B=Q4/ρ

(7)

式中，ρ為蒸汽單位耗能工質(zhì)耗能量，取3 763 000kJ/t。

B=(12 560 400/3 763 000)=3.338t

2 改造的措施

針對(duì)100kt/a濕法磷酸裝置萃取磷酸料漿過(guò)濾真空系統(tǒng)存在的能量消耗高、環(huán)境污染重等不足，江蘇瑞和化肥有限公司采取了以下節(jié)能減排改造措施。

2.1 工藝流程

改造后的過(guò)濾真空系統(tǒng)工藝流程示意見(jiàn)圖2。溫度在95℃以上的萃取磷酸料漿經(jīng)轉(zhuǎn)臺(tái)過(guò)濾機(jī)過(guò)濾后，產(chǎn)生的高溫氣體由錯(cuò)氣盤進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣、液分離，分離液進(jìn)入分離收集槽，然后溢流到熱水槽作為洗水回收利用。除沫后的75℃以上氣體經(jīng)氣體機(jī)械壓縮機(jī)壓縮(氣體機(jī)械壓縮機(jī)做功動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱能)變成85℃以上氣體后送至熱水槽，對(duì)熱水槽中的工藝污水直接加熱，并把工藝污水加熱到80℃以上，然后由熱水泵送至轉(zhuǎn)臺(tái)過(guò)濾機(jī)對(duì)濾盤和濾布進(jìn)行沖洗。

圖2 改造后過(guò)濾真空系統(tǒng)工藝流程示意

2.2 主要設(shè)備

氣體機(jī)械壓縮機(jī)是熱能回收利用的關(guān)鍵設(shè)備。它將低壓(或低溫)的氣體加壓升溫，以達(dá)到工藝生產(chǎn)所需溫度和壓力的要求。氣體由吸氣室進(jìn)入，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)葉輪對(duì)氣體做功，使氣體的壓力、溫度和氣速都提高了，然后使氣體進(jìn)入擴(kuò)壓器，把氣體的速度能轉(zhuǎn)換為壓力能。此次改造選用單級(jí)離心壓縮機(jī)，主要由位于軸自由端的葉輪、蝸殼、增速箱、軸承箱和潤(rùn)滑系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。由于氣體具有腐蝕性，故所選氣體機(jī)械壓縮機(jī)主體材質(zhì)為316L，性能參數(shù)為：進(jìn)口壓力57.88kPa，進(jìn)口溫度85℃，出口壓力400kPa，出口溫度151℃。

2.3 能量利用

所選氣體機(jī)械壓縮機(jī)的功率為200kW，可轉(zhuǎn)變成熱能Q2，則：

Q2=K2Pσ

(8)

式中，K2為氣體機(jī)械壓縮機(jī)效率系數(shù)，取0.95；σ為電力單位耗能工質(zhì)耗能量，取3 600kJ/(kW·h)。

Q1=(0.95×200×3 600)=684 000kJ/h

經(jīng)壓縮后氣體總熱能量為Q，則：

Q=Q0+Q1=(6 336 314.49+684 000)

=7 020 314.49kJ/h

總熱量可用來(lái)把常溫水量qm4加熱至80℃以上，加熱的熱水用作沖盤洗水，則：

qm4=Q/C·(t3-t2)

=7 020 314.49/[4.186 8×(80-20)]

=27 946.22kg/h

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

3.1 減少了動(dòng)力消耗

真空系統(tǒng)改造后，動(dòng)力消耗減少了262-200=62kW，全年節(jié)電[62×8 000(年運(yùn)行時(shí)間，h)] =496 000kW·h，取得年經(jīng)濟(jì)效益[496 000×0.73(電價(jià)，元/kW·h)]=322 400元，相當(dāng)于年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤[49.6×2.828(等價(jià)折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)，t/萬(wàn)kW·h)]=140.27t。

