专利名称：电炉法生产黄磷的工艺和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在黄磷生产工艺和设备，特别涉及电炉法生产黄磷排放物综合利用的工艺和装置。
背景技术：
黄磷是主要的工业原料，而目前在黄磷的工业过程中，排出的尾气和渣一直难予有较优方法，就是在较为先进的电炉法生产黄磷的工艺中对尾气的利用主要有两种方法(1)利用黄磷尾气生产草酸、甲酸等化工产品；由于利用黄磷尾气生产草酸、甲酸等化工产品，尾气净化工艺比较复杂、净化成本较高且效果并不理想。
(2)利用尾气来做原料矿石干燥的热源。但这只占总可利用尾气量的30％，其余黄磷尾气仍然是白白放空燃烧，既造成一定的环境污染，又极大地浪费了能源。
对黄磷渣的利用主要有生产每吨黄磷可产生1280℃左右高温炉渣约8-10t，主要成分为CaO45-53％、SiO238-43％、P2O50.8-2％、F1-3％；现在国内的生产工艺都是用水淬后生成水淬渣，生成的水淬渣用于水泥建材原料或铺路面；水淬后大量的含腐蚀蒸汽造成环境污染及水的浪费；特别是炉渣的高温热量被白白浪费，没有利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用生产黄磷过程中产生的尾气通过间接换热方式将尾气的热值来燃烧循环流化床锅炉的电炉法生产黄磷尾气的利用装置及使用方法，利用生产黄磷过程中排出的黄磷渣。
本发明的技术方案是一种电炉法生产黄磷的尾气、黄磷渣能源利用的工艺，其特征在于电炉法生产黄磷产生的尾气通过黄磷尾气从喷淋吸收塔来经尾气净化装置净化，主要除去尾气含尘量，同时除去部分腐蚀气体成分后在蓄热换热器内燃烧将热量传递给换热介质，换热后的热介质送到经过改进设计的循环流化床锅炉装置烟气喷嘴送入循环流化床锅炉燃烧室；循环流化床锅炉产生蒸汽推动汽轮发电机组发电，同时利用循环流化床锅炉经除尘后温度150℃的烟气与非金属燃烧换热装置燃烧后的烟气混合送往原料工段干燥磷炉原料。来自于黄磷电炉的炉渣，经过渣罐送入风淬系统，将炉渣风淬制成2-10mm的渣粒后风送入改进设计的循环流化床锅炉装置进行换热。
进入循环流化床锅炉装置的低氧热介质的热量由黄磷尾气燃烧经蓄热换热器间接换热；温度控制在800-1100℃。
尾气净化是指其特征为采用文氏管加水(或5～10％碱水)洗涤、水洗涤塔洗涤、碱洗塔(5～10％碱水)中的至少一种。
蓄热换热器的作用及方法，其特征为尾气在蓄热换热器内燃烧将热量存储在蓄热换热器内；通过换热介质将存储在蓄热换热器内的热能置换出通过安装在循环流化床燃烧室上的多个高温喷嘴送入循环流化床燃烧室。
所述的风淬系统指熔融状态的高温炉渣经渣罐从蓄热换热器炉渣入口(42)处倒入蓄热换热器炉膛(43)内保温；保温过程是从鼓风机(54)出来的常温空气由换向阀切换进入蓄热室B(44)后，在经过蓄热室B(陶瓷球或蜂窝体)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛(43)温度(一般比炉温低50～100℃)，被加热的高温空气进入炉膛(43)后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入黄磷尾气(40)，燃料在贫氧(2～20％)状态下实现燃烧；与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热室A(44)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热室A(44)时，将显热储存在蓄热式燃烧器A(44)内，然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀(51)排出。工作温度不高的换向阀(51)以一定的频率进行切换，使两个蓄热室处于蓄热与放热交替工作状态；通过利用蓄热换热器的储能及加热功能保证磷炉渣(45)的熔融状态，调整风淬火嘴(46)的位置，让磷炉渣均匀地流入风淬室(50)，通过加压风机(47)来的风由风淬室(50)切线喷入风淬室(50)，在风淬室(50)内形成旋风，将流下来的热渣风淬成3-10mm的小颗粒，在用加压风机(58)将落下的风淬渣和空气一同送入循环流化床燃烧室燃煤入口去进行燃烧换热；此工序关键保证磷炉渣的温度恒定以及风淬加压风机的压力控制。
