磷銨裝置尾氣綜合利用研究與探討

何春云

（云南云天化紅磷化工有限公司，云南 開遠(yuǎn) 661699）

磷銨生產(chǎn)過程中，在造粒、干燥、冷卻工序都會有尾氣產(chǎn)生，尾氣主要成分為粉塵、逸出氨、水氣和氟化物。為減少工業(yè)廢氣的直接排放，提升環(huán)境質(zhì)量，國家對工業(yè)尾氣、大氣污染物排放要求越來越嚴(yán)格。

1 目前磷銨裝置尾氣處理技術(shù)

目前國內(nèi)磷銨裝置尾氣處理基本都是采用濕法洗滌工藝（或布袋除塵工藝+濕法洗滌工藝）除去尾氣中的氨、氟化物和粉塵［1］。

以云南云天化紅磷化工有限公司18 萬t/a 磷銨裝置生產(chǎn)工藝為例，尾氣處理技術(shù)為：從預(yù)中和槽、造粒機(jī)排出的尾氣，進(jìn)入造粒洗滌器，用磷酸和從尾氣洗滌器送來的尾氣洗滌液循環(huán)洗滌，除去部分氨和粉塵后，經(jīng)造粒尾氣風(fēng)機(jī)送至尾氣洗滌器進(jìn)行2次洗滌，洗滌后尾氣進(jìn)入混合尾氣洗滌器與干燥尾氣、收塵尾氣混合，用稀硫酸進(jìn)行洗滌除去尾氣中的NH3和F。

干燥尾氣經(jīng)干燥旋風(fēng)除塵器除塵后，由干燥尾氣風(fēng)機(jī)送入干燥洗滌器，用稀磷酸洗滌除去氨和粉塵后進(jìn)入混合尾氣洗滌器與中和尾氣、收塵尾氣混合，用稀硫酸洗滌除去尾氣中的NH3和F。

返料皮帶機(jī)、振網(wǎng)篩、破碎機(jī)、斗提機(jī)、成品皮帶機(jī)、成品篩、無塵冷卻器等設(shè)備的收塵尾氣經(jīng)袋式除塵器除塵后進(jìn)入混合尾氣洗滌器與中和尾氣、干燥尾氣混合，經(jīng)稀硫酸洗滌除去NH3和F。

經(jīng)混合尾氣洗滌器洗滌后的中和、干燥、收塵尾氣通過增壓風(fēng)機(jī)送至濕式靜電除塵器除去霧滴后進(jìn)入脫白器，與來自空氣風(fēng)機(jī)的空氣進(jìn)行換熱，換熱后冷煙氣從排氣筒底部進(jìn)入排氣筒內(nèi)筒，熱空氣從排氣筒中部進(jìn)入排氣筒外筒，在排氣筒頂部混合后排入大氣。尾氣處理工藝流程見圖1。

圖1 磷銨裝置尾氣處理工藝流程

雖然磷銨尾氣污染物排放各項(xiàng)指標(biāo)大幅度降低，優(yōu)于現(xiàn)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16297—1996）要求，并改善了排放煙氣視覺效果，消除了白煙現(xiàn)象，但我國已成為世界磷肥工業(yè)大國，全國磷復(fù)肥企業(yè)尾氣排放總量非常巨大，對環(huán)境會造成一定的影響，隨著環(huán)保壓力不斷增大，將對行業(yè)生存和發(fā)展帶來較為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2 磷銨裝置尾氣綜合利用新技術(shù)探討

磷銨裝置尾氣含有大量熱能，特別是造粒尾氣和干燥尾氣溫度更高，約為80 ℃，目前造粒尾氣、干燥尾氣、冷卻尾氣混合處理后達(dá)標(biāo)排放溫度大約在54 ℃。如何綜合利用尾氣中的熱能，達(dá)到節(jié)能、降耗、降溫、減排，最終實(shí)現(xiàn)熱能資源的綜合利用，是今后磷肥企業(yè)需要考慮的方向。

