專利名稱：一種利用電爐制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱能的回收與利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用電爐法制磷生產(chǎn)工藝 排放的制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電技術(shù)。
背景技術(shù)：
磷和磷酸是磷化物、磷酸鹽等生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)化工原料。將磷從礦石中提煉出來 基本是采用電爐法制磷。將磷礦石、硅石、焦碳按照一定比例配料混合，在電爐內(nèi)使磷礦石 中的磷元素被還原成單質(zhì)磷，焦碳則被氧化成C0，經(jīng)過三級噴淋冷卻，使氣相的單質(zhì)磷冷凝 為液態(tài)磷并與大部分粉塵一起，隨噴淋水進入磷回收系統(tǒng)。電爐法制磷生產(chǎn)過程中除了得 到磷產(chǎn)品外，還帶有大量的副產(chǎn)物，如爐渣、磷鐵、尾氣和泥磷等。其中，生產(chǎn)1噸黃磷可同 時產(chǎn)生尾氣2500 3000m3 (標態(tài))。尾氣中含有的氣體的體積含量為C0為85% 95%、 C02為2 % 4 %、02為0. 1 % 0. 5 %，磷(P4+PH3)約lg/m3 (標準狀況)，熱值為10. 5 11. OMJ/m3 (標態(tài))，屬比較好的高熱值燃料氣。目前，云南省黃磷生產(chǎn)能力占全國的60%以 上，尾氣利用率僅為20% 25%，多余的氣體只能點火放散，成為云南省主要大氣污染源 之一。如果能夠?qū)⑦@些尾氣加以有效利用，不僅可降低黃磷生產(chǎn)成本，還可節(jié)約能源、減少 對環(huán)境的污染。目前在如何利用電爐制磷尾氣面，已經(jīng)有了一些研究和開發(fā)。一、利用制磷尾氣生產(chǎn)甲醇、甲酸等化工產(chǎn)品。專利ZL02113667.X提出了一種制 磷尾氣固定床催化氧化凈化的方法。工藝由堿洗、催化氧化等部分組成。并已經(jīng)有小型的 示范裝置在運行。但是從總體上看，凈化工藝比較復雜，目前的規(guī)模還無法滿足大規(guī)模工業(yè) 應(yīng)用的需要。二、利用制磷尾氣的燃燒，提供熱能。尾氣直接燃燒時存在如下的問題主要成分 CO燃燒后產(chǎn)物為co2，不會對設(shè)備產(chǎn)生不良影響。影響較大的是微量的磷、硫元素，這些物 質(zhì)燃燒后形成硫、磷的氧化物，對設(shè)備造成高溫腐蝕，嚴重的會導致設(shè)備的報廢。因此在使 用前需要對尾氣進行預處理。專利ZL95104653. 5公開了一種制磷尾氣的利用方法及裝置， 將收集的制磷尾氣經(jīng)過水洗后加壓，送入鍋爐，與煤混燒，得到蒸汽。ZL200610010730. 5公 開了一種尾氣余熱綜合平衡利用系統(tǒng)，在滿足黃磷生產(chǎn)原料烘干熱能需要外，盡可能多發(fā) 電供制磷電爐用電。該系統(tǒng)包括尾氣預處理凈化、蓄熱式燃燒換熱、余熱鍋爐、熱風、熱水、 汽輪機發(fā)電、供配電及自動控制等子系統(tǒng)組成。上面這兩種利用方式都是利用制磷尾氣產(chǎn) 生蒸汽，利用蒸汽輪機發(fā)電，由于所產(chǎn)生的蒸汽的參數(shù)不高，導致制磷尾氣化學能轉(zhuǎn)換成電 能的轉(zhuǎn)化效率還不是很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用電爐制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電方法及系統(tǒng)，旨在有 效利用電爐制磷尾氣中富含的CO的化學能，使之通過燃燒轉(zhuǎn)化成高溫、高壓的燃氣推動燃 氣輪機做功，得到電力輸出；不但可以解決目前制磷尾氣大部分點火放散對環(huán)境的污染，而且可以作為一種燃料加以利用。本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的一種利用制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電方法，其特征在于該方法包括如 下步驟1)首先將熔磷電爐出來的制磷尾氣送入凈化吸收塔進行凈化，然后經(jīng)制磷尾氣壓 縮機進行壓縮，壓縮比為14 20 ；2)壓縮后的制磷尾氣經(jīng)燃氣穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后進入燃燒室，經(jīng)空氣壓縮機壓縮后的壓 縮空氣分兩部分進入燃燒室，其中一部經(jīng)一次風旋流器和二次風旋流器進入燃燒室，與制 磷尾氣在燃燒室內(nèi)混合，進行分級旋流燃燒，然后進入燃氣輪機中膨脹做功，并帶動發(fā)電機 發(fā)電，該部分壓縮空氣與制磷尾氣的體積比為2. 