楊磊（云南三環(huán)中化化肥有限公司，云南昆明650114）

1 硫酸裝置蒸汽回收利用

1.1 背景概述

在硫磺制酸裝置中，配套采用了余熱鍋爐，這種裝置額定的蒸發(fā)量是每臺每小時120噸，這兩臺余熱鍋爐共用一套除氧裝置。在技改過程中，硫酸裝置有兩臺除氧裝置，蒸汽除氧已達(dá)到鍋爐供水氧氣目標(biāo)要求。除氧之后將直接排放到空氣中，這會造成極大的熱量損失和噪聲影響，同時也減少了冷凝水循環(huán)利用量。兩臺除氧器在每小時向空氣中釋放的蒸汽約為3噸，熱量損失較為明顯。

1.2 改造的方案

蒸汽回收利用的方式是在除氧氣進(jìn)入排氣程序后，串聯(lián)兩臺蒸汽節(jié)能器，利用蒸汽的排放來克服節(jié)能器的換氣阻力，循環(huán)水在經(jīng)過自身加熱利用之后，其余的氣體通過排氣口直接排入空氣中，這其中很多蒸汽具有較高的熱量，并且冷凝水也無法循環(huán)利用，帶來了較多的能量損失。

這種改造方式充分考慮到氣體的不凝結(jié)性對于傳熱所造成的影響，可以選用列管式蒸汽節(jié)能器進(jìn)行串聯(lián)設(shè)計，這種設(shè)計方法與普通蒸汽回收裝置相比較，設(shè)備設(shè)計更為合理，并且蒸汽回收比較完全，在回收蒸汽的同時能夠有效加氣體中的不凝結(jié)性氣體排出，極大的減輕裝置負(fù)擔(dān)。同時能夠進(jìn)一步提升蒸汽的回收利用效率，這種裝置可以減少在硫酸設(shè)備過程中脫鹽水加熱消耗的蒸汽約3噸/小時，蒸汽的回收效率增加3噸/小時，提高反滲透裝置的生產(chǎn)利用回收效率。通過蒸汽回收效率的提高，能夠有效消除蒸汽出廠后對于周邊環(huán)境所造成的破壞性影響，減少對周邊環(huán)境的噪聲，還能夠起到較好的節(jié)能效果。

2 磷酸濃縮裝置中蒸汽的回收

2.1 蒸汽排放的性能

在某工廠磷復(fù)合肥磷酸裝置系統(tǒng)中，磷酸裝置有4 套，每一套的產(chǎn)能是20萬噸，濃縮采用的方式是強(qiáng)制循環(huán)，所產(chǎn)生的壓力是2kg/cm2。這種蒸汽屬于飽和蒸汽，當(dāng)飽和蒸汽進(jìn)入到石墨換熱器之后會轉(zhuǎn)換成冷凝水的形式，然后轉(zhuǎn)入冷凝水的收集器進(jìn)行閃蒸，冷凝水在經(jīng)過閃蒸之后，利用水泵直接輸送回鍋爐進(jìn)行循環(huán)利用。其余蒸汽將直接排放到空氣中，這樣會帶走蒸汽中的熱量，造成一定的熱量損失，同時還有一些其他雜質(zhì)氣體，影響了周邊的生態(tài)環(huán)境。閃蒸使得這4套裝置每小時因?yàn)檎羝欧哦鴵p失的冷凝水在7噸左右，如果能夠得到循環(huán)的利用，將會得到較大的經(jīng)濟(jì)價值。

2.2 蒸汽回收系統(tǒng)改造的內(nèi)容

磷復(fù)肥生產(chǎn)系統(tǒng)對于磷酸濃縮冷凝水裝置進(jìn)行回收過程中，采用了多種改造模式，主要是通過改變列管換熱器以及夾套管換熱器進(jìn)行不同的驗(yàn)證方法，主要目的是能夠得到最為有效的回收效果，同時確定最佳的設(shè)備選型，下面根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)探討磷復(fù)肥蒸汽回收系統(tǒng)以及相應(yīng)的設(shè)備選型，希望給相關(guān)工程技術(shù)人員以借鑒和參考。

2.2.1 單套濃縮系統(tǒng)增加一臺列管換熱器

下面對這種磷酸濃縮系統(tǒng)改造流程進(jìn)行闡述：工程中所有的四套濃縮系統(tǒng)各增加一臺材質(zhì)為不銹鋼的列管換熱器，換熱器應(yīng)該加在輸水泵以及冷凝水之間。冷凝水經(jīng)過凈化處理后，通過輸送泵直接運(yùn)送到新的轉(zhuǎn)換器，稀磷酸可以通過稀酸泵直接運(yùn)輸?shù)叫碌霓D(zhuǎn)換器，冷凝水與稀磷酸之間進(jìn)行逆流方向的傳熱。這種變化發(fā)生在換熱器中，對于稀硫酸直接進(jìn)行預(yù)熱，然后進(jìn)入閃蒸時，直接進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。冷凝水在經(jīng)過冷卻之后，將通過自流的形式到達(dá)冷凝水的中轉(zhuǎn)槽。

中轉(zhuǎn)過后需要將換熱器進(jìn)行徹底清理。此時磷酸的濃縮系統(tǒng)仍可以正常生產(chǎn)運(yùn)行。稀硫酸清洗管直接連接換熱器，稀硫酸接入管道主要目的是方便對換熱器進(jìn)行清理。換熱器的冷凝水進(jìn)口管以及出口管各安裝溫度顯示器，方便工程技術(shù)人員對冷凝水進(jìn)出口時的溫度進(jìn)行觀察。

