一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道窑的制作方法

专利名称：一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道窑的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道窑。
技术背景窑法磷酸发展至今，其主反应器只有两种(1)回转窑是一种重载、大 扭矩、多支点、筒状中空窑炉运行系统；球状物料在窑内随着窑体的旋转而运动， 磷的还原在还原区进行，P4的氧化在氧化区进行，还原区和氧化区都在窑体内； 燃料在窑内燃烧直接供热；(2)隧道窑 一般是一条长的直线型隧道，其两侧及 顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车，燃烧设备设在隧道窑 的中部两侧；采用隔烟或明焰烧称，物料放在窑车上，经过预热带、高温带和冷 却带。发明内容本发明的目的是提供窑法磷酸生产中基于辊道窑的一种改进型主反应器一 工业化三通道式辊道窑。本发明的目的是这样实现的 一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道窑，包括窑炉3，窑炉3安装在窑炉支撑基础2上，窑炉3设内设有制品 通道15、窑气通道16和燃料通道17。制品通道包括由连续排列的辊子1构成的 辊道。耐火材料垫板4置于辊道上。急冷惰性气体入口 8、惰性气体气幕入口 10、 缓冷风入口 12以及窑尾低温风抽出口 13与制品通道15相通。制品通道15上位 于窑炉3的窑头部还设有窑头低温烟气排出口 5和窑尾抽出的惰性气体入口 6。 窑气通道16上设有PA气体抽出口 7。燃料燃烧尾气排放口 14与燃料通道17 相通。接触PA气体的辊子1采用烧结碳化硅或重结晶碳化硅，其他不接触部分 选用耐热不锈钢，高温部分可以选用部分莫来石质或氧化铝质或刚玉质等。制品 通道15与窑气通道16之间设有隔板18,隔板18上设有多个供P4蒸气和C0从 制品通道15逸往窑气通道16的小孔19。制品通道15内采用的惰性保护气可以
是氮气或其它气体。本发明所提供的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道窑，使得辊 道窑法磷酸主反应器的结构更加合理；使用三通道式辊道窑作为窑法磷酸的主反 应器，与一般辊道窑相比，燃烧燃料烟气通道、物料制品反应通道、磷蒸气和一 氧化碳燃烧通道三类通道相互隔开。既减少燃料燃烧气体对磷酸质量的影响，同 时在高温带使得P4和C0进入窑气通道后才燃烧，减少了PA反吸、回落的可能 性，保护了窑体，提高了产率；燃料燃烧后的尾气不混入其它气体，使得窑气气 量减少，吸收系统投资和能耗都降低，磷酸成品质量提高。这些方式都极大地减 少了燃料、动力消耗，提高了产品质量，降低了生产成本。


图l是本发明的结构示意图。 图中的图例如下QDDD 辊遂錢走向 ^ 富氣空气戎空气天然气具体实施方式
本发明的辊道窑结构原理如下该装置为承重性中高温辊道窑，其烧成温度为1400-1600°C，烧成周期为2-8 小时，其高温辊棒为耐火材料，首选重结晶碳化硅或氮化硅材质并加厚辊棒。直 径为(J) 25 $ 100，长度在1500-4000mm。窑长随产量不等在30 400米之间。窑内宽度800 3000咖。装载宽度600 3800mm。窑内高度150_600咖(辊 至窑顶)。可以是单层或双层棍棒，通道分为三类，每类可以是一个或者多个通 道，同类通道之间可以相同或者相连，不同通道之间按功能隔开。 本发明的各组成部分叙述如下1、 辊子采用60。C 40(TC低温带用无缝钢管，400。C 70(TC段用不锈钢， 70(TC 155(TC 70(rC段烧结或重结晶碳化硅或者莫来石、氧化铝质等。2、 窑炉支撑基础起到支撑整个窑炉的作用；3、 窑炉按照一般窑炉要求在各温度段使用不同的耐火材料，其中高温带天然1烧气体制品賴气体 氣气審气通遂合P4气体龙料通遂碟co悉烧后窑气
接触PA的部分选用磷酸盐高铝砖或硅砖或其它耐火材料；4、 耐火材料垫板置于辊道上，根据实际情况也可以不用， 一般耐火材料 均可，高性能更好。5、 窑头低温烟气排出口排出温度为10(TC 15(TC;6、 窑尾抽出气体入口从窑尾抽出的40(TC左右的氮气，由此口鼓入；7、 含&05气体抽出口其抽出温度在30(rC 130(TC之间任意点；8、 急冷氮气入口温度波动在1300。C 70(TC之间，大部分逆流入高温带进入窑气， 一部分进入冷却带抽热风口 9;9、 冷却带抽热风口窑尾换热氮气作为保护气从6鼓入；10、 惰性气体气幕入口可选择氮气作为气幕；11、 燃料助燃气，助燃气为急冷间接换热后的热助燃风；12、 缓冷风入口；13、 窑尾换热低温风抽出口，温度100r 25(TC;14、 燃料燃烧尾气排放口；15、 制品通道；16、 窑气通道；17、 燃料通道；18、 隔板；19、 磷蒸气和CO逸入小孔。