磷铵装置尾气综合利用研究与探讨

何春云

（云南云天化红磷化工有限公司，云南 开远 661699）

磷铵生产过程中，在造粒、干燥、冷却工序都会有尾气产生，尾气主要成分为粉尘、逸出氨、水气和氟化物。为减少工业废气的直接排放，提升环境质量，国家对工业尾气、大气污染物排放要求越来越严格。

1 目前磷铵装置尾气处理技术

目前国内磷铵装置尾气处理基本都是采用湿法洗涤工艺（或布袋除尘工艺+湿法洗涤工艺）除去尾气中的氨、氟化物和粉尘［1］。

以云南云天化红磷化工有限公司18 万t/a 磷铵装置生产工艺为例，尾气处理技术为：从预中和槽、造粒机排出的尾气，进入造粒洗涤器，用磷酸和从尾气洗涤器送来的尾气洗涤液循环洗涤，除去部分氨和粉尘后，经造粒尾气风机送至尾气洗涤器进行2次洗涤，洗涤后尾气进入混合尾气洗涤器与干燥尾气、收尘尾气混合，用稀硫酸进行洗涤除去尾气中的NH3和F。

干燥尾气经干燥旋风除尘器除尘后，由干燥尾气风机送入干燥洗涤器，用稀磷酸洗涤除去氨和粉尘后进入混合尾气洗涤器与中和尾气、收尘尾气混合，用稀硫酸洗涤除去尾气中的NH3和F。

返料皮带机、振网筛、破碎机、斗提机、成品皮带机、成品筛、无尘冷却器等设备的收尘尾气经袋式除尘器除尘后进入混合尾气洗涤器与中和尾气、干燥尾气混合，经稀硫酸洗涤除去NH3和F。

经混合尾气洗涤器洗涤后的中和、干燥、收尘尾气通过增压风机送至湿式静电除尘器除去雾滴后进入脱白器，与来自空气风机的空气进行换热，换热后冷烟气从排气筒底部进入排气筒内筒，热空气从排气筒中部进入排气筒外筒，在排气筒顶部混合后排入大气。尾气处理工艺流程见图1。

图1 磷铵装置尾气处理工艺流程

虽然磷铵尾气污染物排放各项指标大幅度降低，优于现行《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）要求，并改善了排放烟气视觉效果，消除了白烟现象，但我国已成为世界磷肥工业大国，全国磷复肥企业尾气排放总量非常巨大，对环境会造成一定的影响，随着环保压力不断增大，将对行业生存和发展带来较为严峻的挑战。

2 磷铵装置尾气综合利用新技术探讨

磷铵装置尾气含有大量热能，特别是造粒尾气和干燥尾气温度更高，约为80 ℃，目前造粒尾气、干燥尾气、冷却尾气混合处理后达标排放温度大约在54 ℃。如何综合利用尾气中的热能，达到节能、降耗、降温、减排，最终实现热能资源的综合利用，是今后磷肥企业需要考虑的方向。

磷铵生产工艺中产生的热能：一是造粒时氨酸反应产生的热能；二是热风炉燃烧煤时产生的热能。在氨酸反应过程中无须增加热能就能实现反应，而在热风炉热风产生中需要增加热能加热空气来形成高温烟气送至干燥机干燥物料。其工艺流程为：将煤加入热风炉中燃烧，同时启动助燃风机鼓入助燃风，使煤充分燃烧产生高温烟气；高温烟气进入高温气体净化室，进行二次燃烧并聚合净化，洁净的高温气体在喷射引风器作用下与喷射风机鼓入的冷空气混合形成次高温烟气输送至干燥机。工艺流程见图2。

图2 热风炉高温烟气生产工艺流程

喷射风机引入的外界空气温度一般为15 ～30 ℃（视季节而变化）；处理后的排放尾气成分与外界空气基本相同，而温度达54 ℃，大量热能（约为3 560 000 kJ/h）排放到空气中。根据磷铵生产工艺可知，热风炉加热外界空气所得高温空气被引入干燥机对半成品进行干燥，半成品经筛分、冷却后得到成品。从理论上来看，脱除F、NH3、粉尘后尾气可以通过引风机引入热风炉循环利用，不仅可以减少能耗，而且还能有效回收尾气。3种尾气热能利用路线见图3。

图3 3种尾气热能利用路线

各输出热量计算方法：

（1）干燥洗涤塔顶尾气温度为53 ℃，其带走热量Q1=氨带走热量+粉尘带走热量+水蒸气带走热量+干空气带走热量=（728 +1 479.61+180 357.36+1 152 664.72）kJ/h=1 335 229.69 kJ/h。

