磷銨裝置尾氣綜合利用研究與探討

何春云

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠 661699）

磷銨生產過程中，在造粒、干燥、冷卻工序都會有尾氣產生，尾氣主要成分為粉塵、逸出氨、水氣和氟化物。為減少工業廢氣的直接排放，提升環境質量，國家對工業尾氣、大氣污染物排放要求越來越嚴格。

1 目前磷銨裝置尾氣處理技術

目前國內磷銨裝置尾氣處理基本都是采用濕法洗滌工藝（或布袋除塵工藝+濕法洗滌工藝）除去尾氣中的氨、氟化物和粉塵［1］。

以云南云天化紅磷化工有限公司18 萬t/a 磷銨裝置生產工藝為例，尾氣處理技術為：從預中和槽、造粒機排出的尾氣，進入造粒洗滌器，用磷酸和從尾氣洗滌器送來的尾氣洗滌液循環洗滌，除去部分氨和粉塵后，經造粒尾氣風機送至尾氣洗滌器進行2次洗滌，洗滌后尾氣進入混合尾氣洗滌器與干燥尾氣、收塵尾氣混合，用稀硫酸進行洗滌除去尾氣中的NH3和F。

干燥尾氣經干燥旋風除塵器除塵后，由干燥尾氣風機送入干燥洗滌器，用稀磷酸洗滌除去氨和粉塵后進入混合尾氣洗滌器與中和尾氣、收塵尾氣混合，用稀硫酸洗滌除去尾氣中的NH3和F。

返料皮帶機、振網篩、破碎機、斗提機、成品皮帶機、成品篩、無塵冷卻器等設備的收塵尾氣經袋式除塵器除塵后進入混合尾氣洗滌器與中和尾氣、干燥尾氣混合，經稀硫酸洗滌除去NH3和F。

經混合尾氣洗滌器洗滌后的中和、干燥、收塵尾氣通過增壓風機送至濕式靜電除塵器除去霧滴后進入脫白器，與來自空氣風機的空氣進行換熱，換熱后冷煙氣從排氣筒底部進入排氣筒內筒，熱空氣從排氣筒中部進入排氣筒外筒，在排氣筒頂部混合后排入大氣。尾氣處理工藝流程見圖1。

圖1 磷銨裝置尾氣處理工藝流程

雖然磷銨尾氣污染物排放各項指標大幅度降低，優于現行《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297—1996）要求，并改善了排放煙氣視覺效果，消除了白煙現象，但我國已成為世界磷肥工業大國，全國磷復肥企業尾氣排放總量非常巨大，對環境會造成一定的影響，隨著環保壓力不斷增大，將對行業生存和發展帶來較為嚴峻的挑戰。

2 磷銨裝置尾氣綜合利用新技術探討

磷銨裝置尾氣含有大量熱能，特別是造粒尾氣和干燥尾氣溫度更高，約為80 ℃，目前造粒尾氣、干燥尾氣、冷卻尾氣混合處理后達標排放溫度大約在54 ℃。如何綜合利用尾氣中的熱能，達到節能、降耗、降溫、減排，最終實現熱能資源的綜合利用，是今后磷肥企業需要考慮的方向。

磷銨生產工藝中產生的熱能：一是造粒時氨酸反應產生的熱能；二是熱風爐燃燒煤時產生的熱能。在氨酸反應過程中無須增加熱能就能實現反應，而在熱風爐熱風產生中需要增加熱能加熱空氣來形成高溫煙氣送至干燥機干燥物料。其工藝流程為：將煤加入熱風爐中燃燒，同時啟動助燃風機鼓入助燃風，使煤充分燃燒產生高溫煙氣；高溫煙氣進入高溫氣體凈化室，進行二次燃燒并聚合凈化，潔凈的高溫氣體在噴射引風器作用下與噴射風機鼓入的冷空氣混合形成次高溫煙氣輸送至干燥機。工藝流程見圖2。

圖2 熱風爐高溫煙氣生產工藝流程

噴射風機引入的外界空氣溫度一般為15 ～30 ℃（視季節而變化）；處理后的排放尾氣成分與外界空氣基本相同，而溫度達54 ℃，大量熱能（約為3 560 000 kJ/h）排放到空氣中。根據磷銨生產工藝可知，熱風爐加熱外界空氣所得高溫空氣被引入干燥機對半成品進行干燥，半成品經篩分、冷卻后得到成品。從理論上來看，脫除F、NH3、粉塵后尾氣可以通過引風機引入熱風爐循環利用，不僅可以減少能耗，而且還能有效回收尾氣。3種尾氣熱能利用路線見圖3。

圖3 3種尾氣熱能利用路線

各輸出熱量計算方法：

（1）干燥洗滌塔頂尾氣溫度為53 ℃，其帶走熱量Q1=氨帶走熱量+粉塵帶走熱量+水蒸氣帶走熱量+干空氣帶走熱量=（728 +1 479.61+180 357.36+1 152 664.72）kJ/h=1 335 229.69 kJ/h。

