新型轉輪除濕技術在五氧化二磷裝置中的應用

方竹堃

(1. 云南磷化集團有限公司，云南 昆明 650600;2. 云南省磷化工節能與新材料重點實驗室，云南 昆明 650600)

“碳達峰、碳中和”是我國的重大戰略決策，已納入生態文明建設整體布局，是推動經濟社會綠色轉型和系統性的深刻變革。“雙碳”是推動經濟高質量發展和生態文明建設的重要抓手，是參與全球治理和堅持多邊主義的重要領域。持續提高能源利用效率，推動綠色低碳循環發展，企業扮演者重要角色，同時也是現代企業生存發展的必由之路。作為企業也不斷在進行創新發展，利用新技術、新材料、新工藝進行各種節能降耗治理和改造。

在常規五氧化二磷裝置中，一直使用的是空氣壓縮干燥工藝，但設備裝機容量較大，耗電量占產品總電力消耗的85%以上，增加了產品成本；設備故障率較高，維護成本較大，存在較大挖潛改造空間。

1 常用的除濕方法

空氣的除濕方法有很多種，按工作原理可分為三大類，即加熱通風除濕、冷凍除濕和吸濕劑除濕。

1.1 加熱通風除濕

加熱通風除濕是通過加熱空氣的辦法，使其相對濕度Φ值降低。應用這種方法除濕，投資少，運行費用低，但只能降低相對濕度，而不能降低空氣中水蒸汽的含量，故難以確保除濕效果。

1.2 冷凍除濕

冷凍除濕是利用制冷設備，把被處理空氣的溫度降低到它的露點溫度以下，從而除掉空氣中的水分。這種方法的優點是除濕性能穩定可靠，可連續除濕，且管理方便；缺點是初期投資費用高，機器運轉噪聲大。冷凍除濕機適于在空氣干球溫度為 15～35 ℃，相對濕度為50%以上的條件下工作，而不宜在空氣露點溫度為 4 ℃ 以下的場合使用。

1.3 吸濕劑除濕

吸濕劑處理空氣的過程，是利用吸濕劑直接吸收空氣中的水蒸汽，從而實現空氣除濕。常用的吸濕劑有兩大類，一類是固體吸濕劑，如硅酸鹽、氯化鋰、分子篩等；另一類是液體吸濕劑，如氯化鋰溶液、氯化鈣溶液等。轉輪除濕機正是利用固體吸濕劑吸收空氣中的水分，從而達到空氣除濕的目的。

2 新型轉輪除濕技術

2.1 空氣處理的除濕原理

它采用蜂窩式結構的除濕轉輪，電機每小時使除濕旋轉10次，連續重復吸濕再生動作，從而提供干燥空氣。空氣中的水分在吸濕區被除掉后，鼓風機將干燥后的空氣送入室內。吸收了水分的轉輪移動到再生區，最后從逆方向送入的再生用空氣將去除水分，使轉輪繼續工作。

2.2 冷卻除濕原理

因為空氣在不同的溫度下，空氣中的水分會隨著溫度的下降而變小。當室外空氣通過新風表冷器時，空氣被表冷盤管冷卻降溫，空氣隨著溫度的降低，空氣中的水蒸汽逐漸凝結，同時達到飽和狀態；當未飽和空氣繼續降低時，空氣中的水蒸汽變成凝結水，空氣中的含水量會下降，最終實現了除濕過程。

2.3 吸附式除濕原理

除濕轉輪在除濕段內部為處理區域和再生區域，轉輪以 8 r/h 的速度旋轉，從而保證整個除濕為一個連續的過程。當空氣通處理區域的時候，水蒸汽被轉輪中的吸濕介質所吸附，同時發生相變，最終釋放出潛熱，轉輪吸濕了一定的水份而逐漸趨向飽和狀態。

通用型除濕機是標準型空氣除濕模塊，可作為單元除濕設備獨立運行，也可作為空氣除濕模塊加入空調機組或其他空氣系統。通用型除濕機結構簡單，運行可靠，除濕量大，是各種環境理想的除濕設備，其中吸附式除濕機工作原理見圖1。

