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1、贵州省开阳安达磷化工有限公司热法磷酸生产热能回收替代燃煤锅炉项目可行性研究报告贵州省开阳安达磷化工有限公司二八 年 一 月目 录1总 论11.1概述11.2研究结论52改造规模及方案82.1改造方案是否符合国家产业政策82.2改造方案及规模92.3建设地点113工艺技术方案113.1国内、外热法磷酸中热能利用技术概况123.2国内尾气外余热回收利用概况173.3热能利用技术实施方案和消耗定额203.4自动控制技术方案254原料、辅助材料及燃料的供应264.1磷酸装置原料和辅助材料的消耗265建厂条件285.1厂址的地理位置285.2气象水文条件285.3地质、地貌305.4矿产资源305.5能
2、源交通运输状况305.6水源、供排水、防洪等情况305.7电源、供电、电讯等情况305.8供热工程305.9厂址方案306公用工程和辅助设施方案316.1总图运输316.2给排水316.3供电及电讯316.4贮运设施316.5维修（机修、电修、仪修）316.6工厂外管326.7分析化验室326.8土建326.9生活福利设施327节能、节水337.1节能337.2节水338环境保护348.1厂址与环境现状348.2执行的环境质量标准和排放标准348.3改造后项目主要污染源及污染物排放348.4环境影响分析348.5环保监测方案349劳动保护与安全卫生359.1编制依据359.2项目过程中危害因素
3、的分析359.3安全卫生防护的措施359.4消防3510劳动定员和项目实施规划3510.1生产班制和定员3510.2建设周期的规划3510.3实施进度3611投资估算和资金筹措3611.1投资估算3611.2资金筹措3612财务经济评价7312.1财务评价基础数据与参数选取7312.2生产成本和费用估算7312.3销售收入和利润估算7312.4项目内部收益率的计算、投资利润率、投资回收期等指标的计算7312.5确定性分析7312.6财务评价结论7313结论74 1 总 论1.1 概述1.1.1 项目名称、建设单位名称、企业性质及法人项目名称：热法磷酸余热余热回收替代燃煤锅炉项目建设单位：贵州省
4、开阳安达磷化工有限公司企业性质：民营法人代表：刘国安1.1.2 可行性报告编制的依据和原则1.1.1.1 编制依据(1) 贵州省安达磷化工有限公司与云南化工研究院签订的合同号(2) 云南化工研究院提供的相关技术资料；(3)清华大学“热法磷酸生产热能利用技术及装置项目技术专利说明书”。1.1.1.2 编制原则（1）认真贯彻执行我国基本建设的各项方针、政策，严格执行各项规范和规定；特别是努力地在公司内向今年第六次全国环保大会提出的目标奋斗：即到2010年，在保持国民经济平稳较快增长的同时，使重点地区和城市的环境质量得到改善，生态环境恶化趋势基本遏制。单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20%
5、左右；主要污染物排放总量减少10%；（1）（2）余热回收替代燃煤锅炉工艺上力求做到技术稳妥可靠、工艺先进，不影响原装置的稳定操作；选用先进可靠的设备配置，采用新的节约能源技术；（3）认真贯彻环境保护“三同时”原则，做到总量控制，达标排放；同时本项目在环保方面尽可能采用循环经济理念，以资源化利用的方式实现源头冶理的方案。（4）尽量依托热法磷酸原有装置和设施，缩短设备制作周期，节约投资，并认真执行“五化”原则。（5）在项目设计中，按照消防、安全、劳动卫生规范高标准设计，增强企业的消防、安全、劳动卫生保护意识，保证项目建成后实现安全生产。（6）根据地方和行业基价表，结合企业的实际情况，实事求是地编制
