磷酸濃縮節(jié)能改造技術(shù)探索

梁玉明，趙樹紅，吳家偉

（云南云天化股份有限公司紅磷分公司，云南 開遠 661600）

云南云天化股份有限公司紅磷分公司共有五套磷酸濃縮裝置，設(shè)計產(chǎn)能45 萬t，是公司的能源消耗大戶，對磷酸濃縮裝置進行優(yōu)化控制及節(jié)能技術(shù)研究，降低能源消耗，對企業(yè)降本增效具有重要的意義。

1 真空蒸發(fā)原理

常壓下P2O5含量為22.5%的純磷酸溶液沸點為120℃左右，含雜質(zhì)后將更高，若在如此高的溫度下進行濃縮，對設(shè)備的腐蝕較嚴重，以至無法進行生產(chǎn)，而在真空條件下，磷酸溶液的沸點可以降低到80℃左右，故磷酸濃縮一般采取真空蒸發(fā)工藝。從氟吸收系統(tǒng)出來的氣體基本上是可凝氣體，在大氣冷凝器中被大量循環(huán)上水冷凝成水，從而形成真空。

2 現(xiàn)狀分析

磷酸廠10 萬t/年濃縮I 大氣冷凝器冷卻水約1900m3/h，由三臺冷水泵（2 開1 備）打至18m 高的大氣冷凝器，冷卻可凝性氣體后流至0 平面液封槽并溢流到熱水池，再由三臺熱水泵打到+3.5m 的冷卻塔進行冷卻，循環(huán)過程中大量勢能損失。

3 節(jié)能可行性分析

3.1 磷酸濃縮工藝流程簡介

（1）閃蒸室（V-2301）中蒸發(fā)出的大量水蒸氣、含氟氣體及不凝性氣體等，先經(jīng)過除沫器（V-2302）進行氣液分離，分離出氣體夾帶的少量磷酸，自流進入循環(huán)回路；之后氣體進入第一氟吸收塔（T-2301），經(jīng)過第一氟吸收循環(huán)泵（P-2304）輸送的循環(huán)液洗滌后，氣體通過氣相管進入第二氟吸收塔（T-2302），塔內(nèi)氣體再經(jīng)過第二氟吸收循環(huán)泵（P-2305）輸送的循環(huán)洗滌液洗滌。氣相中的氟化物以氟硅酸溶液的形式回收，第一氟吸收塔內(nèi)循環(huán)液濃度由補充進入第二氟吸收循環(huán)泵進口的循環(huán)水量控制。第二氟吸收塔（T-2302）的循環(huán)液通過高位溢流至第一氟吸收塔（T-2301）內(nèi)來補充第一氟吸收塔的循環(huán)液，當?shù)谝环账?nèi)的循環(huán)液氟硅酸濃度達到10%～13%后，由第一氟吸收循環(huán)泵（P-2304）的出口副線送往氟硅酸鈉生產(chǎn)裝置。

（2）出第二氟吸收塔（T-2302）的氣體主要是水蒸氣、少量氟化物和不可凝氣體，混合進入大氣冷凝器（T-2303）經(jīng)大量冷卻水噴淋冷卻，水蒸氣被冷凝成水，通過位差作用自流至冷凝液封槽（V-2305），少量不凝性氣體由真空泵抽出。這樣使系統(tǒng)內(nèi)氣體的體積突然縮小，從而在系統(tǒng)內(nèi)形成真空。循環(huán)水由冷凝液封槽（V-2305）溢流進入熱水池，由熱水泵輸送至冷卻塔噴淋，經(jīng)冷卻風扇抽風冷卻后流入冷水池內(nèi)，由冷水泵送入大氣冷凝器（T-2303 ）循環(huán)使用。工藝流程如圖1 所示。

圖1

3.2 可行性分析

3.2.1壓差計算

真空度水柱H1=-P/ρg=-(89.34-12.4)/1.0×9.8=7.85m（云南開遠平均大氣壓89.34kPa）；

冷卻塔噴水口高度H2=3.5m；

大氣冷凝器底部高度H=18m；

高差ΔH=H-（H1+H2）=6.65m。

3.2.2流速計算

Q=1900m3/h,74 個 噴 頭， 流 量26m3/h， 流 速Q(mào)1=vπR2=1.4m/s。

3.2.3噴頭差壓核算

ΔP=1.197Kpa 約1.2m 水柱。

3.2.4計算結(jié)果

從計算結(jié)果看，壓差為6.65m 水柱，采用直接溢流能滿足生產(chǎn)工藝要求。噴頭流速1.4m/s 能滿足流量要求，核算噴頭處壓差1.2m 水柱就能滿足。

4 技改實施方案

（1）在+6.3m 樓面增加一個Φ2000×4500 的液封槽，進行汽水分離后，熱水從+9.4m 由一條DN600 管道溢流到冷卻塔A/B 室冷卻，如果溢流不完，由熱水泵根據(jù)液自動調(diào)節(jié)。為防止漫槽，增加一條DN500 的管道直接溢流到冷卻塔。如圖2 所示。

圖2

（2）冷水泵由原來3 臺泵改為1 臺泵。

（3）補充工藝水直接加到冷卻水池內(nèi)。

（4）新裝管道采用高分子乙烯管。

5 效益評價

（1） 本 技 改 拆 除75kW 電 機3 臺，年 節(jié) 電225×24×330×0.9=1603800kWh，按0.4 元/kWh 計算，年可以節(jié)約電費641520 元（如果增加管道加壓泵，投資費用33.8 萬元，可6 個月收回投資）。

（2）停用3 臺熱水泵后年節(jié)約設(shè)備修理費用約10 萬元。

（3）減少設(shè)備意味著減少故障，提高裝置運轉(zhuǎn)率。

（4）本技改實施后，每年可為公司節(jié)約費用741520 元。投資小，收益大。

6 結(jié)語

（1）本技改為節(jié)能技改，實施后將節(jié)約電費641520 元/年，具有較好經(jīng)濟效益。

（2）本方案技改成功后，對公司6 萬t/年濃縮裝置、8.4 萬t/年濃縮裝置、8.5 萬t/年濃縮裝置、20 萬t/年磷酸裝置進行推廣應(yīng)用。每年節(jié)電600 萬kWh，并降低設(shè)備維護檢修費用大約50 萬元/年。