其中，氨帶走熱量=氨量×尾氣溫度×氣氨比熱容=6.51×53×2.11 kJ/h=728 kJ/h （比熱容由化工物性算圖手冊查得，下同）。

粉塵帶走熱量=粉塵量×尾氣溫度×粉塵比熱容=19.66×53×1.42 kJ/h=1 479.61 kJ/h。

水蒸氣帶走熱量=水蒸氣量×尾氣溫度×水蒸氣比熱容=1 901.10 × 53 × 1.79 kJ/h = 180 357.36 kJ/h。

干空氣帶走熱量=干空氣量×尾氣溫度×干空氣比熱容=21 640.19×53×1.005 kJ/h=1 152 664.72 kJ/h。

（2）造粒尾洗塔尾氣溫度為74 ℃，其帶走熱量Q2= 氨帶走熱量+粉塵帶走熱量+水蒸氣帶走熱量+干空氣帶走熱量=（2 999.04+2 065.87+974 938.72+1 378 710.10）kJ/h=2 358 713.73 kJ/h。

其中，氨帶走熱量=氨量×尾氣溫度×氣氨比熱容=18.85×74×2.15 kJ/h=2 999.04 kJ/h。

粉塵帶走熱量=粉塵量×尾氣溫度×粉塵比熱容=19.66×74×1.42 kJ/h=2 065.87 kJ/h。

水蒸氣帶走熱量=水蒸氣量×尾氣溫度×水蒸氣比熱容=6 896.85 × 74 × 1.86 kJ/h = 974 938.72 kJ/h。

干空氣帶走熱量=干空氣量×溫度×干空氣比熱容=18 446.75×74×1.01 kJ/h=1 378 710.10 kJ/h。

（3）出袋式除塵器吸塵尾氣溫度為64 ℃，帶走的熱量Q3=干空氣帶走熱量+粉塵帶走熱量+氨帶走熱量+水蒸氣帶走熱量=（952 091.32+27 799.60+76.34+318.99）kJ/h=980 286.25 kJ/h。

其中，干空氣量帶走熱量=干空氣量×尾氣溫度×干空氣比熱容=14 758.36×64×1.008 kJ/h=952 091.32 kJ/h。

水蒸氣帶走熱量=水蒸氣量×尾氣溫度×水蒸氣比熱容=236.07×64×1.84 kJ/h=27 799.60 kJ/h。

粉塵帶走熱量=粉塵量×尾氣溫度×粉塵比熱容=0.84×64×1.42 kJ/h=76.34 kJ/h。

氨帶走熱量=氨量×尾氣溫度×氣氨比熱容=2.34×64×2.13 kJ/h=318.99 kJ/h。

（4）排空尾氣溫度為54.67 ℃，帶走的熱量Q4= 氨帶走熱量+粉塵帶走熱量+水蒸氣帶走熱量+干空氣帶走熱量=（2 090.21+1 082.18+543 073.12+3 012 909.80） kJ/h= 3 559 155.31 kJ/h。

其中，氨帶走熱量=氨量×尾氣溫度×氣氨比熱容=18.12×54.67×2.11 kJ/h=2 090.21 kJ/h。

粉塵帶走熱量=粉塵量×尾氣溫度×粉塵比熱容=13.94×54.67×1.42 kJ/h=1 082.18 kJ/h。

水蒸氣帶走熱量=水蒸氣量×尾氣溫度×水蒸氣比熱容=5 549.53×54.67×1.79 kJ/h=543 073.12 kJ/h。

干空氣帶走熱量= 干空氣量× 尾氣溫度×干空氣比熱容=54 836.66×54.67×1.005 kJ/h=3 012 909.80 kJ/h。

（5）根據熱量平衡，輸入熱量=輸出熱量，可計算得到熱損失Q=輸入總熱量-輸出總熱量= （1 335 229.69+2 358 713.73+980 286.25-3 559 155.31）kJ/h=1 115 074.36 kJ/h。

（6）節約標準煤計算：若將排空尾氣帶走的熱量全部引入熱風爐噴射風機循環利用，1 kg標準煤正常燃燒發熱量按29 270 kJ計，則每小時可節約標準煤=3 559 155.31÷29 270 kg＝121.6 kg；每年減少標準煤消耗121.6×24×330 kg=963 072 kg。

3 結論與建議

（1）生態環境質量持續改善，主要污染物排放量繼續下降，有序推進碳達峰、碳中和工作，促進減污降碳協同增效，是磷復肥企業面臨的共同挑戰，合理利用尾氣，實現尾氣零排放是今后研究的主要方向。

（2）從工藝角度來看，在磷銨生產過程中將排放尾氣引入造粒干燥工序是可行的，且能更好的回收能源，減少能耗。以18萬t/a磷銨裝置計，每年可為企業節約標煤963 t，減排尾氣63.9×24×330 t=506 088 t。

（3）磷復肥生產企業尾氣排放工藝基本接近，尾氣中的熱量都能實現循環利用，尾氣全部引入熱風爐循環利用是基于熱風爐進風量與尾氣排放量相一致的理想狀態，在設計中應注意引入熱風爐的尾氣量與所需風量是否一致。