空氣加熱器在磷復肥裝置干燥系統上的應用

楊林臺，馬克猛，劉 輝

（1. 云南云天化云峰化工有限公司，云南 宣威 655426；2. 云南云天化股份有限公司安環監督部，云南 昆明 650228）

1 磷復肥裝置干燥系統簡介

大中型磷復肥生產裝置大部分采用造粒→干燥→篩分與破碎→冷卻與包裹流程。出造粒機的物料w（H2O）約為3%，與熱爐氣并流進入干燥機中，兩者直接接觸，物料中的水蒸發被熱爐氣帶走，w（H2O）降至1%左右。

云南云天化云峰化工有限公司（以下簡稱公司）擁有30 萬t/a 多功能復合肥裝置1 套、10 萬t/a NPK復合肥裝置2套，產品干燥所用燃氣均為天然氣。干燥系統工藝流程為：天然氣在熱風爐中直接燃燒，將風機送入的室溫空氣加熱至所需溫度后送到干燥機中，干燥進入干燥機的濕物料，尾氣經過洗滌達標后從煙囪排出（如圖1所示）。

圖1 公司復合肥裝置干燥系統工藝流程

該工藝要將室溫空氣直接加熱到350 ℃左右，需消耗大量的天然氣，天然氣燃燒過程中會排放出二氧化碳和水蒸氣，不僅增加了碳排放量，同時水蒸氣使熱爐氣濕含量增加，影響產品防結塊性能。公司擁有2 套30 萬t/a 硫黃制酸裝置（帶低溫熱回收系統（HRS）），自產中壓蒸汽和低壓蒸汽，而且蒸汽富余。

2 空氣加熱器選型

為降低天然氣單耗，結合公司實際情況，可以利用富余的蒸汽通過空氣加熱器對進入熱風爐的空氣進行預加熱。

空氣加熱器屬管翅式換熱器，工作原理是熱介質與空氣在換熱器中換熱，達到加熱空氣的目的。空氣換熱器通過加裝翅片達到強化傳熱的目的，所以結構緊湊，熱利用率高。熱介質可以是蒸汽，也可用導熱油，結合公司實際情況，選用蒸汽作為熱介質。

2.1 基本計算條件

蒸汽壓力為0.8～1.0 MPa，溫度為170 ℃。2臺風機風量分別為53 966、32 970 m3/h，空氣從常溫20 ℃加熱到120 ℃，冷凝水排出溫度90 ℃以下。蒸汽換熱件采用304不銹鋼管軋鋁翅片制作，傳熱系數30 W/（m2·℃），換熱效率90%；外殼體采用Q235材質制作。

2.2 空氣加熱器計算

1） 30萬t/a多功能復合肥裝置

實際風機風量按照50 000 m3/h計，加熱空氣需要熱量：

Q1=1×50000×1.293×（120-20）kJ/h=6.47×106kJ/h。

空氣加熱器換熱效率為90%，則需提供的熱量：

Q2=6.47×106kJ/h÷90%=7.19×106kJ/h。

空氣加熱器需傳熱面積：

A=Q2/KΔt=7.19×106/（30×3.6×59.4）m2=1 121m2。

實際面積：1 121×1.2 m2=1 345 m2。

消耗蒸汽量：

m=7.19×106kJ/h÷2 369 kJ/kg=3 035 kg/h。

2） 10萬t/a NPK裝置

實際風機風量按照30 000 m3/h計，加熱空氣需要熱量：

Q1=1×30000×1.293×（120-20）kJ/h=3.88×106kJ/h。

空氣加熱器換熱效率90%，需提供的熱量：

Q2=3.88×106kJ/h÷90%=4.31×106kJ/h。

空氣加熱器傳熱系數30 W/（m2·℃），所需傳熱面積：

A=Q2/KΔt=4.31×106÷（30×3.6×59.4）m2=672 m2。

實際面積：672×1.2 m2=806 m2。

消耗蒸汽量：

4.31×106kJ/h÷2 369 kJ/kg=1 819 kg/h。

3 空氣加熱器在裝置上的應用

3.1 改造

在風機和熱風爐之間增加1臺空氣加熱器，換熱形式采用逆流，冷凝液回收利用。改造后工藝流程見圖2。

圖2 改造后干燥系統工藝流程

3.2 改造效果

改造后，天然氣總消耗量降低了約400 m3/h，而且降低了熱爐氣的含濕量，干燥機出口物料的水含量降低，降低了產品結塊的風險。

每小時使用蒸汽6.7 t，可以減少天然氣用量400 m3/h，每年可以節約費用360萬元。天然氣用量減少288萬m3/a，每年可以減少二氧化碳排放5 680 t。

4 結束語

利用空氣加熱器降低燃氣消耗是可行的，不但每年可以降低成本360萬元，減少二氧化碳排放5 680 t，而且降低了熱爐氣的水含量，可以降低產品結塊的風險。因此，對于蒸汽富余的磷復肥企業來說很有改造的必要。