循环流化床锅炉装置主要由燃烧室、旋风分离器、回料器、给风排烟装置、送煤排灰装置组成，其特征在于燃烧室侧面中下部至少设置两个磷炉尾气换热介质喷嘴，至少设置一个与煤入口相同的风淬后的磷渣入口。
所述的风淬后的炉渣入口设置在原任意的煤入口处。
所述的蓄热换热器工作原理如图所示，从鼓风机(54)出来的常温空气由换向阀切换进入蓄热室B(44)后，在经过蓄热室B(陶瓷球或蜂窝体)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛(43)温度(一般比炉温低50～100℃)被加热的高温空气进入炉膛(43)后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气)，燃料在贫氧(2～20％)状态下实现燃烧；与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热室A(44)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热室A(44)时，将显热储存在蓄热式燃烧器A(44)内，然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀(51)排出。工作温度不高的换向阀(51)以一定的频率进行切换，使两个蓄热室处于蓄热与放热交替工作状态，从而达到节能换热和降低NOX排放量等目的。
本发明的工作原理是利用电炉法生产黄磷过程中产生的磷炉尾气在蓄热换热器装置内燃烧通过换热介质换热后送入循环硫化床锅炉的燃烧室换热产生过热蒸汽推动汽轮机发电。
采用蓄热换热器的作用是通过换热燃烧，将尾气的热能传递给换热介质，尾气燃烧产生的烟气不与锅炉受热面金属管道直接接触，因此完全杜绝了尾气含有的P4、PH3、H2S、HF等有害气体对锅炉受热面的腐蚀。同时利用蓄热换热器这种燃烧方式的技术关键是在通过交替工作的高效蓄热室将助燃空气从室温预热至800～1200℃高温的同时，通过有效组织燃料与助燃空气入炉流股的流速、交角、混合方式等手段，使燃料在含氧量控制在2～15％的炉内空间进行燃烧，从而可大幅度降低NOx排放量，高效蓄热室可有效截留烟气余热，使排烟温度控制在露点以上、150℃以下的范围内，最大限度地回收烟气余热，使炉内温度更趋均匀，使用这种先进的燃烧方式可同时达到节约燃料20％～50％、提高产量10％～30％、减少20％～50％烟气排放量等环保、节能和提高换热质量的效果。
同时如果进入蓄热换热器装置的尾气含尘量大，将会影响蓄热换热器装置的换热效率，因此在蓄热换热器装置前进行除尘净化，确保换热效率。
在尾气的除尘净化过程中，由于用水(或碱水)洗涤，可同时除去部分腐蚀性气体，对环境有较好的保护作用。
利用来自于黄磷电炉的炉渣，经过渣罐送入风淬系统，将炉渣风淬制成2-10mm的渣粒后风送入改进设计的循环流化床锅炉装置进行换热。目的是利用磷炉渣的热能来产生蒸汽，但熔融状态的磷炉渣不利于热传递，将磷炉渣风淬成小颗粒目的是增加换热面积，提高换热效率。
本发明锅炉采用具有“绿色环保锅炉”称号的循环硫化床(CFB)锅炉，循环流化床燃烧是一项较新的技术，它的燃烧系统较简单，有占地小、煤种适应性强、能燃劣质煤、脱硫运行成本低、能控制NOx排放等特点，符合国家产业发展政策的要求。
本发明的优点是最大限度地回收烟气、磷渣余热发电，达到节约燃料20％～50％、提高产量10％～30％、减少20％～50％烟气排放量等环保、节能和提高换热质量的效果，符合国家产业发展政策的要求。
图1为本发明的工艺流程方框图。
图2为本发明的黄磷尾气能源与黄磷高热值渣能源综合利用装置流程装置配备示意图。
图3为本发明的循环流化床燃烧室整体结构图。
图4为本发明的尾气换热介质、风淬渣、燃煤进入循环流化床燃烧室立面A-A剖视分布示意图。
图5为本发明的尾气换热介质、风淬渣、燃煤进入循环流化床燃烧室立面位置示意图。
图6为本发明的风淬系统结构示意图。
图7为本发明的蓄热换热器结构示意图。
