100kt/a萃取磷酸料浆过滤真空系统的节能改造

沙德宏，翁志卫

(1.江苏瑞和化肥有限公司，江苏 泰兴 225442；2.泰兴市盛远静电除尘设备有限公司，江苏 泰兴 225400)

100kt/a萃取磷酸料浆过滤真空系统的节能改造

沙德宏1，翁志卫2

(1.江苏瑞和化肥有限公司，江苏 泰兴 225442；2.泰兴市盛远静电除尘设备有限公司，江苏 泰兴 225400)

针对萃取磷酸料浆过滤真空系统在生产中存在的能源浪费问题，采取了利用萃取磷酸料浆过滤真空气体产生的热能供给冲盘洗水加热，降低动力消耗的节能改造措施，总结了改造后的技术经济效果，取得的年经济效益超过540万元。该工艺流程简单、操作维护方便，实现了节能减排、减少环境污染、降低生产成本的目标。

萃取磷酸；过滤；真空系统；改造

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.015

湿法磷酸是用硫酸和磷矿石在一定的工艺条件下反应生成萃取磷酸料浆再经过滤而生产的。硫酸和磷矿石在反应过程中产生大量的反应热，如果采用真空闪蒸冷却工艺萃取磷酸料浆，则其温度一般在85℃以上；如果不采用真空闪蒸冷却工艺萃取磷酸料浆，则其温度一般在95℃以上。通常萃取磷酸料浆经过滤机过滤后得成品磷酸、洗液和磷石膏，过滤过程中所用的洗液和冲洗滤盘及滤布的热水温度也都在80℃以上。而过滤真空系统中温度达到75℃以上的带沫气体，一般通过气液分离器进行气、液分离后，经大气冷凝器用常温水冷凝，再由水环真空泵引出排空。一方面要用新蒸汽加热常温水至80℃以上作冲盘洗水用；另一方面，冷凝后的污水要经冷却塔冷却及环保处理后才能实现部分循环使用、排放，为减轻对水环真空泵的腐蚀，水环真空泵的工作用水为原水。这一过程不但存在着动力和热能消耗的问题，而且污水、废气等会造成环境污染。

1 存在的问题

江苏瑞和化肥有限公司100kt/a湿法磷酸装置，采用多格方槽二水法生产工艺，萃取磷酸料浆温度在95℃以上，过滤采用转台过滤机。改造前过滤真空系统工艺流程见图1，萃取磷酸料浆经转台过滤机过滤，产生的高温气体由错气盘进入气液分离器进行气、液分离，分离后的气体经大气冷凝器冷凝，由水环真空泵抽出排空，分离液进入分离收集槽，由分离液下泵送至转台过滤机回收用作洗液，冷凝液经冷却塔冷却后部分循环使用，部分经中和处理后排放。所需冲盘洗水，是当在热水槽中用新蒸汽加热其他工艺污水达到80℃以上后，由热水泵送至转台过滤机。该过滤工艺真空系统所产生的废气、污水及能量消耗分析如下。

图1 改造前过滤真空系统工艺流程示意

1.1 真空系统废气量

设转台过滤机工作时真空系统过滤废气总量为V，则：

V=V1S

(1)

式中，V1为过滤机操作真空系统通气量，一般为110～120m3/(h·m2)，取120m3/(h·m2)；S为过滤机的有效面积，80m2。

V=120×80=9 600m3/h

1.2 污水量

设过滤真空系统废气中的含液质量为qm1，则：

qm1=V/γ

(2)

式中，γ为气体的比体积，在75℃时为3.993 9m3/kg。

qm1=(9 600/3.993 9)=2 403.67kg/h

设直空废气中的含热能量为Q0，则：

Q0=Qm1μ

(3)

式中，μ为气体比焓，在75℃时为2 636.1kJ/kg。

Q0=(2 403.67×2 636.1)

=6 336 314.49 kJ/h

因真空气体需通过大气冷凝器用水冷凝后由水环真空泵排出，设大气冷凝器出水温度为t1，则：

t1=K1·(t0-t2)+t2

(4)