6、工程投资估算和项目可行性研究报告。1.1.2 企业简介 公司自创建以来，经过全体员工团结奋进、努力拼搏，开拓创新以及各级政府部门的大力支持，从一台黄磷炉发展到今天初具规模的磷化工产业链，实现了从小型企业到大中企业的根本性转变。公司现有的生产装置有：2台15000KVA黄磷电炉、2台6300KVA的黄磷电炉，共计3万吨/年黄磷生产线及黄磷尾气回收利用装置；一条5万吨/年、一条3万吨/年、一条4万吨/年85%磷酸生产线，三条生产线共计生产12万吨/年85%磷酸；配套一条5万吨/年、一条3万吨/年、一条4万吨/年五钠生产线，三条生产线共计生产12万吨/年三聚磷酸钠；同时控股开阳金山矿业公司；参股息烽
7、合力化工、浙江嘉化物流。1.1.2.1公司能源管理状况近几年，公司加大对磷渣、黄磷尾气及废水的综合利用，使公司积极走出一条与磷化工相关的循环经济产业道路。现已利用40%的黄磷尾气作为生产五钠的聚合热源，每年可以节约无烟煤（折标煤）2.688万吨（价值约1290万元），减少CO2排放6.39万吨（固定碳按65%计），SO2排放0.215万吨（含硫量按4%计），煤渣排放0.457万吨（灰份及杂质按17%计）。其中：一分厂有2台6300KVA和1台15000KVA黄磷电炉，5万吨/年85%磷酸生产线配套5万吨/年五钠生产线，利用黄磷尾气作为五钠聚合热源，每年可以节约无烟煤（折标煤）1.12万吨（价值
8、约537.6万元），减少CO2排放2.66万吨（固定碳按65%计），SO2排放0.0896万吨（含硫量按4%计），煤渣排放0.19万吨（灰份及杂质按17%计）；二分厂有1台15000KVA黄磷电炉，3万吨/年和4万吨/年85%磷酸生产线，配套3万吨/年和4万吨/年五钠生产线，利用黄磷尾气作为五钠聚合热源，每年可以节约无烟煤（折标煤）1.568万吨（价值约752.64万元），减少CO2排放3.73万吨（固定碳按65%计），SO2排放0.1254万吨（含硫量按4%计），煤渣排放0.267万吨（灰份及杂质按17%计）。1.1.3 项目提出的背景、必要性和经济意义1.1.3.1 项目提出的背景从世界范
9、围来看，环境污染与生态破坏问题并未解决，而且仍在不断恶化，局部地区的问题打破了区域和国家的疆界变成为全球性的问题；暂时性的问题相互贯通、相互影响演变成长远问题；潜在性的问题进一步恶化、蔓延演变成为公开性问题。其中全球气候变化就成为其中十分突出的问题之一。从元素磷出发生产热法磷酸的生产工艺有燃烧水合一步法流程和燃烧水合二步法流程。无论何种流程都有一个不可缺少的环节黄磷燃烧。每燃烧一吨磷产生24335MJ(5.8106 kcal)热量。气体在无任何冷却的情况下，即使空气过剩量达50%，工艺气体温度也将高达2000以上。为了防止燃烧设备不被高温腐蚀性气体烧坏、腐蚀，保证工艺生产的顺利进行，目前的两种
10、生产工艺是用水或酸将热量带走，水和酸用专设的循环冷却系统冷却后再循环使用。在生产工艺控制过程中，当产品为85%工业磷酸时，要求酸温80，水温50，这部份由水或酸带出的低温热能难于进一步利用。而生产系统中的熔磷、供磷设备及其相关管线要求黄磷处于液相状态流动及雾化燃烧，需要另外设置燃煤锅炉供给蒸汽。而生产系统中溶碱和中和过程还需要消耗外供蒸汽。形成生产系统中需要外部供给热量而自身产生的燃烧热能不能利用造成浪费的不合理现象。中国政府计划2020年实现全面建设小康社会的目标。随着小康目标的建设加快，工业化和城镇化进程也在加快，特别是重化工业和交通运输的快速发展，能源需求量将大幅度上升，经济发展面临的能
11、源约束矛盾和能源使用带来的环境污染问题更加突出。1.1.3.2 项目投资的目的、意义和必要性能源是工业化社会经济发展过程中的“血液”，是人类赖以生存和发展的不可缺少的物质基础，没有充足的能源供应，社会经济是难以整体持续发展的。世界上任何一个发达国家都有一个可靠的能源保证体系，但在我国的能源发展过程中存在着两个十分严重的问题：一是优质能源比例很低；二是人均能源资源占有量低。我国总的能源状况是富煤缺油少气，这导致了我国的能源生产和能源消费的结构不合理，一定程度上制约了我国经济的总体发展。我国单位GDP能源利用率与发达国家差距极大。产出1万美元的GDP所消耗能源吨油当量日本为1.31，德国为1.46
