电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统

摘要

本发明涉及一种电炉法生产黄磷的尾气余热综合平衡利用系统。所解决的技术问题是提供一种能够将黄磷尾气热能高效、安全地综合利用于发电、原料烘干、生产用热水的完整平衡利用集成技术。该集成系统在满足黄磷生产原料烘干热能需要外，尽可能多发电供黄磷电炉用电。该集成系统包括尾气预处理净化子系统、蓄热式燃烧换热子系统、余热锅炉子系统、供黄磷生产原料烘干用热风子系统、供黄磷生产用热水子系统、汽轮机发电子系统、供配电及自动控制子系统。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统，尤其是配套电炉法生产黄磷使用的黄磷尾气余热发电及热力平衡系统。

背景技术

电炉法生产黄磷时将磷矿石、硅石、焦碳按配料比混合，在电炉内，使磷矿石中的磷元素被还原成单质磷，焦碳在此反应过程中被氧化为一氧化碳。反应产生的一氧化碳裹带着气态的单质磷、灰份及少量水蒸气一起从电炉中逸出，经三级喷淋冷却塔用喷淋水洗涤降温，使气相的单质磷冷凝为液态并与大部分粉尘一起，随喷淋水进入磷回收系统。其余气体经三级喷淋冷却塔出来形成黄磷尾气，该黄磷尾气热值：10659KJ/Nm³，烟尘含量：73.3mg/Nm³，氧化物：10.8mg/Nm³，尾气成分组成大致为：

正常情况下，黄磷尾气的组成如下：

  尾气中组分  体积百分比浓度  CO  85％～95％  O₂  0.1％～0.5％  CO₂  2％～4％  其他气体  2％～5％

其中其他气体的组成如下：

  其他气体中组分  含量(g/Nm³)  P₂，PH₃  1～3  H₂S，有机硫  0.6～3.0  HF，SiF₄  0.4～0.5  As  0.07～0.08

黄磷尾气既是一种化工原料可生产草酸、甲酸等化工产品，同时它也是一种优质的气体燃料。

但由于利用黄磷尾气生产草酸、甲酸等化工查品，尾气净化工艺比较复杂、净化成本较高且效果并不理想，所以长期以来广大黄磷厂都将注意力集中在利用尾气热能方面，但大都只是利用尾气来做原料矿石干燥的热源。但这只占总可利用尾气量的30％，其余黄磷尾气仍然是白白放空燃烧，既造成一定的环境污染，又极大地浪费了能源。

怎样更加有效地利用黄磷尾气的热能，已有许多人做过探讨。直接使用黄磷尾气烧锅炉发电，锅炉运行两至三月以后，因为尾气中含磷及粉尘过高，在高温情况下磷与铁生成磷铁同时产生磷酸酐和偏磷酸酐附着在锅炉受热面的管壁上，破坏了锅炉的水循环受热面管壁，磷酸酐、偏磷酸酐的存在产生高温腐蚀，锅炉很快烧坏，最终以失败而告终。

发明内容

本发明目的是提供一种电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统，完整解决磷炉尾气余热余能综合利用及利用过程中的腐蚀、堵塞等上述背景技术的不足。

本发明提供的系统方案是：

电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统，包括尾气预处理净化装置、燃烧换热装置、余热锅炉装置、供黄磷生产原料烘干用热风装置、供黄磷生产用热水装置、汽轮机发电装置、供配电及自动控制装置。其特征在于所述的燃烧换热装置是由两个以上蓄热式燃烧换热装置交替进行燃烧和换热，一个燃烧加热蓄热体，另一个与换热介质换热，尾气与空气在余热锅炉外的蓄热装置内燃烧，加热燃烧器内的蓄热体将热能储存起来，然后用专用换热介质进行交换将热介质送入余热锅炉。黄磷电炉与三级喷淋冷凝塔之间增设了：沉降室、旋风除尘器或者沉降室、布袋除尘器等尾气预处理装置，以降低尾气的含尘量，满足燃烧系统的要求。也可以将尾气预处理装置布置在三级喷淋冷却塔之后，采用洗涤塔及文氏管洗涤器来净化尾气。在换热燃烧装置中，适当布置铁球吸收烟气中的磷、氟等有害气体，净化烟气达到排放标准。烟气系统中装热管式换热器加热尾气使的排烟温度在150℃以下，使整个换热装置效率在85％以上。在于在余热锅炉中，为满足黄磷生产烘干原料热风需求，本企业在锅炉尾部配有高温空气预热器，将空气加热，送入原料烘干系统。为满足黄磷生产对热水的需求，本企业在锅炉尾部配有热水发生器，满足黄磷生产需求。于余热锅炉的传热介质是循环使用的。传热介质是具有辐射换热能力的水蒸汽与CO₂的混合气体。供配电及自动控制采用SIEMENS PCS7过程控制系统。

电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统的特征在于采用了蓄热式燃烧换热系统，其原理为尾气与空气在余热锅炉外的蓄热装置内燃烧，加热燃烧器内的蓄热体将热能储存起来，然后用专用换热介质进行交换将热介质送入余热锅炉，蓄热式燃烧换热装置配用两个以上，一个燃烧加热蓄热体，另一个与换热介质换热，并将热介质送入余热锅炉。燃烧产生的烟气不与锅炉受热面金属管道接触。因此完全杜绝了尾气含有的P₂、PH₃、H₂S、HF、SiF₄、As等有害气体对锅炉受热面的高温腐蚀。

