粉體流換熱器在磷酸二銨裝置冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用

李飛闊，李 榮，楊 飛，張慶安

（1.武漢江漢化工設(shè)計(jì)有限公司 設(shè)計(jì)一部，湖北 武漢 430223；2.湖北六國(guó)化工股份有限公司，湖北 宜昌 443000）

湖北六國(guó)化工股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱公司）24萬(wàn)t/a磷酸二銨裝置采用預(yù)中和+管式反應(yīng)器氨化造粒、流化床冷卻工藝，由于夏天環(huán)境濕度大、溫度高，產(chǎn)品冷卻不徹底，包裝溫度過高，導(dǎo)致在包裝、貯存和運(yùn)輸過程中出現(xiàn)漲袋、顆粒板結(jié)、褪色、粉化等問題。2018年公司采用粉體流換熱技術(shù)對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，目前裝置運(yùn)行狀況良好，生產(chǎn)能力提高到30萬(wàn)t/a。

1 粉體流換熱器概述及工作原理

粉體流換熱器是一種廣泛應(yīng)用于冷卻粉體、固體粒子的具有超高冷卻效率的換熱設(shè)備，由進(jìn)料倉(cāng)、傳熱板組及殼體、密相輸送下料器、儀表和控制系統(tǒng)組成［1］（見圖1）。

圖1 粉體流換熱器的結(jié)構(gòu)組成

該設(shè)備本體屬靜置設(shè)備，其中進(jìn)料段頂部進(jìn)料口旁設(shè)置排氣口、料位計(jì)口，側(cè)部設(shè)有測(cè)溫計(jì)；冷卻段的傳熱板組由1組平行立式放置的傳熱板片組成，冷卻板間距根據(jù)物料確定；出料段一般采用斜錐體形式，其中一側(cè)裝2個(gè)振動(dòng)電機(jī)，利用變頻器調(diào)整振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)情況，以控制設(shè)備出料量。

粉體流換熱器的工作原理（見圖2）：物料在空心式傳熱板間，借助于重力的作用以滿倉(cāng)狀態(tài)勻速緩慢下降，與傳熱板內(nèi)的冷卻水間接逆流換熱，冷卻器下部安裝有變頻震蕩式密相輸送下料器，根據(jù)出料溫度來調(diào)節(jié)出料速率，使出口物料的溫度均一［2］。

圖2 粉體流換熱器的工作原理

2 DAP裝置冷卻系統(tǒng)改造方案及運(yùn)行情況

2.1 改造方案

拆除原有流化床冷卻系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備：1 臺(tái)空氣除濕機(jī)，1 臺(tái)功率75 kW、風(fēng)量53 000 m3/h 的流化床鼓風(fēng)機(jī)，1 臺(tái)10 m2流化床冷卻器，1 臺(tái)直徑1.0 m 的4 筒旋風(fēng)除塵器，1 臺(tái)功率110 kW、風(fēng)量60 000 m3/h 的尾氣風(fēng)機(jī)；更換小流量尾氣洗滌循環(huán)泵。

采用1臺(tái)換熱面積約460 m2、功率6 kW的粉體流換熱器，增加1臺(tái)流量50 m3/h、揚(yáng)程80 m、功率22 kW的冷卻循環(huán)水泵。利用現(xiàn)有硫酸裝置清潔循環(huán)水作為冷卻水，加壓后由粉體流換熱器下部進(jìn)入，與熱物料逆流換熱后返回現(xiàn)有涼水塔。

為防止熱物料進(jìn)入設(shè)備時(shí)出現(xiàn)結(jié)露，采用1臺(tái)28 kW的空氣除濕機(jī)，1臺(tái)風(fēng)量35.81 m3/min、風(fēng)壓12 kPa、功率15 kW 的羅茨鼓風(fēng)機(jī)，在進(jìn)料箱上段物料進(jìn)口下方設(shè)置空氣吹掃，使下料倉(cāng)處于微正壓狀態(tài)，尾氣通過管道接入裝置的收塵風(fēng)管，洗滌后達(dá)標(biāo)排放。

2.2 運(yùn)行情況

1） 生產(chǎn)平穩(wěn)可靠

改造后裝置冷卻系統(tǒng)可連續(xù)生產(chǎn)，不受環(huán)境溫度、濕度影響。在不同下料段設(shè)置溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過控制冷卻水流量及出料量，調(diào)整物料冷卻過程中的溫度分布，保證出料溫度≤40 ℃（見表1）。

表1 改造前后主要指標(biāo)對(duì)比

在粉體流換熱器冷卻過程中，環(huán)境空氣與熱物料隔絕，冷卻后的物料w（H2O）比采用空氣冷卻情況下降低0.3～0.4個(gè)百分點(diǎn)，且這些水分主要集中在物料表面，減緩了鹽橋形成和物料的結(jié)塊，從而減少了包裹劑的用量。

2） 運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用降低

粉體流換熱器主體結(jié)構(gòu)沒有運(yùn)動(dòng)部件，傳熱板安裝在帶有加強(qiáng)筋的高強(qiáng)度倉(cāng)體內(nèi)，倉(cāng)體設(shè)置有帶鉸鏈的檢修門，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)保養(yǎng)。

改造后冷卻系統(tǒng)的動(dòng)設(shè)備減少，每小時(shí)用電量可降低180 kW · h，電費(fèi)按0.72 元/（kW · h）計(jì)算，每年（8 000 h）可節(jié)省電費(fèi)103.68萬(wàn)元。

3） 傳熱效率提高

傳熱板采用無墊片全焊工藝預(yù)設(shè)打壓膨脹成均勻的波紋狀或酒窩狀，流體在板內(nèi)形成高度湍流，極大地提高了傳熱系數(shù)，冷卻系統(tǒng)的處理能力提高20%，并能有效減緩換熱器表面結(jié)垢。

4） 改善操作環(huán)境

冷卻過程中采用全密閉操作，尾氣排放量由原來的60 000 m3/h 降至2 150 m3/h，極大地減輕了尾氣洗滌系統(tǒng)的生產(chǎn)負(fù)荷，污染物排放量降至改造前的3.6%。

3 結(jié)語(yǔ)

粉體流換熱器冷卻系統(tǒng)相比流化床冷卻系統(tǒng)而言，具有節(jié)能、環(huán)保、高效、故障率低、占地面積小、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。

在固體顆粒冷卻系統(tǒng)中，采用粉體流換熱器冷卻技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在磷復(fù)肥行業(yè)面臨節(jié)能減排的壓力之下，在傳統(tǒng)流化床和轉(zhuǎn)鼓冷卻系統(tǒng)的技改中有較大的推廣價(jià)值。