飼料級磷酸鈣鹽干燥風量計算方法探析

劉正東，楊卓艷，姜 威

（云南磷化集團有限公司 磷化工事業部，云南 晉寧 650600）

目前化肥、飼料級磷酸鈣鹽產品烘干大多采用轉筒烘干設備，烘干產生的尾氣洗滌達標后經風機排入大氣，正常情況下通過風機的抽吸提供烘干所需風量，同時保持烘干系統為微負壓狀態，避免系統揚塵造成生產環境惡化。因此風機風量的合理選擇至關重要。由于烘干過程中氣體濕度、溫度變化較大，氣體參數難以確定，風機風量計算較為繁雜和困難，特別是對已有裝置進行技術改造時難以提供較為準確的風量數據，更多的是根據生產經驗估算風量。為此結合云南磷化集團有限公司現有飼料級磷酸鈣鹽裝置運行情況及相關實際數據進行干燥風量計算探索和分析。

1 相關數據的計算

1.1 根據煤的工業分析數據計算煤中氫、氮、氧含量

一般廠礦對采購到現場的煤進行取樣分析（大多進行的是工業分析），提供工業分析數據，但依據這些數據難以準確地進行理論空氣消耗量、燃燒產生的干煙氣量及濕煙氣量計算。生產過程中主要是控制熱風爐的工藝參數和進干燥機的熱煙氣溫度來滿足生產需要。

此處采用煤的工業分析數據結合組成元素計算經驗公式獲得煤中氫、氧、氮的含量，并將計算出的不同基準含量統一到分析狀態，從而準確計算出煤的理論空氣消耗量、濕煙氣量和干煙氣量等數據。煤的工業分析數據見表1。

表1 煤的工業分析數據

上述各式中，w（H）daf、w（揮發分）daf、w（灰分）ad、w（H）ad分別為干燥無灰基氫、揮發分，分析基灰分和氫含量，得出w（H）ad為3.75%。

（2） 計算煤中的氮、氧含量［2-3］：

上述各式中，w（N）ad、w（O）daf、w（O）ad分別為分析基氮、干燥無灰基氧和分析基氧質量分數，得出w（N）ad為0.93%，w（O）ad為6.00%。

1.2 計算煤完全燃燒需要的理論空氣量

（1）根據工業分析數據和計算出的氫、氮、氧含量，計算每千克收到基的煤燃燒所需的理論空氣質量。

得出m（空氣）為6.55 kg。

（2）計算煤燃燒生成的理論濕煙氣量和干煙氣量：此處計算先不考慮煤中水和空氣濕度的影響，僅按干燥無水的煤和干空氣燃燒生成煙氣進行相關計算。

計算得出m（濕煙氣）為7.14 kg，m（干煙氣）為6.82 kg。

1.3 生產用煤生成的濕煙氣量

生產用煤燃燒生成的濕煙氣中的水由煤的外水、內水、煤中氫燃燒生成的水和空氣中所攜帶的水組成。

1） 入爐煤的外水量

目前飼料級磷酸鈣生產用的熱風爐大多由鏈排爐加凈化室組成，凈化室個數根據煙氣潔凈度進行設置。燃燒產生的煙氣經凈化除塵，保持煙氣的潔凈以避免煙塵帶入飼料級磷酸鈣產品中。鏈排爐操作時為了維持煤在熱風爐中良好的燃燒條件，一般需在煤燃燒前一段時間，適當噴灑水將煤的外水質量分數調整到10%左右，調整水分后1 kg 收到基煤質量變為m（入爐）。

m（入爐）為1.06 kg，入爐煤帶入的外水量m（外水）為1.06 kg×10%=0.11 kg。

2） 入爐煤的內水量

m（內水）=0.02 kg。

3） 空氣帶入的水量

當地空氣狀態參數：大氣壓為80 kPa，氣溫為25 ℃，相對濕度為70%。查表可得空氣含濕量（1 kg 干空氣中存在的水蒸氣的質量，下同）17.95 g/kg，比焓H1=70.94 kJ/kg，則m（空水）=6.55 ×17.95 g=0.12 kg。

4） 煤中氫燃燒生成的水

m（氫水）=1 kg×（w（H）ad/2）×18×（100%-w（外水））=0.32 kg。

5） 入爐煤燃燒生成的最終濕煙氣量

則m（濕煙氣）為7.39 kg，m總水為0.57 kg。

1.4 入爐煤的有效熱量（Q 實）變化

正常情況下入爐煤的外水量高于收到基煤的水分，這部分多出的水在燃燒氣化時會吸收熱量，導致收到基煤的實際有效熱量降低。對于1 kg收到基的煤，燃燒后有效熱量變為：Q實=Q1-（1.06×10%-1×4.48%）×2 280 kJ=23 334.68 kJ。

1.5 進烘干機的干燥熱空氣量

熱風爐得到的高溫煙氣溫度高于工藝控制要求，在進干燥機前需調控溫度到650 ℃，調控方式是向高溫煙氣中通入自然空氣混合降溫。

自然空氣從25 ℃升溫到650 ℃時，其狀態參數含濕量不變，仍為17.95 g/kg，查表得比焓H2=722.84 kJ/kg，設每千克煤燃燒產生干煙氣調整溫度所需自然干空氣量為m（干空氣），則有：

