CN101118114B - 一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三通道式辊道窑 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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。

背景技术

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-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，窑炉安装在窑炉支撑基础上，窑炉内设有制品通道、窑气通道和燃料通道。制品通道与窑气通道之间设有隔板，隔板上设有多个供P₄蒸气和CO从制品通道逸往窑气通道的小孔。制品通道包括由连续排列的辊子构成的辊道。耐火材料垫板置于制品通道的辊道上。急冷惰性气体入口、惰性气体气幕入口、缓冷风入口以及窑尾低温风抽出口与制品通道相通。制品通道上位于窑炉的窑头部还设有窑头低温烟气排出口和窑尾抽出的惰性气体入口。窑气通道上设有P₂O₅气体抽出口。燃料燃烧尾气排放口与燃料通道相通。接触P₂O₅气体的所述辊子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，高温部分选用部分莫来石质或氧化铝质或刚玉质。

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。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。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中的图例如下：

辊道              

天然气燃烧气体  制品通道气体

容器走向          氮气

富氧空气或空气    

窑气通道  含P₄气体

天然气            

燃料通道  磷CO燃烧后窑气

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℃，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φ25～φ100，长度在1500-4000mm。窑长随产量不等在30～400米之间。

窑内宽度：800～3000mm。装载宽度600～3800mm。窑内高度150-600mm(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℃～400℃低温带用无缝钢管，400℃～700℃段用不锈钢，700℃～1550℃～700℃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，其中高温带接触P₂O₅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100℃～150℃；

6、窑尾抽出气体入口：从窑尾抽出的400℃左右的氮气，由此口鼓入；

7、含P₂O₅气体抽出口：其抽出温度在300℃～1300℃之间任意点；

8、急冷氮气入口：温度波动在1300℃～700℃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100℃～250℃；

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℃～200℃；

B：从窑尾抽出的热风鼓入点，300℃～600℃；

C：含P₂O₅烟气抽出点，温度300℃～1300℃任意点；

D：烧成高温点1300℃～1550℃，依烧成温度制度而变化；

E、F、G：高温烧成带，同时也是P₂和CO逸出点；

H：急冷惰性保护气鼓入点1300℃-1000℃；

I：热惰性保护气抽出点400℃-500℃；

J：惰性保护气气幕，350℃-400℃；

K：窑尾缓冷风入口，300℃；

L：窑尾缓冷风出口，100℃-250℃

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，1100℃以上至高温带全部使用碳化硅质或重结晶碳化硅质材料；500℃-1100℃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℃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500℃以前和冷却带700℃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500℃到1200℃以内选用莫来石或氧化铝材质均可；1200℃以上至高温带1550℃选用SiC或重结晶SiC材质辊棒。在预热带500℃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1300℃-700℃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℃左右设氮气气幕，一部分向窑首运动到500℃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500℃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300℃-600℃，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℃-1000℃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300℃-1100℃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1000℃--1100℃之间设置零压点，而是在300℃--1100℃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一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1300℃以后至300℃任意温度点取气。含P₂O₅窑气换热到300-400℃入吸收系统吸收得磷酸产品。P₄和CO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1100℃-1600℃和有P₂O₅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φ65，辊间距120mm。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240×115×53mm，进干燥窑烘干后由进窑机自动进入辊道窑内。使用99％N₂作为保护气，急冷N₂从1100℃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P₄和CO经过通道隔板18的多个小孔19进入窑气通道16，P₄和CO在热富氧气助燃后生成P₂O₅与CO₂，然后继续逆流至400℃窑气含P₂O₅气体抽出口出口点。部分急冷N₂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P₄与CO助燃。缓冷风从300℃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℃-250℃，送至干燥窑烘干料砖。窑头抽出燃烧尾气温度约150℃，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SO₄ ^2-含量降低了65％以上。成本进一步得到降低。

Claims (7)

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)内设有制品通道(15)、窑气通道(16)和燃料通道(17)，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CO从制品通道(15)逸往窑气通道(16)的小孔(19)，制品通道(15)包括由连续排列的辊子(1)构成的辊道。

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：耐火材料垫板(4)置于制品通道(15)的辊道上。

3.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：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。

4.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)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)。

5.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P₂O₅气体抽出口(7)。

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：燃料燃烧尾气排放口(14)与燃料通道(17)相通。

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：接触P₂O₅气体的所述辊子(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，高温部分选用部分莫来石质或氧化铝质或刚玉质。

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