大型磷复肥企业蒸汽冷凝水低温热能回收技术研究

雷银贵，何春云，张 燕

(云南云天化红磷化工有限公司，云南 开远 661600)

蒸汽是磷复肥企业生产过程中常用的热源，其在各用汽设备中释放冷凝潜热后产生冷凝水，而蒸汽热量约有20%存在于冷凝水中。随着国家对节能降耗政策的持续推进，如何高效利用能源，降低能源成本成为磷复肥企业需要重视的课题之一。

1 现状分析

云天化红磷化工股份有限公司(以下简称红磷化工)各浓缩装置、熔硫装置生产过程中会产生大量蒸汽冷凝水，通过集中收集、处理后作为锅炉给水，循环使用[1]。在处理过程中，前端需将收集的蒸汽冷凝水通过管壳式冷却器，降温至 50 ℃ 以下后进行脱盐水工艺处理；后端又需使用蒸汽，将脱盐水由 50 ℃ 加热至 98 ℃ 进行除氧处理，作为锅炉补水用。

在蒸汽冷凝水循环回用的过程中，体现出前端降温，后端加热，两端均耗能的现象；随着红磷化工产能的提升，蒸汽冷凝水的回收量已高达 150 m3/h 以上，能耗问题日益突出。因此，如何回收蒸汽冷水低温热能，达到降低前端、后端的能耗已变得十分迫切。

2 技改方案

2.1 蒸汽冷凝水量

红磷化工正常生产过程中蒸汽冷凝水产生量见表1。

表1 蒸汽冷凝水产生量统计表

2.2 技改路线

结合红磷化工全厂热平衡，在蒸汽冷凝水循环回用的过程中，先将冷凝水用于氨蒸发器蒸氨，回收冷凝水中的低温热能，控制冷凝水出口温度在 80 ℃ 左右；后引入高温混床新技术，处理 80 ℃ 左右的冷凝水；处理后的冷凝水转变为脱盐水，温度在 70 ℃ 左右，送入除氧器除氧后作为锅炉补水用。

根据上述技改路线可实现：①前端低温热能回收；②通过引入高温混床新技术，使进入除氧器的脱盐水温度由技改前的 50 ℃ 提高到 70 ℃，降低了除氧器蒸汽消耗。

2.3 技改实践

1)设置氨蒸发器

在红磷化工液氨站设置氨蒸发器1台，将收集的蒸汽冷凝水引入氨蒸发器，换热蒸氨。根据红磷化工全厂热平衡，控制冷凝水出口温度在80℃左右。

氨蒸发器的设置实现了充分、有效利用冷凝水低温热能。氨蒸发器相关参数如下：

外壳材质，Q245R；换热列管及管板材质，316L不锈钢；液氨蒸发量，8 t/h；液氨压力，1.0～1.1 MPa；液氨温度，5～20 ℃ 气；气氨出口温度，30～60 ℃；加热介质，蒸汽冷凝水；蒸汽冷凝水进口温度，～100 ℃。

氨蒸发器使用至今运行效果良好，能有效回收蒸汽冷凝水热量达到蒸氨效果。

2)设置高温混床

①设备基本参数。材质，316L不锈钢；外型尺寸，Φ2220 mm×4610 mm；额定处理能力，200 m3/h。

②装填树脂参数。树脂装填高度，1500 mm；树脂型号及装填量：阳树脂(规格型号SQD-053G)，2.3m3；阴树脂(规格型号SQD-253G)，4.6 m3。树脂技术性能参数[2]见表2。

表2 树脂技术性能参数表

2.4 高温混床的运行效果

投用一年多来，高温混床运行效果良好。

1)水处理产能操作弹性大

高温混床设计产能为 150 m3/h，在实际运行过程中，可稳定在100～200 m3/h。

2)高温树脂运行效果稳定

产水量稳定，出水温度稳定在70～75℃，出水水质达标。

通过引入高温混床新技术，使进入除氧器的脱盐水温度由 50 ℃ 提高到 70 ℃，降低了除氧器蒸汽的消耗。

2.5 冷凝水低温热能回收工艺流程图

来自湿法磷酸浓缩装置、温度约 100 ℃ 的蒸汽冷凝水，首先经氨站氨蒸发器蒸氨降温，水温降至 80 ℃ 左右回收了部分低温热能后，进一步送入脱盐水处理装置实施技改新增的高温混床进行精处理，高温混床采用耐高温阳、阴树脂(SQD-053G、 SQD-253G)进行离子交换，维持进水温度约 70 ℃ 产出成品脱盐水供至除氧器使用。见图1。

图1 蒸汽冷凝水低温热能回收工艺流程图

高温混床运行失效、树脂再生期间，蒸汽冷凝水则按原方式采取循环水进一步降温至 50 ℃ 左右后送入脱盐水处理装置一级水箱或原水箱，有待进入下工序进行精处理。

3 节能效益评价

通过技改，红磷化工实现了节能降耗的目标。节能效益主要体现在两方面：

1)前端低温热能回收

通过设置氨蒸发器，前端可回收冷凝水中的低温热能[3]，技改前后对比：技改前，蒸汽冷凝水经循环水换热降温后供脱盐水处理装置使用，没有回收热能；技改后，将蒸汽冷凝水用于蒸氨，冷凝水温度由 100 ℃ 降至 80 ℃，每吨冷凝水蒸氨回收热量为 8.36 MJ，按每小时150吨冷凝水用于蒸氨计算，前端冷凝水每小时节能量为 1254 MJ，折标煤为 0.0428 t/h。

2)后端低温热能回收

冷凝水通过高温混床处理，水温维持在 70 ℃ 左右，降低了除氧器蒸汽消耗，技改前后对比：技改前，每吨蒸汽冷凝水送除氧器从 40 ℃ 加热至 100 ℃，需消耗蒸汽 0.1186 t；技改后，每吨蒸汽冷凝水送除氧器从 70 ℃ 加热至 100 ℃，需消耗蒸汽 0.0593 t。

技改后，每吨蒸汽冷凝水的循环回用可节约加热蒸汽约 0.0593 t，按高温混床每小时处理150吨冷凝水计，则后端每小时节约低压蒸汽 8.895 t，折标煤0.818t/h；按硫酸余热锅炉蒸汽成本65元/t计算，则回用1吨冷凝水可节约蒸汽成本3.854元。

4 结语

截至2022年8月，红磷化工冷凝水低温热能回收技改投运满1年，共回收利用蒸汽冷凝水约55万吨。与技改前相比，回收的冷凝水低温热能及除氧加热蒸汽合计44.99万吨标煤；节约除氧加热蒸汽成本212余万元(仅计算后端)。

红磷化工通过技改，较好地实现了冷凝水低温热能的回收，实现了较好的社会及经济效益，可供行业内大型磷复肥企业参考借鉴。