CN100397023C - 黄磷废渣载热量及反应尾气发热量的回收与综合利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及黄磷生产中排放的废渣、尾气所含热能、热值的回收、转化与综合利用，采取了从热能到电能的一步到位的目标设计，创造了“熔渣为主、渣气结合；提高效率，热电合供”的工艺流程，解决了废渣平稳输送供给、无水粒化降温、流态高效传热、尾气热值回收、装置功率调节、粒渣余热利用等诸多技术问题，实现了黄磷载热废渣、可燃反应尾气的热能、热值的回收、转化与综合利用，开辟了黄磷生产废热利用的新途径，同时也适用于冶金或其它矿石冶炼行业的废热回收和利用。

Description

黄磷废渣载热量及反应尾气发热量的回收与综合利用方法

一、技术领域

本发明涉及黄磷生产过程中所产生的熔融废渣载热量及反应尾气发热量的回收、转化与综合利用。

二、背景技术

黄磷生产从业人员都知道：每生产1吨成品黄磷，就将产生8-10吨温度高达1400摄氏度的熔融废渣及含80-90％一氧化碳的反应尾气3000标准立方米。这些高温载热废渣和富含一氧化碳的反应尾气如果不经任何热能、热值回收与利用过程就加以排放，不仅污染环境，而且造成十分巨大的能源浪费。

虽然，有的黄磷生产企业为降低生产成本，建立配套的反应尾气净化处理装置，将反应尾气中的一氧化碳气体加以回收、利用，但高温熔融废渣载热量却由于技术原因无法加以利用，只能沿袭传统的水淬粒化、降温的落后工艺对其进行处理，任凭巨大的载热量白白流失；同时，落后的废渣处理工艺还浪费了水源、污染了环境，危害了职工身体健康；加之废渣水淬时，工作现场烟雾弥漫、影响视线，又给安全生产带来隐患。所以，黄磷生产企业沿袭至今的水淬粒化降温的熔融废渣处理工艺危险、有害、浪费、落后，已经不适应黄磷生产企业的生产发展，有悖于国家和各级有关部门关于节能降耗、保护生态环境、实现可持续发展的要求。

要想从根本上解决传统熔融废渣处理工艺的诸多弊端，有效回收、转化和利用高温熔融废渣的巨大载热量、降低产品生产成本、支持黄磷生产企业对市场竞争力的追求，就必须摒弃熔融废渣处理的传统落后工艺，设计、制造和使用与黄磷生产规模配套的高温熔融废渣载热量回收、转化与利用的技术方案、工艺路线和装置，以实现对熔融废渣载热量的回收、转化与利用，达到减少环境污染、降低生产成本、扩大产品利润空间、提高黄磷生产企业经济效益的最终目的。

三、发明内容

针对黄磷废渣高温、液态、降温后凝固的基本特性，要实现上述目标，就必须解决如下诸多方面的技术问题：

1、高温熔融废渣的保温、防凝防堵问题

高温熔融的液态废渣在进入热能回收与转化装置之前，一旦保温不善、温度下降，就将凝固成块状、失去流动性，堵塞输送及供给管道从而造成严重后果。所以，务必对溶渣进行妥善的保温处理，并采取必要措施，对其在输送、储存和供给过程中所散失的热量进行弥补，以确保溶渣在进入热能回收与转化装置之前保持高温熔融的液体状态和良好的流动性；

2、熔渣对热能回收、转化装置供给的持续与稳定性问题

由于黄磷生产过程中的排渣操作大多是间歇式的，每4-6小时排渣一次，每次约进行20分钟。要保证熔渣热能回收、转化装置的平稳运行，减小装置额定功率、缓解装置热冲击、延长装置使用寿命，就务必实现熔渣对热能回收与转化装置供给的持续与稳定性；

3、熔融废渣的无水粒化与降温问题

黄磷废渣从反应装置中排出时，是呈炽热、通红的熔融液体状态的。传统处理工艺依靠冲渣水对熔渣进行水淬，从而达到粒化与降温目的。要回收、转化和利用高温熔渣载热量，就必须彻底改变其粒化与降温方式，使其在不与水发生直接接触的情况下完成粒化与降温过程，这是实现黄磷熔渣载热量回收、转化与利用的是核心的技术问题；

4、实现溶渣与热能转化工质之间的高效传热问题

由于熔渣热能回收与转化装置对黄磷熔渣的单位时间处理量大(11-14吨/万吨成品磷·小时)、熔渣温度高，所以，必须设法提高传热速率，使熔渣在粒化后迅速带走其所载热量并由热能回收、转化工质转移，以使熔渣温度迅速降低并凝固。如果没有高效的热传递方法，已粒化的液态熔渣温度不能迅速降低，也必然重新粘结成团，从而无法实现装置的正常运行；