12、，美国为2.33，而我国高达7.24。我国耗能设备能源利用率也比发达国家低30-40%。2003年，我国GDP仅占世界的4%，却消耗了世界25%以上的钢、1/3的铝、30%的煤和近50%的水泥。中国政府提出了到2020年全面实现小康社会的奋斗目标，随着中国全面建设小康社会步伐的加快，对能源生产和能源消费也提出了更高的要求。矿物燃料作为人类的主要能源，其燃烧排放物与酸雨及全球变暖密切相关，产生的CO2占了人为产生的CO2总量的2/3。中国是世界上少数几个以煤为主要燃料的国家之一，煤炭在我国能源消费中的比例占70%，短期内难以改变。2002年中国能源生产总量为13.9亿吨标准煤，居世界第3位，能源
13、消费总量14.8亿吨标准煤，居世界第2位。相应的二氧化硫和二氧化碳排放量分别居世界第1位和第2位。能源发展与环境保护对中国有着重要意义。一方面，中国是一个发展中国家，按照世界各国发展经历，在全面建设小康社会、实现人均GDP达到3000美元的过程中，中国的能源需求正处于持续增长阶段；另一方面，中国目前大气环境形势依然十分严峻，能源结构和过高的能源消费强度，使中国的大气污染防治面临着沉重的压力。未来20年中国能源发展面临着环境需求、环境容量、环境管理要求和全球气候变化等四大环境挑战。中国是世界上仅次于美国的二氧化碳排放大国，19902000年中国二氧化碳排放量由6.66亿吨碳增至8.81亿吨碳，由
14、占全球排放量的l1.6%增至13.7%(日本能源经济研究所)。根据国家发改委能源所(2020年中国能源需求情景分析的分析和预测，2020年中国二氧化碳排放量在l3亿20亿吨之间，人均碳排放水平在0.91.3吨之间。本项目通过采用先进技术和设备，提高能源的利用率，把污染物削减在生产源头中。取消热法磷酸主生产装置配套的燃煤锅炉，对我国的酸雨控制与减少SO2、CO2排放工作十分有益。热法磷酸生产余热利用燃烧塔和余热锅炉进行整体设计，利用黄磷燃烧产生的热量来生产蒸汽，既不影响原有的生产工艺，又对黄磷燃烧产生的大量热能进行了回收，减少了循环冷却水的流量及携带走的热量，从而减少了冷却水带走热量排至大气的热
15、污染。项目改造完成后，公司将取消四台4吨快装锅炉，公司的蒸汽全部由小时投磷量为1.4吨的2台燃磷锅炉和小时投磷量为1吨的一台4吨/小时燃磷锅炉来提供，产汽量26吨/h和14吨/h，该锅炉的投用后，根据贵州烟煤的热值结合生产实际耗煤0.25吨/吨蒸汽，每年为公司节约标煤2万吨，可减少锅炉操作工24人。经测算：每年可以节约标煤2万吨（价值约800万元），减少CO2排放4万吨，SO2排放0.2万吨，煤渣排放0.8万吨；节电120万kwh/a（价值约60万元），直接和间接节省资金上千万元。因此，本项目的实施不仅具有明显的经济效率，还减少了因燃煤产生的废气、废渣排放,减少了热污染，有利于保护环境，符合可
16、持续发展的战略要求。1.1.4 可行性研究报告研究范围本研究包括技术改造项目的背景、建设必要性及建设意义，热法磷酸生产热能利用技术成熟度，原装置的技术改造的可行性和建设条件，技术改造项目的建设内容、规模及进度，国内外发展概况、“三废”处理与环境保护、劳动保护与工业卫生、投资估算和经济效果评价等方面内容。1.2 研究结论1.2.1 研究结论提要(1) 本项目实施后，可从根本上杜绝燃煤锅炉带来的废气、废渣污染问题，改善周边环境；由此每年可消减煤渣0.8万吨、SO20.2吨以上、CO24万吨、烟尘0.03万吨以上。本项目属于环保、利废、资源综合利用项目，具有良好的环境效益与社会效益。(2) 清华大学
17、与云南化工研究院开发的热法磷酸生产热能利用技术及装置技术可靠，方案可行。(3) 贵州省磷矿资源得天独厚，生产热法磷酸、三聚磷酸钠同时联产副产品白炭黑，热法磷酸、五钠产品、白炭黑市场前景广阔，且符合国家和我省产业政策，磷酸生产热能回收既为企业节约了能源，又降低了生产成本。因此，具有良好的经济效益、社会效益和环保效益；安达磷化工作为贵州省最强磷化企业实施本项目在贵州省节能增效减排方面具有突出的示范作用。(4) 安达公司拥有12万吨热法磷酸装置，实施该余热利用技术具有充分的优势和条件；并且非常便于厂区蒸汽的灵活调度。(5) 本项目的主要设施均在现在的生产装置区内建设，无需新建维修设施、生活设施和消防
