专利名称：一种利用电炉制磷尾气的燃气轮机发电方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于热能的回收与利用技术领域，特别涉及一种利用电炉法制磷生产工艺 排放的制磷尾气的燃气轮机发电技术。
背景技术：
磷和磷酸是磷化物、磷酸盐等生产的重要基础化工原料。将磷从矿石中提炼出来 基本是采用电炉法制磷。将磷矿石、硅石、焦碳按照一定比例配料混合，在电炉内使磷矿石 中的磷元素被还原成单质磷，焦碳则被氧化成C0，经过三级喷淋冷却，使气相的单质磷冷凝 为液态磷并与大部分粉尘一起，随喷淋水进入磷回收系统。电炉法制磷生产过程中除了得 到磷产品外，还带有大量的副产物，如炉渣、磷铁、尾气和泥磷等。其中，生产1吨黄磷可同 时产生尾气2500 3000m3 (标态)。尾气中含有的气体的体积含量为C0为85% 95%、 C02为2 % 4 %、02为0. 1 % 0. 5 %，磷(P4+PH3)约lg/m3 (标准状况)，热值为10. 5 11. OMJ/m3 (标态)，属比较好的高热值燃料气。目前，云南省黄磷生产能力占全国的60%以 上，尾气利用率仅为20% 25%，多余的气体只能点火放散，成为云南省主要大气污染源 之一。如果能够将这些尾气加以有效利用，不仅可降低黄磷生产成本，还可节约能源、减少 对环境的污染。目前在如何利用电炉制磷尾气面，已经有了一些研究和开发。一、利用制磷尾气生产甲醇、甲酸等化工产品。专利ZL02113667.X提出了一种制 磷尾气固定床催化氧化净化的方法。工艺由碱洗、催化氧化等部分组成。并已经有小型的 示范装置在运行。但是从总体上看，净化工艺比较复杂，目前的规模还无法满足大规模工业 应用的需要。二、利用制磷尾气的燃烧，提供热能。尾气直接燃烧时存在如下的问题主要成分 CO燃烧后产物为co2，不会对设备产生不良影响。影响较大的是微量的磷、硫元素，这些物 质燃烧后形成硫、磷的氧化物，对设备造成高温腐蚀，严重的会导致设备的报废。因此在使 用前需要对尾气进行预处理。专利ZL95104653. 5公开了一种制磷尾气的利用方法及装置， 将收集的制磷尾气经过水洗后加压，送入锅炉，与煤混烧，得到蒸汽。ZL200610010730. 5公 开了一种尾气余热综合平衡利用系统，在满足黄磷生产原料烘干热能需要外，尽可能多发 电供制磷电炉用电。该系统包括尾气预处理净化、蓄热式燃烧换热、余热锅炉、热风、热水、 汽轮机发电、供配电及自动控制等子系统组成。上面这两种利用方式都是利用制磷尾气产 生蒸汽，利用蒸汽轮机发电，由于所产生的蒸汽的参数不高，导致制磷尾气化学能转换成电 能的转化效率还不是很高。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用电炉制磷尾气的燃气轮机发电方法及系统，旨在有 效利用电炉制磷尾气中富含的CO的化学能，使之通过燃烧转化成高温、高压的燃气推动燃 气轮机做功，得到电力输出；不但可以解决目前制磷尾气大部分点火放散对环境的污染，而且可以作为一种燃料加以利用。本发明的技术方案如下本发明提供的一种利用制磷尾气的燃气轮机发电方法，其特征在于该方法包括如 下步骤1)首先将熔磷电炉出来的制磷尾气送入净化吸收塔进行净化，然后经制磷尾气压 缩机进行压缩，压缩比为14 20 ；2)压缩后的制磷尾气经燃气稳压器稳压后进入燃烧室，经空气压缩机压缩后的压 缩空气分两部分进入燃烧室，其中一部经一次风旋流器和二次风旋流器进入燃烧室，与制 磷尾气在燃烧室内混合，进行分级旋流燃烧，然后进入燃气轮机中膨胀做功，并带动发电机 发电，该部分压缩空气与制磷尾气的体积比为2. 