翅片蒸汽换热系统在粉状磷酸一铵装置的应用

杨胜军

（云南红河技师学院，云南 开远 661600）

0 引言

某公司22 万t/a 粉状磷酸一铵装置设计采用料浆浓缩法工艺技术生产，以消耗湿法磷酸生产过程中产生的淤酸、改善湿法磷酸装置生产工况为目的进行设计。该装置采用链条炉作为干燥热源供给设备，链条炉运行过程中排放尾气中的粉尘、二氧化硫浓度超标严重，虽然该公司多次召集技术人员进行工艺操作控制优化，但链条炉排放尾气中的粉尘、二氧化硫浓度超标问题一直未得到解决。为了彻底解决链条炉尾气排放不达标问题，该公司在检修期间将链条炉更换为翅片蒸汽换热系统。

1 链条炉空气加热系统工艺流程存在问题

（1）经旋风除尘后排放尾气中的二氧化硫和粉尘超标严重。根据统计，改造前经旋风除尘器后排空尾气中ρ（SO2）为2 520 mg/ m3（ρ（SO2）排放标准为≤850 mg/m3）、ρ（粉尘）平均值为497 mg/m3（ρ（粉尘）排放标准为≤200 mg/m3）。

（2）经旋风除尘后排放尾气温度较高，造成较大的热损失。改造前监测烟气平均温度为96.4 ℃，平均流量为11 730 m3/h，热损失率达48.6%［1］。

（3）链条炉内列管有漏风现象，处理困难。煤燃烧产生的直接热空气窜入列管后，对洁净的热空气造成污染，最终导致磷酸一铵产品颜色异常。

（4）链条炉烧煤后产生的煤渣处理困难，且对环境污染严重。装置单系列正常生产过程中平均耗煤量为0.75 t/h，煤渣产生量平均为5.67 t/d，该部分煤渣量大、处置困难，现场堆放占地面积大、污染环境。

（5）原料煤堆放场地面积大，并且在煤的使用过程中，产生大量粉尘对生产现场环境造成严重污染。

（6）链条炉风机运行产生的噪声超标严重。改造前4次对链条炉系统运行过程中产生的噪声进行监测，平均值达到118.5 dB。

2 新增翅片蒸汽换热系统改造

2.1 改造基本思路

根据22 万t/a 磷酸一铵装置干燥系统设备及运行工况调查分析，结合公司硫酸生产过程中产生大量富余蒸汽的实际情况，决定在磷酸一铵装置上增设翅片蒸汽加热系统，直接用翅片蒸汽加热系统向干燥系统提供热空气，原链条炉系统停用；经翅片换热器后的蒸汽再返回硫酸装置循环利用。

2.2 翅片换热器选型

根据2021年2—12月期间，磷酸一铵装置生产不同规格产品进干燥塔热空气数据，进干燥塔热空气温度在115～125 ℃、风量在15 000～55 000 m3/h，该生产时段内，加热空气所需最大热量为4 603 838.25 kJ/h；根据翅片换热器性能数据，160 ℃的蒸汽经翅片换热器后温度下降到125 ℃，并且有43%的蒸汽变为相同温度的水，通过计算在此条件下提供干燥最大热量所需蒸汽量为4.675 t/h。

翅片换热器使用蒸汽作为加热空气的介质，不产生污染；与列管换热器相比，翅片换热器具有换热面积大、体积相对较小的特点，能较好地满足技改项目实施要求。

根据以上计算分析和翅片换热器特点，结合厂家提供的翅片换热器规格情况，选定蒸汽消耗量为4.90 t/h的翅片换热器。

2.3 增设翅片蒸汽换热系统

（1）在进干燥塔风机前增设翅片换热器，并从翅片换热器空气出口端配管至干燥塔风机进口。

（2）从装置公用工程管架低压蒸汽管上碰口，将蒸汽管配管到翅片换热器蒸汽进口；同时在该管段上安装压力表、流量计和蒸汽调节阀，并将压力、流量、调节阀阀位等信号引入分散控制系统（DCS）显示、调控。

（3）蒸汽经翅片换热器后形成的汽-水进入汽-水收集器，送到硫酸装置汽-水收集槽后再送到除氧器，经除氧后的汽-水全部送到废热锅炉回收利用。

翅片蒸汽换热系统工艺流程见图1。

图1 翅片蒸汽换热系统工艺流程

3 翅片蒸汽换热系统使用效果

3.1 翅片蒸汽换热系统运行效果

（1）翅片蒸汽换热系统投入生产运行后，生产系统运行稳定，操作控制快捷方便。

（2）生产过程中，翅片换热器能向干燥塔稳定、足量地输送满足产品干燥需求的洁净热空气。正常生产过程中，进翅片换热器蒸汽量在1.85～2.20 t/h、进干燥塔热空气温度在120～138 ℃范围内，能较好地满足产品干燥条件。

（3）正常生产过程中，经翅片换热器后的汽-水温度为120～128 ℃，压力为0.12～0.20 MPa，全部送到硫酸装置回收利用。

3.2 系统运行效益

翅片蒸汽换热系统投用后，装置停用链条炉系统；若以装置2021 年度平均生产数据（产品量23.52 万t、耗煤量18.46 kg/t、装置运行率86.4%）为计算基础，则年产生经济效益如下。

（1）翅片蒸汽换热系统投入生产运行后，链条炉系统停止运行，即不再使用燃煤，链条炉排放尾气中粉尘、二氧化硫不达标问题和环境噪声高的问题随之得到彻底解决；煤的运输、存放以及使用过程中产生的污染问题也得到彻底解决。

（2）节电效果显著。停用链条炉系统后，以下设备停用：链条炉清洁空气鼓风机2台（11 kW/台）、鼓风机2 台（132 kW/台）、出渣机2 台（1.5 kW/台）、尾气风机2台（22 kW/台），共计333 kW，年节约电量2 071 526.4 kW·h。

（3）节煤效果明显。使用翅片换热器后，不再使用燃煤，每年节煤4 341.79 t。

（4）翅片蒸汽换热系统投入生产运行后，只使用公司硫酸生产过程中产生富余蒸汽的高位热能，经热能回收利用后的汽-水返回硫酸装置回收利用。

4 结论

（1）通过收集、分析投入生产运行后的翅片蒸汽换热系统生产数据可知：翅片蒸汽换热系统能较好地产生温度、流量均满足磷酸一铵产品干燥需求的热空气。

（2）采用翅片蒸汽换热系统后，不再使用燃煤，生产环境较为清洁，不再排放废气，并且节电效果明显。

（3）翅片蒸汽换热系统不产生物料消耗，只回收利用硫酸生产装置富余蒸汽的高位热能，对降低磷酸一铵生产成本效果显著。

（4）用翅片蒸汽换热系统作为磷酸一铵装置干燥产品用热空气的供给系统，对磷酸一铵装置的节能减排、降低生产成本、改善工作环境具有显著效果，并对今后磷酸一铵装置干燥供热系统的设计和技改具有借鉴、推广价值。