飼料級磷酸鈣鹽干燥風(fēng)量計算方法探析

劉正東，楊卓艷，姜 威

（云南磷化集團有限公司 磷化工事業(yè)部，云南 晉寧 650600）

目前化肥、飼料級磷酸鈣鹽產(chǎn)品烘干大多采用轉(zhuǎn)筒烘干設(shè)備，烘干產(chǎn)生的尾氣洗滌達標(biāo)后經(jīng)風(fēng)機排入大氣，正常情況下通過風(fēng)機的抽吸提供烘干所需風(fēng)量，同時保持烘干系統(tǒng)為微負壓狀態(tài)，避免系統(tǒng)揚塵造成生產(chǎn)環(huán)境惡化。因此風(fēng)機風(fēng)量的合理選擇至關(guān)重要。由于烘干過程中氣體濕度、溫度變化較大，氣體參數(shù)難以確定，風(fēng)機風(fēng)量計算較為繁雜和困難，特別是對已有裝置進行技術(shù)改造時難以提供較為準(zhǔn)確的風(fēng)量數(shù)據(jù)，更多的是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗估算風(fēng)量。為此結(jié)合云南磷化集團有限公司現(xiàn)有飼料級磷酸鈣鹽裝置運行情況及相關(guān)實際數(shù)據(jù)進行干燥風(fēng)量計算探索和分析。

1 相關(guān)數(shù)據(jù)的計算

1.1 根據(jù)煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)計算煤中氫、氮、氧含量

一般廠礦對采購到現(xiàn)場的煤進行取樣分析（大多進行的是工業(yè)分析），提供工業(yè)分析數(shù)據(jù)，但依據(jù)這些數(shù)據(jù)難以準(zhǔn)確地進行理論空氣消耗量、燃燒產(chǎn)生的干煙氣量及濕煙氣量計算。生產(chǎn)過程中主要是控制熱風(fēng)爐的工藝參數(shù)和進干燥機的熱煙氣溫度來滿足生產(chǎn)需要。

此處采用煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)結(jié)合組成元素計算經(jīng)驗公式獲得煤中氫、氧、氮的含量，并將計算出的不同基準(zhǔn)含量統(tǒng)一到分析狀態(tài)，從而準(zhǔn)確計算出煤的理論空氣消耗量、濕煙氣量和干煙氣量等數(shù)據(jù)。煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)

上述各式中，w（H）daf、w（揮發(fā)分）daf、w（灰分）ad、w（H）ad分別為干燥無灰基氫、揮發(fā)分，分析基灰分和氫含量，得出w（H）ad為3.75%。

（2） 計算煤中的氮、氧含量［2-3］：

上述各式中，w（N）ad、w（O）daf、w（O）ad分別為分析基氮、干燥無灰基氧和分析基氧質(zhì)量分數(shù)，得出w（N）ad為0.93%，w（O）ad為6.00%。

1.2 計算煤完全燃燒需要的理論空氣量

（1）根據(jù)工業(yè)分析數(shù)據(jù)和計算出的氫、氮、氧含量，計算每千克收到基的煤燃燒所需的理論空氣質(zhì)量。

得出m（空氣）為6.55 kg。

（2）計算煤燃燒生成的理論濕煙氣量和干煙氣量：此處計算先不考慮煤中水和空氣濕度的影響，僅按干燥無水的煤和干空氣燃燒生成煙氣進行相關(guān)計算。

計算得出m（濕煙氣）為7.14 kg，m（干煙氣）為6.82 kg。

1.3 生產(chǎn)用煤生成的濕煙氣量

生產(chǎn)用煤燃燒生成的濕煙氣中的水由煤的外水、內(nèi)水、煤中氫燃燒生成的水和空氣中所攜帶的水組成。

1） 入爐煤的外水量

目前飼料級磷酸鈣生產(chǎn)用的熱風(fēng)爐大多由鏈排爐加凈化室組成，凈化室個數(shù)根據(jù)煙氣潔凈度進行設(shè)置。燃燒產(chǎn)生的煙氣經(jīng)凈化除塵，保持煙氣的潔凈以避免煙塵帶入飼料級磷酸鈣產(chǎn)品中。鏈排爐操作時為了維持煤在熱風(fēng)爐中良好的燃燒條件，一般需在煤燃燒前一段時間，適當(dāng)噴灑水將煤的外水質(zhì)量分數(shù)調(diào)整到10%左右，調(diào)整水分后1 kg 收到基煤質(zhì)量變?yōu)閙（入爐）。