式中，K1为系数，取0.85；t0为真空气体温度，实测75℃；t2为循环水温度，取30℃。t1=[0.85 ×(75-30)+30]℃=68.25℃。

设大气冷凝器需用循环水质量流量为qm2，则：

qm2=Q0/c·(t1-t2)

(5)

式中，c为水的比热容，取4.186 8kJ/(kg·℃)。

qm2=6 336 314.9/4.186 8×(59.75-30)

=50 870.08kg/h

水环真空泵工作负压在0.05MPa时，根据该泵的性能曲线图查得工作水质量为16 600kg/h。水环真空泵排出污水总质量为(16 600+2 403.67)kg/h=19 003.67kg/h。

所以，真空系统产生的污水总质量为(50 870.08+19 003.67)kg/h=69 873.75kg/h。就过滤系统而言，这些污水是可以消化部分，但磷铵装置其他较严重的工艺污水则难以得到平衡。因此，在正常生产时，水循环系统的部分污水经中和处理后需要排放，排放的污水量就是水环真空泵排出的污水量。

1.3 消耗的动力

分离液下泵配套功率3kW，水环真空泵配套功率220kW，冷却塔配套功率5.5kW，一级循环泵配套功率11kW，二级循环泵配套功率15kW，中和处理配套功率7.5kW，合计消耗动力262kW。

1.4 消耗的新蒸汽

每小时产w(P2O5)22%的稀磷酸约63t，其水量49.14t。一般情况下，冲盘冼水温度在80℃以上，有利于减少杂质在滤布和滤盘上粘结量。

设过滤冲盘冼水量qm3=50 000kg/h，水温由20℃升到80℃，每小时需消耗热能为Q1，则：

Q1=qm3×c×(t3-t2)

(6)

式中，t3为热水温度，取80℃。

Q1=[50 000 ×(80-20)× 4.186 8 ]

=12 560 400kJ

设每小时消耗的新蒸汽量为B，则：

B=Q4/ρ

(7)

式中，ρ为蒸汽单位耗能工质耗能量，取3 763 000kJ/t。

B=(12 560 400/3 763 000)=3.338t

2 改造的措施

针对100kt/a湿法磷酸装置萃取磷酸料浆过滤真空系统存在的能量消耗高、环境污染重等不足，江苏瑞和化肥有限公司采取了以下节能减排改造措施。

2.1 工艺流程

改造后的过滤真空系统工艺流程示意见图2。温度在95℃以上的萃取磷酸料浆经转台过滤机过滤后，产生的高温气体由错气盘进入气液分离器进行气、液分离，分离液进入分离收集槽，然后溢流到热水槽作为洗水回收利用。除沫后的75℃以上气体经气体机械压缩机压缩(气体机械压缩机做功动能转变成热能)变成85℃以上气体后送至热水槽，对热水槽中的工艺污水直接加热，并把工艺污水加热到80℃以上，然后由热水泵送至转台过滤机对滤盘和滤布进行冲洗。

图2 改造后过滤真空系统工艺流程示意

2.2 主要设备

气体机械压缩机是热能回收利用的关键设备。它将低压(或低温)的气体加压升温，以达到工艺生产所需温度和压力的要求。气体由吸气室进入，通过高速旋转叶轮对气体做功，使气体的压力、温度和气速都提高了，然后使气体进入扩压器，把气体的速度能转换为压力能。此次改造选用单级离心压缩机，主要由位于轴自由端的叶轮、蜗壳、增速箱、轴承箱和润滑系统、电动机驱动系统、安全监测系统、自动控制系统等组成。由于气体具有腐蚀性，故所选气体机械压缩机主体材质为316L，性能参数为：进口压力57.88kPa，进口温度85℃，出口压力400kPa，出口温度151℃。

2.3 能量利用

所选气体机械压缩机的功率为200kW，可转变成热能Q2，则：

Q2=K2Pσ

(8)

式中，K2为气体机械压缩机效率系数，取0.95；σ为电力单位耗能工质耗能量，取3 600kJ/(kW·h)。

Q1=(0.95×200×3 600)=684 000kJ/h

经压缩后气体总热能量为Q，则：

Q=Q0+Q1=(6 336 314.49+684 000)

=7 020 314.49kJ/h

总热量可用来把常温水量qm4加热至80℃以上，加热的热水用作冲盘洗水，则：

qm4=Q/C·(t3-t2)

