空气加热器在磷复肥装置干燥系统上的应用

杨林台，马克猛，刘 辉

（1. 云南云天化云峰化工有限公司，云南 宣威 655426；2. 云南云天化股份有限公司安环监督部，云南 昆明 650228）

1 磷复肥装置干燥系统简介

大中型磷复肥生产装置大部分采用造粒→干燥→筛分与破碎→冷却与包裹流程。出造粒机的物料w（H2O）约为3%，与热炉气并流进入干燥机中，两者直接接触，物料中的水蒸发被热炉气带走，w（H2O）降至1%左右。

云南云天化云峰化工有限公司（以下简称公司）拥有30 万t/a 多功能复合肥装置1 套、10 万t/a NPK复合肥装置2套，产品干燥所用燃气均为天然气。干燥系统工艺流程为：天然气在热风炉中直接燃烧，将风机送入的室温空气加热至所需温度后送到干燥机中，干燥进入干燥机的湿物料，尾气经过洗涤达标后从烟囱排出（如图1所示）。

图1 公司复合肥装置干燥系统工艺流程

该工艺要将室温空气直接加热到350 ℃左右，需消耗大量的天然气，天然气燃烧过程中会排放出二氧化碳和水蒸气，不仅增加了碳排放量，同时水蒸气使热炉气湿含量增加，影响产品防结块性能。公司拥有2 套30 万t/a 硫黄制酸装置（带低温热回收系统（HRS）），自产中压蒸汽和低压蒸汽，而且蒸汽富余。

2 空气加热器选型

为降低天然气单耗，结合公司实际情况，可以利用富余的蒸汽通过空气加热器对进入热风炉的空气进行预加热。

空气加热器属管翅式换热器，工作原理是热介质与空气在换热器中换热，达到加热空气的目的。空气换热器通过加装翅片达到强化传热的目的，所以结构紧凑，热利用率高。热介质可以是蒸汽，也可用导热油，结合公司实际情况，选用蒸汽作为热介质。

2.1 基本计算条件

蒸汽压力为0.8～1.0 MPa，温度为170 ℃。2台风机风量分别为53 966、32 970 m3/h，空气从常温20 ℃加热到120 ℃，冷凝水排出温度90 ℃以下。蒸汽换热件采用304不锈钢管轧铝翅片制作，传热系数30 W/（m2·℃），换热效率90%；外壳体采用Q235材质制作。

2.2 空气加热器计算

1） 30万t/a多功能复合肥装置

实际风机风量按照50 000 m3/h计，加热空气需要热量：

Q1=1×50000×1.293×（120-20）kJ/h=6.47×106kJ/h。

空气加热器换热效率为90%，则需提供的热量：

Q2=6.47×106kJ/h÷90%=7.19×106kJ/h。

空气加热器需传热面积：

A=Q2/KΔt=7.19×106/（30×3.6×59.4）m2=1 121m2。

实际面积：1 121×1.2 m2=1 345 m2。

消耗蒸汽量：

m=7.19×106kJ/h÷2 369 kJ/kg=3 035 kg/h。

2） 10万t/a NPK装置

实际风机风量按照30 000 m3/h计，加热空气需要热量：

Q1=1×30000×1.293×（120-20）kJ/h=3.88×106kJ/h。

空气加热器换热效率90%，需提供的热量：

Q2=3.88×106kJ/h÷90%=4.31×106kJ/h。

空气加热器传热系数30 W/（m2·℃），所需传热面积：

A=Q2/KΔt=4.31×106÷（30×3.6×59.4）m2=672 m2。

实际面积：672×1.2 m2=806 m2。

消耗蒸汽量：

4.31×106kJ/h÷2 369 kJ/kg=1 819 kg/h。

3 空气加热器在装置上的应用

3.1 改造

在风机和热风炉之间增加1台空气加热器，换热形式采用逆流，冷凝液回收利用。改造后工艺流程见图2。

图2 改造后干燥系统工艺流程

3.2 改造效果

改造后，天然气总消耗量降低了约400 m3/h，而且降低了热炉气的含湿量，干燥机出口物料的水含量降低，降低了产品结块的风险。

每小时使用蒸汽6.7 t，可以减少天然气用量400 m3/h，每年可以节约费用360万元。天然气用量减少288万m3/a，每年可以减少二氧化碳排放5 680 t。

4 结束语

利用空气加热器降低燃气消耗是可行的，不但每年可以降低成本360万元，减少二氧化碳排放5 680 t，而且降低了热炉气的水含量，可以降低产品结块的风险。因此，对于蒸汽富余的磷复肥企业来说很有改造的必要。