一种用于制备高潜在活性黄磷炉渣的自动排渣集气系统的制作方法

本发明涉及冶金化工设备系统技术领域，具体涉及一种用于制备高潜在活性黄磷炉渣的自动排渣集气系统。

背景技术：

黄磷炉渣是电炉法生产黄磷的副产物。每生产1t黄磷副产炉渣7.5～11.8t。现有的黄磷电炉大多数采用熔渣间断自流出渣，经磷铁沉降后，直流入水淬池水淬。其数量、化学组成与所用炉料及配比有关，cao含量47％～52％，sio2含量40％～43％，al2o3含量2％～8％，mgo含量0.80％～2.5％，fe2o3含量0.3％～0.9％，p2o5含量0.80％～3.5％，f含量1％～3％。经岩相分析，主要为β-2cao·sio2和5ca·al2o3并含有透明玻璃体和多孔结构，能被酸直接分解，相对密度约2.89，松散状态含水量为1％～10％时，堆密度为800～1000kg/m3。

黄磷炉渣作为集料和掺和料用于生产泡沫砖或砌块(或其它型材)未见公开报道。

此外，公开号为cn103736288a《一种黄磷电炉淬渣水汽治理方法及设备》和公开号为cn103801549a《一种水淬黄磷炉渣的方法及设备》，其主要特点是，用缓冲塔收集常压或微正压低温乏蒸汽，用脱水器达到淬渣和淬水分离，系统设备复杂，体积庞大，投资和动力成本高，且乏蒸汽集中用低温水换热降温后排空，炉渣余热未实现综合利用。

公开号为cn105240065b《一种黄磷熔渣水淬及乏蒸汽治理利用的节能方法和设备》所用的蜗槽式水淬集气塔，虽然投资较公开号为cn103736288a《一种黄磷电炉淬渣水汽治理方法及设备》和公开号为cn103801549a《一种水淬黄磷炉渣的方法及设备》降低60％～70％，但存在黄磷炉渣活性低，熔渣喂料机构可靠性差，少量饱和水淬蒸气窜入排渣通道的问题。

上述三项专利未公开使用连续排出熔渣的方式(事实上也是使用传统的间歇水淬方式)、如何降低p2o5残留量，如何提高炉渣活性等，如何用低成本和高可靠性装置水淬黄磷熔渣，实现将传统低活性黄磷炉渣提升为高潜在活性炉渣，同时无动力或低动力实现渣、汽、水自动分离，并获得稳定而连续的饱和水淬蒸汽，进而实现熔渣显热和黄磷炉渣的资源综合利用是黄磷行业亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于制备高潜在活性黄磷炉渣的自动排渣集气系统，解决了现有技术中黄磷炉渣活性低、熔渣喂料机构可靠性差以及少量饱和水淬蒸气窜入排渣通道的问题，提供的自动排渣集气系统具有一专多能、结构简洁、安全可靠、造价低廉、便于工厂化制作、维护以及控制简单的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于制备高潜在活性黄磷炉渣的自动排渣集气系统，所述自动排渣集气系统包括自动排渣集气塔、螺旋渣水分离机、低温常压乏蒸汽引出管和高压水泵：

所述自动排渣集气塔包括黄磷熔渣进料口、水淬喷嘴、耐磨冲渣槽、消力槛、集气室、漏斗型集渣集水段、饱和水淬蒸气引出管、闸阀和椎形自动排渣排水段；所述黄磷熔渣进料口的出料端与所述耐磨冲渣槽的进料端连接，所述黄磷熔渣进料口和所述耐磨冲渣槽在同一轴线，所述黄磷熔渣进料口出料端的下方安装有所述水淬喷嘴；所述水淬喷嘴与所述耐磨冲渣槽的进料端连接，所述耐磨冲渣槽的出料端设置有消力槛；所述集气室设置在所述耐磨冲渣槽和所述漏斗型集渣集水段的上方，所述集气室的顶端安装有饱和水淬蒸气引出管；所述漏斗型集渣集水段的进料端与所述耐磨冲渣槽的出料端和所述集气室均连接，所述漏斗型集渣集水段的出料端与所述椎形自动排渣排水段的进料端连接，所述漏斗型集渣集水段的出料端与所述椎形自动排渣排水段的进料端之间安装有所述闸阀；

