新型转轮除湿技术在五氧化二磷装置中的应用

方竹堃

(1. 云南磷化集团有限公司，云南 昆明 650600;2. 云南省磷化工节能与新材料重点实验室，云南 昆明 650600)

“碳达峰、碳中和”是我国的重大战略决策，已纳入生态文明建设整体布局，是推动经济社会绿色转型和系统性的深刻变革。“双碳”是推动经济高质量发展和生态文明建设的重要抓手，是参与全球治理和坚持多边主义的重要领域。持续提高能源利用效率，推动绿色低碳循环发展，企业扮演者重要角色，同时也是现代企业生存发展的必由之路。作为企业也不断在进行创新发展，利用新技术、新材料、新工艺进行各种节能降耗治理和改造。

在常规五氧化二磷装置中，一直使用的是空气压缩干燥工艺，但设备装机容量较大，耗电量占产品总电力消耗的85%以上，增加了产品成本；设备故障率较高，维护成本较大，存在较大挖潜改造空间。

1 常用的除湿方法

空气的除湿方法有很多种，按工作原理可分为三大类，即加热通风除湿、冷冻除湿和吸湿剂除湿。

1.1 加热通风除湿

加热通风除湿是通过加热空气的办法，使其相对湿度Φ值降低。应用这种方法除湿，投资少，运行费用低，但只能降低相对湿度，而不能降低空气中水蒸汽的含量，故难以确保除湿效果。

1.2 冷冻除湿

冷冻除湿是利用制冷设备，把被处理空气的温度降低到它的露点温度以下，从而除掉空气中的水分。这种方法的优点是除湿性能稳定可靠，可连续除湿，且管理方便；缺点是初期投资费用高，机器运转噪声大。冷冻除湿机适于在空气干球温度为 15～35 ℃，相对湿度为50%以上的条件下工作，而不宜在空气露点温度为 4 ℃ 以下的场合使用。

1.3 吸湿剂除湿

吸湿剂处理空气的过程，是利用吸湿剂直接吸收空气中的水蒸汽，从而实现空气除湿。常用的吸湿剂有两大类，一类是固体吸湿剂，如硅酸盐、氯化锂、分子筛等；另一类是液体吸湿剂，如氯化锂溶液、氯化钙溶液等。转轮除湿机正是利用固体吸湿剂吸收空气中的水分，从而达到空气除湿的目的。

2 新型转轮除湿技术

2.1 空气处理的除湿原理

它采用蜂窝式结构的除湿转轮，电机每小时使除湿旋转10次，连续重复吸湿再生动作，从而提供干燥空气。空气中的水分在吸湿区被除掉后，鼓风机将干燥后的空气送入室内。吸收了水分的转轮移动到再生区，最后从逆方向送入的再生用空气将去除水分，使转轮继续工作。

2.2 冷却除湿原理

因为空气在不同的温度下，空气中的水分会随着温度的下降而变小。当室外空气通过新风表冷器时，空气被表冷盘管冷却降温，空气随着温度的降低，空气中的水蒸汽逐渐凝结，同时达到饱和状态；当未饱和空气继续降低时，空气中的水蒸汽变成凝结水，空气中的含水量会下降，最终实现了除湿过程。

2.3 吸附式除湿原理

除湿转轮在除湿段内部为处理区域和再生区域，转轮以 8 r/h 的速度旋转，从而保证整个除湿为一个连续的过程。当空气通处理区域的时候，水蒸汽被转轮中的吸湿介质所吸附，同时发生相变，最终释放出潜热，转轮吸湿了一定的水份而逐渐趋向饱和状态。

通用型除湿机是标准型空气除湿模块，可作为单元除湿设备独立运行，也可作为空气除湿模块加入空调机组或其他空气系统。通用型除湿机结构简单，运行可靠，除湿量大，是各种环境理想的除湿设备，其中吸附式除湿机工作原理见图1。

