專利名稱：電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)，尤其是配套電爐法生產(chǎn)黃磷使用的黃磷尾氣余熱發(fā)電及熱力平衡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電爐法生產(chǎn)黃磷時(shí)將磷礦石、硅石、焦碳按配料比混合，在電爐內(nèi)，使磷礦石中的磷元素被還原成單質(zhì)磷，焦碳在此反應(yīng)過程中被氧化為一氧化碳。反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳裹帶著氣態(tài)的單質(zhì)磷、灰份及少量水蒸氣一起從電爐中逸出，經(jīng)三級(jí)噴淋冷卻塔用噴淋水洗滌降溫，使氣相的單質(zhì)磷冷凝為液態(tài)并與大部分粉塵一起，隨噴淋水進(jìn)入磷回收系統(tǒng)。其余氣體經(jīng)三級(jí)噴淋冷卻塔出來形成黃磷尾氣，該黃磷尾氣熱值10659KJ/Nm3，煙塵含量73.3mg/Nm3，氧化物10.8mg/Nm3，尾氣成分組成大致為正常情況下，黃磷尾氣的組成如下

其中其他氣體的組成如下

黃磷尾氣既是一種化工原料可生產(chǎn)草酸、甲酸等化工產(chǎn)品，同時(shí)它也是一種優(yōu)質(zhì)的氣體燃料。
但由于利用黃磷尾氣生產(chǎn)草酸、甲酸等化工查品，尾氣凈化工藝比較復(fù)雜、凈化成本較高且效果并不理想，所以長期以來廣大黃磷廠都將注意力集中在利用尾氣熱能方面，但大都只是利用尾氣來做原料礦石干燥的熱源。但這只占總可利用尾氣量的30％，其余黃磷尾氣仍然是白白放空燃燒，既造成一定的環(huán)境污染，又極大地浪費(fèi)了能源。
怎樣更加有效地利用黃磷尾氣的熱能，已有許多人做過探討。直接使用黃磷尾氣燒鍋爐發(fā)電，鍋爐運(yùn)行兩至三月以后，因?yàn)槲矚庵泻准胺蹓m過高，在高溫情況下磷與鐵生成磷鐵同時(shí)產(chǎn)生磷酸酐和偏磷酸酐附著在鍋爐受熱面的管壁上，破壞了鍋爐的水循環(huán)受熱面管壁，磷酸酐、偏磷酸酐的存在產(chǎn)生高溫腐蝕，鍋爐很快燒壞，最終以失敗而告終。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)，完整解決磷爐尾氣余熱余能綜合利用及利用過程中的腐蝕、堵塞等上述背景技術(shù)的不足。
本發(fā)明提供的系統(tǒng)方案是電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)，包括尾氣預(yù)處理凈化裝置、燃燒換熱裝置、余熱鍋爐裝置、供黃磷生產(chǎn)原料烘干用熱風(fēng)裝置、供黃磷生產(chǎn)用熱水裝置、汽輪機(jī)發(fā)電裝置、供配電及自動(dòng)控制裝置。其特征在于所述的燃燒換熱裝置是由兩個(gè)以上蓄熱式燃燒換熱裝置交替進(jìn)行燃燒和換熱，一個(gè)燃燒加熱蓄熱體，另一個(gè)與換熱介質(zhì)換熱，尾氣與空氣在余熱鍋爐外的蓄熱裝置內(nèi)燃燒，加熱燃燒器內(nèi)的蓄熱體將熱能儲(chǔ)存起來，然后用專用換熱介質(zhì)進(jìn)行交換將熱介質(zhì)送入余熱鍋爐。黃磷電爐與三級(jí)噴淋冷凝塔之間增設(shè)了沉降室、旋風(fēng)除塵器或者沉降室、布袋除塵器等尾氣預(yù)處理裝置，以降低尾氣的含塵量，滿足燃燒系統(tǒng)的要求。也可以將尾氣預(yù)處理裝置布置在三級(jí)噴淋冷卻塔之后，采用洗滌塔及文氏管洗滌器來凈化尾氣。在換熱燃燒裝置中，適當(dāng)布置鐵球吸收煙氣中的磷、氟等有害氣體，凈化煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。煙氣系統(tǒng)中裝熱管式換熱器加熱尾氣使的排煙溫度在150℃以下，使整個(gè)換熱裝置效率在85％以上。在于在余熱鍋爐中，為滿足黃磷生產(chǎn)烘干原料熱風(fēng)需求，本企業(yè)在鍋爐尾部配有高溫空氣預(yù)熱器，將空氣加熱，送入原料烘干系統(tǒng)。為滿足黃磷生產(chǎn)對(duì)熱水的需求，本企業(yè)在鍋爐尾部配有熱水發(fā)生器，滿足黃磷生產(chǎn)需求。于余熱鍋爐的傳熱介質(zhì)是循環(huán)使用的。傳熱介質(zhì)是具有輻射換熱能力的水蒸汽與CO2的混合氣體。供配電及自動(dòng)控制采用SIEMENS PCS7過程控制系統(tǒng)。