所述漏斗型集渣集水段包括最高水位线、最低水位线和水位观察窗，所述水位观察窗的最低处低于所述最低水位线，所述水位观察窗的最高处高于所述最高水位线，所述最高水位线和所述最低水位线均安装有声光报警装置，所述最高水位线的高度大于高压冲渣水通过所述耐磨冲渣槽和消力槛与所述漏斗型集渣集水段壁碰撞后形成的涌流高度加上所述最低水位线高度，所述最高水位线不高于所述耐磨冲渣槽的底板水位线；

所述椎形自动排渣排水段的出料端下方为所述螺旋渣水分离机的进料端，所述螺旋渣水分离机的上方设置有所述低温常压乏蒸汽引出管，所述螺旋渣水分离机的出料端设置有黄磷炉渣出口，所述高压水泵将所述螺旋渣水分离机分离得到的水输送至所述水淬喷嘴处实现冲渣水循环利用。

本发明自动排渣集气塔具有一专多能、结构简洁、安全可靠、造价低廉、便于工厂化制作、维护和控制简单的优点。

本发明中水淬蒸汽通过集气塔的集气室和饱和水淬蒸气引出管进行回收利用，节约工艺成本的同时，还彻底解决了黄磷企业水淬乏蒸汽四处弥散的治理难题，自动排渣集气塔还可用于高炉熔渣水淬及其乏蒸汽治理和显热回收综合利用，以吨黄磷熔渣回收105℃微正压饱和水淬蒸汽1000m³，热焓按2685kj/kg计算，回收的热量为1879500kj/t，按标准煤热值29307kj/kg计算，相当于64kg标准煤，10000t/a黄磷装置年回收的显热相当于6400t标准煤(折合热值为5000大卡的原煤8960t)。

本发明将冲渣水在冲渣槽中的流速从传统的2～3m/s，提高到了3.5～5m/s，使黄磷炉渣中玻璃质从低于85％提高到85％～95％，由于玻璃结构的不稳定性和不均衡状态使它具有较高的潜在活性，从而大大提高了黄磷炉渣的潜在活性，成为高潜在活性黄磷炉渣，当其作为混凝土骨料和掺和料时，可减少水泥用量，当其作为硅酸盐水泥熟料添加料时，可进一步增加黄磷炉渣的添加量，降低水泥生产成本；最小粒径从0.5mm降低到了0.2mm，有利于后期降低球磨时间和球磨成本。

本发明自动排渣集气塔还控制了冲渣水流量为每千克熔渣8～10l/s，从而保证不至因冲渣水过少，导致漏斗型集渣集水段锥底直径过小，影响输渣效果，饱和水淬蒸气经集气室收集后由饱和水淬蒸气引出管输出。为防止黄磷熔渣爆炸，本发明还采取了以下防范措施：(1)渣水比不能低于于黄磷熔渣爆炸极限，试验证明渣水比为5～10，均不会发生黄磷熔渣爆炸；(2)耐磨冲渣槽内壁要光滑、平整，底板坡度为1％～5％，使水淬黄磷炉渣流动畅通；(3)严格遵守先给冲渣水后出熔渣，先停熔渣后停冲渣水的操作规程；(4)黄磷熔渣进料口和耐磨冲渣槽必须在同一轴线上，同时避免熔渣和冲渣水溢出耐磨冲渣槽。

进一步优选地，在漏斗型集渣集水段设置水位观察窗的同时，设置水位电接点控制器，并连锁控制冲渣水电动阀门(设置在高压水泵和水淬喷嘴之间的循环管路上)；闸阀也同时改为电动闸阀，通过plc或dcs控制系统实现自动控制。

进一步地，所述黄磷熔渣进料口为开敞式入口的耐火槽的或为熔融料出口小套组件。熔融料出口小套组件是指专利号为201721747252.6(授权公告号cn207702976u)的专利产品。