5 1 4 1 ；另一部分壓縮空氣從雙層 套筒之間的環(huán)隙端口進入并穿過冷卻用的空氣孔進入燃燒室，對筒壁進行冷卻；3)從燃氣輪機出來的熱煙氣進入換熱器，該熱煙氣對進入燃燒室的壓縮空氣預熱 后排出。本發(fā)明提供的一種利用制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)依次 包括熔磷電爐、凈化吸收塔、制磷尾氣壓縮機、燃氣穩(wěn)壓器、燃燒室、燃氣輪機、空氣壓縮機、 換熱器以及發(fā)電機；所述的熔磷電爐通過氣體管路依次與所述的凈化吸收塔、制磷尾氣壓 縮機、燃氣穩(wěn)壓器、燃燒室、燃氣輪機和換熱器相連接；所述的空氣壓縮機、發(fā)電機與燃氣輪 機安裝在同一轉(zhuǎn)軸上；所 述的燃燒室包括燃料噴嘴、一次風旋流器、二次風旋流器、點火器、 火焰檢測器和燃燒室出口，該燃燒室采用雙層套筒式結(jié)構(gòu)，并在燃燒室的內(nèi)筒壁上開有冷 卻用的空氣孔；所述的空氣壓縮機通過氣體管路經(jīng)換熱器與所述的燃燒室的一次風旋流器 入口、二次風旋流器入口以及雙層套筒之間的環(huán)隙端口連接。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于在燃燒室的內(nèi)套筒的內(nèi)壁和燃氣輪機的葉片上分別噴 涂一層耐高溫耐腐蝕的陶瓷涂層。本發(fā)明所具有以下優(yōu)點或突出性效果①能夠更大限度的利用電爐制磷尾氣的化學能，使之轉(zhuǎn)變成高品位的電能。制磷 尾氣經(jīng)過凈化后進入燃氣輪機燃燒室燃燒后形成的高溫高壓燃氣推動燃氣輪機做功，帶動 發(fā)動機發(fā)電；這樣可以結(jié)束現(xiàn)有制磷尾氣直接點火放散狀況，從而避免了對能源的大量浪 費，以及對對環(huán)境造成的氣體污染和熱污染。同時，燃氣輪機本身具有較高的循環(huán)熱效率， 在制磷尾氣的利用中也會更大限度的把燃料的化學能轉(zhuǎn)化為電能，從而使整套系統(tǒng)的單位 電能的能耗更低。②本發(fā)明提出了采用等離子體或高速火焰噴涂防腐技術(shù)。它以高溫、高速的等離 子射流或火焰射流來加熱加速陶瓷材料，使其在金屬表面形成一層致密的耐腐蝕的陶瓷圖 層，從而將磷腐蝕介質(zhì)與金屬壁面隔開，避免高溫腐蝕作用。


圖1是本發(fā)明提供的利用電爐制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2足燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1_熔磷電爐；2-凈化吸收塔；3-制磷尾氣壓縮機；4-燃氣穩(wěn)壓器；5-燃 燒室；6-燃氣輪機；7-空氣壓縮機；8-換熱器；9-發(fā)電機；51-空氣進口 ；52-燃料進口 ；53-點火器；54-火焰監(jiān)視器；55-燃燒室外筒壁；56-燃燒室內(nèi)筒壁；57-燃料噴嘴；58- — 次風旋流器；59- 二次風旋流器；510-回流區(qū)；511-燃燒室出口 ；512-空氣孔。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)和具體實施方式
做進一步的說明。如圖1所示，本發(fā)明提出的一種利用電爐制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)，包括熔 磷電爐1、凈化吸收塔2、制磷尾氣壓縮機3、燃氣穩(wěn)壓器4、燃燒室5、燃氣輪機6、空氣壓縮 機7、換熱器8以及發(fā)電機9，所述的熔磷電爐通過氣體管路依次與所述的凈化吸收塔、制磷 尾氣壓縮機、燃氣穩(wěn)壓器、燃燒室、燃氣輪機和換熱器相連接，并且空氣壓縮機7、發(fā)電機9 與燃氣輪機6安裝在同一轉(zhuǎn)軸上。從熔磷電爐1出來的富含CO的尾氣首先進入凈化吸收 塔2中進行凈化，凈化后的尾氣在制磷尾氣壓縮機3中加壓，壓縮比為14 20，經(jīng)過加壓后 的制磷尾氣在燃氣穩(wěn)壓器4中穩(wěn)壓后通過燃料噴嘴57進入燃燒室5，如圖2所示，燃燒室采 用雙層套筒式結(jié)構(gòu)，包括燃料噴嘴57、一次風旋流器58、二次風旋流器59、點火器53、火焰 檢測器54、燃燒室出口 511和燃燒室內(nèi)筒壁56上的空氣孔512，經(jīng)空氣壓縮機7壓縮后的 壓縮空氣分兩部分進入燃燒室5，其中一部分經(jīng)一次風旋流器58和二次風旋流器59進入燃 燒室5，與制磷尾氣在燃燒室內(nèi)混合，進行分級旋流燃燒，形成回流區(qū)510，穩(wěn)定火焰，該部 分壓縮空氣與制磷尾氣的體積比為2. 