空氣加熱器在磷復(fù)肥裝置干燥系統(tǒng)上的應(yīng)用

楊林臺，馬克猛，劉 輝

（1. 云南云天化云峰化工有限公司，云南 宣威 655426；2. 云南云天化股份有限公司安環(huán)監(jiān)督部，云南 昆明 650228）

1 磷復(fù)肥裝置干燥系統(tǒng)簡介

大中型磷復(fù)肥生產(chǎn)裝置大部分采用造粒→干燥→篩分與破碎→冷卻與包裹流程。出造粒機的物料w（H2O）約為3%，與熱爐氣并流進入干燥機中，兩者直接接觸，物料中的水蒸發(fā)被熱爐氣帶走，w（H2O）降至1%左右。

云南云天化云峰化工有限公司（以下簡稱公司）擁有30 萬t/a 多功能復(fù)合肥裝置1 套、10 萬t/a NPK復(fù)合肥裝置2套，產(chǎn)品干燥所用燃氣均為天然氣。干燥系統(tǒng)工藝流程為：天然氣在熱風(fēng)爐中直接燃燒，將風(fēng)機送入的室溫空氣加熱至所需溫度后送到干燥機中，干燥進入干燥機的濕物料，尾氣經(jīng)過洗滌達標后從煙囪排出（如圖1所示）。

圖1 公司復(fù)合肥裝置干燥系統(tǒng)工藝流程

該工藝要將室溫空氣直接加熱到350 ℃左右，需消耗大量的天然氣，天然氣燃燒過程中會排放出二氧化碳和水蒸氣，不僅增加了碳排放量，同時水蒸氣使熱爐氣濕含量增加，影響產(chǎn)品防結(jié)塊性能。公司擁有2 套30 萬t/a 硫黃制酸裝置（帶低溫?zé)峄厥障到y(tǒng)（HRS）），自產(chǎn)中壓蒸汽和低壓蒸汽，而且蒸汽富余。

2 空氣加熱器選型

為降低天然氣單耗，結(jié)合公司實際情況，可以利用富余的蒸汽通過空氣加熱器對進入熱風(fēng)爐的空氣進行預(yù)加熱。

空氣加熱器屬管翅式換熱器，工作原理是熱介質(zhì)與空氣在換熱器中換熱，達到加熱空氣的目的。空氣換熱器通過加裝翅片達到強化傳熱的目的，所以結(jié)構(gòu)緊湊，熱利用率高。熱介質(zhì)可以是蒸汽，也可用導(dǎo)熱油，結(jié)合公司實際情況，選用蒸汽作為熱介質(zhì)。

2.1 基本計算條件

蒸汽壓力為0.8～1.0 MPa，溫度為170 ℃。2臺風(fēng)機風(fēng)量分別為53 966、32 970 m3/h，空氣從常溫20 ℃加熱到120 ℃，冷凝水排出溫度90 ℃以下。蒸汽換熱件采用304不銹鋼管軋鋁翅片制作，傳熱系數(shù)30 W/（m2·℃），換熱效率90%；外殼體采用Q235材質(zhì)制作。

2.2 空氣加熱器計算

1） 30萬t/a多功能復(fù)合肥裝置

實際風(fēng)機風(fēng)量按照50 000 m3/h計，加熱空氣需要熱量：

Q1=1×50000×1.293×（120-20）kJ/h=6.47×106kJ/h。

空氣加熱器換熱效率為90%，則需提供的熱量：

Q2=6.47×106kJ/h÷90%=7.19×106kJ/h。

空氣加熱器需傳熱面積：

A=Q2/KΔt=7.19×106/（30×3.6×59.4）m2=1 121m2。

實際面積：1 121×1.2 m2=1 345 m2。

消耗蒸汽量：

m=7.19×106kJ/h÷2 369 kJ/kg=3 035 kg/h。

2） 10萬t/a NPK裝置

實際風(fēng)機風(fēng)量按照30 000 m3/h計，加熱空氣需要熱量：

Q1=1×30000×1.293×（120-20）kJ/h=3.88×106kJ/h。

空氣加熱器換熱效率90%，需提供的熱量：

Q2=3.88×106kJ/h÷90%=4.31×106kJ/h。

空氣加熱器傳熱系數(shù)30 W/（m2·℃），所需傳熱面積：

A=Q2/KΔt=4.31×106÷（30×3.6×59.4）m2=672 m2。

實際面積：672×1.2 m2=806 m2。

消耗蒸汽量：

4.31×106kJ/h÷2 369 kJ/kg=1 819 kg/h。

3 空氣加熱器在裝置上的應(yīng)用

3.1 改造

在風(fēng)機和熱風(fēng)爐之間增加1臺空氣加熱器，換熱形式采用逆流，冷凝液回收利用。改造后工藝流程見圖2。

圖2 改造后干燥系統(tǒng)工藝流程

3.2 改造效果

改造后，天然氣總消耗量降低了約400 m3/h，而且降低了熱爐氣的含濕量，干燥機出口物料的水含量降低，降低了產(chǎn)品結(jié)塊的風(fēng)險。

每小時使用蒸汽6.7 t，可以減少天然氣用量400 m3/h，每年可以節(jié)約費用360萬元。天然氣用量減少288萬m3/a，每年可以減少二氧化碳排放5 680 t。

4 結(jié)束語

利用空氣加熱器降低燃氣消耗是可行的，不但每年可以降低成本360萬元，減少二氧化碳排放5 680 t，而且降低了熱爐氣的水含量，可以降低產(chǎn)品結(jié)塊的風(fēng)險。因此，對于蒸汽富余的磷復(fù)肥企業(yè)來說很有改造的必要。