其中，氨带走热量=氨量×尾气温度×气氨比热容=6.51×53×2.11 kJ/h=728 kJ/h （比热容由化工物性算图手册查得，下同）。

粉尘带走热量=粉尘量×尾气温度×粉尘比热容=19.66×53×1.42 kJ/h=1 479.61 kJ/h。

水蒸气带走热量=水蒸气量×尾气温度×水蒸气比热容=1 901.10 × 53 × 1.79 kJ/h = 180 357.36 kJ/h。

干空气带走热量=干空气量×尾气温度×干空气比热容=21 640.19×53×1.005 kJ/h=1 152 664.72 kJ/h。

（2）造粒尾洗塔尾气温度为74 ℃，其带走热量Q2= 氨带走热量+粉尘带走热量+水蒸气带走热量+干空气带走热量=（2 999.04+2 065.87+974 938.72+1 378 710.10）kJ/h=2 358 713.73 kJ/h。

其中，氨带走热量=氨量×尾气温度×气氨比热容=18.85×74×2.15 kJ/h=2 999.04 kJ/h。

粉尘带走热量=粉尘量×尾气温度×粉尘比热容=19.66×74×1.42 kJ/h=2 065.87 kJ/h。

水蒸气带走热量=水蒸气量×尾气温度×水蒸气比热容=6 896.85 × 74 × 1.86 kJ/h = 974 938.72 kJ/h。

干空气带走热量=干空气量×温度×干空气比热容=18 446.75×74×1.01 kJ/h=1 378 710.10 kJ/h。

（3）出袋式除尘器吸尘尾气温度为64 ℃，带走的热量Q3=干空气带走热量+粉尘带走热量+氨带走热量+水蒸气带走热量=（952 091.32+27 799.60+76.34+318.99）kJ/h=980 286.25 kJ/h。

其中，干空气量带走热量=干空气量×尾气温度×干空气比热容=14 758.36×64×1.008 kJ/h=952 091.32 kJ/h。

水蒸气带走热量=水蒸气量×尾气温度×水蒸气比热容=236.07×64×1.84 kJ/h=27 799.60 kJ/h。

粉尘带走热量=粉尘量×尾气温度×粉尘比热容=0.84×64×1.42 kJ/h=76.34 kJ/h。

氨带走热量=氨量×尾气温度×气氨比热容=2.34×64×2.13 kJ/h=318.99 kJ/h。

（4）排空尾气温度为54.67 ℃，带走的热量Q4= 氨带走热量+粉尘带走热量+水蒸气带走热量+干空气带走热量=（2 090.21+1 082.18+543 073.12+3 012 909.80） kJ/h= 3 559 155.31 kJ/h。

其中，氨带走热量=氨量×尾气温度×气氨比热容=18.12×54.67×2.11 kJ/h=2 090.21 kJ/h。

粉尘带走热量=粉尘量×尾气温度×粉尘比热容=13.94×54.67×1.42 kJ/h=1 082.18 kJ/h。

水蒸气带走热量=水蒸气量×尾气温度×水蒸气比热容=5 549.53×54.67×1.79 kJ/h=543 073.12 kJ/h。

干空气带走热量= 干空气量× 尾气温度×干空气比热容=54 836.66×54.67×1.005 kJ/h=3 012 909.80 kJ/h。

（5）根据热量平衡，输入热量=输出热量，可计算得到热损失Q=输入总热量-输出总热量= （1 335 229.69+2 358 713.73+980 286.25-3 559 155.31）kJ/h=1 115 074.36 kJ/h。

（6）节约标准煤计算：若将排空尾气带走的热量全部引入热风炉喷射风机循环利用，1 kg标准煤正常燃烧发热量按29 270 kJ计，则每小时可节约标准煤=3 559 155.31÷29 270 kg＝121.6 kg；每年减少标准煤消耗121.6×24×330 kg=963 072 kg。

3 结论与建议

（1）生态环境质量持续改善，主要污染物排放量继续下降，有序推进碳达峰、碳中和工作，促进减污降碳协同增效，是磷复肥企业面临的共同挑战，合理利用尾气，实现尾气零排放是今后研究的主要方向。

（2）从工艺角度来看，在磷铵生产过程中将排放尾气引入造粒干燥工序是可行的，且能更好的回收能源，减少能耗。以18万t/a磷铵装置计，每年可为企业节约标煤963 t，减排尾气63.9×24×330 t=506 088 t。

（3）磷复肥生产企业尾气排放工艺基本接近，尾气中的热量都能实现循环利用，尾气全部引入热风炉循环利用是基于热风炉进风量与尾气排放量相一致的理想状态，在设计中应注意引入热风炉的尾气量与所需风量是否一致。