5、反应尾气热值在系统中的回收、转化与利用问题

黄磷生产排出的反应尾气中一氧化碳燃烧热值为0.7×10⁷万大卡/万吨成品磷，实现这部分热值在系统中的回收、转化与利用，具有重要意义，也是本发明的一项根本目标；

6、实现热能回收与转化装置的功率调节问题

在实际生产中，经常需根据不同工况对熔渣热能回收与转化装置的输出功率进行一定范围的调节。但由于处于熔融状态的废渣温度高达1400摄氏度以上，要对如此高温的载热物料进行流量或压力调节以达到装置输出功率的调节目的，是极为困难的。因此，必须寻求一种途径、借助另一种容易调节的热源，实现对装置输出功率的调节；

7、迎合黄磷生产需要，提高热能、热值回收利用率问题

节能，是工业生产技术进步的一项永恒主题。如何根据黄磷生产的实际需要，提高熔渣载热量、反应尾气发热量的回收、利用效率，就直接关系到系统工艺路线及设备装置的开发和使用价值。关系到本项发明的实施与推广前景。

本发明立足于黄磷高温熔融废渣的巨大载热量，困绕上述七个方面的技术问题，采取了从热能到电能的一步到位的目标设计，创造了“熔渣为主、渣气结合、提高效率、热电合供”的热能、热值回收、转化与综合利用的系统工艺方法和流程，并针对具体的问题，提出了相应的解决方案，开辟了黄磷生产废热利用的新途径。

本发明提出技术方案是：设置熔渣保温、防凝防堵及对装置的稳定供给、熔渣无水粒化降温及对转化工质的流态高效传热、反应尾气热值的回收利用及装置输出功率调节、炉外汽水循环及系统电能输出以及粒渣余热最后的回收利用和处理五个工艺单元，首先将高温液态熔渣在熔渣保温、防凝防堵及对装置稳定供给单元的熔渣储存缓冲槽中进行保温、储存再持续送入以塔式废热锅炉为核心设备的熔渣无水粒化降温及对转化工质的流态高效传热单元中吸收、转化其大部分热量产生水蒸汽并利用设置于塔式废热锅炉外部的燃气·沸腾式给水加热器通过反应尾气热值的回收利用及装置输出功率调节单元回收利用尾气燃烧热值并实现装置的输出功率调节，由塔式废热锅炉及燃气·沸腾式给水加热器所共同得到的高温高压蒸气经炉外汽水循环及系统电能输出单元的调节抽汽式汽轮机热电合供地加以吸收、转化和利用，产生电能和热能，而由熔渣无水粒化降温及对转化工质的流态高效传热单元中排出、温度下降后的固态粒渣则送入粒渣余热最后的回收利用和处理单元回收利用其剩余热量，从而实现黄磷废渣载热量及反应尾气发热量的回收、转化与综合利用，具有废热利用效率高、渣气都利用、系统功率可调节的优点。

四、附图说明

说明书附图图1为系统工艺流程原理图

五、具体实施方式

下面，结合说明书附图——系统工艺流程原理图就黄磷废渣载热量及反应尾气发热量的回收、转化与综合利用系统工艺流程和针对具体问题的解决方案分系统工艺单元作详细说明。

(一)熔渣保温、防凝防堵及对装置的稳定供给

为实现熔渣对热能回收及转化装置供给的连续与稳定性，防止熔渣在输送、储存及供给过程中因热量散失、温度下降而凝固，在保证黄磷生产正常进行、不扰乱黄磷生产秩序的前提下，本发明对黄磷生产装置不作任何改动，采取“黄磷间歇排渣，系统储存缓冲”的技术措施，并依据“熔渣为主、渣气结合”的原则，对熔渣在输送、储存与供给过程中所散失的热量作出“燃气弥补”的技术保障。

本工艺单元操作过程如下：黄磷生产过程中排放的高温熔渣除去所含磷铁、夹杂焦碳后经保温绝热的输送管道依靠自身重量和流动性流入熔渣储存缓冲槽1中，并开始以工程设计的流量和流速经设计直径的熔渣供给管道进入塔式废热锅炉2顶部的气流式熔渣粒化器3中，从而进入下一工艺单元进行处理；

