CN101725963A - 一种循环流化床锅炉及利用黄磷尾气燃烧的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种循环流化床锅炉利用黄磷尾气燃烧的方法，包括燃烧室，燃烧室上部连接黄磷尾气输送系统和二次风配风装置。黄磷尾气在燃烧室内燃烧产生的腐蚀性物质与加入的碱性固体物发生中和反应，使腐蚀性物质被彻底去除，避免了对锅炉的腐蚀，设备采用常规材料也可长期运行。该方法工艺简单，操作方便，除腐蚀性物质成本低，设备投资、运行及维护费用少。脱除了腐蚀性物质的高温烟气换热后可直接排入大气，不会造成对环境的污染。实现了黄磷尾气作为能源的安全利用，在无黄磷尾气作为燃料时，可单独燃固体燃料，为燃烧室连续运行提供了保证。
Description
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉，尤其是一种循环流化床锅炉的燃烧室，特别是一种既能用于单独燃烧固体燃料也可掺烧黄磷尾气的燃烧室，以及采用该循环流化床锅炉利用黄磷尾气燃烧的方法。
背景技术
我国作为黄磷生产大国，目前黄磷装置年生产量约150万吨，占世界总量的60％。随着黄磷生产规模的不断扩大，黄磷生产场地趋于集中，使得我国每年排放的黄磷尾气超过37.5亿立方米。黄磷尾气典型成份表：
说明：(1)、根据各生产厂的工艺要求、设备状况、人员操作水平不同，尾气成份与黄磷尾气低位发热值略有差异。
(2)、CO、CO2、O2、N2、CH4为气体相色谱分析值。
(3)、PH3、H2S、CS2为气体检测管测量值，COS、H2为参考值。
根据以上黄磷尾气的成份，黄磷尾气除富含一氧化碳外，主要含有磷、硫、砷、氟等杂质，其中砷、H2S和氟通过水洗和碱洗较容易除去其中大部分，磷主要以PH3和P4形式存在。由于黄磷尾气中的磷、硫难以高效净化，且净化成本高，因此传统上对黄磷尾气的利用，是将部份黄磷尾气作为泥磷蒸馏、磷矿和焦炭干燥时的低级燃料使用，其余大部份黄磷尾气放空燃烧，因此目前黄磷尾气的利用率仅为20％～25％。黄磷尾气排放污染也日趋严重，围绕着黄磷尾气综合利用，许多大专院校、研究机构主要是对尾气净化、提纯，作为化工原料这一技术进行研究，也取得了一定的成果，但由于尾气中有害杂质多，净化难度大、净化成本高，因此该技术未得到推广。
国内曾有厂家将黄磷尾气作为燃料供锅炉使用，将燃烧室布置于炉膛内，炉膛由炉胆及其受热面或水冷壁组成，炉膛后部布置烟火管或对流管束等对流受热面，黄磷尾气燃烧后产生的高温烟气对炉胆、受热面、水冷壁、烟火管或对流管放热。使热量传递给锅炉的介质水或水蒸汽，加热介质送往用热单位，放热后的烟气(温度170度-250度)经尾部除尘器处理后直接排入大气或经引风机排入大气。但由于黄磷尾气中的成分PH3、H2S、COS、CS2、F2在燃烧后产生磷酸、氢氟酸、SO2等物质具有腐蚀性，且腐蚀性与金属的壁温有关，金属壁温越高，腐蚀性越强，根据目前研究即使抗腐蚀能力较强的316L钢材在其壁温超过250℃，也无法抵抗该烟气的腐蚀。锅炉在运行数十小时后，锅炉受压元件如受热面管道、管板等被腐蚀穿孔，如锅炉设计按常规燃气、燃煤锅炉选用材料，最长使用寿命不超过200小时，即使选用抗腐蚀能力较强的316L钢材，锅炉运行一年，也会出现锅炉受压元件受腐蚀现象，无法保证锅炉长期安全运行。此外黄磷尾气燃烧产生的烟气中腐蚀性物质未除去直接排入大气，无法避免对环境的污染。因此要将黄磷尾气作能源综合利用，技术的关键与重点是解决黄磷尾气燃烧腐蚀性产物产生。
