粉狀磷酸一銨生產裝置中低溫位熱能的利用

林 楓，焦可君

（安徽省司爾特肥業(yè)股份有限公司，安徽 寧國 242300）

磷酸一銨在磷酸銨肥料產品中所占比例較高，磷酸一銨產品中尤以粉狀磷酸一銨產品占比較大。我國磷酸一銨生產工藝歷經30 多年的發(fā)展已相當成熟，大多數裝置采用強制循環(huán)氨中和、雙效逆流料漿濃縮、壓力噴霧干燥工藝。粉狀磷酸一銨裝置的主要耗能工序為料漿中和濃縮工序和噴霧干燥工序，主要用能種類為濃縮用低壓蒸汽，干燥熱風用燃料（天然氣或燃煤或蒸汽），機泵、風機、攪拌等用電類設備用電能。上述3 種用能種類有其對應的節(jié)能方式，如磷銨料漿中和濃縮工序的節(jié)能措施主要是提高換熱設備的效率、充分利用相變潛熱提高熱能利用率、充分利用二次蒸汽或低溫乏汽；干燥熱風生產盡量采用效率高的爐型及減少熱風爐、熱風管的散熱量，提高熱能利用率；機泵類用電設備采用效率更高的設備，減少無功消耗，采用高效節(jié)能電機等措施提高電能利用率。

1 中和濃縮工序利用低溫位熱能的節(jié)能措施

某企業(yè)粉狀磷酸一銨裝置采用的工藝為經典的強制循環(huán)氨中和、雙效逆流濃縮加噴霧干燥，尾氣采用一級重力沉降加兩級濕法洗滌除塵工藝。因生產管理人員對中和濃縮系統(tǒng)加熱器及料漿管道結垢堵塞原因分析與處理方式的不同理解，中和料漿在進入濃縮系統(tǒng)Ⅱ效料漿循環(huán)管時未采用過料管直接過料，而是將中和料漿經高位溢流管溢流到中和料漿緩沖槽，再由過料泵送到濃縮系統(tǒng)Ⅱ效料漿循環(huán)管進而進入濃縮系統(tǒng)。料漿在從中和料漿蒸發(fā)器溢流到緩沖槽時發(fā)生輕微的閃蒸現象，釋放出的大量水蒸氣經20 m 煙囪排放。該排放廢氣中雖然大部分為水蒸氣，但也含有少量的氟化物，形成了廢氣無組織排放污染，同時中和料漿在溢流到緩沖槽時也浪費了一定的熱量，進入濃縮系統(tǒng)時料漿溫度有所下降，使得濃縮過程中一次蒸汽消耗量增加，從而使能耗增加。

為改善工廠環(huán)境，減少廢氣無組織排放，改變中和料漿進入濃縮系統(tǒng)的方式，即由原來的中和料漿溢流至緩沖槽后泵送至Ⅱ效料漿循環(huán)管進而進入濃縮系統(tǒng)的方式，改為直接從強制循環(huán)氨中和蒸發(fā)系統(tǒng)經由過料管進入Ⅱ效料漿循環(huán)管進而進入濃縮系統(tǒng)。為保證正常生產時的過料量，在過料管上增加1 臺臥式離心泵進行加壓過料。此過料方式棄用了過料緩沖槽，也就自然地消除了緩沖槽處的廢氣無組織排放問題。同時因強制循環(huán)氨中和蒸發(fā)器采取封閉式管道過料，消除了二次蒸汽的能量損失。中和反應蒸發(fā)器的二次蒸汽在分汽缸內與Ⅰ效料漿蒸發(fā)器的二次蒸汽混合后作為Ⅱ效料漿加熱器的熱源［1］，更多地回收了中和反應熱能。中和濃縮工序技改前后蒸汽消耗對比見表1。

