濕法磷酸尾氣洗滌系統技改總結

李飛闊,張慶安,梁英國

(武漢江漢化工設計有限公司,湖北 武漢 430223)

湖北省一磷肥廠建有一條10萬t/a磷酸生產線，該裝置以宜昌礦(P2O5：24%～26%)為原料，采用二水濕法真空冷卻工藝生產稀磷酸(P2O5：19%～20%)，并副產7%～8%(以H2SiF6計)的氟硅酸。

改造前,尾氣洗滌系統運行狀況表現為洗滌效率低，管道及噴頭極易堵塞。尾氣風機葉輪結垢、腐蝕嚴重，尾氣排放中的氟含量70～85mg/Nm3嚴重超標，洗滌系統檢修周期為15d/次，嚴重影響裝置的連續性生產。

1 改造前尾氣洗滌工藝及主要設備規格

1.1 尾氣洗滌流程

(1)氣相流程：反應尾氣先通過一級管道洗滌和一級文丘里洗滌，經氣液分離器后，再進入第一、第二洗滌塔，最后通過風機送至煙囪高空排放。

(2)液相流程：第二洗滌塔采用渣場回水作為系統補水，第一洗滌塔采用第二洗滌塔的洗滌液作為補水。

1.2 主要設備規格

文丘里：喉管Φ=0.8m，H=3mm；洗滌泵：Q=50m3/h,H=35m；第一洗滌塔：Φ=2.8m，H=9.5m；一洗泵：Q=180m3/h,H=30m；第二洗滌塔：Φ=2.8m，H=9.5m；二洗泵：Q=220m3/h,H=30m。要注意的是,洗滌塔內均未安裝除沫器。

2 尾氣洗滌系統改進方案

2.1 工藝流程

由原來三級洗滌改為四級洗滌，文丘里改為管道洗滌，后采用兩級管道洗和三級噴淋塔洗滌。改造后的工藝流程見圖1。

圖1 改造后的工藝流程

2.1.1洗滌系統水平衡

改造前采用磷石膏渣場池水作為系統補水，由于池水中的K+、Na+、Fe3+、Al3+含量較高，金屬陽離子會和洗滌系統中的氟硅酸、稀磷酸發生反應生成沉淀物[1]，導致在管道和器壁上結垢，堵塞洗滌通道。

(Fe，Al)2O3+2H3PO4=2(Fe，Al)PO4(沉淀)+ 3H2O[2]

(Na，K)2O+H2SiF6=(Na，K)2SiF6(沉淀)+ H2O[2]

改造后第三洗滌塔上段洗滌采用一次水，洗滌液作為下段補水，為降低第三洗滌塔下段洗滌液溫度，由循環水泵送至涼水塔,降溫后再回用，部分作為第二洗滌塔補水。第二洗滌塔洗滌液中的H2SiF6達到一定濃度后，送至第一洗滌塔,經循環吸收尾氣中的HF和SiF4。

2.1.2洗滌系統溫度與氟硅酸濃度

洗滌液中的氟硅酸受熱分解成SiF4和HF，SiF4又和水生成SiO2·nH2O(沉淀)

H2SiF6+Q熱= SiF4+ 2HF

3SiF4+(n+2)H2O =2H2SiF6+SiO2·nH2O(沉淀)[2]

表1數據表明，隨著氟硅酸溶液溫度和溶度的升高，SiF4、HF蒸氣分壓隨之增大，使得尾氣中的氟含量也逐漸增加。

表1 不同溫度條件下氟硅酸溶液蒸氣中含氟量 [g(F)/m3(標)干空氣][2]

綜合以上分析可知，控制第三洗滌塔上段洗滌液的溫度≤40℃，下段洗滌液的溫度≤50℃，H2SiF6的溶度1.0%～1.2%；第二洗滌塔洗滌液的溫度≤60℃，H2SiF6的溶度5.0%～6.0%；第一洗滌塔洗滌液的溫度小于70℃，H2SiF6的溶度為10.0%～11.0%。