第二是關(guān)于換熱器的選型?；A(chǔ)參數(shù)主要有以下內(nèi)容：稀硫酸的流量是60～80m3/h，平均速度達(dá)到70m3/h，稀硫酸的濃度為24%，密度為1300kg/m3；稀磷酸的溫度達(dá)到平均為50℃；冷凝水的流量平均為45m3/h，密度為960kg/m3,冷凝水的溫度平均為120℃；水泵的揚(yáng)程一般為78m，流量為170m3/h；采用變頻泵的形式水泵揚(yáng)程為50m，流量為70m3/h。

對于系統(tǒng)的設(shè)計要求，一般冷凝水出口的溫度要小于90℃；磷酸的流速要大于1.5m/s，換熱器管層不能超過4 層；如果換熱器管程采用320L；那么殼程一般采用304L；根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，稀磷酸的流量按60m3/h 計算，冷凝水流量按60m3/h進(jìn)行計算；如果采用規(guī)格為50mm管徑，長度為7m的換熱管，稀磷酸的容量為60m3，管內(nèi)液體的流動速度是1.5m/s；如果稀磷酸的流量是70m3/h，管內(nèi)液體的流速是1.8m/s。管內(nèi)液體流動速度比較快，那么能夠有效減緩結(jié)垢的速率。在進(jìn)行設(shè)備選型的過程中對于單套的磷酸濃縮系統(tǒng)增設(shè)列管式換熱器和兩套磷酸系統(tǒng)新增一臺列管式換熱器進(jìn)行了對比分析，綜合改造方案優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)可以看出，單套濃縮系統(tǒng)增加一臺列管式換熱器的方案更為可靠有效，并且對蒸汽的回收利用更加方便，因此推薦選用這種蒸汽回收的形式。

2.2.2 單套磷酸濃縮系統(tǒng)新增夾套管式換熱器方案

稀磷酸到達(dá)濃縮系統(tǒng)中間有連接管道，可以在連接管道上增加材質(zhì)為不銹鋼的夾套管式換熱器，磷酸濃縮系統(tǒng)在物理反應(yīng)之后所產(chǎn)生的冷凝液，在經(jīng)過收集泵進(jìn)行集中收集之后，再經(jīng)過夾套管式換熱器，最終和稀磷酸在換熱器內(nèi)部進(jìn)行逆流換熱。經(jīng)過加熱之后的稀磷酸直接進(jìn)入到濃縮系統(tǒng)中進(jìn)行濃縮。

下面闡述夾套管式換熱器設(shè)備的主要選型說明：

首先是查看原始參數(shù)。這種換熱器它的稀磷酸流量每一臺是70～95m3/h，平均是80m3/h；兩臺一般為160m3/h；稀磷酸的濃度為25%，密度一般為1200kg/m3；稀磷酸的溫度一般為60～70℃，平均取65℃；單臺冷凝水的流量一般為40～60m3/h，平均達(dá)到50m3/h；兩套一般為100m3/h,密度為1000kg/m3；冷凝水的溫度一般為100～120℃，平均溫度是110℃；選擇沸點(diǎn)可以根據(jù)建設(shè)所在地的大氣壓下沸點(diǎn)要求設(shè)置為合理的度數(shù)。

對于管道選型，一般采用108mm 的管道，可以分4 個片段進(jìn)行安裝，分為上下兩層，然后兩排串聯(lián)的形式。稀磷酸的雷諾系數(shù)等于管道的內(nèi)徑乘以流速再乘以密度比上流體的粘度。管道雷諾系數(shù)大于4000，流體設(shè)定為湍流結(jié)構(gòu)。結(jié)垢速率可以設(shè)定為0.4mm/day，則運(yùn)行一個月之后，管道還剩68mm，兩根為136mm，在這種情況下，磷酸基本上可以通過。

在改造過程中，對于單套和雙套換熱器類型都進(jìn)行了嘗試，其中單套磷酸濃縮系統(tǒng)增加一臺列管式換熱器。按照方案效果，濃縮系統(tǒng)增加夾套管式換熱器方案更為有效，換熱管因?yàn)榻Y(jié)垢，需要內(nèi)部進(jìn)行清理，在濃縮系統(tǒng)生產(chǎn)周期過程中，一般要清理兩次才能夠保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但是在實(shí)驗(yàn)過程中，夾套管式換熱器，它的結(jié)垢厚度隨著反應(yīng)時間的增加而不斷變大，因此導(dǎo)致它的傳熱效果大幅度下降，到后期已完全無法起到回收蒸汽熱量的作用。經(jīng)過實(shí)踐的檢驗(yàn)，最終采用列管式換熱器進(jìn)行磷復(fù)合肥蒸汽回收利用。

3 結(jié)語

文章主要根據(jù)某公司案例，對于硫酸除氧的蒸汽以及磷酸在濃縮過程中的蒸汽回收利用進(jìn)行了探討，使得向空中排放的閃蒸汽能夠得到循環(huán)回收和利用，減少了熱能的損失，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)對周圍環(huán)境的最小影響，能夠有效緩解目前能源緊張的局面，同時還能夠給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。