電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)的特征在于采用了蓄熱式燃燒換熱系統(tǒng)，其原理為尾氣與空氣在余熱鍋爐外的蓄熱裝置內(nèi)燃燒，加熱燃燒器內(nèi)的蓄熱體將熱能儲(chǔ)存起來，然后用專用換熱介質(zhì)進(jìn)行交換將熱介質(zhì)送入余熱鍋爐，蓄熱式燃燒換熱裝置配用兩個(gè)以上，一個(gè)燃燒加熱蓄熱體，另一個(gè)與換熱介質(zhì)換熱，并將熱介質(zhì)送入余熱鍋爐。燃燒產(chǎn)生的煙氣不與鍋爐受熱面金屬管道接觸。因此完全杜絕了尾氣含有的P2、PH3、H2S、HF、SiF4、As等有害氣體對(duì)鍋爐受熱面的高溫腐蝕。
解決以上問題的較為完善的三種電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)，分別是圖1所示的旋風(fēng)除塵器尾氣預(yù)處理電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)、圖2所示的布袋除塵器尾氣預(yù)處理電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)、圖3所示的洗滌塔及文氏管洗滌器尾氣預(yù)處理電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)。
這三種系統(tǒng)的共同特點(diǎn)是蓄熱式燃燒換熱裝置、余熱鍋爐裝置、供黃磷生產(chǎn)原料烘干用熱風(fēng)裝置、供黃磷生產(chǎn)用熱水裝置、汽輪機(jī)發(fā)電裝置、供配電及自動(dòng)控制裝置完全相同。
這三種系統(tǒng)的不同特點(diǎn)是尾氣預(yù)處理凈化裝置不相同。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過蓄熱式燃燒換熱裝置進(jìn)行交替的燃燒蓄熱和換熱，隔絕了黃磷尾氣燃燒時(shí)的高腐蝕性，成功的利用了黃磷尾氣的所含能量。


圖1是旋風(fēng)除塵器尾氣預(yù)處理電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)示意圖。
圖2是布袋除塵器尾氣預(yù)處理電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)示意圖。
圖3是洗滌塔及文氏管洗滌器尾氣預(yù)處理電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖中1-黃磷電爐，2-淋水冷凝塔，3-洗滌塔，4-沉降室，5-文氏管洗滌器，6-旋風(fēng)除塵器，7-布袋除塵器，8-黃磷尾氣脫水器，9-黃磷尾氣預(yù)熱器，10-安全水封，11-余熱鍋爐，12-水泵，13-引風(fēng)機(jī)，14-熱水加熱器，15-熱風(fēng)換熱器，16-空氣預(yù)熱器，17-省煤氣，18-鍋爐給水泵，19-水箱，20-送風(fēng)機(jī)，21-汽輪發(fā)電機(jī)，22-發(fā)電機(jī)，23-冷凝器，24-凝結(jié)水泵，25-冷卻塔，26-冷卻水泵，27-煙囪28-過熱器，29-蓄熱式燃燒換熱裝置。
以下列方式配制本專利系統(tǒng)1、尾氣預(yù)處理凈化裝置黃磷尾氣含有CO、O2、CO2和其他氣體，并帶有大量的煙塵，尾氣預(yù)處理凈化子系統(tǒng)用于黃磷尾氣除塵與凈化。
(1)方案一黃磷尾氣從電爐里排出后，進(jìn)入重力沉降室，然后進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，最后進(jìn)入三級(jí)噴淋冷卻塔。
(2)方案二黃磷尾氣從電路里排出后，進(jìn)入重力沉降室，然后進(jìn)入布袋除塵器，最后進(jìn)入三級(jí)噴淋冷卻塔。