图中1-黄磷电炉，2-水洗喷淋塔，3-尾气水封，4-尾气加压风机，5-文氏管洗涤器，6-循环水泵，7-汽水分离器，8-安全水封，9-蓄热换热器，10-鼓风机，11-循环硫化床燃烧室，12-磷炉渣渣罐，13-干法渣风淬装置，14-磷炉渣送入装置，15-换热介质高温喷嘴，16-循环硫化床烟道，17-旋风分离器，18-静电除尘器，19-烟气引风机，20-烟囱，21-尾气回流调节阀，22-循环工艺水管，40-燃油或燃气入口，41-切断阀，42-磷炉渣入口，43-燃烧炉膛，44-蓄热室，45-磷炉渣，46-风淬火嘴，47-风淬加压风机，48-送渣风机，49-风淬风管，50-风淬室，51-换向阀，52-引风机，53-废气烟道，54-鼓风机，71-一次风入口，72-配风装置，73-石灰石入口，74-给煤入口，75-风淬渣入口，76-二次风入口，77-尾气换热介质入口，78-炉膛出口，79-下降管，80-耐磨材料。
具体实施例方式
本专利通过下面实施例对其作进一步的说明，但不限于实施例。
例1以现有年产生产能力7000吨为例以7000吨/年的黄磷电炉为例，利用磷炉尾气、渣的热值通过循环流化床锅炉产生蒸汽发电，同时为满足发电自用的要求，参烧本地劣质煤。
参数如下黄磷电炉生产能力7000t/年，产生尾气量2700NM3/t，产生炉渣量9.2t/t，耗电量13500KW.h/t，尾气成分co含量89-95％；含尘量65～95mg/NM3，锅炉JG-75/9.9 额定蒸发量75t/h，额定蒸汽压力(表压)5.4MPa，汽轮机N20-4.93额定功率20MW，发电机FQ-20-2 额定功率20MW尾气能源利用系统。
1、本发明通过黄磷尾气总水封槽(3)的上部设置抽气口，通过水环式气体压缩机(4)尾气抽出；由于磷炉尾气含有腐蚀性气体，水环真空泵选用耐腐蚀水环真空泵，同时采用两台并联，一用一备的运行方式。
2、为保证磷炉的安全正常生产，总水封压力须保持微正压，在水环真空泵进出口加装回流管和自动调节阀；通过监控总水封压力来调整回流阀的开度。
3、经过水环式气体压缩机的尾气进入两级文氏管洗涤器进行除尘洗涤，为保证洗涤效果，要求一级文氏管洗涤器进口压力须在15-25KPa范围内；文氏管洗涤器喉管流速控制在85-100m/s。
4、文氏管洗涤器的洗涤水来自工艺循环水，经二级文氏管(5)喷淋后通过汽水分离器(7)分离汇入安全水封(8)，由循环水泵(6)加压后通过一级文氏管(5)的喷嘴喷入对尾气进行除尘洗涤；洗涤后的洗涤水流入安全水封(8)经澄清槽将含尘进行沉淀后用于黄磷炉收磷塔的喷淋水；参数要求进入两级文氏管的洗涤水压力不小于1.5MPa；水汽比0.8。
5、尾气经两级文氏管洗涤后进入非金属陶瓷蓄热换热装置；黄磷尾气与空气在蓄热器内燃烧，加热瓷蓄热器内的蓄热体将热量存储起来，然后用专用换热介质进行热交换；非金属燃烧换热装置采用两个蓄热式燃烧换热装置交替进行燃烧和换热，一个燃烧加热蓄热器，另一个与换热介质换热，尾气与空气在蓄热装置内欠氧燃烧，加热蓄热体将热能储存起来，然后用专用换热介质进行热交换，换热后的热介质通过加压风机送入循环流化床装置的炉膛燃烧。
6、专用换热介质换热后通过装在循环流化床四角的喷嘴喷入燃烧室产生蒸汽，进入循环流化床的高温热介质温度控制在880-1000℃，以锅炉负荷75t/h，压力4.53MPa为例，喷嘴高度为锅炉标高的8米标高处。
7、熔融状态的高温炉渣经渣罐从(1)处倒入蓄热换热器内保温，通过利用蓄热换热器的储能及加热功能保证磷炉渣的熔融状态，调整风淬火嘴(6)的位置，让磷炉渣均匀地流入风淬室(50)，通过加压风机(7)来的风由风淬室(50)切线喷入风淬室(50)，在风淬室(50)内形成旋风，将流下来的热渣风淬成3-10mm的小颗粒，在用加压风机(8)将落下的风淬渣和空气一同送入循环流化床燃烧室燃煤入口去进行燃烧换热；此工序关键保证磷炉渣的温度恒定以及风淬加压风机的压力控制。
8、尾气换热介质、磷炉风淬渣、劣质煤在循环硫化床装置内燃烧换热产生次高压蒸汽推动蒸汽轮机发电。
通过利用磷炉尾气、渣能源综合利用，可以产生总耗电量20％的电能，节能效果十分显著。
例2本例主要是在除尘洗涤工艺上同例1不同，其余部分均相同；本例的除尘洗涤采用一级文氏管(5)喷淋后通过汽水分离器(7)分离，洗涤液汇入安全水封(8)，尾气通过管路进入碱洗塔进行二次洗涤；经过碱液洗涤后的黄磷尾气进入蓄热换热装置。
权利要求