5 1 4 1 ；另一部分壓縮空氣從雙層套筒之間的 環(huán)隙端口進入并穿過冷卻用的空氣孔512進入燃燒室，對筒壁進行冷卻；從燃燒室出口 511 流出的高溫高壓氣體進入燃氣輪機6中膨脹做功，并帶動發(fā)電機9發(fā)電，從燃氣輪機出來的 熱煙氣進入換熱器8，該熱煙氣對進入燃燒室的壓縮空氣進行預熱后排出。整個燃燒過程由 火焰監(jiān)視器54進行監(jiān)控。同時為了降低腐蝕的影響，在燃燒室的內(nèi)套筒的內(nèi)壁和燃氣輪機 的葉片上分別噴涂一層耐高溫耐腐蝕的陶瓷涂層，噴涂方式可采用等離子體噴涂或火焰噴 涂。制磷尾氣經(jīng)過燃氣輪機發(fā)電技術(shù)得到的電力可以供電解黃磷過程的電力補充，也可以 并網(wǎng)發(fā)電。本發(fā)明提出的發(fā)電技術(shù)可以實現(xiàn)制磷尾氣的大規(guī)模高效清潔利用，改變現(xiàn)有氣 體直接燃燒排放對環(huán)境的污染，具有節(jié)約能源、降低污染排放、經(jīng)濟效益明顯和社會效益良 好的特點，在電爐制磷尾氣的利用中具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種利用制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)首先將熔磷電爐出來的制磷尾氣送入凈化吸收塔進行凈化，然后經(jīng)制磷尾氣壓縮機進行壓縮，壓縮比為14～0；2)壓縮后的制磷尾氣經(jīng)燃氣穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后進入燃燒室，經(jīng)空氣壓縮機壓縮后的壓縮空氣分兩部分進入燃燒室，其中一部經(jīng)一次風旋流器和二次風旋流器進入燃燒室，與制磷尾氣在燃燒室內(nèi)混合，進行分級旋流燃燒，然后進入燃氣輪機中膨脹做功，并帶動發(fā)電機發(fā)電，該部分壓縮空氣與制磷尾氣的體積比為2.5∶1～4∶1；另一部分壓縮空氣從雙層套筒之間的環(huán)隙端口進入并穿過冷卻用的空氣孔進入燃燒室，對筒壁進行冷卻；3)從燃氣輪機出來的熱煙氣進入換熱器，該熱煙氣對進入燃燒室的壓縮空氣預熱后排出。
2.一種如權(quán)利要求1所述方法的利用制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于該 系統(tǒng)依次包括熔磷電爐(1)、凈化吸收塔(2)、制磷尾氣壓縮機(3)、燃氣穩(wěn)壓器(4)、燃燒室 (5)、燃氣輪機(6)、空氣壓縮機(7)、換熱器⑶以及發(fā)電機(9)；所述的熔磷電爐通過氣體 管路依次與所述的凈化吸收塔、制磷尾氣壓縮機、燃氣穩(wěn)壓器、燃燒室、燃氣輪機和換熱器 相連接；所述的空氣壓縮機(7)、發(fā)電機(9)與燃氣輪機(6)安裝在同一轉(zhuǎn)軸上；所述的燃 燒室包括燃料噴嘴(57)、一次風旋流器(58)、二次風旋流器(59)、點火器(53)、火焰檢測器 (54)和燃燒室出口(511)，該燃燒室采用雙層套筒式結(jié)構(gòu)，并在燃燒室的內(nèi)筒壁上開有冷 卻用的空氣孔(512)；所述的空氣壓縮機通過氣體管路經(jīng)換熱器與所述的燃燒室的一次風 旋流器入口、二次風旋流器入口以及雙層套筒之間的環(huán)隙端口連接。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種利用制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于在燃 燒室的內(nèi)套筒的內(nèi)壁和燃氣輪機的葉片上分別噴涂一層耐高溫耐腐蝕的陶瓷涂層。
全文摘要
一種利用電爐制磷尾氣的燃氣輪機發(fā)電方法及系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)依次包括熔磷電爐、凈化吸收塔、制磷尾氣壓縮機、燃氣穩(wěn)壓器、燃燒室、燃氣輪機、空氣壓縮機、換熱器以及發(fā)電機。燃燒室采用雙層套筒式結(jié)構(gòu)，內(nèi)套筒的內(nèi)壁和燃氣輪機葉片上分別噴涂一層耐高溫耐腐蝕的陶瓷涂層。經(jīng)過凈化的富含CO的電爐制磷尾氣與經(jīng)過壓縮的空氣在燃燒室中混合后燃燒，形成高溫高壓的燃氣推動燃氣輪機做功，并帶動發(fā)電機發(fā)電，高溫煙氣預熱空氣后排放。本發(fā)明可以實現(xiàn)制磷尾氣的大規(guī)模高效清潔利用，改變現(xiàn)有氣體直接燃燒排放對環(huán)境的污染，具有節(jié)約能源、降低污染排放、經(jīng)濟效益明顯和社會效益良好的特點，在電爐制磷尾氣的利用中具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號F02C3/20GK101871392SQ20101019485
公開日2010年10月27日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者宋耀祖, 龔景松 申請人:清華大學