进一步地，所述水淬喷嘴包括主喷嘴和副喷嘴，所述副喷嘴安装在所述主喷嘴的两侧槽壁上；所述水淬喷嘴的出口呈扁长形。其中水淬喷嘴的出口呈扁长形，以利用管道截面积突然减小，提高水的流速、增强水淬效果。水淬喷嘴装在耐磨冲渣槽的末端，并正对下落的熔渣流。除主喷嘴外，还可在主喷嘴的两侧槽壁装设副喷嘴，以改善水淬效果。由于黄磷炉渣的组成主要是硅酸盐，其中2cao·sio2具有α、β、γ三种变体，只有α和β体具有凝胶性，采用水淬喷嘴进行骤冷水淬可防止部分β-2cao·sio2转化为γ-2cao·sio2，而造成水泥粉化丧失强度；同时借助水淬改变物性，保证水渣成粒的完整性，提高黄磷炉渣的活性。

进一步地，所述耐磨冲渣槽和所述消力槛均为耐磨钢焊接成型或重混凝土浇筑成型，所述耐磨冲渣槽内壁光滑、平整，所述耐磨冲渣槽的底板坡度为1％～5％。消力槛主要作用是消减冲渣水在冲渣沟末端的动力势能，减缓对漏斗型集渣集水段的冲击力。

进一步地，所述集气室和所述漏斗型集渣集水段通过焊接成为一体，所述集气室和所述漏斗型集渣集水段的材质为钢材，所述集气室和所述漏斗型集渣集水段的外部均设置有保温棉进行保温处理，减少水淬蒸气的热量损失。

进一步地，所述漏斗型集渣集水段的出料端与所述闸阀通过法兰可拆卸连接，所述闸阀与所述椎形自动排渣排水段的进料端通过法兰可拆卸连接。闸阀的作用：自动排渣集气系统开机时，先关闭闸阀，输入冲渣水，待漏斗型集渣集水段的水位达到最低水位线以上时，打开闸阀(保持全开状态)，调整冲渣水输入量，使漏斗型集渣集水段的水位高于最低水位线和低于最高水位线，即可输入黄磷熔渣开始水淬，并再次调整冲渣水输入量，使漏斗型集渣集水段的水位稳定在高于最低水位线和低于最高水位线。

进一步地，所述漏斗型集渣集水段、闸阀和椎形自动排渣排水段的材质为耐磨高锰钢、合金耐磨钢或铬钼硅锰钢，在选择壁厚时，除满足机械强度外，还须增加抗磨余度3～5mm。

进一步地，所述椎形自动排渣排水段上设置有螺旋渣水分离装置控制水位线，所述螺旋渣水分离装置控制水位线不低于所述椎形自动排渣排水段的最低处。

进一步地，所述最低水位线与所述椎形自动排渣排水段的入料端之间的高度差加上所述椎形自动排渣排水段的压力补偿高度之和为高度h，所述漏斗型集渣集水段出料端直径为d1，所述高度h与所述直径d1的比值≥5，即能确保冲渣水在漏斗型集渣集水段不形成贯通漩涡，从而确保饱和水淬蒸气不窜入排渣通道，还能高效地不借助任何外加动力将黄磷炉渣随冲渣水全部输入后续的螺旋渣水分离机。

进一步优选地，所述最低水位线与所述椎形自动排渣排水段的入料端之间的高度差加上所述椎形自动排渣排水段的压力补偿高度之和为高度h，所述漏斗型集渣集水段出料端直径为d1，所述高度h与所述直径d1的比值为20～50。依据水力学原理及“伯努利方程”，冲渣水和黄磷炉渣利用最低水位线至螺旋渣水分离装置控制水位线之间的重力势能转化的动力势能，只要保证冲渣流速达到3～4m/s，即可保证黄磷炉渣不淤积在漏斗型集渣集水段内。由于饱和水淬蒸汽常处于微正压状态，从安全和便于设备制作考虑，h/d1一般选择20～50。

