翅片蒸汽換熱系統(tǒng)在粉狀磷酸一銨裝置的應用

楊勝軍

（云南紅河技師學院，云南 開遠 661600）

0 引言

某公司22 萬t/a 粉狀磷酸一銨裝置設計采用料漿濃縮法工藝技術生產，以消耗濕法磷酸生產過程中產生的淤酸、改善濕法磷酸裝置生產工況為目的進行設計。該裝置采用鏈條爐作為干燥熱源供給設備，鏈條爐運行過程中排放尾氣中的粉塵、二氧化硫濃度超標嚴重，雖然該公司多次召集技術人員進行工藝操作控制優(yōu)化，但鏈條爐排放尾氣中的粉塵、二氧化硫濃度超標問題一直未得到解決。為了徹底解決鏈條爐尾氣排放不達標問題，該公司在檢修期間將鏈條爐更換為翅片蒸汽換熱系統(tǒng)。

1 鏈條爐空氣加熱系統(tǒng)工藝流程存在問題

（1）經旋風除塵后排放尾氣中的二氧化硫和粉塵超標嚴重。根據(jù)統(tǒng)計，改造前經旋風除塵器后排空尾氣中ρ（SO2）為2 520 mg/ m3（ρ（SO2）排放標準為≤850 mg/m3）、ρ（粉塵）平均值為497 mg/m3（ρ（粉塵）排放標準為≤200 mg/m3）。

（2）經旋風除塵后排放尾氣溫度較高，造成較大的熱損失。改造前監(jiān)測煙氣平均溫度為96.4 ℃，平均流量為11 730 m3/h，熱損失率達48.6%［1］。

（3）鏈條爐內列管有漏風現(xiàn)象，處理困難。煤燃燒產生的直接熱空氣竄入列管后，對潔凈的熱空氣造成污染，最終導致磷酸一銨產品顏色異常。

（4）鏈條爐燒煤后產生的煤渣處理困難，且對環(huán)境污染嚴重。裝置單系列正常生產過程中平均耗煤量為0.75 t/h，煤渣產生量平均為5.67 t/d，該部分煤渣量大、處置困難，現(xiàn)場堆放占地面積大、污染環(huán)境。

（5）原料煤堆放場地面積大，并且在煤的使用過程中，產生大量粉塵對生產現(xiàn)場環(huán)境造成嚴重污染。

（6）鏈條爐風機運行產生的噪聲超標嚴重。改造前4次對鏈條爐系統(tǒng)運行過程中產生的噪聲進行監(jiān)測，平均值達到118.5 dB。

2 新增翅片蒸汽換熱系統(tǒng)改造

2.1 改造基本思路

根據(jù)22 萬t/a 磷酸一銨裝置干燥系統(tǒng)設備及運行工況調查分析，結合公司硫酸生產過程中產生大量富余蒸汽的實際情況，決定在磷酸一銨裝置上增設翅片蒸汽加熱系統(tǒng)，直接用翅片蒸汽加熱系統(tǒng)向干燥系統(tǒng)提供熱空氣，原鏈條爐系統(tǒng)停用；經翅片換熱器后的蒸汽再返回硫酸裝置循環(huán)利用。

2.2 翅片換熱器選型

根據(jù)2021年2—12月期間，磷酸一銨裝置生產不同規(guī)格產品進干燥塔熱空氣數(shù)據(jù)，進干燥塔熱空氣溫度在115～125 ℃、風量在15 000～55 000 m3/h，該生產時段內，加熱空氣所需最大熱量為4 603 838.25 kJ/h；根據(jù)翅片換熱器性能數(shù)據(jù)，160 ℃的蒸汽經翅片換熱器后溫度下降到125 ℃，并且有43%的蒸汽變?yōu)橄嗤瑴囟鹊乃?，通過計算在此條件下提供干燥最大熱量所需蒸汽量為4.675 t/h。

翅片換熱器使用蒸汽作為加熱空氣的介質，不產生污染；與列管換熱器相比，翅片換熱器具有換熱面積大、體積相對較小的特點，能較好地滿足技改項目實施要求。

根據(jù)以上計算分析和翅片換熱器特點，結合廠家提供的翅片換熱器規(guī)格情況，選定蒸汽消耗量為4.90 t/h的翅片換熱器。

2.3 增設翅片蒸汽換熱系統(tǒng)