由于工程设计对熔渣单位时间供给量的限定，黄磷车间每排一次渣，就可供热能回收、转化装置运行4-6小时，这样，就实现了熔渣对装置的持续供给；为应对由于热能回收、转化与利用装置出现故障等因素造成的储存槽内已储有的熔渣用不完甚至不能继续保温待用的意外情况发生，在熔渣储存缓冲槽1上还设置溢流口4及泄渣口5以备必要时让槽内熔渣溢出或排出，并返回黄磷车间水淬渣池按传统工艺方法进行处理；

在要求对熔渣储存缓冲槽及熔渣输送与供给管道作保温、绝热的工程设计外，还要求项目实施企业配套相应的反应尾气净化系统，从净化系统的储气柜中引入品质合格的一氧化碳燃气，在黄磷排渣时，点燃安装于熔渣储存缓冲槽1顶部的一氧化碳燃烧器，利用一氧化碳燃烧热，对熔渣在输送供给过程中所散失的热量作出提前的弥补。此时，熔渣在理论火焰温度达两千三百摄氏度的一氧化碳火焰加温下，温度由1400℃上升到1600℃并继续在燃气火焰的保温下储存。这样，哪怕在输送供给过程中热量有所散失，也能保证熔渣进入热能回收、转化装置之前温度为1500℃，保持良好的流动性，为全系统的稳定工作打下基础；

一氧化碳燃烧助燃空气由助燃空气鼓风机6产生，并经设置于塔式废热锅炉2底部的助燃空气预热器7加热后提供。

(二)熔渣无水粒化降温及对转化工质的流态高效传热

为实现黄磷高温液态废渣的无水粒化降温及对热能回收转化工质——水的高效热传递，本发明通过高压风机造成的可控高速气流，最为简单、经济地达到了目的。

这部分工艺单元由高压风机8、气流式熔渣粒化器3、固体流态化发生器9、除尘器10、水冷式列管换热器11及高压气流调节阀12等组成。

其中，唯一的动力设备为高压风机。它将气体由塔式废热锅炉2的顶部抽出，增压后供给安装于塔式废热锅炉顶部的气流式熔渣粒化器3及设置于塔式废热锅炉下部的固体流态化发生器9工作，从而实现高温熔融液态废渣的无水粒化降温及流态化的高效热传递。

此单元的工作过程如下：高压风机8启动后，置于塔式废热锅炉2顶部及下部的气流式熔渣粒化器3与固体流态化发生器9就有高速气流喷出。当来自上一工艺单元熔渣储存缓冲槽1的高温液态废渣经过熔渣供给管道到达气流式熔渣粒化器3的喷嘴处时，就立即与来自高压风机8的高速气流相遇。液态熔渣于是受到高速气流的强烈的冲击，被击碎、吹散并与气流相混合，形成相互之间具有一定距离的液态废渣颗粒群和气体的混合物。在其中的气流带动下，载热废渣液态颗粒群以一定速度并以一定的角度进行发散式的向下运动。于是，载热废渣液态颗粒之间横向的相互距离进一步扩大，在以相同速度向下方运动的过程中，没有机会因相互碰撞而重新粘合，从而就实现了高速气流对载热液态废渣的无水粒化；

被高速气流击碎、粒化后的载热废渣液态颗粒群向下运动失去气流作用力后由于自身重量及惯性将继续向塔式废热锅炉2下部运动，并在运动后期，因受到来自塔式废热锅炉下部的固体流态化发生器9的高速上升气流的阻碍而逐渐减速，最终因达到受力平衡而停止下落。此时，载热废渣液态颗粒群就被置于悬浮、翻滚的沸腾状态。而高速上升的气流就从它们的空隙间穿过，它们所携带的热量就通过这种固体流态化的方式被气流迅速带走，其温度也迅速降低到其熔点以下从而成为稳定的固体状态，就算它们之间发生相互碰撞也无法重新粘合，液态废渣由此成为具有一定粒度的固体颗粒群；

由于从固体流态化发生器9吹来的上升气流速度介于废渣颗粒最小流化速度与最大流化速度之间。所以，废渣颗粒在高压风机8造成的流化床内，既不会下落也不致被气流带走，只能处于悬浮、沸腾的状态。于是它们所带的热量就在这种状态中不断地被上升气流带走、转移，其温度不断下降，流态化的热交换不断地进行下去；

最后，失去绝大部分热量的废渣颗粒在来自上、下两股气流的共同作用下将不可避免地趋向于塔式废热锅炉2边缘没有气流流通的区域运动，最终将导致失去受力而坠落。一部分粒度较小的废渣颗粒被上升气流带动向上运动，但大多会因碰撞到塔式废热锅炉受热面(关于塔式锅炉受热面及其内部结构，将在后面作进一步说明)上失去动能而下落；