18、设施，可节省工程建设投资。(6) 装置改造工程建成后，可减少热法磷酸生产循环水的用量，直接减少一次水用量11万吨/年，达到节水目的；由于黄磷燃烧大部分热能被作为蒸汽利用，减少了排入大气的热污染；由于本项目改造完成后每年可回收蒸12万吨，节约电量120万kWh/a，具有很好的节能降耗效果。(7) 本项目改造完成后，虽然增加了饱和蒸汽副产品，但操作人员和管理人员没有增加，相反将减少锅炉操作人员24人左右，全员人均劳动生产率和利税均有很大增加。(8) 实施余热资源综合利用技术改造项目需投入总资金980万元，其中固定资产投资800万元，流动资金180万元。该项目建成投产后年均新增销售收入1320万元，
19、年均新增利润总额820万元，年均新增所得税160万元，年均税后利润660万元，投产后1.5年内可回收全部投资。(9) 研究结果表明：本项目符合国家产业发展政策，对安达公司发挥主导产品规模优势，增强核心竞争力，提高经济效益有着积极的意义。同时减少了燃煤锅炉生产污染物的排放，符合可持续发展理念的经济增长模式，具有较好的环境效益和社会效益。1.2.2 存在的主要问题和建议（1）本项目的主要风险来自于磷酸、白炭黑及磷酸盐的市场，因为本项目依托于磷酸、白炭黑及三聚磷酸钠装置的化联产正常运行，建议投资者在磷酸盐、白炭黑市场开拓方面进行细分市场，加大市场的开发和产品策划力度，从而保证装置的长期稳定运行；（2
20、）本项目的另一风险来源于设备是否能安全运行，由于特种燃磷炉热能回收装置均属于特种设备，且在高温腐蚀性环境中运行。腐蚀风险存在于操作环境急剧变化，这要求公司强化车间日常管理，要求操作和检修工人严格按操作规程进行作业，建议工厂加强设备的运行管理和加强操作人员培训。附：表11 主要技术经济指标表表1-1主要技术经济指标表序号项 目 名 称单 位数 量备 注一改造规模1磷酸万吨/年122增添6T/h燃磷锅炉台23增添4T/h燃磷锅炉台1二生产方案1副产蒸汽万吨/年11.52其中自用0.8万吨/年，可外供7.84万吨三年操作日1磷酸装置天/年300五工程项目投入总资金万元9801固定资产综投资万元800
21、2流动资金万元180六年均销售收入万元1360七成本和费用1年均总成本费用万元340八年均利润总额万元920九年均销售税金及附加万元160十财务评价指标1投资利润率%622投资利税率%16.73投资回收期 I(税前) II(税后)年年1.5含建设期1年年2.54全投资内部收益率I(税前) (税后)%62%45.35全投资净现值 I (税前) II(税后)万元万元860万元6936生产能力利用率(BEP)%43.42 改造规模及方案2.1 改造方案是否符合国家产业政策能源是人类赖以生存和发展的不可缺少的物质基础, 能源利用是实施可持续发展战略的重要课题之一。我国的环境污染问题已经受到了国际社会的
22、高度关注。随着人口的增加和经济的发展，我国资源相对不足的矛盾将日益突出。回收利用工业余热是节约能源、保护资源、保护环境的重要措施，从70年代中开始，就受到国家重视。党的十六大和十六届三中、四中全会精神中也要求以科学发展观为指导，坚持节能优先的方针，以大幅度提高能源利用效率为核心，以转变增长方式、调整经济结构、加快技术进步为根本，以法治为保障，以提高终端用能效率为重点，加强管理，逐步改变生产用能方式，加快建设节能型企业和节能型社会，以能源的有效利用促进经济的可持续发展。国务院在关于结合技术改造防治工业污染的几项规定中明确要求：现有企业的技术改造，要把防治工业污染作为重要内容，通过采用先进的技术和
23、设备，提高资源、能源的利用率，把污染物消除在生产过程中。开展资源综合利用，是我国一项重大的技术经济政策，也是国民经济和社会发展中一项长远的战略方针，对于节约资源，改善环境，提高经济效益，促进经济增长方式由粗放型向集约型转变，实现资源优化配置和可持续发展都具有重要的意义。国家鼓励化工行业进行节能和环保改造。而且企业要生存和发展也必须充分运用先进技术进行技术改造，既要发挥资源优势，也不能完全依赖资源消耗来支撑经济的长期快速增长。要充分、高效利用有限的资源，搞好资源节约和综合利用，加强节能降耗，降低生产成本，提高竞争力，发展循环经济，使有限的资源发挥出最大的效用。本项目包括热法磷酸生产中黄磷燃烧热能