m（入爐）為1.06 kg，入爐煤帶入的外水量m（外水）為1.06 kg×10%=0.11 kg。

2） 入爐煤的內(nèi)水量

m（內(nèi)水）=0.02 kg。

3） 空氣帶入的水量

當(dāng)?shù)乜諝鉅顟B(tài)參數(shù)：大氣壓為80 kPa，氣溫為25 ℃，相對濕度為70%。查表可得空氣含濕量（1 kg 干空氣中存在的水蒸氣的質(zhì)量，下同）17.95 g/kg，比焓H1=70.94 kJ/kg，則m（空水）=6.55 ×17.95 g=0.12 kg。

4） 煤中氫燃燒生成的水

m（氫水）=1 kg×（w（H）ad/2）×18×（100%-w（外水））=0.32 kg。

5） 入爐煤燃燒生成的最終濕煙氣量

則m（濕煙氣）為7.39 kg，m總水為0.57 kg。

1.4 入爐煤的有效熱量（Q 實）變化

正常情況下入爐煤的外水量高于收到基煤的水分，這部分多出的水在燃燒氣化時會吸收熱量，導(dǎo)致收到基煤的實際有效熱量降低。對于1 kg收到基的煤，燃燒后有效熱量變?yōu)椋篞實=Q1-（1.06×10%-1×4.48%）×2 280 kJ=23 334.68 kJ。

1.5 進烘干機的干燥熱空氣量

熱風(fēng)爐得到的高溫?zé)煔鉁囟雀哂诠に嚳刂埔螅谶M干燥機前需調(diào)控溫度到650 ℃，調(diào)控方式是向高溫?zé)煔庵型ㄈ胱匀豢諝饣旌辖禍亍?/p>

自然空氣從25 ℃升溫到650 ℃時，其狀態(tài)參數(shù)含濕量不變，仍為17.95 g/kg，查表得比焓H2=722.84 kJ/kg，設(shè)每千克煤燃燒產(chǎn)生干煙氣調(diào)整溫度所需自然干空氣量為m（干空氣），則有：

（Q實+Q水）×0.97=（m（空氣）+m（干空氣））×（H2-H1）。（11）

式中Q水為燃燒產(chǎn)生煙氣中的水蒸氣從理論燃燒溫度調(diào)整到650 ℃時，由于溫度降低而釋放出來的顯熱量，Q水=1 699 kJ，0.97為熱風(fēng)爐系統(tǒng)的熱利用率，則所需自然干空氣量約為30 kg；1 kg 煤燃燒產(chǎn)生混合后650 ℃時的干煙氣量約為37 kg。

采用濕空氣的計算模式，將干煙氣作干空氣處理，以干空氣作為基準(zhǔn)，濕空氣的熱焓、比體積等參數(shù)隨氣體含濕量的變化而變化。

干燥機進口處濕氣體的實際狀態(tài)參數(shù)如下：大氣壓79 kPa，氣溫650 ℃，含濕量30.1 g/kg，比焓770.89 kJ/kg，比體積3.522 m3/kg。

2 干燥系統(tǒng)的熱平衡

飼料級磷酸鈣的生產(chǎn)工藝為磷酸與碳酸鈣粉漿反應(yīng)，生成w（固）約70%的料漿與返料在造粒機內(nèi)混合成粒，進入干燥機中進行烘干。產(chǎn)品烘干后w（H2O）約1%，以1 t 成品物料作為干燥計算基準(zhǔn)，則需料漿量1.44 t，平衡計算時將干燥機出口尾氣看成由兩部分組成，即干燥空氣和料漿蒸發(fā)產(chǎn)生的水。

2.1 進干燥機熱量組成

進干燥機的熱量包括料漿帶入熱量，干燥機進口空氣帶入熱量及返料帶入熱量。料漿參數(shù)，料漿w（固）70%，比熱2.436 kJ/（kg ·℃），溫度70 ℃；干燥機進口空氣參數(shù)，壓力79 kPa，氣溫650 ℃，含濕量30.1 g/kg，比焓770.89 kJ/kg；返料參數(shù)，返料量6 t，w（H2O）1%，溫度60 ℃，比熱1.68 kJ/（kg·℃）。