从固体流态化发生器9吹出的高速上升气流吸收黄磷废渣的热量并曲折穿过塔式废热锅炉汽锅受热面从而将热量传递给热能转化工质之后被高压风机8从塔式废热锅炉顶部按120°夹角分布的三个出风口抽出，并经相应的除尘器10除去微小尘渣后增压送回气流式熔渣粒化器3及固体流态化发生器9中，重新成为高速工作气流，返回塔式废热锅炉。这样周而复始，就实现了塔内传热气流的强制对流循环。熔渣无水粒化、降温及流态化的高效传热操作因此得以持续不断地进行下去；

被除尘器浓缩、分离出的微小尘渣经设置于塔底对应的尘渣下料口13返回塔底；

为防止由于塔内气体温度过高危及高压风机，本单元中还在除尘器10之后、高压风机8之前安装了相应的水冷式列管换热器11，用来自黄磷污水处理系统的工艺循环水对进入高压风机的气流作设备安全防范性降温；

在这部分工艺单元中，根据熔渣储存缓冲槽1中熔渣液位随黄磷排渣作周期变化从而引起熔渣供给之单位时间流量也发生周期变化等不同工况，可通过调节两个高压气流调节阀12，改变气流粒化角度、粒化细度及固体流态化沸腾高度等工艺参数来加以适应。

(三)反应尾气热值的回收利用及装置输出功率调节

为回收、转化和利用黄磷生产过程排放的反应尾气中一氧化碳燃烧热及实现热能、热值回收、转化装置的输出功率调节，本发明采取了从反应尾气净化系统储气柜中引入合格的一氧化碳燃气，加热或在安全范围内蒸发配套设置于塔式废热锅炉2外部的燃气·沸腾式给水加热器14中的锅炉给水，以达到回收、转化和利用反应尾气中一氧化碳燃烧热的目的；同时，通过对一氧化碳燃烧强度的控制，改变塔式废热锅炉给水温度及燃气·沸腾式给水加热器的沸腾率，实现对热能、热值回收、转化装置在一定范围内的功率调节。熔渣、尾气在这里相得益彰、珠联璧合，充分地体现了“熔渣为主、渣气结合”的黄磷废热回收、利用思想。

这部分工艺单元由燃气·沸腾式给水加热器14、汽水分离器15、热水供给泵16、热水预热储存槽17、冷水供给泵18、冷水储存槽19、止回阀20、液位自动控制阀21、工艺用热水泵22及一氧化碳燃烧配套装置组成。

工作过程如下：装置运行后，塔式废热锅炉2的给水由热水预热储存槽17[或冷水储存槽19]经热水供给泵16[或冷水供给泵18]加压后流经燃气·沸腾式给水加热器14实现连续供给；

点燃燃气·沸腾式给水加热器14的一氧化碳燃烧器，于是锅炉给水吸收一氧化碳燃烧热，温度升高直至在安全范围内沸腾。由燃气·沸腾式给水加热器引出的热水(或冷水)或汽水混合物进入汽水分离器15中实现汽水分离：热水(或冷水)进入塔式废热锅炉2中成为熔渣载热量回收、转化工质；而蒸发出的蒸汽则经液位自动阀21与塔式废热锅炉2产生的蒸汽合为一股，进入下一工艺单元进行进一步转化和利用；

安装液位自动阀21的目的在于防止汽水分离器15中的水进入塔式废热锅炉蒸汽输出管破坏蒸汽品质。所以，当汽水水分离器15中的液位过高时，液位自动阀21应能实现自动关闭。因此，此阀应是受汽水分离器液位控制的电磁阀；

应当特别注意的是：燃气·沸腾式给水加热器14的一氧化碳燃烧器只能在对锅炉进行连续供水的正常运行状态下方能使用，防止烧坏设备；汽水分离器15中的液位应予保持，绝对不允许汽水分离器内充满蒸汽。因为此时将造成塔式废热锅炉内缺水，导致严重后果。所以，汽水分离器15应安装液位报警装置；

装置输出功率调节原理如下：通过调节一氧化碳燃烧强度，改变锅炉给水温度及燃气·沸腾式给水加热器14的沸腾率，从而达到功率调节目的；也可根据需要，改变锅炉给水路线(即：供热水或供冷水)达到在较大范围内改变装置输出功率之目的；

