100kt/a萃取磷酸料漿過濾真空系統的節能改造

沙德宏，翁志衛

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

100kt/a萃取磷酸料漿過濾真空系統的節能改造

沙德宏1，翁志衛2

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

針對萃取磷酸料漿過濾真空系統在生產中存在的能源浪費問題，采取了利用萃取磷酸料漿過濾真空氣體產生的熱能供給沖盤洗水加熱，降低動力消耗的節能改造措施，總結了改造后的技術經濟效果，取得的年經濟效益超過540萬元。該工藝流程簡單、操作維護方便，實現了節能減排、減少環境污染、降低生產成本的目標。

萃取磷酸；過濾；真空系統；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生成萃取磷酸料漿再經過濾而生產的。硫酸和磷礦石在反應過程中產生大量的反應熱，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過濾機過濾后得成品磷酸、洗液和磷石膏，過濾過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。而過濾真空系統中溫度達到75℃以上的帶沫氣體，一般通過氣液分離器進行氣、液分離后，經大氣冷凝器用常溫水冷凝，再由水環真空泵引出排空。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，冷凝后的污水要經冷卻塔冷卻及環保處理后才能實現部分循環使用、排放，為減輕對水環真空泵的腐蝕，水環真空泵的工作用水為原水。這一過程不但存在著動力和熱能消耗的問題，而且污水、廢氣等會造成環境污染。

1 存在的問題

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工藝，萃取磷酸料漿溫度在95℃以上，過濾采用轉臺過濾機。改造前過濾真空系統工藝流程見圖1，萃取磷酸料漿經轉臺過濾機過濾，產生的高溫氣體由錯氣盤進入氣液分離器進行氣、液分離，分離后的氣體經大氣冷凝器冷凝，由水環真空泵抽出排空，分離液進入分離收集槽，由分離液下泵送至轉臺過濾機回收用作洗液，冷凝液經冷卻塔冷卻后部分循環使用，部分經中和處理后排放。所需沖盤洗水，是當在熱水槽中用新蒸汽加熱其他工藝污水達到80℃以上后，由熱水泵送至轉臺過濾機。該過濾工藝真空系統所產生的廢氣、污水及能量消耗分析如下。

圖1 改造前過濾真空系統工藝流程示意

1.1 真空系統廢氣量

設轉臺過濾機工作時真空系統過濾廢氣總量為V，則：

V=V1S

(1)

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

V=120×80=9 600m3/h

1.2 污水量

設過濾真空系統廢氣中的含液質量為qm1，則：

qm1=V/γ

(2)

式中，γ為氣體的比體積，在75℃時為3.993 9m3/kg。

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

設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

因真空氣體需通過大氣冷凝器用水冷凝后由水環真空泵排出，設大氣冷凝器出水溫度為t1，則：

t1=K1·(t0-t2)+t2

(4)

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

設大氣冷凝器需用循環水質量流量為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

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

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

1.3 消耗的動力

分離液下泵配套功率3kW，水環真空泵配套功率220kW，冷卻塔配套功率5.5kW，一級循環泵配套功率11kW，二級循環泵配套功率15kW，中和處理配套功率7.5kW，合計消耗動力262kW。

1.4 消耗的新蒸汽

每小時產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，有利于減少雜質在濾布和濾盤上粘結量。

設過濾沖盤冼水量qm3=50 000kg/h，水溫由20℃升到80℃，每小時需消耗熱能為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

設每小時消耗的新蒸汽量為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100kt/a濕法磷酸裝置萃取磷酸料漿過濾真空系統存在的能量消耗高、環境污染重等不足，江蘇瑞和化肥有限公司采取了以下節能減排改造措施。

2.1 工藝流程

改造后的過濾真空系統工藝流程示意見圖2。溫度在95℃以上的萃取磷酸料漿經轉臺過濾機過濾后，產生的高溫氣體由錯氣盤進入氣液分離器進行氣、液分離，分離液進入分離收集槽，然后溢流到熱水槽作為洗水回收利用。除沫后的75℃以上氣體經氣體機械壓縮機壓縮(氣體機械壓縮機做功動能轉變成熱能)變成85℃以上氣體后送至熱水槽，對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臺過濾機對濾盤和濾布進行沖洗。

