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六偏磷酸钠尾气废热回收系统设计与应用

发布于：2022-11-01 14:11:01 来自：环保工程/节能技术 1 8 [复制转发]

摘要：六偏磷酸钠尾气温度较高 , 所含成分复杂 , 杂质含量高、腐蚀性强。为回收其中的热量 , 设计采用余热锅炉与列管式换热器进行二次换热 , 产生蒸汽与高温热水提供给其他生产装置使用。该系统投入运行以来 , 运行正常 , 系统废热回收效果良好 , 整套系统蒸汽产量约 5 t/h （ 0.4MPa ）。该系统的成功运行 , 表明对复杂成分的高温废气回收做出针对性设计 , 回收利用是完全可行的 , 是企业发展循环经济 , 节能、减排、增效的有效途径。

六偏磷酸钠由磷酸二氢钠加热脱水熔聚，再经骤冷而得到的透明玻璃状粉末或鳞片状固体。熔聚炉内温度高于 750 ℃，放空尾气温度 350 — 450 ℃。以下介绍某公司 2 万 t/a 六偏磷酸钠尾气废热回收利用系统的设计与应用。

1、六偏磷酸钠生产尾气的特性

尾气的流量单台 18000 — 25000m³/h ，公司生产线共有 4 台；尾气温度 350 — 450 ℃。黄磷尾气通过加压输送至六偏磷酸钠熔聚炉燃烧，使六偏磷酸钠料浆（磷酸二氢钠液）在熔聚炉内脱水熔聚，所产生的的尾气构成复杂。尾气成分构成如下：氮气约 50% 、二氧化碳约 40% 、水约 7% 、腐蚀性气体（ HF ， SO₂ ， P₂O₅ 等） 5% 、其他 5% ，其中还夹带一定量的六偏磷酸钠料液。

尾气特性：尾气在高温（≥ 300 ℃）条件下腐蚀性较弱，即尾气中的酸性腐蚀性气体在该状况下仍以气态存在。当尾气温度小于 200 ℃，由于尾气水蒸气含量较大，易结露，造成尾气中的腐蚀性气体溶解于小液滴中，导致尾气在该温度下腐蚀性强。同事在液滴中含六偏磷酸钠料浆，也易结垢于管壁，且该垢难于清除。

2、六偏磷酸钠尾气废热回收系统设计

针对尾气的上述特点，在设计中不仅需要考虑换热装置热回收率，同时兼顾尾气的腐蚀性、易结垢性对设备性能及寿命的影响，设计采用 2 级热交换以兼顾解决以上问题。一级换热设备中尾气温降约 150 ℃，即尾气温度约从 400 ℃降至 250 ℃后，再进入二级换热装置；二级换热装置位列管换热器，再将尾气从约 250 ℃降至 150 ℃，经引风机排空。

由于气体的腐蚀性强，利用不锈钢材质普通余热锅炉，在使用过程中出现局部温度高造成腐蚀量过大或局部露点腐蚀严重，易造成整套余热锅炉报废，严重的会造成安全事故。故再该设计中采用热管式余热锅炉，翅片管两端密封，内注入高效传热介质；密封性能好，水蒸气与废热资源之间有双重隔离，完全不会泄露，即使个别翅片管完全腐蚀，也不影响整台余热锅炉的安全运行。热管余热锅炉兼有水、火管锅炉二者的优点，却避开了二者的弱点。保证了锅炉（特种设备）在特殊工况下的安全运行。

如采用余热锅炉一次性换热，使尾气温度从 400 ℃降至 150 ℃，则锅炉翅片上很容易被冷凝的料浆结构，堵塞翅片，设备换热效率骤降。故设计尾气经过热管余热锅炉换热后保证尾气出口温度大于 250 ℃，这样确保了余热锅炉内翅片管的不结露、不结垢，既保证换热效率，也保证使用寿命。

一级换热后尾气温度仍高达 250 ℃，设计了垂直安装列管换热器进行二次换热。循环热水走翅程，尾气走管程。为保证废热回收率，设计尾气出口温度为 150 ℃以下。当尾气温度在 150 ℃以下的条件下，容易在设备结露、结垢，故经换热器设计为垂直安装，使尾气在垂直管程中结垢后容易被结露的液滴洗刷落入位于列管下的沉降槽中，使得列管换热器有了自洁功能，整个装置始终保护在清洁的工况下，保证列管换热效率。

经设计换热系统将产生两种热源：

1）热管余热锅炉生产的蒸汽（0.4MPa）；

2）列管换热器生产的高温热水（90—110℃）。

蒸汽将可直接用于系统中的各种需要加热或保温的装置，如六偏磷酸钠中的反应釜、料浆储槽保温、料浆管线及过滤设备保温等。而从装置及工艺的兼容性考虑，将系统中部分装置采用列管换热器高温热水保温即可对高温热水加以利用。如 300t 黄磷储槽即可采用高温热水保温。犹豫黄磷储槽内蒸汽盘管组数较多（ 6 组），盘管管径大（φ 57mm ），将盘管串联入列管循环热水系统中即可满足工艺需求。同时将产生的高温热水经锅炉给水泵向热管余热锅炉供水，另同时将富有高温热水为锅炉房其他锅炉提供高温热水（ 90 — 110 ℃），使其他锅炉提高蒸汽产率及节约燃料。设计废热回收系统工艺流程见图 1 、

主要设备简介：

1）热管余热锅炉主要参数（单台）：

外观尺寸： 3500mm × 1500mm × 3000mm

材质：与尾气接触部分全部采用1Cr18Ni9Ti ，其余采用16MnR ； （题外：我公司建议烟气接触部分，热管和壳体采用低于304材质的不锈钢，就是普通的不锈钢（SUS321），价格低）

翅片管：φ 32mm × 3.5mm ，翅片厚度 2mm ，翅高 15mm ，翅距 15mm ；

管数： 380 根；

管长： 1500mm — 2000mm （共 4 台）

2）列管换热器主要参数（单台）：

换热面积 95m² ；

风道截面积 0.377m² ；

换热管数（ 10m/ 根）： 19 根

换热管：φ 159mm × 5mm ；

材质：与尾气接触部分全部采用 1Cr18Ni9Ti ，其余采用 16MnR （共 4 台）。

3 ）锅炉给水泵（单台）：流量 2m³/h ，压力 1.2MPa （共 4 台）。

4 ）循环热水泵：流量 50m³/h ，扬程 0.4MPa （共 2 台）。

3、应用情况

该系统投运后，迄今运行正常，系统废热回收效果良好。经过测试热管余热锅炉蒸汽产量约为 3t/h （ 0.4MPa ），同时提供热水对系统其他装置保温（黄磷储槽等），并满足其他锅炉的补水，提高了其他锅炉的蒸汽产率及节约了燃料。经折算，整套体统蒸汽产量约 5t/h （ 0.4MPa ）。该系统的成功运行，表明对复杂成分的高温废气回收做出针对性的设计，回收利用是完全可行的，余热回收有利可图。

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