进一步优选地，所述椎形自动排渣排水段的进料端直径与漏斗型集渣集水段出料端直径、闸阀直径均为d1，所述椎形自动排渣排水段的出料端直径为d2，所述直径d2与所述直径d1的比值为2～3。

本发明的有益效果是：

1.自动排渣集气塔具有一专多能、结构简洁、安全可靠、造价低廉、便于工厂化制作、维护和控制简单的优点，在椎形自动排渣排水段设置最高水位线和最低水位线以及螺旋渣水分离装置控制水位线，且所述最低水位线与所述椎形自动排渣排水段的入料端之间的高度差加上所述椎形自动排渣排水段的压力补偿高度之和为高度h，所述漏斗型集渣集水段出料端直径为d1，所述高度h与所述直径d1的比值≥5，即能确保冲渣水在漏斗型集渣集水段不形成贯通漩涡，从而确保饱和水淬蒸气不窜入排渣通道，还能高效地不借助任何外加动力将黄磷炉渣随冲渣水全部输入后续的螺旋渣水分离机；由于饱和水淬蒸汽常处于微正压状态，从安全和便于设备制作考虑，h/d1一般选择20～50，效果最佳；

2.水淬蒸汽通过集气塔的集气室和饱和水淬蒸气引出管进行回收利用，节约工艺成本的同时，还彻底解决了黄磷企业水淬乏蒸汽四处弥散的治理难题，自动排渣集气塔还可用于高炉熔渣水淬及其乏蒸汽治理和显热回收综合利用，以吨黄磷熔渣回收105℃微正压饱和水淬蒸汽1000m³，热焓按2685kj/kg计算，回收的热量为1879500kj/t，按标准煤热值29307kj/kg计算，相当于64kg标准煤，10000t/a黄磷装置年回收的显热相当于6400t标准煤(折合热值为5000大卡的原煤8960t)；

3.水淬喷嘴的出口呈扁长形，以利用管道截面积突然减小，提高水的流速、增强水淬效果；水淬喷嘴装在耐磨冲渣槽的末端，并正对下落的熔渣流。除主喷嘴外，还可在主喷嘴的两侧槽壁装设副喷嘴，以改善水淬效果；

4.由于黄磷炉渣的组成主要是硅酸盐，其中2cao·sio2具有α、β、γ三种变体，只有α和β体具有凝胶性，采用水淬喷嘴进行骤冷水淬可防止部分β-2cao·sio2转化为γ-2cao·sio2，而造成水泥粉化丧失强度；同时借助水淬改变物性，保证水渣成粒的完整性，提高黄磷炉渣的活性。

附图说明

图1为自动排渣集气系统的结构示意图；

图2为自动排渣集气塔的正立面剖面图；

图3为自动排渣集气塔的a—a俯视图；

图4为水淬喷嘴的结构示意图。

图中，1-黄磷熔渣进料口；2-水淬喷嘴；3-磨冲渣槽；4-消力槛；5-集气室；6-漏斗型集渣集水段；7-最高水位线；8-最低水位线；9-饱和水淬蒸气引出管；10-闸阀；11-椎形自动排渣排水段；12-螺旋渣水分离装置控制水位线；13-螺旋渣水分离机；14-低温常压乏蒸汽引出管；15-高压水泵；16-黄磷炉渣出口；17-主喷嘴；18-副喷嘴；19-水位观察窗。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

