新型轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)在五氧化二磷裝置中的應(yīng)用

方竹堃

(1. 云南磷化集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650600;2. 云南省磷化工節(jié)能與新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650600)

“碳達(dá)峰、碳中和”是我國(guó)的重大戰(zhàn)略決策，已納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色轉(zhuǎn)型和系統(tǒng)性的深刻變革。“雙碳”是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的重要抓手，是參與全球治理和堅(jiān)持多邊主義的重要領(lǐng)域。持續(xù)提高能源利用效率，推動(dòng)綠色低碳循環(huán)發(fā)展，企業(yè)扮演者重要角色，同時(shí)也是現(xiàn)代企業(yè)生存發(fā)展的必由之路。作為企業(yè)也不斷在進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，利用新技術(shù)、新材料、新工藝進(jìn)行各種節(jié)能降耗治理和改造。

在常規(guī)五氧化二磷裝置中，一直使用的是空氣壓縮干燥工藝，但設(shè)備裝機(jī)容量較大，耗電量占產(chǎn)品總電力消耗的85%以上，增加了產(chǎn)品成本；設(shè)備故障率較高，維護(hù)成本較大，存在較大挖潛改造空間。

1 常用的除濕方法

空氣的除濕方法有很多種，按工作原理可分為三大類，即加熱通風(fēng)除濕、冷凍除濕和吸濕劑除濕。

1.1 加熱通風(fēng)除濕

加熱通風(fēng)除濕是通過(guò)加熱空氣的辦法，使其相對(duì)濕度Φ值降低。應(yīng)用這種方法除濕，投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，但只能降低相對(duì)濕度，而不能降低空氣中水蒸汽的含量，故難以確保除濕效果。

1.2 冷凍除濕

冷凍除濕是利用制冷設(shè)備，把被處理空氣的溫度降低到它的露點(diǎn)溫度以下，從而除掉空氣中的水分。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是除濕性能穩(wěn)定可靠，可連續(xù)除濕，且管理方便；缺點(diǎn)是初期投資費(fèi)用高，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大。冷凍除濕機(jī)適于在空氣干球溫度為 15～35 ℃，相對(duì)濕度為50%以上的條件下工作，而不宜在空氣露點(diǎn)溫度為 4 ℃ 以下的場(chǎng)合使用。

1.3 吸濕劑除濕

吸濕劑處理空氣的過(guò)程，是利用吸濕劑直接吸收空氣中的水蒸汽，從而實(shí)現(xiàn)空氣除濕。常用的吸濕劑有兩大類，一類是固體吸濕劑，如硅酸鹽、氯化鋰、分子篩等；另一類是液體吸濕劑，如氯化鋰溶液、氯化鈣溶液等。轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)正是利用固體吸濕劑吸收空氣中的水分，從而達(dá)到空氣除濕的目的。

2 新型轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)

2.1 空氣處理的除濕原理

它采用蜂窩式結(jié)構(gòu)的除濕轉(zhuǎn)輪，電機(jī)每小時(shí)使除濕旋轉(zhuǎn)10次，連續(xù)重復(fù)吸濕再生動(dòng)作，從而提供干燥空氣。空氣中的水分在吸濕區(qū)被除掉后，鼓風(fēng)機(jī)將干燥后的空氣送入室內(nèi)。吸收了水分的轉(zhuǎn)輪移動(dòng)到再生區(qū)，最后從逆方向送入的再生用空氣將去除水分，使轉(zhuǎn)輪繼續(xù)工作。

2.2 冷卻除濕原理

因?yàn)榭諝庠诓煌臏囟认拢諝庵械乃謺?huì)隨著溫度的下降而變小。當(dāng)室外空氣通過(guò)新風(fēng)表冷器時(shí)，空氣被表冷盤(pán)管冷卻降溫，空氣隨著溫度的降低，空氣中的水蒸汽逐漸凝結(jié)，同時(shí)達(dá)到飽和狀態(tài)；當(dāng)未飽和空氣繼續(xù)降低時(shí)，空氣中的水蒸汽變成凝結(jié)水，空氣中的含水量會(huì)下降，最終實(shí)現(xiàn)了除濕過(guò)程。

2.3 吸附式除濕原理

除濕轉(zhuǎn)輪在除濕段內(nèi)部為處理區(qū)域和再生區(qū)域，轉(zhuǎn)輪以 8 r/h 的速度旋轉(zhuǎn)，從而保證整個(gè)除濕為一個(gè)連續(xù)的過(guò)程。當(dāng)空氣通處理區(qū)域的時(shí)候，水蒸汽被轉(zhuǎn)輪中的吸濕介質(zhì)所吸附，同時(shí)發(fā)生相變，最終釋放出潛熱，轉(zhuǎn)輪吸濕了一定的水份而逐漸趨向飽和狀態(tài)。

通用型除濕機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)型空氣除濕模塊，可作為單元除濕設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，也可作為空氣除濕模塊加入空調(diào)機(jī)組或其他空氣系統(tǒng)。通用型除濕機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，除濕量大，是各種環(huán)境理想的除濕設(shè)備，其中吸附式除濕機(jī)工作原理見(jiàn)圖1。

圖1 吸附式除濕機(jī)工作原理圖

表1 吸附式除濕機(jī)工作參數(shù)

