李飞阔,张庆安,梁英国

(武汉江汉化工设计有限公司,湖北 武汉 430223)

湖北省一磷肥厂建有一条10万t/a磷酸生产线，该装置以宜昌矿(P2O5：24%～26%)为原料，采用二水湿法真空冷却工艺生产稀磷酸(P2O5：19%～20%)，并副产7%～8%(以H2SiF6计)的氟硅酸。

改造前,尾气洗涤系统运行状况表现为洗涤效率低，管道及喷头极易堵塞。尾气风机叶轮结垢、腐蚀严重，尾气排放中的氟含量70～85mg/Nm3严重超标，洗涤系统检修周期为15d/次，严重影响装置的连续性生产。

1 改造前尾气洗涤工艺及主要设备规格

1.1 尾气洗涤流程

(1)气相流程：反应尾气先通过一级管道洗涤和一级文丘里洗涤，经气液分离器后，再进入第一、第二洗涤塔，最后通过风机送至烟囱高空排放。

(2)液相流程：第二洗涤塔采用渣场回水作为系统补水，第一洗涤塔采用第二洗涤塔的洗涤液作为补水。

1.2 主要设备规格

文丘里：喉管Φ=0.8m，H=3mm；洗涤泵：Q=50m3/h,H=35m；第一洗涤塔：Φ=2.8m，H=9.5m；一洗泵：Q=180m3/h,H=30m；第二洗涤塔：Φ=2.8m，H=9.5m；二洗泵：Q=220m3/h,H=30m。要注意的是,洗涤塔内均未安装除沫器。

2 尾气洗涤系统改进方案

2.1 工艺流程

由原来三级洗涤改为四级洗涤，文丘里改为管道洗涤，后采用两级管道洗和三级喷淋塔洗涤。改造后的工艺流程见图1。

图1 改造后的工艺流程

2.1.1洗涤系统水平衡

改造前采用磷石膏渣场池水作为系统补水，由于池水中的K+、Na+、Fe3+、Al3+含量较高，金属阳离子会和洗涤系统中的氟硅酸、稀磷酸发生反应生成沉淀物[1]，导致在管道和器壁上结垢，堵塞洗涤通道。

(Fe，Al)2O3+2H3PO4=2(Fe，Al)PO4(沉淀)+ 3H2O[2]

(Na，K)2O+H2SiF6=(Na，K)2SiF6(沉淀)+ H2O[2]

改造后第三洗涤塔上段洗涤采用一次水，洗涤液作为下段补水，为降低第三洗涤塔下段洗涤液温度，由循环水泵送至凉水塔,降温后再回用，部分作为第二洗涤塔补水。第二洗涤塔洗涤液中的H2SiF6达到一定浓度后，送至第一洗涤塔,经循环吸收尾气中的HF和SiF4。

2.1.2洗涤系统温度与氟硅酸浓度

洗涤液中的氟硅酸受热分解成SiF4和HF，SiF4又和水生成SiO2·nH2O(沉淀)

H2SiF6+Q热= SiF4+ 2HF

3SiF4+(n+2)H2O =2H2SiF6+SiO2·nH2O(沉淀)[2]

表1数据表明，随着氟硅酸溶液温度和溶度的升高，SiF4、HF蒸气分压随之增大，使得尾气中的氟含量也逐渐增加。

表1 不同温度条件下氟硅酸溶液蒸气中含氟量 [g(F)/m3(标)干空气][2]

综合以上分析可知，控制第三洗涤塔上段洗涤液的温度≤40℃，下段洗涤液的温度≤50℃，H2SiF6的溶度1.0%～1.2%；第二洗涤塔洗涤液的温度≤60℃，H2SiF6的溶度5.0%～6.0%；第一洗涤塔洗涤液的温度小于70℃，H2SiF6的溶度为10.0%～11.0%。

2.1.3增大喷淋密度

原尾气循环洗涤水总量为350m3/h，改造后增加的洗涤泵和水量如下：一洗泵：Q=250m3/h、H=30m；二洗泵：Q=300m3/h、H=30m；第三洗涤塔一洗泵：Q=300m3/h，H=30m；二洗泵：Q=300m3/h，H=45m，循环洗涤水总量为1 150m3/h。

2.1.4强化洗涤效果

洗涤塔内增设喷头，同时增加风管洗涤。

2.1.5优化洗涤方式

原喷淋塔内逆流洗涤，改为管道并流与塔内逆流相结合的方式。

2.2 设备选型2.2.1 改用管道洗涤

文丘里洗涤器适用于不产生黏结现象的各类粉尘，喉部的气体速度在50～80m/s，水的喷射速度控制在6m/s，从而提高洗涤过程中尘粒与水滴的碰撞效率。

从反应槽逸出的尾气温度为70～75℃,接近饱和状态，气液传质的吸收效率极低，尾气中SiF4和H2O生成SiO2·nH2O沉淀，在洗涤过程中堵塞管道和喷头。

原文丘里初始洗涤改为竖直风管喷头洗涤，采取增大喷淋量和喷淋密度的措施，降低尾气温度，达到强化尾气氟化物吸收的目的。

2.2.2改用旋风喷淋洗涤塔

尾气从洗涤塔的下部沿着塔壁切向进入，在螺旋上升过程中进行洗涤。其优点包括：①增加气液交换面积；②旋风作用可提高除沫效率；③高速气流能阻止塔内壁结垢[4]。

改造后第一洗涤塔：Φ=2.8m、H=15.6m；第二洗涤塔：Φ=2.8m、H=15.6m；第三洗涤塔下段Φ=2.8m、H=9.5m；上段Φ=2.8m、H=9.5m。

2.2.3增设除沫器

第一洗涤塔内的氟硅酸浓度、温度高，更易生成SiO2·nH2O(沉淀)，采用空塔洗涤,上部气体出口不设置除沫器。

在第二洗涤塔气体出口增设旋流板除沫器，气流在上升过程中，通过旋流板产生旋转，气流夹带的液滴在离心力的作用下，被甩向塔壁流入集液槽，从而减少>20μm液沫夹带量，可有效解决风机结垢问题。

第三洗涤塔上段气体出口采用复合型丝网除雾器，具有极高的传质、传热能力，以及捕集和去除微米级颗粒物的卓越性能。在除雾器下方设置反向间歇喷淋设施。

复合型丝网除雾器特点包括以下几点:①高孔隙率。具有94%～97%的高孔隙率和最大纤维直径，以及更低压损及抗堵塞性能;②高丝径垂直率。除雾器最低可去除1μm 的颗粒物(雾滴)，效率最大可到99%;③高结构性。采用PP树脂，具有耐化学性、耐热性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等。除雾器采用分片制作，方便拆卸和装填;④结构方向性。每一层衬垫采用单丝编织而成的阶梯状三维结构材料，几乎全部的丝网垂直于气流方向，保证更大面积地有效拦截气流中夹带的雾状液滴。

3 结语

(1)通过技术改造后，副产的氟硅酸浓度提高到10%～11%，尾气中氟排放浓度可控制在9mg/Nm3以内，达到国家现行标准，实现了环保和经济效益的双赢。

(2)尾气洗涤系统气相管道、风机叶轮、喷头等堵塞的情况得以缓解，系统的清理周期也延长至50～60 d，提高了开车率，降低了装置的运行成本。

(3)洗涤液浓度和温度得到控制，有效提高洗涤效率，烟囱出口气体温度下降至45℃，尾气拖尾现象和现场环境得到明显改善。