5 1 4 1 ；另一部分压缩空气从双层 套筒之间的环隙端口进入并穿过冷却用的空气孔进入燃烧室，对筒壁进行冷却；3)从燃气轮机出来的热烟气进入换热器，该热烟气对进入燃烧室的压缩空气预热 后排出。本发明提供的一种利用制磷尾气的燃气轮机发电系统，其特征在于该系统依次 包括熔磷电炉、净化吸收塔、制磷尾气压缩机、燃气稳压器、燃烧室、燃气轮机、空气压缩机、 换热器以及发电机；所述的熔磷电炉通过气体管路依次与所述的净化吸收塔、制磷尾气压 缩机、燃气稳压器、燃烧室、燃气轮机和换热器相连接；所述的空气压缩机、发电机与燃气轮 机安装在同一转轴上；所 述的燃烧室包括燃料喷嘴、一次风旋流器、二次风旋流器、点火器、 火焰检测器和燃烧室出口，该燃烧室采用双层套筒式结构，并在燃烧室的内筒壁上开有冷 却用的空气孔；所述的空气压缩机通过气体管路经换热器与所述的燃烧室的一次风旋流器 入口、二次风旋流器入口以及双层套筒之间的环隙端口连接。本发明的技术特征还在于在燃烧室的内套筒的内壁和燃气轮机的叶片上分别喷 涂一层耐高温耐腐蚀的陶瓷涂层。本发明所具有以下优点或突出性效果①能够更大限度的利用电炉制磷尾气的化学能，使之转变成高品位的电能。制磷 尾气经过净化后进入燃气轮机燃烧室燃烧后形成的高温高压燃气推动燃气轮机做功，带动 发动机发电；这样可以结束现有制磷尾气直接点火放散状况，从而避免了对能源的大量浪 费，以及对对环境造成的气体污染和热污染。同时，燃气轮机本身具有较高的循环热效率， 在制磷尾气的利用中也会更大限度的把燃料的化学能转化为电能，从而使整套系统的单位 电能的能耗更低。②本发明提出了采用等离子体或高速火焰喷涂防腐技术。它以高温、高速的等离 子射流或火焰射流来加热加速陶瓷材料，使其在金属表面形成一层致密的耐腐蚀的陶瓷图 层，从而将磷腐蚀介质与金属壁面隔开，避免高温腐蚀作用。
图1是本发明提供的利用电炉制磷尾气的燃气轮机发电系统的结构示意图。图2足燃烧室的结构示意图。图中1_熔磷电炉；2-净化吸收塔；3-制磷尾气压缩机；4-燃气稳压器；5-燃 烧室；6-燃气轮机；7-空气压缩机；8-换热器；9-发电机；51-空气进口 ；52-燃料进口 ；53-点火器；54-火焰监视器；55-燃烧室外筒壁；56-燃烧室内筒壁；57-燃料喷嘴；58- — 次风旋流器；59- 二次风旋流器；510-回流区；511-燃烧室出口 ；512-空气孔。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式
做进一步的说明。如图1所示，本发明提出的一种利用电炉制磷尾气的燃气轮机发电系统，包括熔 磷电炉1、净化吸收塔2、制磷尾气压缩机3、燃气稳压器4、燃烧室5、燃气轮机6、空气压缩 机7、换热器8以及发电机9，所述的熔磷电炉通过气体管路依次与所述的净化吸收塔、制磷 尾气压缩机、燃气稳压器、燃烧室、燃气轮机和换热器相连接，并且空气压缩机7、发电机9 与燃气轮机6安装在同一转轴上。从熔磷电炉1出来的富含CO的尾气首先进入净化吸收 塔2中进行净化，净化后的尾气在制磷尾气压缩机3中加压，压缩比为14 20，经过加压后 的制磷尾气在燃气稳压器4中稳压后通过燃料喷嘴57进入燃烧室5，如图2所示，燃烧室采 用双层套筒式结构，包括燃料喷嘴57、一次风旋流器58、二次风旋流器59、点火器53、火焰 检测器54、燃烧室出口 511和燃烧室内筒壁56上的空气孔512，经空气压缩机7压缩后的 压缩空气分两部分进入燃烧室5，其中一部分经一次风旋流器58和二次风旋流器59进入燃 烧室5，与制磷尾气在燃烧室内混合，进行分级旋流燃烧，形成回流区510，稳定火焰，该部 分压缩空气与制磷尾气的体积比为2. 