一种用于制备高潜在活性黄磷炉渣的自动排渣集气系统，所述自动排渣集气系统包括自动排渣集气塔、螺旋渣水分离机13、低温常压乏蒸汽引出管14和高压水泵15：

所述自动排渣集气塔包括黄磷熔渣进料口1、水淬喷嘴2、耐磨冲渣槽3、消力槛4、集气室5、漏斗型集渣集水段6、饱和水淬蒸气引出管9、闸阀10和椎形自动排渣排水段11；所述黄磷熔渣进料口1的出料端与所述耐磨冲渣槽3的进料端连接，所述黄磷熔渣进料口1和所述耐磨冲渣槽3在同一轴线，所述黄磷熔渣进料口1出料端的下方安装有所述水淬喷嘴2；所述水淬喷嘴2与所述耐磨冲渣槽3的进料端连接，所述耐磨冲渣槽3的出料端设置有消力槛4；所述集气室5设置在所述耐磨冲渣槽3和所述漏斗型集渣集水段6的上方，所述集气室5内安装有饱和水淬蒸气引出管9；所述漏斗型集渣集水段6的进料端与所述耐磨冲渣槽3的出料端和所述集气室5均连接，所述漏斗型集渣集水段6的出料端与所述椎形自动排渣排水段11的进料端连接，所述漏斗型集渣集水段6的出料端与所述椎形自动排渣排水段11的进料端之间安装有所述闸阀10；

所述漏斗型集渣集水段6包括最高水位线7、最低水位线8和水位观察窗20，所述水位观察窗20的观察最低处低于所述最低水位线8，所述水位观察窗19的观察最高处高于所述最高水位线7，所述最高水位线7和所述最低水位线8均安装有声光报警装置，所述最高水位线7的高度等于高压冲渣水通过所述耐磨冲渣槽3与所述漏斗型集渣集水段6壁碰撞后形成的涌流高度加上所述最低水位线8高度，所述最高水位线7不高于所述耐磨冲渣槽3的底板水位线；

所述椎形自动排渣排水段11的出料端下方为所述螺旋渣水分离机13的进料端，所述螺旋渣水分离机13的上方设置有所述低温常压乏蒸汽引出管14，所述螺旋渣水分离机13的出料端设置有黄磷炉渣出口16，所述高压水泵15将所述螺旋渣水分离机13分离得到的水输送至所述水淬喷嘴2处实现冲渣水循环利用。

具体地，所述黄磷熔渣进料口1为开敞式入口的耐火槽的或为熔融料出口小套组件。

具体地，所述水淬喷嘴2包括主喷嘴17和副喷嘴18，所述副喷嘴18安装在所述主喷嘴17的两侧槽壁上；所述水淬喷嘴2的出口呈扁长形。

具体地，所述耐磨冲渣槽3和所述消力槛4均为耐磨钢焊接成型或重混凝土浇筑成型；所述耐磨冲渣槽3内壁光滑、平整，所述耐磨冲渣槽3的底板坡度为1％～5％。

具体地，所述集气室5和所述漏斗型集渣集水段6通过焊接成为一体，所述集气室5和所述漏斗型集渣集水段6的材质为钢材，所述集气室5和所述漏斗型集渣集水段6的外部均设置有保温棉。

具体地，所述漏斗型集渣集水段6的出料端与所述闸阀10通过法兰可拆卸连接，所述闸阀10与所述椎形自动排渣排水段11的进料端通过法兰可拆卸连接；所述漏斗型集渣集水段6、闸阀10和椎形自动排渣排水段11的材质为耐磨高锰钢、合金耐磨钢或铬钼硅锰钢。

具体地，所述椎形自动排渣排水段11上设置有螺旋渣水分离装置控制水位线12，所述螺旋渣水分离装置控制水位线12不低于所述椎形自动排渣排水段11的最低处。

具体地，所述最低水位线8与所述椎形自动排渣排水段11的入料端之间的高度差加上所述椎形自动排渣排水段11的压力补偿高度之和为高度h，所述漏斗型集渣集水段6出料端直径与椎形自动排渣排水段11的进料端直径与闸阀10直径均为d1，所述高度h与所述直径d1的比值≥5。

具体地，所述最低水位线8与所述椎形自动排渣排水段11的入料端之间的高度差加上所述椎形自动排渣排水段11的压力补偿高度之和为高度h，所述漏斗型集渣集水段6出料端直径为d1，所述高度h与所述直径d1的比值为20～50。