（Q實+Q水）×0.97=（m（空氣）+m（干空氣））×（H2-H1）。（11）

式中Q水為燃燒產生煙氣中的水蒸氣從理論燃燒溫度調整到650 ℃時，由于溫度降低而釋放出來的顯熱量，Q水=1 699 kJ，0.97為熱風爐系統的熱利用率，則所需自然干空氣量約為30 kg；1 kg 煤燃燒產生混合后650 ℃時的干煙氣量約為37 kg。

采用濕空氣的計算模式，將干煙氣作干空氣處理，以干空氣作為基準，濕空氣的熱焓、比體積等參數隨氣體含濕量的變化而變化。

干燥機進口處濕氣體的實際狀態參數如下：大氣壓79 kPa，氣溫650 ℃，含濕量30.1 g/kg，比焓770.89 kJ/kg，比體積3.522 m3/kg。

2 干燥系統的熱平衡

飼料級磷酸鈣的生產工藝為磷酸與碳酸鈣粉漿反應，生成w（固）約70%的料漿與返料在造粒機內混合成粒，進入干燥機中進行烘干。產品烘干后w（H2O）約1%，以1 t 成品物料作為干燥計算基準，則需料漿量1.44 t，平衡計算時將干燥機出口尾氣看成由兩部分組成，即干燥空氣和料漿蒸發產生的水。

2.1 進干燥機熱量組成

進干燥機的熱量包括料漿帶入熱量，干燥機進口空氣帶入熱量及返料帶入熱量。料漿參數，料漿w（固）70%，比熱2.436 kJ/（kg ·℃），溫度70 ℃；干燥機進口空氣參數，壓力79 kPa，氣溫650 ℃，含濕量30.1 g/kg，比焓770.89 kJ/kg；返料參數，返料量6 t，w（H2O）1%，溫度60 ℃，比熱1.68 kJ/（kg·℃）。

2.2 出干燥機熱量組成

出干燥機熱量包括尾氣帶出熱量、物料帶出熱量、蒸發水汽化熱、系統熱損失。干燥機出口尾氣參數，壓力78.5 kPa，溫度100 ℃，含濕量和干燥機進口處相同，為30.1 g/kg （料漿蒸發水分另計），尾氣比焓192.04 kJ/kg；出口物料參數，w（H2O）1%，溫度90 ℃，比熱1.68 kJ/（kg·℃）；蒸發水分，蒸發量0.44 t，汽化熱2 280 kJ/kg；烘干系統熱量損失取3%。

2.3 干熱氣量計算

通過干燥機進出口熱量平衡計算，求出每噸產品所需干熱氣量m（干熱氣）=2 194.03 kg。進而求出收到基狀態下煤的消耗量m（煤）=2 194.03/36.81 kg=59.61 kg。

根據計算結果得到干燥機進出熱量數據，見表2。

表2 干燥進出熱量平衡表 kJ

3 干燥尾氣相關參數計算

3.1 干尾氣量

根據干燥機進出口干空氣量不變的原則，生產每噸產品干燥機出口干尾氣量為2 194.03 kg。

3.2 干燥尾氣中水氣量

干燥尾氣中水氣量m（尾水）為高溫煙氣中水氣量、調節溫度的空氣中帶入水及料漿蒸發水分之和，為506.05 kg。

3.3 干燥機出口尾氣實際狀態參數

干燥機出口尾氣氣壓78.5 kPa，溫度100 ℃，含濕量230.65 g/kg，查表可得尾氣比焓為715.07 kJ/kg，比體積為1.867 m3/kg。

3.4 水洗處理后排放氣體的參數

從干燥機出來的干燥尾氣經兩級水洗進行除塵除雜，然后通過風機加壓后達標排放。氣體經洗滌后溫度下降到62 ℃，含濕量增加到飽和狀態，此時風機進口氣體狀態參數為：壓力78 kPa，溫度62 ℃，相對濕度100%，查表可得含濕量223.12 g/kg，氣體比焓為724.99 kJ/kg，比體積為1.77 m3/kg，此時風機進口氣體量為2 194.03×1.77 m3=3 883.43 m3。

4 計算數據與裝置實際在用風機風量的比較

云南磷化集團有限公司現有3 套飼料級磷酸鈣生產裝置，其小時產量分別為23.0、33.5、16.5 t，所配套的干燥風機風量分別為120 000、170 000、80 000 m3。根據理論計算得到每噸產品風機進口氣體量，按設計時風機配置系數進行取值，系統漏氣率為10%，裝置放大系數15%，則風機進口氣體量為3 883.4×1.1×1.15 m3=4 912.5 m3。根據各裝置的小時產量計算風機進口氣體量分別為112 988 m3、164 569 m3和81 056 m3。與設計配置風機風量較一致，說明上述方式計算得到的風量可用于風機風量的選型。

5 結論

（1）由于進干燥機的熱空氣中二氧化碳、二氧化硫含量占比不大，將煙氣作濕空氣處理，采用濕空氣各參數進行計算，計算方法相對簡化，計算結果滿足生產需要。

（2）通過計算得到每噸飼料磷酸鈣產品煤耗為59.61 kg，現有裝置長期生產產品的實際平均煤耗在60 kg左右，理論值和實際值比較吻合。

（3）從計算結果可知，入爐煤的外水含量大小、進干燥機的熱風溫度升降、料漿含水量高低，對裝置產品煤的消耗影響較大。