发明内容
本发明的目的是：提供一种常规材料制成的、能长期运行、安全、环保、成本低的循环流化床锅炉。
本发明另一个目的是：提供一种上述循环流化床锅炉利用黄磷尾气燃烧的方法。
本发明的目的是通过实施下述技术方案来实现的：
一种循环流化床锅炉，包括燃烧室、风室，燃烧室和风室间设有布风板，布风板上配装有风帽，燃烧室外壁依次设置有耐火层、保温层，燃烧室设有给料口、检查孔，其特征在于，所述燃烧室还设有与外部相通的黄磷尾气送入口和二次风送入口，所述黄磷尾气送入口连接黄磷尾气输送系统，所述二次风送入口与配风装置连接。
所述黄磷尾气输送系统包括设置在黄磷尾气送入口的喷嘴，以及与喷嘴管道连接的水封装置，所述连接管道上设置阀门；水封装置还与外部黄磷尾气输送管道连通。
所述阀门包括调节阀和快关阀。
所述锅炉尾部的出烟口设置有测氧装置。
所述喷嘴材料为耐热耐磨铸钢材料。
所述喷嘴材料为ZGCr28Ni4Mn3n。
所述二次风送入口的位置高于黄磷尾气送入口。
所述黄磷尾气送入口和对应的喷嘴为至少2个，所述喷嘴对称均布于燃烧室壁面，喷嘴出口角度向下倾斜9～11度。
采用上述的循环流化床锅炉利用黄磷尾气燃烧的方法，包括如下步骤：
将固体燃料与碱性固体物的混合物从燃烧室的给料口送入，固体燃料流化需要的风从等压风室经布风板、风帽送入；
当固体燃料燃烧正常，燃烧室温度达到黄磷尾气着火温度以上后，打开尾气调节阀、快关阀，尾气经过喷嘴射入燃烧室内供气，与此同时，通过布置于喷嘴上部的与配风装置连接的二次送风口向燃烧室内送风，运行时通过测氧装置获取的烟气含氧量来调整黄磷尾气送入量与配风量，使黄磷尾气在燃烧室内充分完全燃烧，尾气中的单质磷或磷化物在高温下反应生成五氧化二磷，与水蒸汽生成磷酸；尾气中氟化物在燃烧过程中形成氢氟酸；碱性固体物与黄磷尾气燃烧后产生的腐蚀性物质磷酸和氢氟酸等物质发生中和反应生成磷酸盐或氟化物，从而脱除尾气燃烧后的高温烟气中的大部分腐蚀性物质；
燃烧后的高温烟气由燃烧室上部进入炉膛，烟气中的剩余的腐蚀性物质与高温烟气中携带的碱性固体物的飞灰继续进行酸碱中和反应，以完全去除烟气中的腐蚀性物质；
脱除腐蚀性物质的高温烟气进入分离器，经分离器分离下来的飞灰由返料器送入燃烧器继续进行循环利用，分离后的烟气与过热器，对流管束、省煤器换热后进入尾部除尘器，经引风机进入大气。
所述碱性固体物为石灰石，其与黄磷尾气燃烧产生的磷酸、氢氟酸的摩尔比为2.5-3∶1。
采用本发明的循环流化床锅炉，黄磷尾气在燃烧室内燃烧，黄磷尾气燃烧产生的腐蚀性物质在燃烧室和炉膛内与碱性固体物发生中和反应，使腐蚀性物质得到彻底去除，避免了对锅炉的腐蚀性，设备采用常规材料，也可长期运行。且工艺简单，操作方便，除腐蚀性物质成本低，设备投资、运行及维护费用少。脱除了腐蚀性物质的高温烟气换热后可直接排入大气，不会造成对环境的污染。
附图说明
图1是本发明实施例燃烧室结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是本发明的循环流化床锅炉结构示意图。