24、余热的回收与利用。针对热法磷酸生产中一方面要求外部供热,另一方面又浪费自身燃烧热的现状，利用特种燃磷炉回收余热。这样，不仅做到生产系统内的热量平衡，无需耗用外供的蒸汽，节省专用燃煤锅炉，而且由回收热量所产生的蒸汽还可向外输出，供白炭黑中和、洗涤和水玻璃是制取；同时，由于改造后减低了磷酸装置循环冷去水用量，直接减少一次水量，既减少了生产成本，节约了能源，又节约了煤资源与水资源，还可以减少对环境的污染，符合党中央国务院提出的用高新技术改造传统产业，走节约能源，节约资源，保护环境相协调的可持续发展道路的产业政策。具有较明显的经济效益与社会效益。因此，拟建热法磷酸余热及磷酸盐生产聚合尾气余热回收替代燃
25、煤锅炉项目符合国家产业政策和行业发展规划要求。2.2 改造方案及规模2.2.1 改造方案的选择为保持黄磷燃烧热能余热的回收生产装置技术的先进性，本着降低消耗、节约能源，使公司所生产的产品在激烈的市场竞争中占据有利位置的原则，经多方调研和比较，拟采用由清华大学与云南化工研究院共同开发的热法磷酸生产热能利用技术，在保持原工业磷酸生产能力不变的情况下，对热法磷酸生产装置进行技术改造，改造8.5万吨/年75%磷酸生产线，只上两台燃磷炉，公司磷酸总产能不变，增加副产品低压饱和蒸汽。2.2.2 改造规模和各装置规模确定的原则和理由2.2.2.1 装置规模确定的原则和理由(1) 热法磷酸生产装置安达公司热法
26、磷酸生产装置均为一步法热法磷酸，为充分利用现有设备设施，节省投资，引进清华大学开发的“黄磷燃烧热能回收与利用装置及热法磷酸生产系统”专利技术，该专利的公开号为CN1355133A，申请号为01143443.0。改造时主要是将现一步法燃烧水合塔改成二步法的水合塔，新增燃磷塔和热能回收装置，同时在热能回收装置中采用热管技术提高热能回收效率，改造完成后，现有磷酸生产能力不变。该技术具有以下特点：特种燃磷塔主要结构如图2所示。其中，反应塔的壁面是由一系列锅炉水管所组成的上升管与强化换热翅片组成一个膜式换热器。喷磷枪设置在反应塔侧面的下部，含P4O10气体的出口设置在反应塔顶部侧面。液态的单质磷与助燃的
27、空气在压缩空气的作用下，经喷磷枪进入塔内燃烧。在生成P4O10的同时释放出大量的燃烧热。这些热能通过辐射换热的形式被设置于壁面的一系列上升管内的水所吸收。上升管内的水因吸收热量而汽化，形成汽水混合的两相流体。它的密度要比位于同一水平面的下降管内的水密度小。因而，在下降管和上升管之间存在的密度差产生了一个使水自然循环的驱动力。这样，上升管内由于水受热汽化所产生的水蒸汽经上联箱、导汽管进入锅筒，在锅筒内经汽水分离后产生蒸汽从蒸汽出口输出。在蒸汽输出过程中，为了确保上升管内有充分的水，从补给水进口中给上升管补充低温水。从而实现了热法磷酸生产装置黄磷燃烧时热能的回收，产生压力1.0MPa以下的蒸汽。图
28、2 特种燃磷塔结构示意图a 、特种燃磷塔所用二次空气采用普通空气，工艺中不需要进行空气干燥及其相应的干燥设备，降低了设备投资及生产成本。b 、完成了特种燃磷塔保护膜的成膜机理研究，从设备及工艺控制方面解决了高温腐蚀性气体对材质的腐蚀问题，技术上取得了实质性突破。从实施的三年有余的产业化装置来看，设备运行安全，设备接触化工介质的设备内表面没有腐蚀的现象发生，采用适当的工艺和防腐蚀技术是可以解决高温腐蚀问题的。c 、开展了计算机的仿真模拟研究，得到了特种燃磷塔内流场、温度场、浓度场的塔内分布情况，为工程放大提供了依据。d 、完成了反应热回收的方法与装置燃烧塔与反应热回收装置的整体设计（即特种燃磷塔