3 選用新型轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)與裝置的適應(yīng)性分析

五氧化二磷生產(chǎn)工藝二次空氣(燃燒空氣)由SWT315-8型干螺桿式空氣壓縮機(jī)及TJFH-50型組合式壓縮空氣干燥機(jī)制備，每分鐘處理量為 50 m3，常壓露點(diǎn)≤-60 ℃。生產(chǎn)工藝對(duì)二次空氣的流量及露點(diǎn)有較高要求，但對(duì)空氣壓力要求并不高，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中空氣壓力一般控制在3～5 kPa 范圍內(nèi)。而空壓機(jī)組大量能耗是消耗在空氣的壓縮上(0.7 MPa)，經(jīng)壓縮后的空氣仍需進(jìn)行減壓至3～5 kPa 范圍內(nèi)。五氧化二磷生產(chǎn)是以空氣為反應(yīng)原料氣，由于生產(chǎn)特性決定，需要做脫水處理。按設(shè)計(jì)指標(biāo)，空氣含水量應(yīng)小于 0.029 g/m3(露點(diǎn)-50℃)。采用空氣壓縮冷凍除濕干燥工藝，實(shí)際運(yùn)行控制在 0.0019 g/m3(露點(diǎn)-70 ℃)左右。

轉(zhuǎn)輪除濕最大的優(yōu)點(diǎn)是在保障氣量及露點(diǎn)的前提下，對(duì)壓力要求不高，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行配置，最大能耗為再生。采用的新型轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)將轉(zhuǎn)輪除濕區(qū)由傳統(tǒng)的270°擴(kuò)大至目前315°，使得除濕面積更大，除濕能力比傳統(tǒng)的高出25%～30%。由于除濕區(qū)的擴(kuò)大，再生區(qū)由傳統(tǒng)的90°縮小至45°，再生區(qū)利用剛轉(zhuǎn)出再生區(qū)且?guī)в写罅啃顭岬膮^(qū)域?qū)D(zhuǎn)輪進(jìn)行預(yù)再生，使得轉(zhuǎn)入吸濕區(qū)域充分冷卻。再生區(qū)分隔成四個(gè)分別不同角度的區(qū)域，使得再生更徹底。這樣所需再生風(fēng)量就會(huì)大大降低，只需傳統(tǒng)再生風(fēng)量的30%，從而比傳統(tǒng)工藝節(jié)省再生能耗50%以上。

隨著五氧化二磷生產(chǎn)裝置及產(chǎn)能的增加，提升產(chǎn)品品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本成為了挖潛增效的關(guān)鍵。為此，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝，減少電能消耗，提高生產(chǎn)效率，實(shí)施轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)替代二次空氣壓縮機(jī)組技術(shù)改造是實(shí)現(xiàn)挖潛增效目標(biāo)的最佳方式。

4 技術(shù)分析

4.1 工藝條件要求

新型轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)工藝條件如表2。

表2 新型轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)工藝條件

4.2 外氣條件(按本地區(qū)三年較惡劣氣候的參考值)

干球溫度：35 ℃。相對(duì)濕度：70%。焓值：100 kJ/kg 干空氣。絕對(duì)含濕量為 25.2 g/kg 干空氣。

4.3 除濕計(jì)算

1)已知總送風(fēng)量為：4000 m3/h，全新風(fēng)處理。

2)技術(shù)要求

送風(fēng)溫度≤35 ℃，露點(diǎn)(dp)≤-60 ℃，絕對(duì)含濕量 0.01 g/kg 干空氣，出口余壓≥3000 Pa。

3)風(fēng)量匹配

總送風(fēng)量：4000 m3/h(全新風(fēng))；新風(fēng)1(送風(fēng))：4000 m3/h；新風(fēng)2(再生冷卻):1000 m3/h；回風(fēng)： 0 m3/h；總新風(fēng)量：4000+1000=5000 m3/h ；除濕風(fēng)量：5000 m3/h。

4)濕負(fù)荷

新風(fēng)：W新=G×ρ×△d/1000=4000×1.13×(25.2-0.01)/1000=113.8 kg/h

其中，△d=(d外氣-d送風(fēng))=g/kg干空氣

5)冷負(fù)荷

Q1(PC1)=G新×ρ×△i/3600=5000×1.27×(100-18)/3600=145 kW

6)再生熱負(fù)荷

D1=G再生×ρ×C×△t/3600=1500×1.2×1.01×(140-55)/3600=43 kW

需方提供0.5～0.6 MPa 蒸汽 80 kg/h。

5 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)工藝條件，選用型號(hào)為ZHS1220SDP-4000G超低露點(diǎn)除濕機(jī)組一套，除濕輪采用進(jìn)口除濕輪，能多次清洗，使用壽命長(zhǎng)。機(jī)組技術(shù)參數(shù)如表3。

表3 機(jī)組技術(shù)參數(shù)

6 應(yīng)用效果

采用轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù),可將空氣含水量控制在 0.01 g/m3(露點(diǎn)-60 ℃)以下。該指標(biāo)已經(jīng)優(yōu)于五氧化二磷裝置空氣濕度的設(shè)計(jì)指標(biāo) 0.029 g/m3(露點(diǎn)-50 ℃)，滿足設(shè)計(jì)和生產(chǎn)需求，且設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，維護(hù)成本較低。

通過(guò)改造后，以年產(chǎn)4000噸五氧化二磷裝置計(jì)，設(shè)備裝機(jī)容量由原來(lái)的 340 kW 大幅下降至 67 kW，每年節(jié)約電耗約153萬(wàn)kWh，具有較好的節(jié)能效果。