图中A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H、 J、 K、 L为窑内运动的各温度点及风量进出 口点。A:废烟气出口 100。C 200。C;B:从窑尾抽出的热风鼓入点，300。C 600。C;C:含PA烟气抽出点，温度300。C 1300。C任意点；D:烧成高温点130(TC 155(TC,依烧成温度制度而变化；E、 F、 G:高温烧成带，同时也是P4和C0逸出点；H:急冷惰性保护气鼓入点130CTC-1000。C; I:热惰性保护气抽出点400°C-500°C;J:惰性保护气气幕，350。C-40(TC;K:窑尾缓冷风入口， 300 °C;L:窑尾缓冷风出口， 100°C-250°C装置运行说明1. 固体料系统制品由A—B—C……K—L出窑后得到砖制品。在以上窑内各点的气体按箭头 所指方向运动，完成磷的还原、燃烧等过程后冷却出窑得到固体制品。2. 气体系统天然气或其它燃料燃烧气体通道从高温带往预热带和制品隔烟逆流换热，隔烟板材质为耐火材料，IIO(TC 以上至高温带全部使用碳化硅质或重结晶碳化硅质材料；50(TC-110(rC段用加入 抗氧化剂的低含量碳化硅材质隔烟或者其它耐火材料；500°C以下材质选择不做限制，以有利于传热较为合适，可以考虑金属作为隔烟板。烟道耐火材料选用适应温度的各档次耐火材料即可，不做特殊要求和安排。 用烟煤做燃料则要求烟道下留出足够的渣灰道及清灰孔。轨道及制品通道运行方式一磷矿配料压制成料砖从窑头进入，经过预热、升温、高温还原、冷却后从窑尾卸出，由辊棒滚动传输。辊棒的选择预热带50(rC以前和冷却带70CTC以下 可以选用不锈钢材质321或304作为辊棒使用；预热带高于50(TC到120CTC以内 选用莫来石或氧化铝材质均可；120(TC以上至高温带1550'C选用SiC或重结晶 SiC材质辊棒。在预热带50(TC左右充入该温度下的氮气或者其它惰性气体用作 反应保护性气体， 一部分向窑首排从窑头抽出或抽入烘干窑烘干制品，冷却带 130CTC-70(TC段加入纯度99%的低温氮气作为急冷风冷却制品，在冷却带300°C 左右设氮气气幕， 一部分向窑首运动到50(TC左右段被抽到预热带作气幕使用， 一部分向后随制品进一步冷却进入尾热空气用于烘干制品。在50(TC左右设抽出 氮气口抽出窑内氮气，不允许漏空气送入预热带作为保护性气体。在急冷风和抽气口之间另设一金属换热器间接换热，鼓入冷富氧空气，换热
升温到30(TC-60(rC，用于磷蒸气和天然气的助燃。使用富氧气可以减少气量，提高燃烧温度和热效率。运行方式二在两个1100'C-1000'C段设零压点调控可变化为另一种方式设置一个零压 点， 一道气幕的方法。具体描述为在升温的30(TC-110(TC之间任意一点窑尾抽 出气体入口 6可设零压点，零压点以前气体在制品通道从后向前由窑头低温烟气 排出口5排出。在急冷惰性气体入口8打入惰性气体，如氮气作气幕，封锁前部 的磷和CO气体不流向冷却带，急冷空气和缓冷空气从惰性气体气幕入口 10抽 出后不进入高温烧成带与预热带，作其它用途。这样燃料消耗量增加，但保护气 的用量减少。运行方式三也可以不在100(rc—ii(xrc之间设置零压点，而是在3ocrc—iio(rc间任一 点窑尾抽出气体入口 6开始向辊棒密封箱内充入惰性保护气如氮气，使保护气通 过棍棒与窑壁之间的小缝隙逸入制品通道，提供惰性厌氧环境以保护碳质还原剂 不被提前氧化，保护气与制品顺流经过预热、高温带，同生成的磷蒸气和co —起从孔径逸入窑气通道16。磷燃烧通道富氧气多点喷入控制P4和CO的燃烧，产生的热量通过通道隔板与制品逆流 辐射传热，在130CTC以后至30(TC任意温度点取气。含PA窑气换热到300-40(TC 入吸收系统吸收得磷酸产品。P4和C0气体由II通道在高温带取气，富氧气体在 磷燃烧通道预热带和高温带内多点通入以控制燃烧温度和把产生的热量再用于 加热制品。隔烟板材质的选择为110(TC-160(TC和有P20s的部分选用SiC或重结 晶SiC材质或其它可耐温材质，其它部分可选用耐热不锈钢材质或者其它低温材 质均可。辊道通道两边窑墙加密封箱后向其中充入冷氮气作为平衡风，以防止空气进 入窑内，又防止窑内气体漏出。也可以通过窑内压力调解而不用充气保护。例湖北三新磷酸有限公司于2007年5月建成一窑法磷酸中试试验三通道 式辊道窑，窑长70.8m，内宽1.5m，高2.8m,辊棒使用重结晶碳化硅，辊径4> 65，辊间距120mra。使用湖北神农架矿业公司磷选矿尾矿，与其他原料按比例均 匀混合后，压成砖块，规格240x115x53mm，进干燥窑烘干后由进窑机自动进入 辊道窑内。