(3)方案三黃磷尾氣從電爐里排出后，經(jīng)三級(jí)噴淋冷卻塔后進(jìn)入洗滌塔及文氏管洗滌器，結(jié)合凈化裝置。尾氣由洗滌塔底部進(jìn)入，上部排出，在此中間設(shè)有噴頭噴水，水和尾氣流向相反，用水可帶走一部分灰塵，尾氣從塔上部出來后進(jìn)入文氏管對(duì)尾氣進(jìn)行進(jìn)一步的清洗。水在塔的下部收集后排入泥磷系統(tǒng)，泥磷排出進(jìn)入其水處理系統(tǒng)后循環(huán)使用。經(jīng)過該洗滌后，尾氣的含塵量降至10mg/m3，含磷降至0.2mg/m3。
2、蓄熱式燃燒換熱裝置本蓄熱式燃燒換熱子系統(tǒng)由兩個(gè)蓄熱燃燒器構(gòu)成，其中一個(gè)經(jīng)凈化的尾氣經(jīng)過預(yù)熱器，進(jìn)入火嘴。同時(shí)助燃風(fēng)由風(fēng)機(jī)送入鍋爐尾部預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入火嘴，與黃磷尾氣混合燃燒。燃燒后的高溫?zé)煔饨?jīng)過設(shè)置在燃燒器頂部的一定數(shù)量的鋼球使煙氣中的磷與炙熱的鋼球發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生硫化鐵以去除煙氣中的磷。然后煙氣加熱蓄熱體，產(chǎn)生的廢氣進(jìn)入黃磷尾氣預(yù)熱器，加熱低溫黃磷尾氣。煙氣溫度降至150℃后排入煙囪。
同時(shí)由鍋爐送出的低溫?fù)Q熱介質(zhì)通過風(fēng)機(jī)進(jìn)入另一個(gè)蓄熱燃燒器進(jìn)行換熱，使換熱介質(zhì)達(dá)到1200℃后進(jìn)入鍋爐產(chǎn)生高溫高壓蒸汽。
兩個(gè)蓄熱燃燒器按照一定的周期進(jìn)行切換。
3、余熱鍋爐裝置1200℃換熱介質(zhì)進(jìn)入鍋爐爐膛進(jìn)行加熱，經(jīng)過水冷壁，過熱器，省煤器，原料烘烤空氣預(yù)熱器，助燃風(fēng)空氣預(yù)熱器，熱水發(fā)生器，溫度降100℃后由風(fēng)機(jī)送入蓄熱燃燒器。在此過程產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽送入汽輪機(jī)做功發(fā)電，4、供黃磷生產(chǎn)原料烘干用熱風(fēng)裝置在鍋爐尾部煙道布置熱交換器，配置送風(fēng)機(jī)，將冷空氣送入熱交換器加熱，產(chǎn)生高溫?zé)犸L(fēng)送入原料烘干系統(tǒng)。
5、供黃磷生產(chǎn)用熱水裝置在鍋爐尾部最低端布置蛇行管換熱器，通過水泵將軟化水送入蛇行管換熱器加熱，產(chǎn)生100℃的熱水，通過兩個(gè)不同的溫度調(diào)節(jié)器產(chǎn)生不同溫度的熱水，滿足黃磷生產(chǎn)系統(tǒng)熱水需求。
6、汽輪機(jī)發(fā)電裝置由鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電，蒸氣經(jīng)冷凝器冷凝變?yōu)槔淠?，冷凝水?jīng)冷凝水泵抽出至鍋爐給水泵送入鍋爐進(jìn)行循環(huán)。
7、供配電及自動(dòng)控制裝置采用SIEMENS PCS7過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)尾氣預(yù)處理凈化裝置、蓄熱式燃燒換熱裝置、余熱鍋爐裝置、供黃磷生產(chǎn)原料烘干用熱風(fēng)裝置、供黃磷生產(chǎn)用熱水裝置、汽輪機(jī)發(fā)電子系統(tǒng)的三電一體化過程控制。
權(quán)利要求
1.電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)，包括尾氣預(yù)處理凈化裝置、燃燒換熱裝置、余熱鍋爐裝置、供黃磷生產(chǎn)原料烘干用熱風(fēng)裝置、供黃磷生產(chǎn)用熱水裝置、汽輪機(jī)發(fā)電裝置、供配電及自動(dòng)控制裝置，其特征在于所述的燃燒換熱裝置是由兩個(gè)以上蓄熱式燃燒換熱裝置交替進(jìn)行燃燒和換熱，一個(gè)燃燒加熱蓄熱體，另一個(gè)與換熱介質(zhì)換熱，尾氣與空氣在余熱鍋爐外的蓄熱裝置內(nèi)燃燒，加熱燃燒器內(nèi)的蓄熱體將熱能儲(chǔ)存起來，然后用專用換熱介質(zhì)進(jìn)行交換將