根据“熔渣为主、渣气结合”的热能回收、利用的发明思想，发明人提请项目实施企业采取“尽量供给冷水、节省工艺热水、发挥燃气作用、满足生产需要”的工艺操纵原则；

生产工艺用纯净热水由工艺用热水泵22加压送出，供给黄磷或其它需要纯净热水的部门使用。

(四)、炉外汽水循环及系统电能输出单元

通过上述几个工艺单元的操作，熔融液态废渣的巨大载热量及反应尾气中一氧化碳发热量就被塔式废热锅炉2及燃气·沸腾式给水加热器14中的热能回收转化工质——水吸收，并使后者成为具有做功能力的蒸汽。

在本工艺单元中，发明人采取了一步到位的目标设计，把蒸汽的能量通过汽轮机、发电机进一步转化成为便于输送、便于使用、能够创收增效的电能。这部分电能可以经电压配电装置处理后用于项目实施企业的生产、生活，更可根据装机容量的大小、电能品质的高低实现在特定范围内的电力联网。借助大规模电网的电力调节作用，将使本发明具有十分广阔的推广应用前景；

同时，根据黄磷生产的实际需要，本发明采用了“提高效率、热电合供”的黄磷废热利用方案、将调节抽汽式汽轮机作为首选原动机型，以达到黄磷生产废热利用的高效率。

本工艺单元(不含发电机电压配电装置)由燃气·蒸汽过热器23、过热蒸汽分布缸24、调节抽气式汽轮机25、发电机26、水冷式凝汽器27、凝结水泵28、冷却水泵29、软水补给泵30，工艺用蒸汽分布缸31、射汽式抽汽器32等主要设备组成。

工作过程如下：吸收黄磷生产过程排出的高温熔融废渣载热量及反应尾气中一氧化碳发热量而形成的水的饱和蒸汽由塔式废热锅炉2及燃气·沸腾式给水加热器14中引出后进入燃气·蒸汽过热器23并经过热器一氧化碳燃烧器火焰的加温形成满足调节抽汽式汽轮机25进汽品质要求的过热蒸汽，再通过过热蒸汽分布缸24，高速流动的过热蒸汽进入调节抽汽式汽轮机25中膨胀做功，带动汽轮机并联动发电机26旋转，从而实现将热能最终转化成为电能输出；

在汽轮轮机内膨胀做功后的乏汽进入水冷式凝汽器27中由冷却水泵29自冷水储存槽19抽出并加压送来的冷却水冷却凝结成凝结水，再由凝结水泵28抽出并增压送至热水预热储存槽17中成为塔式废热锅炉2的给水；而来自冷水储存槽19的冷却水经过水冷式凝汽器27后温度升高，在冷却水泵29的压头作用下与出自水冷式凝汽器27中的凝结水一道也被压入热水预热储存槽17中作为塔式废热锅炉2的热给水；

汽轮机蒸汽凝结水及经过凝汽器的冷却水不仅作为塔式废热锅炉的给水，而且也作为黄磷等生产车间工艺用纯净热水，由工艺用热水泵22提供动力，加压后送出；

黄磷及其它生产车间用品质要求较低的工艺蒸汽则由调节抽汽式汽轮机25的级间引出，并经工艺用蒸汽分布缸31分配后提供。这部分蒸汽品质参数则通过调节抽汽式汽轮机25上相应的阀件及工艺用蒸汽分布缸31上的蒸汽控制阀件共同加以调节控制，以满足各用汽单位对蒸汽参数的不同要求；

冷水储存槽19中的水来自水质软化处理系统，由软水补给泵30加压送至。这部分供水需进行相应的水质软化工艺处理，应符合锅炉用水标准；

建立和维持水冷式凝冷器27内的真空，以增强蒸汽在汽轮机内的做功能力的射汽式抽气器32的工作蒸汽由过热蒸汽分布缸24内并与进入调节抽汽式汽轮机25的蒸汽一起引出提供，并通过阀件调节控制。

(五)粒渣余热最后的回收利用和处理

黄磷熔融废渣经过气流粒化降温及流态传热单元处理后，其所带的大部分热量被高速的流态化气流转移并转化成为水蒸汽的能量形式从塔式废热锅炉2中输出，磷渣温度因此大幅降低，并下落于塔式废热炉底部。