使用99°認2作为保护气，急冷NJ人IIO(TC急冷惰性气体入口 8鼓入， 部分逆流至高温带换热并与生成的h和CO经过通道隔板18的多个小孔19进入 窑气通道16， h和CO在热富氧气助燃后生成PA与C02，然后继续逆流至400°C 窑气含P20s气体抽出口出口点。部分急冷&与部分N2气幕风从热氮气抽出口 I 抽出后送到窑头B点鼓入，部分逆流预热制品后从A点烟气出口排出用于干燥。 急冷段内富氧气间接换热后用作天然气燃料助燃和R与CO助燃。缓冷风从30CTC 缓冷风入口 12鼓入，与物料换热后于窑尾低温风抽口 13抽出，温度约150°C -250°C，送至干燥窑烘千料砖。窑头抽出燃烧尾气温度约15(TC，用作其它产品 用热。利用三通道式辊道窑作为主反应器进行窑法磷酸生产，与传统辊道窑相比， 天然气消耗量降低了 20%左右，窑炉风机装机容量降低了 5%，收酸系统气体处理 量减少了约25%，产品质量中S0/—含量降低了
权利要求
1、一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道窑，包括窑炉(3)，窑炉(3)安装在窑炉支撑基础(2)上，其特征在于窑炉(3)设内设有制品通道(15)、窑气通道(16)和燃料通道(17)。
2、 根据权利要求1所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道 窑，其特征在于制品通道包括由连续排列的辊子(1)构成的辊道。
3、 根据权利要求1或2所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式 辊道窑，其特征在于耐火材料垫板(4)置于辊道上。
4、 根据权利要求1或2所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式 辊道窑，其特征在于急冷惰性气体入口 (8)、惰性气体气幕入口 (10)、缓冷 风入口 (12)以及窑尾低温风抽出口 (13)与制品通道(15)相通。
5、 根据权利要求1或2所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式 辊道窑，其特征在于制品通道(15)上位于窑炉(3)的窑头部还设有窑头低 温烟气排出口 (5)和窑尾抽出的惰性气体入口 (6)。
6、 根据权利要求1所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道 窑，其特征在于窑气通道(16)上设有PA气体抽出口 (7)。
7、 根据权利要求1所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道 窑，其特征在于燃料燃烧尾气排放口 (14)与燃料通道(17)相通。
8、 根据权利要求1所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道窑，其特征在于接触？205气体的辊子(1)采用烧结碳化硅或重结晶碳化硅，其他不接触部分选用耐热不锈钢，高温部分可以选用部分莫来石质或氧化铝质或 刚玉质等。
9、 根据权利要求1所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道 窑，其特征在于制品通道(15)与窑气通道(16)之间设有隔板(18)，隔板(18) 上设有多个供P4蒸气和C0从制品通道(15)逸往窑气通道(16)的小孔(19) 。
10、 根据权利要求4所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道 窑，其特征在于制品通道(15)内采用的惰性保护气可以是氮气或其它气体。
全文摘要
一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道窑，主要包括窑炉，窑炉安装在窑炉支撑基础上，其特征在于窑炉设内设有制品通道、窑气通道和燃料通道。本发明使用三通道式辊道窑作为窑法磷酸的主反应器，与一般辊道窑相比，燃烧燃料烟气通道、物料制品反应通道、磷蒸气和一氧化碳燃烧通道三类通道相互隔开。既减少燃料燃烧气体对磷酸质量的影响，同时在高温带使得P₄和CO进入窑气通道后才燃烧，减少了P₂O₅反吸、回落的可能性，保护了窑体，提高了产率；燃料燃烧后的尾气不混入其它气体，使得窑气气量减少，吸收系统投资和能耗都降低，磷酸成品质量提高，同时减少了燃料、动力消耗，提高了产品质量，降低了生产成本。
文档编号F27B9/26GK101118114SQ20071005323
公开日2008年2月6日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者张定斌, 曾富强, 汤才洲, 陈长宏 申请人:湖北三新磷酸有限公司