濃縮冷凝液熱能回收節(jié)能技改

李朝波

（云南三環(huán)中化化肥有限公司，云南 昆明 650100）

云南三環(huán)中化化肥有限公司60萬(wàn)t／a磷酸裝置，現(xiàn)有4套磷酸濃縮系統(tǒng)，每套產(chǎn)能為15t／a P2O5。濃縮系統(tǒng)采用強(qiáng)制循環(huán)、真空蒸發(fā)工藝，利用2.0MPa的低壓蒸汽在石墨換熱器中加熱稀磷酸，形成的冷凝液進(jìn)入冷凝液中間槽閃蒸，閃蒸后的冷凝液再經(jīng)輸送泵送到硫酸除氧器或脫鹽水，閃蒸出來(lái)的蒸汽直接放空，導(dǎo)致大量的熱量損失［1-2］。結(jié)合磷酸濃縮裝置工藝原理及運(yùn)行現(xiàn)狀，為提高裝置產(chǎn)能的發(fā)揮，有效利用蒸汽余熱，通過(guò)對(duì)進(jìn)入濃縮系統(tǒng)的稀磷酸增加冷凝液預(yù)加熱裝置 （夾套管加熱），輔助濃縮石墨換熱器對(duì)系統(tǒng)中的酸液進(jìn)行預(yù)加熱，達(dá)到回收冷凝水中的熱能，同時(shí)提高進(jìn)入石墨換熱器稀酸溫度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗的目的［3-5］。

1 改造前工藝流程

蒸汽冷凝液進(jìn)入冷凝液中間槽閃蒸，閃蒸后的冷凝液再經(jīng)輸送泵送到硫酸除氧器或脫鹽水，閃蒸出來(lái)的蒸汽直接放空。見(jiàn)圖1。

圖1 改造前工藝流程圖

2 主要問(wèn)題及措施

2.1 換熱器介質(zhì)參數(shù)確定

進(jìn)入換熱器介質(zhì)參數(shù)的確定是節(jié)能技改的基礎(chǔ)，確定不準(zhǔn)確，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱面積偏差過(guò)大或過(guò)小，最終影響換熱效果，對(duì)換熱器進(jìn)行物料和熱量恒算，可以得到所選換熱器熱負(fù)荷及換熱面積。

2.2 換熱器選型及布置

換熱器的流程應(yīng)盡量選擇逆流換熱，在逆流換熱流程中，相同條件下對(duì)數(shù)平均溫差較大，換熱面積相對(duì)順流少，從而節(jié)省設(shè)備投資。換熱器選型因考慮投資少、換熱效率高、清洗維修方便的原則，

由于換熱介質(zhì)是稀磷酸和蒸汽冷凝液，換熱器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱效率下降的情況，同時(shí)針對(duì)稀磷酸易結(jié)垢、易腐蝕的特性，為方便清理、檢修，因此稀磷酸設(shè)置走管程，蒸汽冷凝液走殼程。換熱器的布置，應(yīng)根據(jù)換熱面積及現(xiàn)場(chǎng)布置條件做出合適的選擇。

3 改造方案

3.1 流程描述

在稀磷酸輸送至濃縮系統(tǒng)的管道上增加不銹鋼管夾式換熱器，濃縮裝置產(chǎn)生的冷凝液經(jīng)冷凝水泵打出后經(jīng)過(guò)預(yù)加熱器殼程，與來(lái)自稀磷酸澄清槽的稀磷酸在此進(jìn)行間接逆流換熱；加熱后的稀磷酸進(jìn)入到濃縮系統(tǒng)中進(jìn)行蒸發(fā)換熱，換熱后冷凝液直接輸送至硫酸除氧器或脫鹽水。見(jiàn)圖2。

圖2 改造后工藝流程圖

3.2 換熱器計(jì)算選型

3.2.1 介質(zhì)參數(shù)