圖1 吸附式除濕機工作原理圖

表1 吸附式除濕機工作參數

3 選用新型轉輪除濕技術與裝置的適應性分析

五氧化二磷生產工藝二次空氣(燃燒空氣)由SWT315-8型干螺桿式空氣壓縮機及TJFH-50型組合式壓縮空氣干燥機制備，每分鐘處理量為 50 m3，常壓露點≤-60 ℃。生產工藝對二次空氣的流量及露點有較高要求，但對空氣壓力要求并不高，在實際生產過程中空氣壓力一般控制在3～5 kPa 范圍內。而空壓機組大量能耗是消耗在空氣的壓縮上(0.7 MPa)，經壓縮后的空氣仍需進行減壓至3～5 kPa 范圍內。五氧化二磷生產是以空氣為反應原料氣，由于生產特性決定，需要做脫水處理。按設計指標，空氣含水量應小于 0.029 g/m3(露點-50℃)。采用空氣壓縮冷凍除濕干燥工藝，實際運行控制在 0.0019 g/m3(露點-70 ℃)左右。

轉輪除濕最大的優點是在保障氣量及露點的前提下，對壓力要求不高，可根據生產工藝要求進行配置，最大能耗為再生。采用的新型轉輪除濕技術將轉輪除濕區由傳統的270°擴大至目前315°，使得除濕面積更大，除濕能力比傳統的高出25%～30%。由于除濕區的擴大，再生區由傳統的90°縮小至45°，再生區利用剛轉出再生區且帶有大量蓄熱的區域對轉輪進行預再生，使得轉入吸濕區域充分冷卻。再生區分隔成四個分別不同角度的區域，使得再生更徹底。這樣所需再生風量就會大大降低，只需傳統再生風量的30%，從而比傳統工藝節省再生能耗50%以上。

隨著五氧化二磷生產裝置及產能的增加，提升產品品質、降低生產成本成為了挖潛增效的關鍵。為此，穩定生產工藝，減少電能消耗，提高生產效率，實施轉輪除濕機替代二次空氣壓縮機組技術改造是實現挖潛增效目標的最佳方式。

4 技術分析

4.1 工藝條件要求

新型轉輪除濕技術工藝條件如表2。

表2 新型轉輪除濕技術工藝條件

4.2 外氣條件(按本地區三年較惡劣氣候的參考值)

干球溫度：35 ℃。相對濕度：70%。焓值：100 kJ/kg 干空氣。絕對含濕量為 25.2 g/kg 干空氣。

4.3 除濕計算

1)已知總送風量為：4000 m3/h，全新風處理。

2)技術要求

送風溫度≤35 ℃，露點(dp)≤-60 ℃，絕對含濕量 0.01 g/kg 干空氣，出口余壓≥3000 Pa。

3)風量匹配

總送風量：4000 m3/h(全新風)；新風1(送風)：4000 m3/h；新風2(再生冷卻):1000 m3/h；回風： 0 m3/h；總新風量：4000+1000=5000 m3/h ；除濕風量：5000 m3/h。

4)濕負荷

新風：W新=G×ρ×△d/1000=4000×1.13×(25.2-0.01)/1000=113.8 kg/h

其中，△d=(d外氣-d送風)=g/kg干空氣

5)冷負荷

Q1(PC1)=G新×ρ×△i/3600=5000×1.27×(100-18)/3600=145 kW

6)再生熱負荷

D1=G再生×ρ×C×△t/3600=1500×1.2×1.01×(140-55)/3600=43 kW

需方提供0.5～0.6 MPa 蒸汽 80 kg/h。

5 設備主要技術參數

根據工藝條件，選用型號為ZHS1220SDP-4000G超低露點除濕機組一套，除濕輪采用進口除濕輪，能多次清洗，使用壽命長。機組技術參數如表3。

表3 機組技術參數

6 應用效果

采用轉輪除濕技術,可將空氣含水量控制在 0.01 g/m3(露點-60 ℃)以下。該指標已經優于五氧化二磷裝置空氣濕度的設計指標 0.029 g/m3(露點-50 ℃)，滿足設計和生產需求，且設備運行穩定、可靠，維護成本較低。

通過改造后，以年產4000噸五氧化二磷裝置計，設備裝機容量由原來的 340 kW 大幅下降至 67 kW，每年節約電耗約153萬kWh，具有較好的節能效果。