2.2 出干燥機熱量組成

出干燥機熱量包括尾氣帶出熱量、物料帶出熱量、蒸發(fā)水汽化熱、系統(tǒng)熱損失。干燥機出口尾氣參數(shù)，壓力78.5 kPa，溫度100 ℃，含濕量和干燥機進口處相同，為30.1 g/kg （料漿蒸發(fā)水分另計），尾氣比焓192.04 kJ/kg；出口物料參數(shù)，w（H2O）1%，溫度90 ℃，比熱1.68 kJ/（kg·℃）；蒸發(fā)水分，蒸發(fā)量0.44 t，汽化熱2 280 kJ/kg；烘干系統(tǒng)熱量損失取3%。

2.3 干熱氣量計算

通過干燥機進出口熱量平衡計算，求出每噸產(chǎn)品所需干熱氣量m（干熱氣）=2 194.03 kg。進而求出收到基狀態(tài)下煤的消耗量m（煤）=2 194.03/36.81 kg=59.61 kg。

根據(jù)計算結(jié)果得到干燥機進出熱量數(shù)據(jù)，見表2。

表2 干燥進出熱量平衡表 kJ

3 干燥尾氣相關(guān)參數(shù)計算

3.1 干尾氣量

根據(jù)干燥機進出口干空氣量不變的原則，生產(chǎn)每噸產(chǎn)品干燥機出口干尾氣量為2 194.03 kg。

3.2 干燥尾氣中水氣量

干燥尾氣中水氣量m（尾水）為高溫?zé)煔庵兴畾饬俊⒄{(diào)節(jié)溫度的空氣中帶入水及料漿蒸發(fā)水分之和，為506.05 kg。

3.3 干燥機出口尾氣實際狀態(tài)參數(shù)

干燥機出口尾氣氣壓78.5 kPa，溫度100 ℃，含濕量230.65 g/kg，查表可得尾氣比焓為715.07 kJ/kg，比體積為1.867 m3/kg。

3.4 水洗處理后排放氣體的參數(shù)

從干燥機出來的干燥尾氣經(jīng)兩級水洗進行除塵除雜，然后通過風(fēng)機加壓后達標(biāo)排放。氣體經(jīng)洗滌后溫度下降到62 ℃，含濕量增加到飽和狀態(tài)，此時風(fēng)機進口氣體狀態(tài)參數(shù)為：壓力78 kPa，溫度62 ℃，相對濕度100%，查表可得含濕量223.12 g/kg，氣體比焓為724.99 kJ/kg，比體積為1.77 m3/kg，此時風(fēng)機進口氣體量為2 194.03×1.77 m3=3 883.43 m3。

4 計算數(shù)據(jù)與裝置實際在用風(fēng)機風(fēng)量的比較

云南磷化集團有限公司現(xiàn)有3 套飼料級磷酸鈣生產(chǎn)裝置，其小時產(chǎn)量分別為23.0、33.5、16.5 t，所配套的干燥風(fēng)機風(fēng)量分別為120 000、170 000、80 000 m3。根據(jù)理論計算得到每噸產(chǎn)品風(fēng)機進口氣體量，按設(shè)計時風(fēng)機配置系數(shù)進行取值，系統(tǒng)漏氣率為10%，裝置放大系數(shù)15%，則風(fēng)機進口氣體量為3 883.4×1.1×1.15 m3=4 912.5 m3。根據(jù)各裝置的小時產(chǎn)量計算風(fēng)機進口氣體量分別為112 988 m3、164 569 m3和81 056 m3。與設(shè)計配置風(fēng)機風(fēng)量較一致，說明上述方式計算得到的風(fēng)量可用于風(fēng)機風(fēng)量的選型。

5 結(jié)論

（1）由于進干燥機的熱空氣中二氧化碳、二氧化硫含量占比不大，將煙氣作濕空氣處理，采用濕空氣各參數(shù)進行計算，計算方法相對簡化，計算結(jié)果滿足生產(chǎn)需要。

（2）通過計算得到每噸飼料磷酸鈣產(chǎn)品煤耗為59.61 kg，現(xiàn)有裝置長期生產(chǎn)產(chǎn)品的實際平均煤耗在60 kg左右，理論值和實際值比較吻合。

（3）從計算結(jié)果可知，入爐煤的外水含量大小、進干燥機的熱風(fēng)溫度升降、料漿含水量高低，對裝置產(chǎn)品煤的消耗影響較大。