1）稀磷酸流量。單臺(tái)稀磷酸流量：80m3／h，稀磷酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)：24%（以P2O5計(jì)），密度：1300kg／m3，稀磷酸溫度：55℃。2）冷凝液流量：50m3／h；密度：958kg／m3，冷凝液溫度：110℃；3）換熱后，冷凝液溫度：93℃，稀酸溫度：65℃。

3.2.2 換熱面積計(jì)算

換熱面積計(jì)算見(jiàn)表1。

表1 換熱面積計(jì)算表

3.2.3 夾套管道選型 （內(nèi)管）

1）材質(zhì)

由于介質(zhì)為稀磷酸、稀硫酸，因此在選用材質(zhì)時(shí)需考慮防腐、耐磨，建議選用材質(zhì)至少為316L（00Cr17Ni14Mo2）。

2）結(jié)構(gòu)形式

①內(nèi)管為1根管。優(yōu)點(diǎn)：便于制作和清洗。缺點(diǎn)：管線總長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)布置困難。

②內(nèi)管為多根管?？紤]到管長(zhǎng)及現(xiàn)場(chǎng)布置、安裝受限，建議以4根內(nèi)管為宜。優(yōu)點(diǎn)：管線總長(zhǎng)縮短，現(xiàn)場(chǎng)容易布置。缺點(diǎn)：清洗時(shí)因每根內(nèi)管因結(jié)垢厚度不同、清洗水流量不同可能會(huì)導(dǎo)致清洗效果不同；制作難度較第一種增加。

3）管徑

綜合考慮，選用內(nèi)管為1根管夾套管形式，采用分段環(huán)繞形式，縮短管道布置長(zhǎng)度。經(jīng)計(jì)算，不銹鋼換熱器的換熱面積為33.44 m2。考慮換熱效率及管道結(jié)垢后傳熱系數(shù)降低，換熱面積選：33.44×1.2＝40.13m2。在選擇夾套管內(nèi)管直徑時(shí)需要考慮管道結(jié)垢速率、介質(zhì)流速、管道長(zhǎng)度、現(xiàn)場(chǎng)布置等參數(shù)。綜合考慮，選用Φ219制作夾套換熱器，分三排二層共六組進(jìn)行布置。

4 改造后效果

改造后，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定換熱器稀磷酸流量為80.1 m3／h，進(jìn)口溫度為55.8℃，出口溫度為65.2℃，則冷凝液Q吸為：Q吸＝c1m1Δt1＝80.1m3／h×1300kg／m3×0.74 kcal／（kg·℃） × （65.2℃-55.8℃）＝724328kcal／h。換算成焦耳熱 （1kcal／kg＝4.187kJ／kg），則：Q吸＝3032762kJ／h。進(jìn)換熱器冷凝液量46.7m3／h，比進(jìn)口溫度為108.9℃，出口溫度為91℃。Q放＝c2m2Δt＝t246.7 m3／h×1.011 kcal／（kg·℃） ×951kg／m3× （108.9℃-91℃）＝803714kcal／h， 換 算 成 焦 耳 熱 （1kcal／kg＝4.187kJ／kg），則：Q放＝3365150kJ／h。換熱器換熱效率 ＝Q吸÷Q放＝3032762 kJ／h÷3365150 kJ／h＝90.1%。實(shí)際回收的冷凝水量m為：M＝Q/C t＝803714 kcal／h÷1.011 kcal／（kg·℃） ÷91℃ ÷951kg／m3＝9.2t／h；同時(shí)稀磷酸溫度從55.8℃上升至65.2℃，有效降低了低壓蒸汽在石墨換熱器中加熱稀磷酸過(guò)程中的蒸汽消耗量，經(jīng)過(guò)對(duì)比蒸汽消耗下降0.1t／t P2O5左右。

通過(guò)技改后，每小時(shí)回收冷凝水量9.2t，濃縮系統(tǒng)石墨換熱器蒸汽消耗下降0.1t／t P2O5，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、降耗及改善周邊環(huán)境的目的，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。