具体地，所述椎形自动排渣排水段11的进料端直径为d1，所述椎形自动排渣排水段11的出料端直径为d2，所述直径d2与所述直径d1的比值为2～3。

黄磷熔渣进料口1为耐火砖砌筑的开敞式入口或为熔融料出口小套组件。水淬喷嘴2用钢板或钢管制成，其出口呈扁长形，以利用管道截面积突然减小，提高水的流速、增强水淬效果。水淬喷嘴装在高压输水管道的末端，并正对下落的熔渣流。除主喷嘴17外，还可在主喷嘴17的两侧槽壁装设副喷嘴18，以改善水淬效果。耐磨冲渣槽3设置有消力槛4，均为耐磨钢焊接成型或重混凝土浇筑成型。消力槛4主要作用是消减冲渣水在冲渣沟末端的动力势能，减缓对漏斗型集渣集水段6的冲击力。漏斗型集渣集水段6设置有水位观察窗19，集气室5、漏斗型集渣集水段6所用材质为钢材，并焊接为一个整体，且需进行保温处理。

闸阀10的作用：自动排渣集气系统开机时，先关闭闸阀10，输入冲渣水，待漏斗型集渣集水段6的水位达到最低水位线8以上时，打开闸阀10(保持全开状态)，调整冲渣水输入量，使漏斗型集渣集水段6的水位高于最低水位线8和低于最高水位线7，即可输入黄磷熔渣开始水淬，并再次调整冲渣水输入量，使漏斗型集渣集水段6的水位稳定在高于最低水位线8和低于最高水位线7。

所述最低水位线8与所述椎形自动排渣排水段11的入料端之间的高度差加上所述椎形自动排渣排水段11的压力补偿高度之和为高度h，所述漏斗型集渣集水段6出料端直径为d1，h/d1不低于5，能确保冲渣水在漏斗型集渣集水段6不形成贯通的漩涡，从而确保饱和水淬蒸气不窜入排渣通道。依据水力学原理及“伯努利方程”，冲渣水和黄磷炉渣利用最低水位线8至螺旋渣水分离装置控制水位线12之间的重力势能转化的动力势能，只要保证冲渣流速达到3～4m/s，即可保证黄磷炉渣不淤积在漏斗型集渣集水段6内。由于饱和水淬蒸汽常处于微正压状态，从安全和便于设备制作考虑，h/d1一般选择20～50。h与漏斗型集渣集水段锥底冲渣流速的对应关系如表1所示：

表1：h与漏斗型集渣集水段锥底冲渣流速的对应关系

自动排渣集气塔与半封闭的螺旋渣水分离机10、高压水泵13组成自动排渣集气系统。并按每水淬1kg黄磷炉渣向半封闭的螺旋渣水分离装置补充0.6～0.75kg冲渣水，确保系统冲渣水正常循环。螺旋渣水分离机13收集的低温常压或微正压乏蒸汽从低温常压乏蒸汽引出管14并入饱和水淬蒸气引出管9或排空。

所述椎形自动排渣排水段11的进料端直径为d12，所述椎形自动排渣排水段11的出料端直径为d2，所述直径d2与所述直径d1的比值为2～3。椎形自动排渣排水段11进料端的流速与漏斗型集渣集水段6出料端流速相同，水流通过椎形自动排渣排水段11出料端时，由于截面积增加4～9倍，故流速降低4～9倍，既有利于黄磷炉渣快速沉降于螺旋渣水分离机13的集料槽中，同时又利用了椎形自动排渣排水段11的产生的真空获得势能补偿，使黄磷炉渣和冲渣水快速排出。上述措施，使黄磷炉渣随冲渣水高效地不借助任何外加动力全部自动快速输入后续的螺旋渣水分离机13。

本发明的自动排渣集气系统利用本发明人另案申请的《一种黄磷炉渣制备泡沫型材的方法》所公开的控制黄磷熔渣残留五氧化二磷含量的方法，将磷矿、硅石和碳质还原剂按照二氧化硅和三氧化二铝的总质量与氧化钙和氧化镁的总质量的比值为0.80～0.90，碳过量系数为1.00～1.07进行黄磷生产，即可获得低五氧化二磷残留的高潜在活性黄磷炉渣。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。