1.电炉法生产黄磷的工艺，其特征在于电炉法生产黄磷产生的尾气通过黄磷尾气从喷淋吸收塔来经尾气净化装置净化，主要除去尾气含尘量，同时除去部分腐蚀气体成分后在蓄热换热器内燃烧将热量传递给换热介质，换热后的热介质送到经过改进设计的循环流化床锅炉装置烟气喷嘴送入循环流化床锅炉燃烧室， 循环流化床锅炉产生蒸汽推动汽轮发电机组发电，同时利用循环流化床锅炉经除尘后的烟气与非金属燃烧换热装置燃烧后的烟气混合送往原料工段干燥磷炉原料，来自于黄磷电炉的炉渣，经过渣罐送入风淬系统，将炉渣风淬制成2-10mm的渣粒后风送入改进设计的循环流化床锅炉装置进行换热。
2.根据权利要求1所述的电炉法生产黄磷的工艺，其特征在于进入循环流化床锅炉装置的低氧热介质的热量由黄磷尾气燃烧经蓄热换热器间接换热；温度控制在800-1100℃。
3.根据权利要求1所述的电炉法生产黄磷的工艺，其特征在于尾气净化是指其特征为采用文氏管加水洗涤。
4.根据权利要求3所述的电炉法生产黄磷的工艺，其特征在于尾气净化是采用水洗涤塔洗涤、碱洗塔5～10％碱水中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的电炉法生产黄磷的工艺，其特征在于蓄热换热器的作用及方法，其特征为尾气在蓄热换热器内燃烧将热量存储在蓄热换热器内；通过换热介质将存储在蓄热换热器内的热能置换出通过安装在循环流化床燃烧室上的多个高温喷嘴送入循环流化床燃烧室。
6.根据权利要求1所述的电炉法生产黄磷的工艺，其特征在于所述的风淬系统指熔融状态的高温炉渣经渣罐从蓄热换热器炉渣入口(42)处倒入蓄热换热器炉膛(43)内保温，保温过程是从鼓风机(54)出来的常温空气由换向阀切换进入蓄热室B(44)后，在经过蓄热室B(陶瓷球或蜂窝体)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛(43)温度比炉温低50～100℃，被加热的高温空气进入炉膛(43)后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入黄磷尾气(40)，燃料在贫氧(2～20％)状态下实现燃烧，与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热室A(44)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热室A(44)时，将显热储存在蓄热式燃烧器A(44)内，然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀(51)排出，工作温度不高的换向阀(51)以一定的频率进行切换，使两个蓄热室处于蓄热与放热交替工作状态，通过利用蓄热换热器的储能及加热功能保证磷炉渣(45)的熔融状态，调整风淬火嘴(46)的位置，让磷炉渣均匀地流入风淬室(50)，通过加压风机(47)来的风由风淬室(50)切线喷入风淬室(50)，在风淬室(50)内形成旋风，将流下来的热渣风淬成3-10mm的小颗粒，在用加压风机(58)将落下的风淬渣和空气一同送入循环流化床燃烧室燃煤入口去进行燃烧换热，此工序关键保证磷炉渣的温度恒定以及风淬加压风机的压力控制。
7.电炉法生产黄磷的装置，其特征在于循环流化床锅炉装置主要由燃烧室，旋风分离器、回料器、给风、排烟装置，送煤、排灰装置组成，其特征在于燃烧室侧面中下部至少设置两个磷炉尾气换热介质喷嘴，至少设置一个与煤入口相同的风淬后的磷渣入口。
8.根据权利要求7所述的电炉法生产黄磷的装置，其特征在于所述的风淬后的炉渣入口设置在原任意的煤入口处。
全文摘要
本发明涉及在黄磷生产工艺和设备，特别涉及电炉法生产黄磷排放物综合利用的工艺和装置。电炉法生产黄磷产生的尾气通过黄磷尾气净化装置净化，在蓄热换热器内燃烧将热量传递给换热介质，换热后的热介质送到经过改进设计的循环流化床锅炉装置烟气喷嘴送入循环流化床锅炉燃烧室，产生蒸汽推动汽轮发电机组发电，同时利用循环流化床锅炉经除尘后的烟气与非金属燃烧换热装置燃烧后的烟气混合送往原料工段干燥磷炉原料，将黄磷炉渣风淬制成2－10mm的渣粒后风送入改进设计的循环流化床锅炉装置进行换热。优点是最大限度地回收烟气、磷渣余热发电，有显著的节能降耗功效。
文档编号B01D47/06GK101037193SQ200710065738
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月23日 优先权日2007年3月23日
发明者刘连城, 杨振立, 许国富 申请人:昆明阳光数字技术股份有限公司