但是，这些凝固的废渣颗粒仍然具有很高的温度，相当部分热能未被回收和利用。为了回收和利用这些粒化后的废渣余热，本发明除在塔式废热锅炉2底部设置助燃空气预热器7，用其余热加热来自于助燃空气鼓风机6的空气，以改善各工艺单元中一氧化碳燃气燃烧条件之外，还利用黄磷生产具有大量封闭循环工艺用水的条件，把这部分封闭循环水作为热交换工质进行使用，实现对粒渣余热的回收、转移和利用，使粒渣温度最终降到50-60摄氏度，从而完成粒渣余热最后的回收利用过程。

这部分工艺单元工作过程如下：黄磷生产工艺中产生的含磷及其它杂质的污水经污水处理系统处理后由工艺水循环泵33加压依次进入转筒冷却器34和安装于助燃空气预热器7下方的工艺循环水加热器35中，吸收上述两个换热装置换热面周围的粒渣余热、转变成为具有较高温度的汽水混合物，然后送到安装于热水预热储存槽17中的盘管加热器36中，对热水储存槽中的水进行加热。这样，就等于将黄磷工艺循环水当作换热工质，实现了对粒渣余热最后的回收与利用；

对热水预热储存槽中的水进行加热、温度下降后的工艺循环水在泵33的压头作用下经疏水器37返回黄磷生产车间。由于它们尚有一定温度，完全满足黄磷工艺用水的温度要求，故不需再用蒸汽等介质进行加热。这也就等于节约了蒸汽、提高了系统的电力生产能力；

正如前所述，来自污水处理系统的黄磷工艺循环水还可根据需要部分地送往水冷式列管换热器11中，对进入高压风机8的气体温度作设备安全防范性降温，最后也返回黄磷生产车间；

粒渣在塔式废热锅炉2底部及转筒冷却器34中，在来自污水处理系统黄磷工艺循环水的降温作用下，温度下降至50-60摄氏度后，进入斗式提升机38提升，最后由专用运渣车39装载运走，完成黄磷废渣在热能、热值回收、转化装置中的最后行程，其巨大的载热量因此被有效地回收、转化和利用起来。

在上述黄磷渣、气废热回收、转化和综合利用的工艺流程中，塔式废热锅炉2是实现发明目的之核心设备。在工艺系统中，对溶渣的无水粒化降温对热能转化工质的高效流态传热、对各工艺单元中一氧化碳燃烧所需的助燃空气的预热、以及对粒渣余热的最后回收、利用都是在此设备中得以实现。

下面，就塔式废热锅炉2再进一步作出详细说明(参见说明书附图——系统工艺流程原理图)：

塔式废热锅炉2是一塔式形状的、非燃料燃烧锅炉，可视为工业废热锅炉的一种。其塔体部分除具备工程设计的力学性能外，还应作必要的保温绝热处理。在其相应位置还应开有各种工作孔，如：气流式熔渣粒化器3的安装孔、互成120°夹角塔顶布置的三个出风孔、塔下部相对应的三个尘渣下料孔以及人孔、粒化与流态化操作观察孔、测温孔、蒸汽及各类管件的引出孔等等；

在塔内部，除安装有气流式溶渣粒化器3、由进风管、风室、绝热防护层、布风板及风帽等部件构成的固体流态化发生器9、由焊有导热翅片的钢管对接管板焊接而成，钢管之间留有缝隙便于粒渣下落、置于塔底并互成90°放置、上下安装的助燃空气预热器7和工艺循环水加热器35外，还设置有如下结构部件：环形上锅筒40、环形下锅筒41、嵌壁式集箱42、埋管束43、对流管束44、对流管翅片45、水冷壁管束46以及互成120°夹角塔周布置的三根炉外下降管47。

环形锅筒41、42：由锅炉钢板卷制成椭圆筒状，然后弯曲封闭焊接而成，中间留有圆形空洞。这样设计之目的，便于在其中心空洞处安置气流式熔渣粒化器3及固体流态化发生器9；

嵌壁式集箱42：由锅炉钢板卷制作筒状，弯曲并封闭焊接而成，嵌置于塔中部的塔内壁预留空隙内，这样安装目的在于避免此集箱阻碍塔上部周围的粒渣下落；

水冷壁管46及对流管44：由环形上锅筒40外圆周引出的管束间隔交替分为两组：一组作为塔式废热锅炉水冷壁管束46，另一组作为对流管束44。这样可以方便焊装对流管翅片45及设备检修、维护。水冷壁管束46及对流管束44下端都接入嵌壁式集箱42中；

对流管44上焊有弧形翅片45，让上升气流同时产生圆周运动。这样，不但扩大了传热面积，而且还使粒渣有较大机会撞击翅片失去动能而下落，从而起到一定的除尘作用，同时也保护了锅炉受压管束；

