梁玉明,趙樹紅,吳家偉
(云南云天化股份有限公司紅磷分公司,云南 開遠 661600)
云南云天化股份有限公司紅磷分公司共有五套磷酸濃縮裝置,設(shè)計產(chǎn)能45 萬t,是公司的能源消耗大戶,對磷酸濃縮裝置進行優(yōu)化控制及節(jié)能技術(shù)研究,降低能源消耗,對企業(yè)降本增效具有重要的意義。
常壓下P2O5含量為22.5%的純磷酸溶液沸點為120℃左右,含雜質(zhì)后將更高,若在如此高的溫度下進行濃縮,對設(shè)備的腐蝕較嚴(yán)重,以至無法進行生產(chǎn),而在真空條件下,磷酸溶液的沸點可以降低到80℃左右,故磷酸濃縮一般采取真空蒸發(fā)工藝。從氟吸收系統(tǒng)出來的氣體基本上是可凝氣體,在大氣冷凝器中被大量循環(huán)上水冷凝成水,從而形成真空。
磷酸廠10 萬t/年濃縮I 大氣冷凝器冷卻水約1900m3/h,由三臺冷水泵(2 開1 備)打至18m 高的大氣冷凝器,冷卻可凝性氣體后流至0 平面液封槽并溢流到熱水池,再由三臺熱水泵打到+3.5m 的冷卻塔進行冷卻,循環(huán)過程中大量勢能損失。
(1)閃蒸室(V-2301)中蒸發(fā)出的大量水蒸氣、含氟氣體及不凝性氣體等,先經(jīng)過除沫器(V-2302)進行氣液分離,分離出氣體夾帶的少量磷酸,自流進入循環(huán)回路;之后氣體進入第一氟吸收塔(T-2301),經(jīng)過第一氟吸收循環(huán)泵(P-2304)輸送的循環(huán)液洗滌后,氣體通過氣相管進入第二氟吸收塔(T-2302),塔內(nèi)氣體再經(jīng)過第二氟吸收循環(huán)泵(P-2305)輸送的循環(huán)洗滌液洗滌。氣相中的氟化物以氟硅酸溶液的形式回收,第一氟吸收塔內(nèi)循環(huán)液濃度由補充進入第二氟吸收循環(huán)泵進口的循環(huán)水量控制。第二氟吸收塔(T-2302)的循環(huán)液通過高位溢流至第一氟吸收塔(T-2301)內(nèi)來補充第一氟吸收塔的循環(huán)液,當(dāng)?shù)谝环账?nèi)的循環(huán)液氟硅酸濃度達到10%~13%后,由第一氟吸收循環(huán)泵(P-2304)的出口副線送往氟硅酸鈉生產(chǎn)裝置。
(2)出第二氟吸收塔(T-2302)的氣體主要是水蒸氣、少量氟化物和不可凝氣體,混合進入大氣冷凝器(T-2303)經(jīng)大量冷卻水噴淋冷卻,水蒸氣被冷凝成水,通過位差作用自流至冷凝液封槽(V-2305),少量不凝性氣體由真空泵抽出。這樣使系統(tǒng)內(nèi)氣體的體積突然縮小,從而在系統(tǒng)內(nèi)形成真空。循環(huán)水由冷凝液封槽(V-2305)溢流進入熱水池,由熱水泵輸送至冷卻塔噴淋,經(jīng)冷卻風(fēng)扇抽風(fēng)冷卻后流入冷水池內(nèi),由冷水泵送入大氣冷凝器(T-2303 )循環(huán)使用。工藝流程如圖1 所示。
圖1
3.2.1壓差計算
真空度水柱H1=-P/ρg=-(89.34-12.4)/1.0×9.8=7.85m(云南開遠平均大氣壓89.34kPa);
冷卻塔噴水口高度H2=3.5m;
大氣冷凝器底部高度H=18m;
高差ΔH=H-(H1+H2)=6.65m。
3.2.2流速計算
Q=1900m3/h,74 個 噴 頭, 流 量26m3/h, 流 速Q(mào)1=vπR2=1.4m/s。
3.2.3噴頭差壓核算
ΔP=1.197Kpa 約1.2m 水柱。
3.2.4計算結(jié)果
從計算結(jié)果看,壓差為6.65m 水柱,采用直接溢流能滿足生產(chǎn)工藝要求。噴頭流速1.4m/s 能滿足流量要求,核算噴頭處壓差1.2m 水柱就能滿足。
(1)在+6.3m 樓面增加一個Φ2000×4500 的液封槽,進行汽水分離后,熱水從+9.4m 由一條DN600 管道溢流到冷卻塔A/B 室冷卻,如果溢流不完,由熱水泵根據(jù)液自動調(diào)節(jié)。為防止漫槽,增加一條DN500 的管道直接溢流到冷卻塔。如圖2 所示。
圖2
(2)冷水泵由原來3 臺泵改為1 臺泵。
(3)補充工藝水直接加到冷卻水池內(nèi)。
(4)新裝管道采用高分子乙烯管。
(1) 本 技 改 拆 除75kW 電 機3 臺,年 節(jié) 電225×24×330×0.9=1603800kWh,按0.4 元/kWh 計算,年可以節(jié)約電費641520 元(如果增加管道加壓泵,投資費用33.8 萬元,可6 個月收回投資)。
(2)停用3 臺熱水泵后年節(jié)約設(shè)備修理費用約10 萬元。
(3)減少設(shè)備意味著減少故障,提高裝置運轉(zhuǎn)率。
(4)本技改實施后,每年可為公司節(jié)約費用741520 元。投資小,收益大。
(1)本技改為節(jié)能技改,實施后將節(jié)約電費641520 元/年,具有較好經(jīng)濟效益。
(2)本方案技改成功后,對公司6 萬t/年濃縮裝置、8.4 萬t/年濃縮裝置、8.5 萬t/年濃縮裝置、20 萬t/年磷酸裝置進行推廣應(yīng)用。每年節(jié)電600 萬kWh,并降低設(shè)備維護檢修費用大約50 萬元/年。