粉體流換熱器在磷酸二銨裝置冷卻系統中的應用

李飛闊，李 榮，楊 飛，張慶安

（1.武漢江漢化工設計有限公司 設計一部，湖北 武漢 430223；2.湖北六國化工股份有限公司，湖北 宜昌 443000）

湖北六國化工股份有限公司（以下簡稱公司）24萬t/a磷酸二銨裝置采用預中和+管式反應器氨化造粒、流化床冷卻工藝，由于夏天環境濕度大、溫度高，產品冷卻不徹底，包裝溫度過高，導致在包裝、貯存和運輸過程中出現漲袋、顆粒板結、褪色、粉化等問題。2018年公司采用粉體流換熱技術對冷卻系統進行改進，目前裝置運行狀況良好，生產能力提高到30萬t/a。

1 粉體流換熱器概述及工作原理

粉體流換熱器是一種廣泛應用于冷卻粉體、固體粒子的具有超高冷卻效率的換熱設備，由進料倉、傳熱板組及殼體、密相輸送下料器、儀表和控制系統組成［1］（見圖1）。

圖1 粉體流換熱器的結構組成

該設備本體屬靜置設備，其中進料段頂部進料口旁設置排氣口、料位計口，側部設有測溫計；冷卻段的傳熱板組由1組平行立式放置的傳熱板片組成，冷卻板間距根據物料確定；出料段一般采用斜錐體形式，其中一側裝2個振動電機，利用變頻器調整振動電機振動情況，以控制設備出料量。

粉體流換熱器的工作原理（見圖2）：物料在空心式傳熱板間，借助于重力的作用以滿倉狀態勻速緩慢下降，與傳熱板內的冷卻水間接逆流換熱，冷卻器下部安裝有變頻震蕩式密相輸送下料器，根據出料溫度來調節出料速率，使出口物料的溫度均一［2］。

圖2 粉體流換熱器的工作原理

2 DAP裝置冷卻系統改造方案及運行情況

2.1 改造方案

拆除原有流化床冷卻系統的相關設備：1 臺空氣除濕機，1 臺功率75 kW、風量53 000 m3/h 的流化床鼓風機，1 臺10 m2流化床冷卻器，1 臺直徑1.0 m 的4 筒旋風除塵器，1 臺功率110 kW、風量60 000 m3/h 的尾氣風機；更換小流量尾氣洗滌循環泵。

采用1臺換熱面積約460 m2、功率6 kW的粉體流換熱器，增加1臺流量50 m3/h、揚程80 m、功率22 kW的冷卻循環水泵。利用現有硫酸裝置清潔循環水作為冷卻水，加壓后由粉體流換熱器下部進入，與熱物料逆流換熱后返回現有涼水塔。

為防止熱物料進入設備時出現結露，采用1臺28 kW的空氣除濕機，1臺風量35.81 m3/min、風壓12 kPa、功率15 kW 的羅茨鼓風機，在進料箱上段物料進口下方設置空氣吹掃，使下料倉處于微正壓狀態，尾氣通過管道接入裝置的收塵風管，洗滌后達標排放。

2.2 運行情況

1） 生產平穩可靠

改造后裝置冷卻系統可連續生產，不受環境溫度、濕度影響。在不同下料段設置溫度監測系統，通過控制冷卻水流量及出料量，調整物料冷卻過程中的溫度分布，保證出料溫度≤40 ℃（見表1）。

表1 改造前后主要指標對比

在粉體流換熱器冷卻過程中，環境空氣與熱物料隔絕，冷卻后的物料w（H2O）比采用空氣冷卻情況下降低0.3～0.4個百分點，且這些水分主要集中在物料表面，減緩了鹽橋形成和物料的結塊，從而減少了包裹劑的用量。

2） 運行及維護費用降低

粉體流換熱器主體結構沒有運動部件，傳熱板安裝在帶有加強筋的高強度倉體內，倉體設置有帶鉸鏈的檢修門，結構簡單，便于維護保養。

改造后冷卻系統的動設備減少，每小時用電量可降低180 kW · h，電費按0.72 元/（kW · h）計算，每年（8 000 h）可節省電費103.68萬元。

3） 傳熱效率提高

傳熱板采用無墊片全焊工藝預設打壓膨脹成均勻的波紋狀或酒窩狀，流體在板內形成高度湍流，極大地提高了傳熱系數，冷卻系統的處理能力提高20%，并能有效減緩換熱器表面結垢。

4） 改善操作環境

冷卻過程中采用全密閉操作，尾氣排放量由原來的60 000 m3/h 降至2 150 m3/h，極大地減輕了尾氣洗滌系統的生產負荷，污染物排放量降至改造前的3.6%。

3 結語

粉體流換熱器冷卻系統相比流化床冷卻系統而言，具有節能、環保、高效、故障率低、占地面積小、自動化程度高等優點。

在固體顆粒冷卻系統中，采用粉體流換熱器冷卻技術優勢明顯，具有良好的經濟效益和社會效益，在磷復肥行業面臨節能減排的壓力之下，在傳統流化床和轉鼓冷卻系統的技改中有較大的推廣價值。