29、）。这种结构设计既可以最大限度地提高反应热回收效率，又可以节约设备投资。其特点是：首先保证了化工工艺的要求，确保黄磷完全燃烧；充分考虑了制造厂的制作条件与工艺；应用水冷壁作为工艺生产的塔壁，结构简单；整体结构合理，整体重量由下支撑承担；工作时炉体的热膨胀可向上自由伸展，集汽管两端与汽包及上联箱的连接、下降管两端与汽包和下联箱的连接都设计有补偿器，自动补偿各部件热膨胀量不一致的差别；充分考虑了设备各部件的合理选材与应力的消除。e 、生产实践证明：本技术的实施不影响后系统正常生产和产品质量。2.2.2.2 改造规模(1) 热法磷酸生产装置需要改造磷酸生产能力：75%磷酸年生产能力为：24.25kt
30、/a。年生产天数：300天/年日开车小时数：24 小时/天副产蒸汽能力：26T/h饱和蒸汽压力： 0.8Mpa饱和蒸汽压力：0.8MPa2.3 建设地点根据公司现目前的产业布局，和磷酸生产线的设置，结合公司的实际情况，技改项目实施选在公司五钠一分厂和五钠二分厂。3 工艺技术方案3.1 国内、外热法磷酸中热能利用技术概况热法磷酸生产的余热利用是发达国家近来一直在从事的研究课题。安达磷化工一方面生产黄磷及其下游的磷酸、磷酸盐、同进联产白炭黑产品每年消耗近4.52亿度电能和燃烧2万吨以上的煤生产蒸汽提供热能，排放大量的SO2、CO2和粉尘，另一方面投入大量的成本用每小时数百吨的冷却水带走磷酸工序生产
31、所产生的显热。七多年来一直关注磷酸热能回收利用进展，希望利用磷酸生产的显热替代燃煤锅炉生产蒸汽。有关热法磷酸余热利用技术的研究，目前国内除以清华大学为团队的科研工作组完成了工程应用开发并在实际生产中得到产业化应用外，在国内尚未见到其他报道。国外已有德国、美国、日本开展了这方面热能利用的研究，其中德国已有工业化装置。据了解，德国伍德公司已利用黄磷燃烧热产出蒸汽来回收热能。3.1.1 热法磷酸概况热法磷酸通常指以元素磷为原料，经燃烧氧化、水合、吸收制得的磷酸。分子式H3PO4，其纯粹状态在常温下形成透明的单斜结晶，比重为1.88，结晶在42.4熔化,含有72.4% P2O5。一般商品磷酸有75%和
32、85%两种浓度，相当于百分含量分别为54.3%和61.1% P2O5。热法磷酸具有产品浓度高、杂质含量少等优点，主要用于生产各种技术级磷酸盐。磷酸还大量用作电镀抛光剂、钢板防锈剂、印刷工业去污剂，有机合成的催化剂；医药工业用于制造甘油磷酸钠、磷酸铁、食品工业用作酸性调味剂。磷、磷酸、磷化物、磷酸盐是化学工业中一个重要组成部份, 所有磷化物、磷酸盐的生产都离不开基础化工原料磷及磷酸。从元素磷出发生产热法磷酸的工艺有燃烧水合一步法流程和燃烧水合二步法流程。一步法流程的特点是磷的燃烧与五氧化二磷的水化在同一设备中进行, 燃烧产生的热量主要靠喷淋在塔内壁并预先冷却过的大量磷酸移走。二步法流程的特点是磷
33、的燃烧与五氧化二磷的水化分别在燃烧塔与水化塔中进行, 燃烧塔与水化塔塔壁均采用水夹套结构, 燃烧热与水合热通过夹套的冷却水移走, 冷却水循环使用。无论何种流程都有一个不可缺少的环节黄磷燃烧。每燃烧1t黄磷产生24335MJ热量。无任何冷却的情况下, 即使空气过剩系数达50%, 工艺气体温度也将高达2000 以上。为了防止燃烧设备被高温和腐蚀性气体损坏，两种生产工艺产生的热量分别用酸或水带走, 酸和水冷却后循环使用。在生产工艺控制过程中, 为保证材质不被腐蚀, 当产品中工业磷酸质量分数为85%时, 要求酸温80, 水温50, 这部份由水或酸带出的低温热能难以再利用。而了为保证黄磷的流动及雾化燃烧
34、, 生产系统中的熔磷、供磷设备及其相关管线则需要另外设置燃煤锅炉供给蒸汽。3.1.1.1 国内生产情况我国除了在20世纪80年代和90年代初从德国赫斯特公司引进的2套10万吨/年大型装置外，90年初国产装置大多数为中、小型，单机生产能力一般为3000-20000t/a 85% H3PO4（以下均以85%H3PO4计）， 20000t/a的生产装置较少。90年代后我国磷酸装置越建越大，2005年国内磷酸单套装置主要以30000t/a、50000t/a和75000t/a为主，少数企业也在建设100000t/a装置，磷酸装置在我国已不存在技术问题，关键是受控于磷酸和磷酸盐的市场。全国热法磷酸装置生产