表1 中和濃縮工序技改前后蒸汽消耗對比

由表1 可以看出，在蒸汽壓力、酸濃穩(wěn)定，正常生產的情況下，平均每噸磷酸一銨產品蒸汽消耗減少（0.352-0.324）t=0.028 t，下降7.95%，若按年計劃產量16.5 萬t 計算，則年節(jié)約蒸汽165 000×0.028 t=4 620 t，年節(jié)約用煤量折標準煤為4 620×0.103 t=475.86 t。同時停用緩沖槽內2 臺攪拌槳，每臺攪拌槳配套電機功率為11 kW，年節(jié)約用電量為11 kW×2×7 900 h×70%=121 660 kW·h，折標準煤為12.166×1.229 t=14.95 t。此次改造中和濃縮工序節(jié)約蒸汽和用電量兩項合計折標準煤約490.81 t/a。如此估算噸實物粉狀磷酸一銨成本降低5元，單套裝置滿負荷生產年節(jié)約成本約80萬元。

2 噴霧干燥工序利用低溫位熱能的節(jié)能措施

粉狀磷酸一銨裝置噴霧干燥工序所需的干燥供熱熱源主要有3 種，即蒸汽換熱器供熱、天然氣熱風爐供熱、燃煤熱風爐供熱。因粉狀磷酸一銨為熱敏性物料，故該工藝干燥溫度較低，噴霧逆流干燥塔進風溫度約為130 ℃，且風量較大，尾氣溫度一般為55 ℃，尾氣帶走的熱量相對較大，故熱量損失相對較大。

某企業(yè)的粉狀磷酸一銨裝置噴霧干燥工序采用天然氣熱風爐供熱，熱風爐燃燒產生的高溫爐氣在進入干燥流化床鼓風機前與配入的空氣混合，通過控制進熱風爐燃燒的天然氣量與空氣配風量來控制入干燥塔的熱風溫度，總風量由鼓風機的閥門開度控制。另根據環(huán)保要求對干燥排放尾氣進行“脫白”處理，“脫白”工藝為冷凝再熱工藝，即以空氣換熱器將溫度約55 ℃的尾氣與冷空氣換熱降溫到接近空氣溫度，使干燥尾氣中的水蒸氣冷凝，降低干燥尾氣過飽和度，尾氣中的濕含量降低；同時冷空氣被加熱到接近干燥尾氣溫度，加熱后的熱空氣進入排氣筒與降溫后的尾氣混合，從而達到“脫白”的目的。

生產過程中考慮到干燥熱風溫度較低（約130 ℃），“脫白”換熱器空氣側的最終溫度接近50 ℃，而進塔前的配風溫度為大氣溫度，特別是冬季氣溫較低（10 ℃以下）而且晝夜溫差大，表現出的天然氣消耗量波動也隨之增大，鑒于此提出以“脫白”換熱器熱空氣替代冷空氣進入熱風爐配風系統(tǒng)，以提高配風溫度來減少熱風爐的供熱量，從而降低熱風爐天然氣的消耗量。改造后，冬季生產每噸實物粉狀磷酸一銨，干燥熱風爐耗用天然氣量由18.5 m3降低到15.7 m3，降低約2.8 m3，降幅約15%。根據氣候變化以每年4 個月低溫期的實物粉狀磷酸一銨產量為6 萬t 計，共節(jié)約天然氣約16.98萬m3，折標準煤為16.98×12.143 t=206.19 t。天然氣市價按5.1 元/m3計，生產每噸實物粉狀磷酸一銨節(jié)約成本約14.28 元，4 個月低溫期共計節(jié)約成本支出約85.7萬元。

3 總結與展望

某企業(yè)粉狀磷酸一銨裝置利用本裝置內的低溫位熱能進行的節(jié)能改造是基于設備現狀進行的，僅此年節(jié)約標準煤約697 t，減少二氧化碳排放量約1 912 t。若在利用低溫位熱能同時對中和濃縮工序的料漿加熱器面積、蒸發(fā)器蒸發(fā)面積等進行優(yōu)化，則蒸汽的消耗量會進一步降低；噴霧干燥工序利用溫度更高一些的廢熱資源提高干燥熱風的配風溫度也可更進一步降低熱風爐燃料消耗量。