埋管43：这是受热最为强烈的管束，直接置于流态化沸腾区域，受到渣粒的直接撞击和冲刷。埋管的布置较显稀疏，便于气流快速穿过。埋管由环形上锅筒40的内圆周引出，下端与环形下锅筒41相连接；

嵌壁式集箱42与环形下锅筒41共用一根置于炉外的下降管47。为增强对流及均匀分布锅炉给水，特别采取了按120°夹角圆周布置三组下降管的保障措施，上下连接上锅筒、嵌壁式集箱和下锅筒。下降管在塔内的部分，应采取必要的绝热措施；

环形上锅筒40除引出主蒸气管外，还应安装安全阀、水位计等锅炉附件，保障设备的安全运行。

综上所述，本发明为解决黄磷生产企业沿袭至今的熔融废渣处理工艺危险、有害、浪费、落后的诸多弊端，采取了从热能到电能的一步到位的目标设计，创造了“熔渣为主、渣气结合；提高效率，热电合供”的工艺流程，解决了废渣平稳供给、无水粒化降温、流态高效传热、尾气热值回收、装置功率调节、粒渣余热利用等诸多技术问题，实现了黄磷载热废渣、可燃反应尾气热能、热值的回收、转化与综合利用，开辟了黄磷生产废热利用的新途径。

同时，应当特别指出的是，作为一种工业废热回收、转化和利用的工艺方法，本发明还特别运用于冶金或其它矿石冶炼行业生产过程中排放的载热废渣、可燃反应尾气(炉气)的热能、热值回收、转化与利用。因此，本发明具有十分广阔的应用领域。

最后，发明人认为，就黄磷生产行业来说，要实施上述技术项目并使达到最佳技术效果，在实施当中，还应注意如下方面的问题：

1、对于拥有若干套规模不等的黄磷生产装置的企业，不可能也不必要设计、建造各装置配套的废热利用工艺路线和设备，只需依企业生产总规模进行装置的规模设计并因地制宜将若干生产装置排出的渣、气汇总到废热利用系统即可；

2、应在塔式废热锅炉顶部设置若干气流粒化器并采取“一器一槽三喷嘴”的熔渣供给路线和设施、设备分别配套的原则，保证任何一套熔渣供给路线或设备出现故障都能启用备用设施实现生产正常进行；

3、应对黄磷生产中的配料工序严格把关，控制好磷渣酸度(SiO₂/C_aO为0.8左右)避免因磷渣呈强酸性而造成锅炉的过度腐蚀，必要时可采取化学添加法改善磷渣酸度；同时，在锅炉设计制造时，应对锅炉用钢的品种选择及其表面处理作出科学论证；

4、塔式废热锅炉应采取正压操作并避免空气进入。新开车时，可先用一氧化碳燃气烘炉使炉中充满二氧化碳气体，以保护锅炉受压件和受热面；

5、塔式废热锅炉底部应具备一定的存料空间和能力，让料渣下落后停留塔底足够时间，延长助燃空气预热器及工艺循环水加热器中的空气和循环水与粒渣的热交换时间，以确保粒渣从转筒冷却器出来时的温度不高于60摄氏度；

6、发电机后的电压配电装置(附图中未示出)应具备系统停电应急措施和设备，防止外来电源供应出现故障而引起系统连锁反应。保证排完、用尽熔渣储存缓冲槽内已储有的高温熔渣，并实现系统“软停车”；

7、气流式溶渣粒化器可以由黄磷生产用电炉电极钻孔车制而成；输送和供给管道可用电极糊振动模压成型作为内衫、外加绝热、保温材料及钢管支持外壳制成，在使用中煅烧炭化就可满足需要，但使用中管内不得存留氧气；

8、由于气流式熔渣粒化器工作原理与化工生产常见的喷雾干燥单元操作中使用的气流式雾化器并无本质区别，其对高温熔渣具有“雾化”的效果，所得粒渣较水淬的方法为细，故专用运渣车应避免散漏、危害环境卫生，最好使用包装袋包装后运送。

发明人确信，在项目实施单位及配套设备供应单位工程技术人员的努力下，本发明一定能够很好实施，并产生良好的经济效益、环保效益和社会效益。本技术项目的实施和推广，必将改变黄磷生产行业的整体面貌、推动我国黄磷工业向前发展。

Claims (7)