5 1 4 1 ；另一部分压缩空气从双层套筒之间的 环隙端口进入并穿过冷却用的空气孔512进入燃烧室，对筒壁进行冷却；从燃烧室出口 511 流出的高温高压气体进入燃气轮机6中膨胀做功，并带动发电机9发电，从燃气轮机出来的 热烟气进入换热器8，该热烟气对进入燃烧室的压缩空气进行预热后排出。整个燃烧过程由 火焰监视器54进行监控。同时为了降低腐蚀的影响，在燃烧室的内套筒的内壁和燃气轮机 的叶片上分别喷涂一层耐高温耐腐蚀的陶瓷涂层，喷涂方式可采用等离子体喷涂或火焰喷 涂。制磷尾气经过燃气轮机发电技术得到的电力可以供电解黄磷过程的电力补充，也可以 并网发电。本发明提出的发电技术可以实现制磷尾气的大规模高效清洁利用，改变现有气 体直接燃烧排放对环境的污染，具有节约能源、降低污染排放、经济效益明显和社会效益良 好的特点，在电炉制磷尾气的利用中具有广阔的应用前景。
权利要求
一种利用制磷尾气的燃气轮机发电方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)首先将熔磷电炉出来的制磷尾气送入净化吸收塔进行净化，然后经制磷尾气压缩机进行压缩，压缩比为14～0；2)压缩后的制磷尾气经燃气稳压器稳压后进入燃烧室，经空气压缩机压缩后的压缩空气分两部分进入燃烧室，其中一部经一次风旋流器和二次风旋流器进入燃烧室，与制磷尾气在燃烧室内混合，进行分级旋流燃烧，然后进入燃气轮机中膨胀做功，并带动发电机发电，该部分压缩空气与制磷尾气的体积比为2.5∶1～4∶1；另一部分压缩空气从双层套筒之间的环隙端口进入并穿过冷却用的空气孔进入燃烧室，对筒壁进行冷却；3)从燃气轮机出来的热烟气进入换热器，该热烟气对进入燃烧室的压缩空气预热后排出。
2.一种如权利要求1所述方法的利用制磷尾气的燃气轮机发电系统，其特征在于该 系统依次包括熔磷电炉(1)、净化吸收塔(2)、制磷尾气压缩机(3)、燃气稳压器(4)、燃烧室 (5)、燃气轮机(6)、空气压缩机(7)、换热器⑶以及发电机(9)；所述的熔磷电炉通过气体 管路依次与所述的净化吸收塔、制磷尾气压缩机、燃气稳压器、燃烧室、燃气轮机和换热器 相连接；所述的空气压缩机(7)、发电机(9)与燃气轮机(6)安装在同一转轴上；所述的燃 烧室包括燃料喷嘴(57)、一次风旋流器(58)、二次风旋流器(59)、点火器(53)、火焰检测器 (54)和燃烧室出口(511)，该燃烧室采用双层套筒式结构，并在燃烧室的内筒壁上开有冷 却用的空气孔(512)；所述的空气压缩机通过气体管路经换热器与所述的燃烧室的一次风 旋流器入口、二次风旋流器入口以及双层套筒之间的环隙端口连接。
3.按照权利要求2所述的一种利用制磷尾气的燃气轮机发电系统，其特征在于在燃 烧室的内套筒的内壁和燃气轮机的叶片上分别喷涂一层耐高温耐腐蚀的陶瓷涂层。
全文摘要
一种利用电炉制磷尾气的燃气轮机发电方法及系统，该发电系统依次包括熔磷电炉、净化吸收塔、制磷尾气压缩机、燃气稳压器、燃烧室、燃气轮机、空气压缩机、换热器以及发电机。燃烧室采用双层套筒式结构，内套筒的内壁和燃气轮机叶片上分别喷涂一层耐高温耐腐蚀的陶瓷涂层。经过净化的富含CO的电炉制磷尾气与经过压缩的空气在燃烧室中混合后燃烧，形成高温高压的燃气推动燃气轮机做功，并带动发电机发电，高温烟气预热空气后排放。本发明可以实现制磷尾气的大规模高效清洁利用，改变现有气体直接燃烧排放对环境的污染，具有节约能源、降低污染排放、经济效益明显和社会效益良好的特点，在电炉制磷尾气的利用中具有广阔的应用前景。
文档编号F02C3/20GK101871392SQ20101019485
公开日2010年10月27日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者宋耀祖, 龚景松 申请人:清华大学