2.1.3增大噴淋密度

原尾氣循環洗滌水總量為350m3/h，改造后增加的洗滌泵和水量如下：一洗泵：Q=250m3/h、H=30m；二洗泵：Q=300m3/h、H=30m；第三洗滌塔一洗泵：Q=300m3/h，H=30m；二洗泵：Q=300m3/h，H=45m，循環洗滌水總量為1 150m3/h。

2.1.4強化洗滌效果

洗滌塔內增設噴頭，同時增加風管洗滌。

2.1.5優化洗滌方式

原噴淋塔內逆流洗滌，改為管道并流與塔內逆流相結合的方式。

2.2 設備選型2.2.1 改用管道洗滌

文丘里洗滌器適用于不產生黏結現象的各類粉塵，喉部的氣體速度在50～80m/s，水的噴射速度控制在6m/s，從而提高洗滌過程中塵粒與水滴的碰撞效率。

從反應槽逸出的尾氣溫度為70～75℃,接近飽和狀態，氣液傳質的吸收效率極低，尾氣中SiF4和H2O生成SiO2·nH2O沉淀，在洗滌過程中堵塞管道和噴頭。

原文丘里初始洗滌改為豎直風管噴頭洗滌，采取增大噴淋量和噴淋密度的措施，降低尾氣溫度，達到強化尾氣氟化物吸收的目的。

2.2.2改用旋風噴淋洗滌塔

尾氣從洗滌塔的下部沿著塔壁切向進入，在螺旋上升過程中進行洗滌。其優點包括：①增加氣液交換面積；②旋風作用可提高除沫效率；③高速氣流能阻止塔內壁結垢[4]。

改造后第一洗滌塔：Φ=2.8m、H=15.6m；第二洗滌塔：Φ=2.8m、H=15.6m；第三洗滌塔下段Φ=2.8m、H=9.5m；上段Φ=2.8m、H=9.5m。

2.2.3增設除沫器

第一洗滌塔內的氟硅酸濃度、溫度高，更易生成SiO2·nH2O(沉淀)，采用空塔洗滌,上部氣體出口不設置除沫器。

在第二洗滌塔氣體出口增設旋流板除沫器，氣流在上升過程中，通過旋流板產生旋轉，氣流夾帶的液滴在離心力的作用下，被甩向塔壁流入集液槽，從而減少>20μm液沫夾帶量，可有效解決風機結垢問題。

第三洗滌塔上段氣體出口采用復合型絲網除霧器，具有極高的傳質、傳熱能力，以及捕集和去除微米級顆粒物的卓越性能。在除霧器下方設置反向間歇噴淋設施。

復合型絲網除霧器特點包括以下幾點:①高孔隙率。具有94%～97%的高孔隙率和最大纖維直徑，以及更低壓損及抗堵塞性能;②高絲徑垂直率。除霧器最低可去除1μm 的顆粒物(霧滴)，效率最大可到99%;③高結構性。采用PP樹脂，具有耐化學性、耐熱性、高強度機械性能和良好的高耐磨加工性能等。除霧器采用分片制作，方便拆卸和裝填;④結構方向性。每一層襯墊采用單絲編織而成的階梯狀三維結構材料，幾乎全部的絲網垂直于氣流方向，保證更大面積地有效攔截氣流中夾帶的霧狀液滴。

3 結語

(1)通過技術改造后，副產的氟硅酸濃度提高到10%～11%，尾氣中氟排放濃度可控制在9mg/Nm3以內，達到國家現行標準，實現了環保和經濟效益的雙贏。

(2)尾氣洗滌系統氣相管道、風機葉輪、噴頭等堵塞的情況得以緩解，系統的清理周期也延長至50～60 d，提高了開車率，降低了裝置的運行成本。

(3)洗滌液濃度和溫度得到控制，有效提高洗滌效率，煙囪出口氣體溫度下降至45℃，尾氣拖尾現象和現場環境得到明顯改善。