圖2 改造后過濾真空系統工藝流程示意

2.2 主要設備

氣體機械壓縮機是熱能回收利用的關鍵設備。它將低壓(或低溫)的氣體加壓升溫，以達到工藝生產所需溫度和壓力的要求。氣體由吸氣室進入，通過高速旋轉葉輪對氣體做功，使氣體的壓力、溫度和氣速都提高了，然后使氣體進入擴壓器，把氣體的速度能轉換為壓力能。此次改造選用單級離心壓縮機，主要由位于軸自由端的葉輪、蝸殼、增速箱、軸承箱和潤滑系統、電動機驅動系統、安全監測系統、自動控制系統等組成。由于氣體具有腐蝕性，故所選氣體機械壓縮機主體材質為316L，性能參數為：進口壓力57.88kPa，進口溫度85℃，出口壓力400kPa，出口溫度151℃。

2.3 能量利用

所選氣體機械壓縮機的功率為200kW，可轉變成熱能Q2，則：

Q2=K2Pσ

(8)

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

Q1=(0.95×200×3 600)=684 000kJ/h

經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 技術經濟分析

3.1 減少了動力消耗

真空系統改造后，動力消耗減少了262-200=62kW，全年節電[62×8 000(年運行時間，h)] =496 000kW·h，取得年經濟效益[496 000×0.73(電價，元/kW·h)]=322 400元，相當于年節標準煤[49.6×2.828(等價折標準煤系數，t/萬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械壓縮機的動能全部被利用，相當于節約蒸汽(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，取得年經濟效益[1.886×210(新蒸汽價，元/t)×8 000]=3 134 880元，相當于年節標準煤[1.866×0.128 6(折標準煤系數，kgce/kg)×8 000] =1919.74t。

3.3 杜絕了水消耗

此次改造，用氣體機械壓縮機替代水環真空泵，沒有了水環真空泵排出的污水，加之水處理設施的水損失，共計減排污水22t/h，全年減排污水(22×8 000)=176 000t，取得年經濟效益[176 000×1.36(水價，元/t)]元=239 360元，相當于年節標準煤[176 000×0.085 7(折標準煤系數，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，共計年節標準煤(140.27+2 058.1+15.08)t=2 213.45t，相當于年減少燃煤排放CO25 422.95t、SO2166.08t、NOx83.04t。

3.5 經濟效益

節省污水中和處理費用近80 000元/a、設備維護費用近150 000元/a，共取得經濟效益(322 400+3 134 880+239 360+80 000+150 000)=3 926 640元/a。

4 結語

將硫酸與磷礦石反應生成萃取磷酸料漿，過濾時真空氣體的熱能供給沖盤洗水加熱，減少洗水加熱時的蒸汽消耗達60%，有效降低了常溫水加熱變成熱水時的燃煤資源浪費和環境污染問題。用氣體機械壓縮機代替水環真空泵，利用動力做功，使動能轉變成熱能，解決了使用水環真空泵造成的動力浪費。不需要用常溫水對真空氣體進行降溫，省去了冷卻水循環處理系統，無污水產生，避免了廢氣、污水等污染。該工藝流程簡單、投資少、占用面積小、生產控制方便，節水、節電、節能效果顯著，確保了磷酸生產中污水的零排放。據統計，目前我國濕法磷酸產量達1 550萬t/a，該節能技術的應用將實現年節標準煤34萬t以上，年節水2 700萬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濾汽體熱能的裝置：中國，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，江蘇東臺人，2009年畢業于江蘇行政管理學院經濟管理專業，碩士，高級工程師，現任江蘇瑞和化肥有限公司副總經理，主要從事生產設備和技術管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.015

TQ126.35

B

1004-8901(2017)02-0053-03