大型磷復肥企業(yè)蒸汽冷凝水低溫熱能回收技術研究

雷銀貴，何春云，張 燕

(云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠 661600)

蒸汽是磷復肥企業(yè)生產過程中常用的熱源，其在各用汽設備中釋放冷凝潛熱后產生冷凝水，而蒸汽熱量約有20%存在于冷凝水中。隨著國家對節(jié)能降耗政策的持續(xù)推進，如何高效利用能源，降低能源成本成為磷復肥企業(yè)需要重視的課題之一。

1 現狀分析

云天化紅磷化工股份有限公司(以下簡稱紅磷化工)各濃縮裝置、熔硫裝置生產過程中會產生大量蒸汽冷凝水，通過集中收集、處理后作為鍋爐給水，循環(huán)使用[1]。在處理過程中，前端需將收集的蒸汽冷凝水通過管殼式冷卻器，降溫至 50 ℃ 以下后進行脫鹽水工藝處理；后端又需使用蒸汽，將脫鹽水由 50 ℃ 加熱至 98 ℃ 進行除氧處理，作為鍋爐補水用。

在蒸汽冷凝水循環(huán)回用的過程中，體現出前端降溫，后端加熱，兩端均耗能的現象；隨著紅磷化工產能的提升，蒸汽冷凝水的回收量已高達 150 m3/h 以上，能耗問題日益突出。因此，如何回收蒸汽冷水低溫熱能，達到降低前端、后端的能耗已變得十分迫切。

2 技改方案

2.1 蒸汽冷凝水量

紅磷化工正常生產過程中蒸汽冷凝水產生量見表1。

表1 蒸汽冷凝水產生量統(tǒng)計表

2.2 技改路線

結合紅磷化工全廠熱平衡，在蒸汽冷凝水循環(huán)回用的過程中，先將冷凝水用于氨蒸發(fā)器蒸氨，回收冷凝水中的低溫熱能，控制冷凝水出口溫度在 80 ℃ 左右；后引入高溫混床新技術，處理 80 ℃ 左右的冷凝水；處理后的冷凝水轉變?yōu)槊擕}水，溫度在 70 ℃ 左右，送入除氧器除氧后作為鍋爐補水用。

根據上述技改路線可實現：①前端低溫熱能回收；②通過引入高溫混床新技術，使進入除氧器的脫鹽水溫度由技改前的 50 ℃ 提高到 70 ℃，降低了除氧器蒸汽消耗。

2.3 技改實踐

1)設置氨蒸發(fā)器

在紅磷化工液氨站設置氨蒸發(fā)器1臺，將收集的蒸汽冷凝水引入氨蒸發(fā)器，換熱蒸氨。根據紅磷化工全廠熱平衡，控制冷凝水出口溫度在80℃左右。

氨蒸發(fā)器的設置實現了充分、有效利用冷凝水低溫熱能。氨蒸發(fā)器相關參數如下：

外殼材質，Q245R；換熱列管及管板材質，316L不銹鋼；液氨蒸發(fā)量，8 t/h；液氨壓力，1.0～1.1 MPa；液氨溫度，5～20 ℃ 氣；氣氨出口溫度，30～60 ℃；加熱介質，蒸汽冷凝水；蒸汽冷凝水進口溫度，～100 ℃。

氨蒸發(fā)器使用至今運行效果良好，能有效回收蒸汽冷凝水熱量達到蒸氨效果。

2)設置高溫混床

①設備基本參數。材質，316L不銹鋼；外型尺寸，Φ2220 mm×4610 mm；額定處理能力，200 m3/h。

②裝填樹脂參數。樹脂裝填高度，1500 mm；樹脂型號及裝填量：陽樹脂(規(guī)格型號SQD-053G)，2.3m3；陰樹脂(規(guī)格型號SQD-253G)，4.6 m3。樹脂技術性能參數[2]見表2。

表2 樹脂技術性能參數表

2.4 高溫混床的運行效果

投用一年多來，高溫混床運行效果良好。

1)水處理產能操作彈性大

高溫混床設計產能為 150 m3/h，在實際運行過程中，可穩(wěn)定在100～200 m3/h。

2)高溫樹脂運行效果穩(wěn)定

產水量穩(wěn)定，出水溫度穩(wěn)定在70～75℃，出水水質達標。

通過引入高溫混床新技術，使進入除氧器的脫鹽水溫度由 50 ℃ 提高到 70 ℃，降低了除氧器蒸汽的消耗。

2.5 冷凝水低溫熱能回收工藝流程圖

來自濕法磷酸濃縮裝置、溫度約 100 ℃ 的蒸汽冷凝水，首先經氨站氨蒸發(fā)器蒸氨降溫，水溫降至 80 ℃ 左右回收了部分低溫熱能后，進一步送入脫鹽水處理裝置實施技改新增的高溫混床進行精處理，高溫混床采用耐高溫陽、陰樹脂(SQD-053G、 SQD-253G)進行離子交換，維持進水溫度約 70 ℃ 產出成品脫鹽水供至除氧器使用。見圖1。

圖1 蒸汽冷凝水低溫熱能回收工藝流程圖

高溫混床運行失效、樹脂再生期間，蒸汽冷凝水則按原方式采取循環(huán)水進一步降溫至 50 ℃ 左右后送入脫鹽水處理裝置一級水箱或原水箱，有待進入下工序進行精處理。

3 節(jié)能效益評價

通過技改，紅磷化工實現了節(jié)能降耗的目標。節(jié)能效益主要體現在兩方面：

1)前端低溫熱能回收

通過設置氨蒸發(fā)器，前端可回收冷凝水中的低溫熱能[3]，技改前后對比：技改前，蒸汽冷凝水經循環(huán)水換熱降溫后供脫鹽水處理裝置使用，沒有回收熱能；技改后，將蒸汽冷凝水用于蒸氨，冷凝水溫度由 100 ℃ 降至 80 ℃，每噸冷凝水蒸氨回收熱量為 8.36 MJ，按每小時150噸冷凝水用于蒸氨計算，前端冷凝水每小時節(jié)能量為 1254 MJ，折標煤為 0.0428 t/h。

2)后端低溫熱能回收

冷凝水通過高溫混床處理，水溫維持在 70 ℃ 左右，降低了除氧器蒸汽消耗，技改前后對比：技改前，每噸蒸汽冷凝水送除氧器從 40 ℃ 加熱至 100 ℃，需消耗蒸汽 0.1186 t；技改后，每噸蒸汽冷凝水送除氧器從 70 ℃ 加熱至 100 ℃，需消耗蒸汽 0.0593 t。

技改后，每噸蒸汽冷凝水的循環(huán)回用可節(jié)約加熱蒸汽約 0.0593 t，按高溫混床每小時處理150噸冷凝水計，則后端每小時節(jié)約低壓蒸汽 8.895 t，折標煤0.818t/h；按硫酸余熱鍋爐蒸汽成本65元/t計算，則回用1噸冷凝水可節(jié)約蒸汽成本3.854元。

4 結語

截至2022年8月，紅磷化工冷凝水低溫熱能回收技改投運滿1年，共回收利用蒸汽冷凝水約55萬噸。與技改前相比，回收的冷凝水低溫熱能及除氧加熱蒸汽合計44.99萬噸標煤；節(jié)約除氧加熱蒸汽成本212余萬元(僅計算后端)。

紅磷化工通過技改，較好地實現了冷凝水低溫熱能的回收，實現了較好的社會及經濟效益，可供行業(yè)內大型磷復肥企業(yè)參考借鑒。