35、能力估计超过400000t/a，2001年产量约97.5d万吨，2001-2004年磷酸盐产品市场行情较好，我国迅速建成一批大磷酸装置，2005年实际产量达300万吨，占热法磷酸装置总产能400万吨的75%。热法磷酸生产企业分布在全国各地，其中云、贵、川、鄂等地约占生产能力的80%以上（表3-1）。表3-1 我国热法磷酸主要生产企业一览表企业名称生产能力（t/a）江苏澄星磷化工集团400000四川龙莽集团有限公司380000宜昌集团有限责任公司350000云南磷肥工业有限公司350000中轻依兰集团公司300000贵州剑峰化工股份有限公司250000澄江磷化学工业公司80000澄江华业有限公司
36、60000昆阳磷肥厂100000云南滇东磷化工公司50000云南曲靖磷酸盐厂50000贵州磷酸盐厂50000贵州省开阳安达磷化工有限公司120000四川绵阳华丰磷化工有限公司150000川西磷化工集团公司150000重庆川东化工集团80000国投原宜实业股份公司60000合肥四方化工集团公司70000广西三柳化工有限责任公司85000广西钦州港明鑫食用磷化工有限公司80000山西春泉化学工业有限公司40000山东腾州市化工二厂20000陕西宝嘉应用化学有限责任公司50000主要厂商磷酸生产能力合计33150003.1.1.2 磷酸市场供需情况现状和远期需求预测目前我国热法磷酸实际生产量在300
37、万吨（以P2O5计）以上。热法磷酸工业起步早、发展快，经过20多年的迅猛发展，截止2005年，热法磷酸总生产能力约为37万吨（以85% H3PO4计），但全部为一步法。近十年来世界磷化工的格局发生了很大变化，从企业的兼并、重组、布局调整、产品结构调整到技术水平的提升和产品应用面的扩大等都出现了巨大的变化，向着国际化、大型化、精细化、专业化方向迈进。国外一些生产磷酸盐的公司为增强竞争力而兼并重组为更大的公司；为保护资源，保护环境，节约能源而致力于高科技、高附加值的精细和专用磷化工产品的生产，减少和放弃磷化工基础产品的生产，把一些基本的磷化工产品市场转移到发展中国家，为发展中国家发展基本磷化工提供
38、了机遇。从近年黄磷产量变化就可以看出来。表3-2为1994-2005年世界黄磷生产能力变化。表3-2 1994-2005年世界黄磷生产能力的变化 （单位：万吨）国 别19941997200120032005美 国2723.523.510.54.5哈萨克斯坦3620201518西 欧10.58.58.56.54俄 罗 斯6.56.56.57.58.5印 度11.51.51.52加 拿 大00000日 本00000南 非00000墨 西 哥00000中 国304080110120小 计111100140151156我国热法磷酸是黄磷的主要用户，其消费量占黄磷总消费量的50%以上。其中，三聚磷酸钠又
39、是热法磷酸的主要用户，约50%以上的热法磷酸用于生产三聚磷酸钠。其消费途径主要有：a、作为生产三聚磷酸钠等磷酸盐的原料；b、作为商品磷酸出口；c、用于生产耐火材料、食品添加剂、金属表面处理剂等。以2000年为例，上述三部分消费量分别为662.29kt、126.94kt及129.59kt，所占产量百分比分别为72.08%、13.82%及14.10%。随着世界经济的复苏，全球化学工业行业由负增长转为正增长，全球化学品的需求量逐步增加，而作为无机磷化工产品基础原料的黄磷和磷酸产品需求量也在增长。目前我国磷化工产品生产能力在700万吨/年以上，年产量约为400多万吨，生产品种80多个，100多个规格型
40、号。从产能和产量看我国已列为世界第二的磷酸盐生产大国，个别产品能力和产量位居世界第一。我国有相对丰富的磷矿资源和水电资源，这给我国发展以黄磷为基础磷化工产品创造了良好的条件。在未来几年中世界磷化工格局发生变化，重心将向中国转移。全世界现有黄磷生产能力约为150多万吨，中国占77%，而云南、贵州、湖北、四川三省黄磷产量之和2005年已超过中国黄磷产量的95%，未来3-5年四省黄磷产量将会占到世界黄磷产量的90%。这是我国发展精细磷化工的基础和优势。安达磷化工黄磷产能达到3万吨,实际产能占我国热法黄磷的2%左右,热法磷酸装置产能达到12万吨，实际产能占我国热法磷酸4%左右。3.1.2 热法磷酸生产