1.一种黄磷生产过程中排放的熔融废渣和反应尾气的热能、热值的回收、转化与综合利用的工艺方法，其特征是：由熔渣保温、防凝防堵及对装置的稳定供给、熔渣无水粒化降温及对转化工质的流态高效传热、反应尾气热值的回收利用及装置输出功率调节、炉外汽水循环及系统电能输出以及粒渣余热最后的回收利用和处理五个单元构成，首先将高温液态熔渣在熔渣保温、防凝防堵及对装置稳定供给单元的熔渣储存缓冲槽(1)中进行保温、储存再持续送入以塔式废热锅炉(2)为核心设备的熔渣无水粒化降温及对转化工质的流态高效传热单元中吸收、转化其大部分热量产生水蒸汽并利用设置于塔式废热锅炉(2)外部的燃气·沸腾式给水加热器(14)通过反应尾气热值的回收利用及装置输出功率调节单元回收利用尾气燃烧热值并实现装置的输出功率调节，由塔式废热锅炉(2)及燃气·沸腾式给水加热器(14)所共同得到的高温高压蒸气经炉外汽水循环及系统电能输出单元的调节抽汽式汽轮机(25)热电合供地加以吸收、转化和利用，产生电能和热能，而由熔渣无水粒化降温及对转化工质的流态高效传热单元中排出、温度下降后的固态粒渣则送入粒渣余热最后的回收利用和处理单元回收利用其剩余热量，从而实现黄磷废渣载热量及反应尾气发热量的回收、转化与综合利用，工艺同时适用于冶金或其它矿石冶炼行业的废热回收、转化与利用。

2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征是：在熔渣保温、防凝防堵及对装置的稳定供给单元中，采取了“黄磷间歇排渣，系统储存缓冲”的技术措施，将黄磷排出的熔渣经输送管道流入熔渣储存缓冲槽(1)中，由于工程设计对熔渣单位时间供给量的限定，黄磷车间每排渣一次就可供热能回收、转化装置运行4-6小时，这样就实现了熔渣对转化装置的持续供给，达到了储存、缓冲的目的。

3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征是：在熔渣保温、防凝防堵及对装置稳定供给单元中，点燃安装于熔渣储存缓冲槽(1)顶部的一氧化碳燃烧器，利用从反应尾气净化系统储气柜中引来的一氧化碳燃气的燃烧热，对熔渣在输送、供给过程中所散失的热量作提前弥补，使熔渣温度由1400℃上升到1600℃并继续在燃气火焰的保温下储存，使熔渣在进入热能回收、转化装置之前保持良好的流动性。

4.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征是：在熔渣无水粒化降温及对转化工质的流态高效传热的工艺单元中利用高压风机(8)产生的可控高速气流，通过气流式熔渣粒化器(3)将高温载热熔渣击碎、吹散成为液态废渣颗粒群，再通过固体流态化发生器(9)将液态废渣颗粒置于悬浮、翻滚的沸腾状态，致使液态废渣颗粒载热量在固体流态化的高效热交换中被转移、温度下降，成为固态废渣颗粒，从而实现了熔融废渣的无水粒化及对热能转化工质的高效传热。

5.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征是：在熔渣无水粒化降温及对转化工质的流态高效传热工艺单元中所使用的废热锅炉结构由环形锅筒(40，41)以及嵌壁式集箱(42)，埋管(43)，对流管(44)及其翅片(45)，水冷壁管(46)，互成120°夹角塔周布置并连通上、下锅筒(40，41)及嵌壁式集箱(42)的三根炉外下降管(47)构成。

6.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征是：在反应尾气热值的回收、利用及装置输出功率调节的工艺单元中，在塔式废热锅炉(2)外部配置燃气·沸腾式给水加热器(14)，利用来自反应尾气净化系统储气柜的一氧化碳燃气加热直至在安全范围内沸腾锅炉给水，达到回收、转化和利用反应尾气热值的目的，并通过对一氧化碳燃烧强度的控制，实现装置输出功率在一定范围内的调节。

7.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征是：在粒渣余热最后的回收、利用和处理单元中，利用黄磷生产过程中具备大量封闭循环工艺用水的有利的条件，将这些水通过工艺水循环泵(33)加压作为热交换工质通过转筒冷却器(34)和置于废热锅炉底部的工艺循环水加热器(35)对粒渣余热进行最后的回收、利用，使之成为具有较高温度和载热量的汽水混合物，再通过盘管加热器(36)对热水预热储存槽(17)中的软水进行加热，最后经疏水器(37)返回黄磷车间供工艺循环应用，达到了粒渣余热回收、利用并节省了工艺蒸汽用量、提高了系统的电力生产能力。

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