粉体流换热器在磷酸二铵装置冷却系统中的应用

李飞阔，李 荣，杨 飞，张庆安

（1.武汉江汉化工设计有限公司 设计一部，湖北 武汉 430223；2.湖北六国化工股份有限公司，湖北 宜昌 443000）

湖北六国化工股份有限公司（以下简称公司）24万t/a磷酸二铵装置采用预中和+管式反应器氨化造粒、流化床冷却工艺，由于夏天环境湿度大、温度高，产品冷却不彻底，包装温度过高，导致在包装、贮存和运输过程中出现涨袋、颗粒板结、褪色、粉化等问题。2018年公司采用粉体流换热技术对冷却系统进行改进，目前装置运行状况良好，生产能力提高到30万t/a。

1 粉体流换热器概述及工作原理

粉体流换热器是一种广泛应用于冷却粉体、固体粒子的具有超高冷却效率的换热设备，由进料仓、传热板组及壳体、密相输送下料器、仪表和控制系统组成［1］（见图1）。

图1 粉体流换热器的结构组成

该设备本体属静置设备，其中进料段顶部进料口旁设置排气口、料位计口，侧部设有测温计；冷却段的传热板组由1组平行立式放置的传热板片组成，冷却板间距根据物料确定；出料段一般采用斜锥体形式，其中一侧装2个振动电机，利用变频器调整振动电机振动情况，以控制设备出料量。

粉体流换热器的工作原理（见图2）：物料在空心式传热板间，借助于重力的作用以满仓状态匀速缓慢下降，与传热板内的冷却水间接逆流换热，冷却器下部安装有变频震荡式密相输送下料器，根据出料温度来调节出料速率，使出口物料的温度均一［2］。

图2 粉体流换热器的工作原理

2 DAP装置冷却系统改造方案及运行情况

2.1 改造方案

拆除原有流化床冷却系统的相关设备：1 台空气除湿机，1 台功率75 kW、风量53 000 m3/h 的流化床鼓风机，1 台10 m2流化床冷却器，1 台直径1.0 m 的4 筒旋风除尘器，1 台功率110 kW、风量60 000 m3/h 的尾气风机；更换小流量尾气洗涤循环泵。

采用1台换热面积约460 m2、功率6 kW的粉体流换热器，增加1台流量50 m3/h、扬程80 m、功率22 kW的冷却循环水泵。利用现有硫酸装置清洁循环水作为冷却水，加压后由粉体流换热器下部进入，与热物料逆流换热后返回现有凉水塔。

为防止热物料进入设备时出现结露，采用1台28 kW的空气除湿机，1台风量35.81 m3/min、风压12 kPa、功率15 kW 的罗茨鼓风机，在进料箱上段物料进口下方设置空气吹扫，使下料仓处于微正压状态，尾气通过管道接入装置的收尘风管，洗涤后达标排放。

2.2 运行情况

1） 生产平稳可靠

改造后装置冷却系统可连续生产，不受环境温度、湿度影响。在不同下料段设置温度监测系统，通过控制冷却水流量及出料量，调整物料冷却过程中的温度分布，保证出料温度≤40 ℃（见表1）。

表1 改造前后主要指标对比

在粉体流换热器冷却过程中，环境空气与热物料隔绝，冷却后的物料w（H2O）比采用空气冷却情况下降低0.3～0.4个百分点，且这些水分主要集中在物料表面，减缓了盐桥形成和物料的结块，从而减少了包裹剂的用量。

2） 运行及维护费用降低

粉体流换热器主体结构没有运动部件，传热板安装在带有加强筋的高强度仓体内，仓体设置有带铰链的检修门，结构简单，便于维护保养。

改造后冷却系统的动设备减少，每小时用电量可降低180 kW · h，电费按0.72 元/（kW · h）计算，每年（8 000 h）可节省电费103.68万元。

3） 传热效率提高

传热板采用无垫片全焊工艺预设打压膨胀成均匀的波纹状或酒窝状，流体在板内形成高度湍流，极大地提高了传热系数，冷却系统的处理能力提高20%，并能有效减缓换热器表面结垢。

4） 改善操作环境

冷却过程中采用全密闭操作，尾气排放量由原来的60 000 m3/h 降至2 150 m3/h，极大地减轻了尾气洗涤系统的生产负荷，污染物排放量降至改造前的3.6%。

3 结语

粉体流换热器冷却系统相比流化床冷却系统而言，具有节能、环保、高效、故障率低、占地面积小、自动化程度高等优点。

在固体颗粒冷却系统中，采用粉体流换热器冷却技术优势明显，具有良好的经济效益和社会效益，在磷复肥行业面临节能减排的压力之下，在传统流化床和转鼓冷却系统的技改中有较大的推广价值。