41、工艺及余热利用的发展与变迁3.1.2.1 国外热法磷酸生产余热利用的发展与变迁热法磷酸的开发始于1915年，美国农业局进行了电炉法制磷酸的中间试验。美国TVA从1933年开始致力于热法磷酸生产的研究，完成了从小试、中试到大型装置的试验与建设，并首先建设了全不锈钢二步法生产装置，为热法磷酸的发展及热能利用奠定了基础。上世纪四十年代以前，燃烧室的炉壁都是用石墨砖块、防腐材料或者镀有防腐材料的金属材料构成。当时，由于石墨材料会遭受腐蚀并对磷酸产生很大的污染，直接影响到了磷酸成品的质量。1939年，美国的G.Du Bois对当时用石墨做成的热法磷酸装置进行了改造，如图3-1所示。图3-1中燃烧塔和水化
42、塔之间放置了一个蒸汽锅炉。蒸汽锅炉管道由镍铬金属合金制成，管内的饱和水维持在180以下。改造以后，可以获得出口温度略低于140的蒸汽，这在工业生产中具有一定的利用价值，这是对热法磷酸生产余热利用进行的第一次探索性试验。五十年代随着冶金工业的发展，人们开始用金属材料取代石墨材料来制造燃烧塔的壁面。H. S. Winnicki在传统的工艺流程上用ANSI 316型不锈钢代替了以往的石墨壁面。该方法大大地提高了磷酸生产的纯度，在工业上获得了很大的成功，但燃烧塔的内壁温度只能保持70左右，无论是用来冷却燃烧塔塔壁的循环水，还是换热器中用来冷却出口磷酸和出口P4O10(P2O5)气体的冷却水，都只能获得
43、50以下的热水。这种低温的热水，在工业上没有什么利用价值。六七十年代的余热利用主要表现在两个方面，一个方面是对H. S. Winnick流程参数的改善，经过改造之后，可以获得低于95的热水，比H. S. Winnick装置中所获得的热水（低于50）有了一定的提高。另一个方面则是首次采用了磷酸两步法生产工艺及设备。在这方面美国TVA最具代表性，其特点是采用全不锈钢、无须衬里、带水冷夹套，该工艺的开发为黄磷燃烧的热能回收奠定了基础。10燃烧室 26蛇管 28汽包图3-1石墨燃磷炉上的蒸汽锅炉八十年代以前，人们很少主动考虑余热利用问题。当时工业上的磷酸生产，还有许多问题急需人们解决，是否进行余热利用
44、，在生产上并不是一个非常紧迫的问题。尤其是我国，磷酸装置能力都在2万吨/年以下，认为热能不多，在计划经济体制下没有企业考虑节能。仅有少量企业使用换热器和进行工艺改造，改造的的目的，主要是解决磷酸生产中如何提高磷酸产量，如何防止磷酸对设备的腐蚀等问题，而不是出于余热利用的考虑。因此，在这几十年的时间里，在余热利用的问题上一直没有进展。八十年代是磷酸生产余热利用一个重要的转折点。随着磷酸生产技术的不断进步和人们对能源和环境问题的日益重视，各国对磷酸制造过程中的余热利用日益重视起来。美国、德国、日本都先后对磷酸生产过程的余热都进行了研究和开发。3.1.2.2 国内热法磷酸生产工艺技术现状我国热法磷酸
45、于1958年由上海化工研究院完成了以单质磷为起点采用酸冷流程和水冷流程的中间试验，随后建立了工业化生产装置。上世纪八十年代初昆明五钠厂从德国引进了一套7万吨/年一步法热法磷酸生产装置，经过消化、吸收，使我国一步法热法磷酸生产技术水平得到了大辐度提高。1993年云南省化工研究院在国内首先建成了国内第一套全不锈钢二步法热法磷酸生产装置。热法磷酸工业化装置大都采用燃烧水合一步法生产工艺，即磷的燃烧和五氧化二磷的吸收集中在一个塔（燃烧水合塔）内完成，反应热主要由塔内循环酸移出，通过板式换热器等冷却循环酸，保持整个装置的热平衡，出塔尾气通过文丘里、复档除沫器、丝网除雾器、填料除沫器以及引风机等设备的不同组合，使尾气含磷量不断降低，达到排放标准后通过排空管放空。磷酸生产企业通过对水蒸发、酸循环、外壁热交换等工艺的优化组合提高移出热量的能力和增大燃烧强度等手段，使热法磷酸的生产成本逐步下降，经过“八五”“九五”期间的技术攻关，我国一步法、二步法热法磷酸的单套装置年生产能力都达到
