黄磷尾气用于烘干的热能计算及烘干机的选型

黄磷尾气用于烘干的热能计算及烘干机的选型

摘要：黄磷尾气中含有80%-85%的一氧化碳，是一种燃值很高的气体，本文通过物料衡算和热量衡算介绍了黄磷尾气用于烘干确切的量，并通过尾气提供的热量对烘干机进行选型计算。

关键词：黄磷尾气；物料衡算；热量衡算；烘干机选型

由于黄磷尾气含有磷、硫、砷、氟等杂质及较多水分，不净化直接作为燃气使用，对结构复杂的热工设备会产生较为的严重腐蚀。所以直接燃用未净化的黄磷尾气，其热工设备结构不能复杂，无材料保护的受热金属构件要求便于更换。这就制约了黄磷尾气热能利用效率地提高和热能利用途径的拓，目前我国的多数黄磷厂尾气除用于原料的烘干外都是直接燃烧，这种直接燃烧放空不仅浪费资源且污染环境，近年来，很多化工企业在逐步寻求黄磷尾气净化后作为化工原料合成多种化工产品及作为燃料用于发电。

黄磷尾气用于原料的烘干一直是黄磷尾气最直接的用途，不仅不需要净化对设备也无特殊要求，一直是黄磷尾气的最大用途，云南南磷集团在弥勒巡检司电厂拥有一座135MW发电机组，根据国家《关于加快关停小火电机组若干意见的通知》要求：“‘十一五’期间，在大电网覆盖范围内逐步关停以下燃煤（油）机组（含企业自备电厂机组和趸售电网机组）：单机容量5万千瓦以下的常规火电机组；运行满20年、单机10万千瓦级以下的常规火电机组；按照设计寿命服役期满、单机20万千瓦以下的各类机组；供电标准煤耗高出2005年本省（区、市）平均水平10%或全国平均水平15%的各类燃煤机组；未达到环保排放标准的各类机组；按照有关法律、法规应予关停或国务院有关部门明确要求关停的机组。”该发电机组的规模属于国家关停之列，但其服役期尚未达到设计寿命。为使该发电机组在有效使用期限内，继续发挥装置能力。公司决定将其改造为用黄磷尾气作为辅助劣质煤燃烧热电联产装置。将公司5万吨/年黄磷产能转移至巡检司电厂附近，用黄磷生产所副产的尾气作为燃料发电，所发电再回于黄磷电炉自用，这样不仅节能减排，还提高产品的附加值，降低综合能耗，如何合理分配黄磷尾气用于烘干的量就成了一个一个问题，下面我们以南磷年产五万吨黄磷装置为例，计算黄磷尾气用于烘干的量是多少。

1.原料用量

通过物料平衡算出年产5万吨黄磷所用原料如下表：

表二：年产5万吨黄磷原料用料表（kt/a）

将上表转换成小时消耗量，一年按6000小时计则：

表三：年产5万吨黄磷原料用料表（t/h）

2.物料衡算和热量衡算

为确保生产能顺利进行，原料烘干机初步设计为5台，如下表：

表四：烘干机一览表

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2.1磷矿石物料衡算和热量衡算

以一台烘干机为例，已知条件：处理量取中间值G1=30t=30000kg/h,磷矿的密度ρs=2250kg/m³

比热容Cs=0.8kJ(kg.℃),堆积密度ρs1=1400kg/m³ 温度为t0=20℃，磷矿初始含湿量ω1=13%，最终湿度ω2=3%，用热空气进行干燥（黄磷尾气直接燃烧加热，同时用鼓风机吹入空气），环境温度t设为20℃，热空气入口温度t1=700℃。出口气速u=1.5m/s,采用并流干燥。

(1)物料衡算

①水分蒸发量=2783.5kg/h

②产量G2=G1-W=30000-2783.5=27216.8 kg/h

③绝干物料G=G1(1-ω1)=30000(1-0.12)=26400 kg/h

（2）热量衡算

查手册知：水的比热容cw=4.19kJ/（kg.℃），水蒸气比热容cw1=1.886kJ/

（kg.℃），水在0℃的汽

化潜热r0=2504 kJ/（kg.℃）,空气比热容cg=1.05 kJ/（kg.℃）。查干燥器设计手册有经验公式，干燥器进口的热空气温度有如下经验关系t2=0.05t1+64.5

所以t2=0.05700+64.5=99.5℃

磷矿干燥所需要的热量主要有三部分组成

①磷矿中水分蒸发所需要的热量Q1=W(r0+cw1t2-t0cw)

Q1=2783.5(2504+1.886-204.19)=7258969.96kJ/h

②磷矿升温所需要的热量Q2=G2cs(t2-t0)

Q2 =27216.80.8(99.5-20)=1730988.48 kJ/h

③产品磷矿中残留水分升温所需热量Q3=G2ω2cw(t2-t0)

Q3 =27216.80.03(99.5-20)=271981.56 kJ/h

考虑热损失，取热损失系数为1.25

则烘干磷矿所需的热量Q=1.25(Q1+Q2+Q3)=1.25(7258969.96+1730988.48+271981.56)

=11577425.01 kJ/h

热源提供的热量Q0 = Q==13110156.55 kJ/h

所以磷矿烘干机所需热源Q磷=Q0=13110156.55 kJ/h

2.2焦炭物料衡算和热量衡算

已知条件：处理量取中间值G1=30t=30000kg/h,焦炭的密度ρs=500kg/m³【1】

比热容Cs=1.2kJ(kg.℃) 【1】, 堆积密度ρs1=750kg/m³【1】温度为t0=20℃，焦炭初始含湿量ω1=10%，最终湿度ω2=1%，用热空气进行干燥（黄磷尾气直接燃烧加热，同时用鼓风机吹入空气），环境温度t设为20℃，热空气入口温度t1=700℃。出口气速u=1.5m/s,采用并流干燥。

(1)物料衡算

①水分蒸发量=2727.3kg/h

②产量G2=G1-W=30000-2727.2=27272.8 kg/h

③绝干物料G=G1(1-ω1)=30000(1-0.10)=27000 kg/h

（2）热量衡算

查手册知：水的比热容cw=4.19kJ/（kg.℃），水蒸气比热容cw1=1.886kJ/（kg.℃），水在0℃的汽化潜热r0=2504 kJ/（kg.℃）,空气比热容cg=1.05 kJ/（kg.℃）。查干燥器设计手册有经验公式，干燥器进口的热空气温度有如下经验关系t2=0.05t1+64.5

所以t2=0.05700+64.5=99.5℃

焦炭干燥所需要的热量主要有三部分组成

①焦炭中水分蒸发所需要的热量Q4=W(r0+cw1t2-t0cw)

Q4=2727.3(2504+1.886-204.19)=7112408.4kJ/h

②焦炭升温所需要的热量Q5=G2cs(t2-t0)

Q5=27272.8 1.2(99.5-20)=2307278.88 kJ/h

③成品焦炭中残留水分升温所需热量Q6=G2ω2cw(t2-t0)

Q6=27272.80.01(99.5-20)=90847.1 kJ/h

考虑热损失，取热损失系数为1.25

则烘干焦炭所需的热量Q8=1.25(Q1+Q2+Q3)=1.25(7112408.4+2307278.88+90847.1)

=9510534.34 kJ/h

焦炭备用一台烘干机，所以焦炭所需热量Q9=2 Q8=19021068.68 kJ/h

热源提供的热量Q焦= Q==21539261.79 kJ/h

所以整个原料烘干系统所需的总热量Q总=Q磷+Q焦=kJ/h+21539261.79kJ/h

=60869731.44 kJ/h