图1 吸附式除湿机工作原理图

表1 吸附式除湿机工作参数

3 选用新型转轮除湿技术与装置的适应性分析

五氧化二磷生产工艺二次空气(燃烧空气)由SWT315-8型干螺杆式空气压缩机及TJFH-50型组合式压缩空气干燥机制备，每分钟处理量为 50 m3，常压露点≤-60 ℃。生产工艺对二次空气的流量及露点有较高要求，但对空气压力要求并不高，在实际生产过程中空气压力一般控制在3～5 kPa 范围内。而空压机组大量能耗是消耗在空气的压缩上(0.7 MPa)，经压缩后的空气仍需进行减压至3～5 kPa 范围内。五氧化二磷生产是以空气为反应原料气，由于生产特性决定，需要做脱水处理。按设计指标，空气含水量应小于 0.029 g/m3(露点-50℃)。采用空气压缩冷冻除湿干燥工艺，实际运行控制在 0.0019 g/m3(露点-70 ℃)左右。

转轮除湿最大的优点是在保障气量及露点的前提下，对压力要求不高，可根据生产工艺要求进行配置，最大能耗为再生。采用的新型转轮除湿技术将转轮除湿区由传统的270°扩大至目前315°，使得除湿面积更大，除湿能力比传统的高出25%～30%。由于除湿区的扩大，再生区由传统的90°缩小至45°，再生区利用刚转出再生区且带有大量蓄热的区域对转轮进行预再生，使得转入吸湿区域充分冷却。再生区分隔成四个分别不同角度的区域，使得再生更彻底。这样所需再生风量就会大大降低，只需传统再生风量的30%，从而比传统工艺节省再生能耗50%以上。

随着五氧化二磷生产装置及产能的增加，提升产品品质、降低生产成本成为了挖潜增效的关键。为此，稳定生产工艺，减少电能消耗，提高生产效率，实施转轮除湿机替代二次空气压缩机组技术改造是实现挖潜增效目标的最佳方式。

4 技术分析

4.1 工艺条件要求

新型转轮除湿技术工艺条件如表2。

表2 新型转轮除湿技术工艺条件

4.2 外气条件(按本地区三年较恶劣气候的参考值)

干球温度：35 ℃。相对湿度：70%。焓值：100 kJ/kg 干空气。绝对含湿量为 25.2 g/kg 干空气。

4.3 除湿计算

1)已知总送风量为：4000 m3/h，全新风处理。

2)技术要求

送风温度≤35 ℃，露点(dp)≤-60 ℃，绝对含湿量 0.01 g/kg 干空气，出口余压≥3000 Pa。

3)风量匹配

总送风量：4000 m3/h(全新风)；新风1(送风)：4000 m3/h；新风2(再生冷却):1000 m3/h；回风： 0 m3/h；总新风量：4000+1000=5000 m3/h ；除湿风量：5000 m3/h。

4)湿负荷

新风：W新=G×ρ×△d/1000=4000×1.13×(25.2-0.01)/1000=113.8 kg/h

其中，△d=(d外气-d送风)=g/kg干空气

5)冷负荷

Q1(PC1)=G新×ρ×△i/3600=5000×1.27×(100-18)/3600=145 kW

6)再生热负荷

D1=G再生×ρ×C×△t/3600=1500×1.2×1.01×(140-55)/3600=43 kW

需方提供0.5～0.6 MPa 蒸汽 80 kg/h。

5 设备主要技术参数

根据工艺条件，选用型号为ZHS1220SDP-4000G超低露点除湿机组一套，除湿轮采用进口除湿轮，能多次清洗，使用寿命长。机组技术参数如表3。

表3 机组技术参数

6 应用效果

采用转轮除湿技术,可将空气含水量控制在 0.01 g/m3(露点-60 ℃)以下。该指标已经优于五氧化二磷装置空气湿度的设计指标 0.029 g/m3(露点-50 ℃)，满足设计和生产需求，且设备运行稳定、可靠，维护成本较低。

通过改造后，以年产4000吨五氧化二磷装置计，设备装机容量由原来的 340 kW 大幅下降至 67 kW，每年节约电耗约153万kWh，具有较好的节能效果。