具体实施方式
如图1-3，循环流化床锅炉包括燃烧室15及其下部的等压风室1，风室连接一次风机26。燃烧室和风室间设有布风板2，布风板上配装有风帽3，燃烧室外壁为依次包覆的耐火层4、保温层5，外壁面设置有通往燃烧室的给料口7、检查孔6、黄磷尾气送入口和二次风送入口，二次风送入口的位置高于黄磷尾气送入口。黄磷尾气送入口为均布于燃烧室壁面的6个送入口(黄磷尾气送入口可以根据实际需要增加或减少)，每个黄磷尾气送入口内设置有与水封装置管道连接的喷嘴8，喷嘴出口角度向下倾斜9～11度，喷嘴材料由耐热耐磨铸钢材料制成，本实施例采用的是ZGCr28Ni4Mn3n材料。喷嘴与水封装置12的连接管道上设置调节阀10和快关阀11，水封装置与外部黄磷尾气输送管道13连通。二次风送入口与配置有二次风机25的配风装置9连接。燃烧室上部的出烟口14设置有测氧装置。
采用以上结构的循环流化床锅炉燃烧室，将固体燃料与碱性固体物如石灰石的混合物从燃烧室的给料口送入，固体燃料流化需要的风从等压风室经布风板、风帽送入；当固体燃料燃烧正常，燃烧室温度达到黄磷尾气着火温度以上后，打开尾气调节阀、快关阀，尾气经过喷嘴射入燃烧室内供气，与此同时，通过布置于喷嘴上部的与配风装置连接的二次送风口向燃烧室内送风，运行时通过测氧装置获取的烟气含氧量来调整黄磷尾气送入量与配风量，使黄磷尾气在燃烧室内充分完全燃烧，尾气中的单质磷或磷化物在高温下反应生成五氧化二磷与水蒸汽生成磷酸；尾气中氟化物在燃烧过程中形成氢氟酸；碱性固体物与黄磷尾气燃烧后产生的腐蚀性物质磷酸和氢氟酸发生中和反应生成磷酸盐或氟化物，从而脱除尾气燃烧后的高温烟气中的大部分腐蚀性物质。燃烧运行时，可以打开检查门观察燃烧室燃烧情况，通过调节黄磷尾气送入量与配风量，使黄磷尾气在燃烧室内充分完全燃烧，提高燃烧效率。还可以通过测量燃烧后烟气的含氧量来调节配风量。二次风送入口设置于黄磷尾气送入口的上部，使尾气得到更加充分燃烧。黄磷尾气输送系统设置有水封装置，起到了防回火的作用，确保了尾气输送系统的安全。
如图3，脱除大部分腐蚀性物质的高温烟气通过燃烧室上部的出烟口进入炉膛16，高温烟气中剩余的腐蚀性物质与高温烟气中携带的碱性固体物的飞灰在炉膛内继续进行酸碱中和反应。完全脱除腐蚀性物质的烟气进入分离器17，经分离器分离下来的飞灰由返料器24送入燃烧室的给料口继续进行循环利用；分离后的烟气经过出口烟道18与过热器、对流管束19、省煤器20换热后进入尾部除尘器21，经引风机22进入烟囱23排入大气。
锅炉运行同时应保证碱性固体物与高温烟气的混合良好，在上述脱除H3PO4、氢氟酸的反应剂中石灰石CaO与H3PO4、氢氟酸的摩尔比达到(2.5-3)∶1，其效果最理想，因此在锅炉运行中必须保证足够的碱性固体物(石灰石)，可根据尾气组份进行详细的计算所需碱性固体物的掺入量。经过计算每标准立方的黄磷尾气加入石灰石可按20～28g/Nm3黄磷尾气计算，当然具体的量应根据尾气的具体成份进行详细计算。