解决以上问题的较为完善的三种电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统，分别是图1所示的旋风除尘器尾气预处理电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统、图2所示的布袋除尘器尾气预处理电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统、图3所示的洗涤塔及文氏管洗涤器尾气预处理电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统。

这三种系统的共同特点是：

蓄热式燃烧换热装置、余热锅炉装置、供黄磷生产原料烘干用热风装置、供黄磷生产用热水装置、汽轮机发电装置、供配电及自动控制装置完全相同。

这三种系统的不同特点是：

尾气预处理净化装置不相同。

本发明的优点在于：通过蓄热式燃烧换热装置进行交替的燃烧蓄热和换热，隔绝了黄磷尾气燃烧时的高腐蚀性，成功的利用了黄磷尾气的所含能量。

附图说明

图1是旋风除尘器尾气预处理电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统示意图。

图2是布袋除尘器尾气预处理电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统示意图。

图3是洗涤塔及文氏管洗涤器尾气预处理电炉法黄磷尾气余热综合平衡利用系统示意图。

具体实施方式

图中1-黄磷电炉，2-淋水冷凝塔，3-洗涤塔，4-沉降室，5-文氏管洗涤器，6-旋风除尘器，7-布袋除尘器，8-黄磷尾气脱水器，9-黄磷尾气预热器，10-安全水封，11-余热锅炉，12-水泵，13-引风机，14-热水加热器，15-热风换热器，16-空气预热器，17-省煤气，18-锅炉给水泵，19-水箱，20-送风机，21-汽轮发电机，22-发电机，23-冷凝器，24-凝结水泵，25-冷却塔，26-冷却水泵，27-烟囱28-过热器，29-蓄热式燃烧换热装置。

以下列方式配制本专利系统：

1、尾气预处理净化装置

黄磷尾气含有CO、O₂、CO₂和其他气体，并带有大量的烟尘，尾气预处理净化子系统用于黄磷尾气除尘与净化。

(1)方案一：

黄磷尾气从电炉里排出后，进入重力沉降室，然后进入旋风除尘器，最后进入三级喷淋冷却塔。

(2)方案二：

黄磷尾气从电路里排出后，进入重力沉降室，然后进入布袋除尘器，最后进入三级喷淋冷却塔。

(3)方案三：

黄磷尾气从电炉里排出后，经三级喷淋冷却塔后进入洗涤塔及文氏管洗涤器，结合净化装置。尾气由洗涤塔底部进入，上部排出，在此中间设有喷头喷水，水和尾气流向相反，用水可带走一部分灰尘，尾气从塔上部出来后进入文氏管对尾气进行进一步的清洗。水在塔的下部收集后排入泥磷系统，泥磷排出进入其水处理系统后循环使用。经过该洗涤后，尾气的含尘量降至10mg/m³，含磷降至0.2mg/m³。

2、蓄热式燃烧换热装置

本蓄热式燃烧换热子系统由两个蓄热燃烧器构成，其中一个经净化的尾气经过预热器，进入火嘴。同时助燃风由风机送入锅炉尾部预热器预热后进入火嘴，与黄磷尾气混合燃烧。燃烧后的高温烟气经过设置在燃烧器顶部的一定数量的钢球使烟气中的磷与炙热的钢球发生反应产生硫化铁以去除烟气中的磷。然后烟气加热蓄热体，产生的废气进入黄磷尾气预热器，加热低温黄磷尾气。烟气温度降至150℃后排入烟囱。

同时由锅炉送出的低温换热介质通过风机进入另一个蓄热燃烧器进行换热，使换热介质达到1200℃后进入锅炉产生高温高压蒸汽。

两个蓄热燃烧器按照一定的周期进行切换。

3、余热锅炉装置

1200℃换热介质进入锅炉炉膛进行加热，经过水冷壁，过热器，省煤器，原料烘烤空气预热器，助燃风空气预热器，热水发生器，温度降100℃后由风机送入蓄热燃烧器。在此过程产生的高温高压蒸汽送入汽轮机做功发电，

4、供黄磷生产原料烘干用热风装置

在锅炉尾部烟道布置热交换器，配置送风机，将冷空气送入热交换器加热，产生高温热风送入原料烘干系统。

5、供黄磷生产用热水装置

在锅炉尾部最低端布置蛇行管换热器，通过水泵将软化水送入蛇行管换热器加热，产生100℃的热水，通过两个不同的温度调节器产生不同温度的热水，满足黄磷生产系统热水需求。

6、汽轮机发电装置

由锅炉产生的高温高压蒸汽进入汽轮机发电，蒸气经冷凝器冷凝变为冷凝水，冷凝水经冷凝水泵抽出至锅炉给水泵送入锅炉进行循环。

7、供配电及自动控制装置

采用SIEMENS PCS7过程控制系统实现：尾气预处理净化装置、蓄热式燃烧换热装置、余热锅炉装置、供黄磷生产原料烘干用热风装置、供黄磷生产用热水装置、汽轮机发电子系统的三电一体化过程控制。