磷銨生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的熱能：一是造粒時(shí)氨酸反應(yīng)產(chǎn)生的熱能；二是熱風(fēng)爐燃燒煤時(shí)產(chǎn)生的熱能。在氨酸反應(yīng)過程中無須增加熱能就能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)，而在熱風(fēng)爐熱風(fēng)產(chǎn)生中需要增加熱能加熱空氣來形成高溫?zé)煔馑椭粮稍餀C(jī)干燥物料。其工藝流程為：將煤加入熱風(fēng)爐中燃燒，同時(shí)啟動助燃風(fēng)機(jī)鼓入助燃風(fēng)，使煤充分燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔猓桓邷責(zé)煔膺M(jìn)入高溫氣體凈化室，進(jìn)行二次燃燒并聚合凈化，潔凈的高溫氣體在噴射引風(fēng)器作用下與噴射風(fēng)機(jī)鼓入的冷空氣混合形成次高溫?zé)煔廨斔椭粮稍餀C(jī)。工藝流程見圖2。

圖2 熱風(fēng)爐高溫?zé)煔馍a(chǎn)工藝流程

噴射風(fēng)機(jī)引入的外界空氣溫度一般為15 ～30 ℃（視季節(jié)而變化）；處理后的排放尾氣成分與外界空氣基本相同，而溫度達(dá)54 ℃，大量熱能（約為3 560 000 kJ/h）排放到空氣中。根據(jù)磷銨生產(chǎn)工藝可知，熱風(fēng)爐加熱外界空氣所得高溫空氣被引入干燥機(jī)對半成品進(jìn)行干燥，半成品經(jīng)篩分、冷卻后得到成品。從理論上來看，脫除F、NH3、粉塵后尾氣可以通過引風(fēng)機(jī)引入熱風(fēng)爐循環(huán)利用，不僅可以減少能耗，而且還能有效回收尾氣。3種尾氣熱能利用路線見圖3。

圖3 3種尾氣熱能利用路線

各輸出熱量計(jì)算方法：

（1）干燥洗滌塔頂尾氣溫度為53 ℃，其帶走熱量Q1=氨帶走熱量+粉塵帶走熱量+水蒸氣帶走熱量+干空氣帶走熱量=（728 +1 479.61+180 357.36+1 152 664.72）kJ/h=1 335 229.69 kJ/h。

其中，氨帶走熱量=氨量×尾氣溫度×氣氨比熱容=6.51×53×2.11 kJ/h=728 kJ/h （比熱容由化工物性算圖手冊查得，下同）。

粉塵帶走熱量=粉塵量×尾氣溫度×粉塵比熱容=19.66×53×1.42 kJ/h=1 479.61 kJ/h。

水蒸氣帶走熱量=水蒸氣量×尾氣溫度×水蒸氣比熱容=1 901.10 × 53 × 1.79 kJ/h = 180 357.36 kJ/h。

干空氣帶走熱量=干空氣量×尾氣溫度×干空氣比熱容=21 640.19×53×1.005 kJ/h=1 152 664.72 kJ/h。

（2）造粒尾洗塔尾氣溫度為74 ℃，其帶走熱量Q2= 氨帶走熱量+粉塵帶走熱量+水蒸氣帶走熱量+干空氣帶走熱量=（2 999.04+2 065.87+974 938.72+1 378 710.10）kJ/h=2 358 713.73 kJ/h。