本发明提供的能单独燃固体燃料也可掺烧黄磷尾气的循环流化床燃烧室，实现了黄磷尾气作为能源的安全利用，在无黄磷尾气作为燃料时，可单独燃固体燃料，为燃烧室连续运行提供了保证。同时在黄磷尾气燃烧过程中去除产生的腐蚀性产物，保证锅炉的安全，避免黄磷尾气燃烧产生的烟气中腐蚀性物质直接排入大气，减少了对环境的污染。为尾气燃烧的热能设备长期运行提供了保证，其材料可以选用常规材料，大大降低了投资、运行及维护费用。按消耗燃料的总热值计，黄磷尾气与固体燃料最大掺烧量(热值比)可达到70％，尾气燃烧效率达99.5％，使黄磷尾气作为燃料燃烧得以实现。
Claims (10)
1.一种循环流化床锅炉，包括燃烧室、风室，燃烧室和风室间设有布风板，布风板上配装有风帽，燃烧室外壁依次设置有耐火层、保温层，燃烧室开有给料口、检查孔以及出烟口，其特征在于，所述燃烧室设有与外部相通的黄磷尾气送入口和二次风送入口，所述黄磷尾气送入口连接黄磷尾气输送系统，所述二次风送入口与配风装置连接。
2.如权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于：所述黄磷尾气输送系统包括设置在黄磷尾气送入口的喷嘴，以及与喷嘴管道连接的水封装置，所述连接管道上设置阀门；水封装置还与外部黄磷尾气输送管道连通。
3.如权利要求2所述的循环流化床锅炉，其特征在于：所述阀门包括调节阀和快关阀。
4.如权利要求2所述的循环流化床锅炉，其特征在于：所述锅炉尾部的出烟口设置有测氧装置。
5.如权利要求2所述的循环流化床锅炉，其特征在于：所述喷嘴材料为耐热耐磨铸钢材料。
6.如权利要求3所述的循环流化床锅炉，其特征在于：所述喷嘴材料为ZGCr28Ni4Mn3n。
7.如权利要求1-6任一项所述的循环流化床锅炉，其特征在于：所述二次风送入口的位置高于黄磷尾气送入口。
8.如权利要求7任一项所述的循环流化床锅炉，其特征在于：所述黄磷尾气送入口和对应的喷嘴为至少2个，所述喷嘴对称均布于燃烧室壁面，喷嘴出口角度向下倾斜9-11度。
9.一种采用权利要求1所述的循环流化床锅炉利用黄磷尾气燃烧的方法，其特征在于，包括如下步骤：
将固体燃料与碱性固体物的混合物从燃烧室的给料口送入，固体燃料流化需要的风从等压风室经布风板、风帽送入；
当固体燃料燃烧正常，燃烧室温度达到黄磷尾气着火温度以上后，打开尾气调节阀、快关阀，尾气经过喷嘴射入燃烧室内供气，与此同时，通过布置于喷嘴上部的与配风装置连接的二次送风口向燃烧室内送风，运行时通过测氧装置获取的烟气含氧量来调整黄磷尾气送入量与配风量，使黄磷尾气在燃烧室内充分完全燃烧，尾气中的单质磷或磷化物在高温下反应生成五氧化二磷，与水蒸汽生成磷酸；尾气中氟化物在燃烧过程中形成氢氟酸；碱性固体物与黄磷尾气燃烧后产生的腐蚀性物质磷酸和氢氟酸发生中和反应生成磷酸盐或氟化物，从而脱除尾气燃烧后的高温烟气中的大部分腐蚀性物质；
燃烧后的高温烟气由燃烧室上部进入炉膛，烟气中剩余的腐蚀性物质与高温烟气中携带的碱性固体物的飞灰继续进行酸碱中和反应，以完全去除烟气中的腐蚀性物质；
脱除腐蚀性物质的高温烟气进入分离器，经分离器分离下来的飞灰由返料器送入燃烧器继续进行循环利用，分离后的烟气与过热器，对流管束、省煤器换热后进入尾部除尘器，经引风机进入大气。
10.一种采用权利要求9所述的循环流化床锅炉利用黄磷尾气燃烧的方法，其特征在于，所述碱性固体物为石灰石，其与黄磷尾气燃烧产生的磷酸、氢氟酸的摩尔比为2.5-3∶1。
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