3.2 降低了新蒸汽消耗

由于真空氣體的熱能和氣體機(jī)械壓縮機(jī)的動(dòng)能全部被利用，相當(dāng)于節(jié)約蒸汽(7 020 314.49/3 763 000)=1.866t/h，將把常溫水加熱至80℃以上的熱水用作沖盤洗水的新蒸汽，消耗降為(3.338-1.866)=1.472t/h，取得年經(jīng)濟(jì)效益[1.886×210(新蒸汽價(jià)，元/t)×8 000]=3 134 880元，相當(dāng)于年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤[1.866×0.128 6(折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)，kgce/kg)×8 000] =1919.74t。

3.3 杜絕了水消耗

此次改造，用氣體機(jī)械壓縮機(jī)替代水環(huán)真空泵，沒(méi)有了水環(huán)真空泵排出的污水，加之水處理設(shè)施的水損失，共計(jì)減排污水22t/h，全年減排污水(22×8 000)=176 000t，取得年經(jīng)濟(jì)效益[176 000×1.36(水價(jià)，元/t)]元=239 360元，相當(dāng)于年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤[176 000×0.085 7(折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)，kg/t)]=15 083.2kg。

3.4 減少了污染氣體排放

由于能量的合理利用，共計(jì)年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤(140.27+2 058.1+15.08)t=2 213.45t，相當(dāng)于年減少燃煤排放CO25 422.95t、SO2166.08t、NOx83.04t。

3.5 經(jīng)濟(jì)效益

節(jié)省污水中和處理費(fèi)用近80 000元/a、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用近150 000元/a，共取得經(jīng)濟(jì)效益(322 400+3 134 880+239 360+80 000+150 000)=3 926 640元/a。

4 結(jié)語(yǔ)

將硫酸與磷礦石反應(yīng)生成萃取磷酸料漿，過(guò)濾時(shí)真空氣體的熱能供給沖盤洗水加熱，減少洗水加熱時(shí)的蒸汽消耗達(dá)60%，有效降低了常溫水加熱變成熱水時(shí)的燃煤資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題。用氣體機(jī)械壓縮機(jī)代替水環(huán)真空泵，利用動(dòng)力做功，使動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱能，解決了使用水環(huán)真空泵造成的動(dòng)力浪費(fèi)。不需要用常溫水對(duì)真空氣體進(jìn)行降溫，省去了冷卻水循環(huán)處理系統(tǒng)，無(wú)污水產(chǎn)生，避免了廢氣、污水等污染。該工藝流程簡(jiǎn)單、投資少、占用面積小、生產(chǎn)控制方便，節(jié)水、節(jié)電、節(jié)能效果顯著，確保了磷酸生產(chǎn)中污水的零排放。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)濕法磷酸產(chǎn)量達(dá)1 550萬(wàn)t/a，該節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤34萬(wàn)t以上，年節(jié)水2 700萬(wàn)t以上，因此值得同行借鑒。

[1]沙德宏，等.一種利用高溫料漿過(guò)濾汽體熱能的裝置：中國(guó)，ZL201520059567.6[P]，2015-07-08.

修改稿日期： 2017-04-01

Energy-saving Modification of 100k/a Extraction Phosphoric Acid Slurry Filter Vacuum System

SHA De-hong1，WENG Zhi-wei2

(1.JiangsuRuiheFertilizerCo.，Ltd.，TaixingJiangsu225442，China；2.TaixingShengyuanElectrostaticDustRemovalEquipmentCo.，Ltd.，TaixingJiangsu225400，China)

The phosphoric acid slurry extraction filtration vacuum system has a denouncing problem of energy waste.Therefore，this research adopts the method of recycling the thermal energy produced by the vacuum gas as the energy saving measure to decrease power consumption.This essay summarizes the technic and economic effect after the modification which gains economic benefits of more than 5.4 million Yuan/a.This process is simple and easy in operation and maintenance，which hits the targets of energy saving，emission reducing，less environmental pollution and lower production cost.

Extraction phosphoric acid；filtration；vacuum system；modification

沙德宏(1966年—)，男，江蘇東臺(tái)人，2009年畢業(yè)于江蘇行政管理學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)任江蘇瑞和化肥有限公司副總經(jīng)理，主要從事生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.015

TQ126.35

B

1004-8901(2017)02-0053-03