其中，氨帶走熱量=氨量×尾氣溫度×氣氨比熱容=18.85×74×2.15 kJ/h=2 999.04 kJ/h。

粉塵帶走熱量=粉塵量×尾氣溫度×粉塵比熱容=19.66×74×1.42 kJ/h=2 065.87 kJ/h。

水蒸氣帶走熱量=水蒸氣量×尾氣溫度×水蒸氣比熱容=6 896.85 × 74 × 1.86 kJ/h = 974 938.72 kJ/h。

干空氣帶走熱量=干空氣量×溫度×干空氣比熱容=18 446.75×74×1.01 kJ/h=1 378 710.10 kJ/h。

（3）出袋式除塵器吸塵尾氣溫度為64 ℃，帶走的熱量Q3=干空氣帶走熱量+粉塵帶走熱量+氨帶走熱量+水蒸氣帶走熱量=（952 091.32+27 799.60+76.34+318.99）kJ/h=980 286.25 kJ/h。

其中，干空氣量帶走熱量=干空氣量×尾氣溫度×干空氣比熱容=14 758.36×64×1.008 kJ/h=952 091.32 kJ/h。

水蒸氣帶走熱量=水蒸氣量×尾氣溫度×水蒸氣比熱容=236.07×64×1.84 kJ/h=27 799.60 kJ/h。

粉塵帶走熱量=粉塵量×尾氣溫度×粉塵比熱容=0.84×64×1.42 kJ/h=76.34 kJ/h。

氨帶走熱量=氨量×尾氣溫度×氣氨比熱容=2.34×64×2.13 kJ/h=318.99 kJ/h。

（4）排空尾氣溫度為54.67 ℃，帶走的熱量Q4= 氨帶走熱量+粉塵帶走熱量+水蒸氣帶走熱量+干空氣帶走熱量=（2 090.21+1 082.18+543 073.12+3 012 909.80） kJ/h= 3 559 155.31 kJ/h。

其中，氨帶走熱量=氨量×尾氣溫度×氣氨比熱容=18.12×54.67×2.11 kJ/h=2 090.21 kJ/h。

粉塵帶走熱量=粉塵量×尾氣溫度×粉塵比熱容=13.94×54.67×1.42 kJ/h=1 082.18 kJ/h。

水蒸氣帶走熱量=水蒸氣量×尾氣溫度×水蒸氣比熱容=5 549.53×54.67×1.79 kJ/h=543 073.12 kJ/h。

干空氣帶走熱量= 干空氣量× 尾氣溫度×干空氣比熱容=54 836.66×54.67×1.005 kJ/h=3 012 909.80 kJ/h。

（5）根據(jù)熱量平衡，輸入熱量=輸出熱量，可計(jì)算得到熱損失Q=輸入總熱量-輸出總熱量= （1 335 229.69+2 358 713.73+980 286.25-3 559 155.31）kJ/h=1 115 074.36 kJ/h。

（6）節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算：若將排空尾氣帶走的熱量全部引入熱風(fēng)爐噴射風(fēng)機(jī)循環(huán)利用，1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤正常燃燒發(fā)熱量按29 270 kJ計(jì)，則每小時(shí)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤=3 559 155.31÷29 270 kg＝121.6 kg；每年減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗121.6×24×330 kg=963 072 kg。

3 結(jié)論與建議

（1）生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，主要污染物排放量繼續(xù)下降，有序推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和工作，促進(jìn)減污降碳協(xié)同增效，是磷復(fù)肥企業(yè)面臨的共同挑戰(zhàn)，合理利用尾氣，實(shí)現(xiàn)尾氣零排放是今后研究的主要方向。

（2）從工藝角度來看，在磷銨生產(chǎn)過程中將排放尾氣引入造粒干燥工序是可行的，且能更好的回收能源，減少能耗。以18萬t/a磷銨裝置計(jì)，每年可為企業(yè)節(jié)約標(biāo)煤963 t，減排尾氣63.9×24×330 t=506 088 t。

（3）磷復(fù)肥生產(chǎn)企業(yè)尾氣排放工藝基本接近，尾氣中的熱量都能實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，尾氣全部引入熱風(fēng)爐循環(huán)利用是基于熱風(fēng)爐進(jìn)風(fēng)量與尾氣排放量相一致的理想狀態(tài)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意引入熱風(fēng)爐的尾氣量與所需風(fēng)量是否一致。