熱介質(zhì)送入余熱鍋爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)的特征在于黃磷電爐與三級(jí)噴淋冷凝塔之間增設(shè)了沉降室、旋風(fēng)除塵器或者沉降室、布袋除塵器等尾氣預(yù)處理裝置，以降低尾氣的含塵量，滿足燃燒系統(tǒng)的要求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)特征在于也可以將尾氣預(yù)處理裝置布置在三級(jí)噴淋冷卻塔之后，采用洗滌塔及文氏管洗滌器來凈化尾氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)的特征在于三級(jí)噴淋冷凝塔之后設(shè)置了機(jī)械脫水器以脫出尾氣中水分。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)的特征在于在洗滌塔和文氏管后設(shè)置了機(jī)械脫水器以脫出尾氣中水分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)其特征在于在換熱燃燒裝置中，適當(dāng)布置鐵球吸收煙氣中的磷、氟等有害氣體，凈化煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)其特征在于在余熱鍋爐中，為滿足黃磷生產(chǎn)烘干原料熱風(fēng)需求，鍋爐尾部配有高溫空氣預(yù)熱器，將空氣加熱，送入原料烘干系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述，電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)其特征在于為滿足黃磷生產(chǎn)對(duì)熱水的需求，鍋爐尾部配有熱水發(fā)生器，滿足黃磷生產(chǎn)需求。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)其特征在于余熱鍋爐的傳熱介質(zhì)是循環(huán)使用的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述，電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)其特征在于傳熱介質(zhì)是具有輻射換熱能力的水蒸汽與CO2的混合氣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述，電爐法黃磷尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)其特征在于供配電及自動(dòng)控制采用SIEMENS PCS7過程控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電爐法生產(chǎn)黃磷的尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)。所解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)ⅫS磷尾氣熱能高效、安全地綜合利用于發(fā)電、原料烘干、生產(chǎn)用熱水的完整平衡利用集成技術(shù)。該集成系統(tǒng)在滿足黃磷生產(chǎn)原料烘干熱能需要外，盡可能多發(fā)電供黃磷電爐用電。該集成系統(tǒng)包括尾氣預(yù)處理凈化子系統(tǒng)、蓄熱式燃燒換熱子系統(tǒng)、余熱鍋爐子系統(tǒng)、供黃磷生產(chǎn)原料烘干用熱風(fēng)子系統(tǒng)、供黃磷生產(chǎn)用熱水子系統(tǒng)、汽輪機(jī)發(fā)電子系統(tǒng)、供配電及自動(dòng)控制子系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C01B25/00GK1814547SQ200610010730
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月6日
發(fā)明者劉連城, 楊漾平 申請(qǐng)人:云南陽光基業(yè)能源科技有限公司