=7 020 314.49/[4.186 8×(80-20)]

=27 946.22kg/h

3 技术经济分析

3.1 减少了动力消耗

真空系统改造后，动力消耗减少了262-200=62kW，全年节电[62×8 000(年运行时间，h)] =496 000kW·h，取得年经济效益[496 000×0.73(电价，元/kW·h)]=322 400元，相当于年节标准煤[49.6×2.828(等价折标准煤系数，t/万kW·h)]=140.27t。

3.2 降低了新蒸汽消耗

由于真空气体的热能和气体机械压缩机的动能全部被利用，相当于节约蒸汽(7 020 314.49/3 763 000)=1.866t/h，将把常温水加热至80℃以上的热水用作冲盘洗水的新蒸汽，消耗降为(3.338-1.866)=1.472t/h，取得年经济效益[1.886×210(新蒸汽价，元/t)×8 000]=3 134 880元，相当于年节标准煤[1.866×0.128 6(折标准煤系数，kgce/kg)×8 000] =1919.74t。

3.3 杜绝了水消耗

此次改造，用气体机械压缩机替代水环真空泵，没有了水环真空泵排出的污水，加之水处理设施的水损失，共计减排污水22t/h，全年减排污水(22×8 000)=176 000t，取得年经济效益[176 000×1.36(水价，元/t)]元=239 360元，相当于年节标准煤[176 000×0.085 7(折标准煤系数，kg/t)]=15 083.2kg。

3.4 减少了污染气体排放

由于能量的合理利用，共计年节标准煤(140.27+2 058.1+15.08)t=2 213.45t，相当于年减少燃煤排放CO25 422.95t、SO2166.08t、NOx83.04t。

3.5 经济效益

节省污水中和处理费用近80 000元/a、设备维护费用近150 000元/a，共取得经济效益(322 400+3 134 880+239 360+80 000+150 000)=3 926 640元/a。

4 结语

将硫酸与磷矿石反应生成萃取磷酸料浆，过滤时真空气体的热能供给冲盘洗水加热，减少洗水加热时的蒸汽消耗达60%，有效降低了常温水加热变成热水时的燃煤资源浪费和环境污染问题。用气体机械压缩机代替水环真空泵，利用动力做功，使动能转变成热能，解决了使用水环真空泵造成的动力浪费。不需要用常温水对真空气体进行降温，省去了冷却水循环处理系统，无污水产生，避免了废气、污水等污染。该工艺流程简单、投资少、占用面积小、生产控制方便，节水、节电、节能效果显著，确保了磷酸生产中污水的零排放。据统计，目前我国湿法磷酸产量达1 550万t/a，该节能技术的应用将实现年节标准煤34万t以上，年节水2 700万t以上，因此值得同行借鉴。

[1]沙德宏，等.一种利用高温料浆过滤汽体热能的装置：中国，ZL201520059567.6[P]，2015-07-08.

修改稿日期： 2017-04-01

Energy-saving Modification of 100k/a Extraction Phosphoric Acid Slurry Filter Vacuum System

SHA De-hong1，WENG Zhi-wei2

(1.JiangsuRuiheFertilizerCo.，Ltd.，TaixingJiangsu225442，China；2.TaixingShengyuanElectrostaticDustRemovalEquipmentCo.，Ltd.，TaixingJiangsu225400，China)

The phosphoric acid slurry extraction filtration vacuum system has a denouncing problem of energy waste.Therefore，this research adopts the method of recycling the thermal energy produced by the vacuum gas as the energy saving measure to decrease power consumption.This essay summarizes the technic and economic effect after the modification which gains economic benefits of more than 5.4 million Yuan/a.This process is simple and easy in operation and maintenance，which hits the targets of energy saving，emission reducing，less environmental pollution and lower production cost.

Extraction phosphoric acid；filtration；vacuum system；modification

沙德宏(1966年—)，男，江苏东台人，2009年毕业于江苏行政管理学院经济管理专业，硕士，高级工程师，现任江苏瑞和化肥有限公司副总经理，主要从事生产设备和技术管理工作。

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.02.015

TQ126.35

B

1004-8901(2017)02-0053-03