（1）在進干燥塔風機前增設翅片換熱器，并從翅片換熱器空氣出口端配管至干燥塔風機進口。

（2）從裝置公用工程管架低壓蒸汽管上碰口，將蒸汽管配管到翅片換熱器蒸汽進口；同時在該管段上安裝壓力表、流量計和蒸汽調節(jié)閥，并將壓力、流量、調節(jié)閥閥位等信號引入分散控制系統(tǒng)（DCS）顯示、調控。

（3）蒸汽經翅片換熱器后形成的汽-水進入汽-水收集器，送到硫酸裝置汽-水收集槽后再送到除氧器，經除氧后的汽-水全部送到廢熱鍋爐回收利用。

翅片蒸汽換熱系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 翅片蒸汽換熱系統(tǒng)工藝流程

3 翅片蒸汽換熱系統(tǒng)使用效果

3.1 翅片蒸汽換熱系統(tǒng)運行效果

（1）翅片蒸汽換熱系統(tǒng)投入生產運行后，生產系統(tǒng)運行穩(wěn)定，操作控制快捷方便。

（2）生產過程中，翅片換熱器能向干燥塔穩(wěn)定、足量地輸送滿足產品干燥需求的潔凈熱空氣。正常生產過程中，進翅片換熱器蒸汽量在1.85～2.20 t/h、進干燥塔熱空氣溫度在120～138 ℃范圍內，能較好地滿足產品干燥條件。

（3）正常生產過程中，經翅片換熱器后的汽-水溫度為120～128 ℃，壓力為0.12～0.20 MPa，全部送到硫酸裝置回收利用。

3.2 系統(tǒng)運行效益

翅片蒸汽換熱系統(tǒng)投用后，裝置停用鏈條爐系統(tǒng)；若以裝置2021 年度平均生產數(shù)據(jù)（產品量23.52 萬t、耗煤量18.46 kg/t、裝置運行率86.4%）為計算基礎，則年產生經濟效益如下。

（1）翅片蒸汽換熱系統(tǒng)投入生產運行后，鏈條爐系統(tǒng)停止運行，即不再使用燃煤，鏈條爐排放尾氣中粉塵、二氧化硫不達標問題和環(huán)境噪聲高的問題隨之得到徹底解決；煤的運輸、存放以及使用過程中產生的污染問題也得到徹底解決。

（2）節(jié)電效果顯著。停用鏈條爐系統(tǒng)后，以下設備停用：鏈條爐清潔空氣鼓風機2臺（11 kW/臺）、鼓風機2 臺（132 kW/臺）、出渣機2 臺（1.5 kW/臺）、尾氣風機2臺（22 kW/臺），共計333 kW，年節(jié)約電量2 071 526.4 kW·h。

（3）節(jié)煤效果明顯。使用翅片換熱器后，不再使用燃煤，每年節(jié)煤4 341.79 t。

（4）翅片蒸汽換熱系統(tǒng)投入生產運行后，只使用公司硫酸生產過程中產生富余蒸汽的高位熱能，經熱能回收利用后的汽-水返回硫酸裝置回收利用。

4 結論

（1）通過收集、分析投入生產運行后的翅片蒸汽換熱系統(tǒng)生產數(shù)據(jù)可知：翅片蒸汽換熱系統(tǒng)能較好地產生溫度、流量均滿足磷酸一銨產品干燥需求的熱空氣。

（2）采用翅片蒸汽換熱系統(tǒng)后，不再使用燃煤，生產環(huán)境較為清潔，不再排放廢氣，并且節(jié)電效果明顯。

（3）翅片蒸汽換熱系統(tǒng)不產生物料消耗，只回收利用硫酸生產裝置富余蒸汽的高位熱能，對降低磷酸一銨生產成本效果顯著。

（4）用翅片蒸汽換熱系統(tǒng)作為磷酸一銨裝置干燥產品用熱空氣的供給系統(tǒng)，對磷酸一銨裝置的節(jié)能減排、降低生產成本、改善工作環(huán)境具有顯著效果，并對今后磷酸一銨裝置干燥供熱系統(tǒng)的設計和技改具有借鑒、推廣價值。