CN105859164A - 黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用系统及方法。系统包括黄磷炉气过滤回收系统、黄磷熔融炉渣造粒冷却及显热回收系统、余热回收利用系统和水泥生产系统；黄磷炉气过滤回收系统包括过滤装置、风机、洗涤装置和储气罐；黄磷熔融炉渣造粒冷却及显热回收系统包括高温储罐、回转窑、篦式冷却机和风机，高温储罐与回转窑、篦式冷却机依次相连，风机分别与回转窑以及篦式冷却机相连；余热回收利用系统包括黄磷尾气燃气锅炉、烟气余热锅炉和发电机组，两锅炉所产生的蒸汽送入发电机组发电；篦式冷却机产生的黄磷炉渣送入水泥生产系统。本发明不仅可以解决黄磷企业环境污染问题，而且可以创造很好的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于黄磷生产废弃物余热回收利用领域，涉及一种黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用的系统及方法。
背景技术
我国黄磷的生产总规模、产量及出口量均居世界第一。目前的黄磷生产工艺是将磷矿、焦炭和硅石原料按比例投入电炉反应，然后对炉气进行喷淋冷却并得到粗磷，然后再将粗磷导入精制槽内进行两级精制，最终得到黄磷产品。每生产1t黄磷副产尾气2500～3000m3。黄磷尾气是一种优质的气体燃料(所含热值约为10659kJ/Nm3)，主要成分是CO，一般含量在85％～95％。其他杂质有无机硫(S、H2S、SO2)、有机硫(CH4SH、COS)、SiF4、PH3、P4、HF、CH4、CO2、O2、N2、氰化物和原料粉尘等，因此，黄磷尾气具有易燃、易爆和有毒的特性，所以其尾气的净化和利用，必须落实安全措施。
目前，我国的黄磷生产厂家除少数把尾气深度净化后用作高品质化工原料或燃料，部分企业将尾气用作原料烘干的初级燃料气外，大多数厂家尤其是中小规模企业都未充分利用，80％的方法是采用火炬燃烧排入大气，未经净化的黄磷尾气中含有硫、磷、氟、砷等有害气体，直排污染环境，而排空燃烧的CO生成的CO2又导致了“温室效应”。
黄磷尾气多年来一直没有较好的得到利用的原因有两个：一是过去所用制磷电炉单台产能小，黄磷企业规模小；二是由于尾气中含有较多的杂质(硫、磷、砷，氟等)，采用深度净化技术净化成本较大且尚不成熟，导致黄磷尾气长期无法全部利用。
黄磷熔融炉渣是电炉法制备黄磷时的工业固体废物。电炉法制取黄磷，利用焦炭和硅石作为还原剂和成渣剂，使磷矿石中的钙和二氧化硅化合，形成熔融炉渣，每隔4h从电炉中下部排出。根据冷却方式的不同，黄磷炉渣分为两种，熔融炉渣经水淬冷却，称为水淬渣；经过自然冷却，称为自然冷却黄磷炉渣。黄磷是一种高能耗、高物耗产品，一般生产1t黄磷消耗原料12-14t，其中磷矿约为8.5-9.5t，每生产1t黄磷产出炉渣8-10t。
黄磷炉渣在出炉时温度高达1200～1300℃，每吨炉渣带走显热1.88×109J，相当于64.159kg标准煤，炉渣带走热量占总能耗29.37％。
根据我国黄磷的生产能力及产品量，黄磷企业实际年产出黄磷炉渣600～750万t，其中云南省年产出黄磷炉渣300～400万t。目前，黄磷炉渣的利用，先将熔融状态的磷炉渣(温度高达1350～1550℃)，用大量冷水进行水淬后用车拉走，再用于生产农用硅钙肥、水泥、混凝土、磷渣砖及瓷质砖，有效利用率约为10％。冷却吨磷炉渣需要吨水量3t/t，同时产生200Kg/t水蒸气+酸气，排入大气，在此过程中需要大量的人力来处理水萃渣，浪费较多的水资源；且产品品质较低，且用量有限。黄磷尾气由于含有P、S、As、F等有毒有害杂质，利用率不足30％，其余用火炬燃烧后排入大气。黄磷炉渣大部分以废渣堆积，既浪费资源，又污染环境，成为了黄磷行业的可持续发展的制约因素。
目前，我国在生产中应用的高炉渣处理工艺主要是水淬粒化工艺。水淬粒化工艺，就是将熔融状态的高炉渣置于水中急速冷却限制其结晶，使其在热应力作用下粒化。水淬后得到沙粒状的粒化渣，绝大部分为非晶态，被运往渣场堆放或去水泥厂作为生产水泥的原料。
水淬粒化工艺普遍存在如下缺点：消耗大量水；熔渣余热没有回收；系统维护工作量大；冲渣产生的气态硫化物带来空气污染；粉磨时水渣必须烘干，仍要消耗能源。
另外也有企业直接排干渣，就是让高温的熔融炉渣直接流淌进入干渣场，待温度降低后再由工人将干渣铲起运走。此法不造成水耗，也不会造成废水的二次污染与腐蚀性蒸汽的发生，但是1300℃左右的高温熔融炉渣在生产车间流淌，其危险性非常高，而且其热辐射对生产环境也造成极大的影响，铲渣工人的烫伤事件也时有发生。因此这是一种危险性很高的生产方式，不宜推广使用，同时也不利于渣和渣热的综合利用。
巨量的磷渣的弃置堆放既污染环境成为企业的一种负担，同时也是一种资源浪费。合理解决磷渣的出路，将其资源化，变废为宝、变害为利是黄磷企业的一个亟待解决的重要问题和发展方向。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用的系统，该系统不仅可以解决黄磷企业环境污染问题，而且可以创造很好的经济效益。本发明的另外一个目的是提供该系统的回收利用方法。
本发明的技术方案如下：
黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用系统，包括黄磷炉气过滤回收系统、黄磷熔融炉渣造粒冷却及显热回收系统、余热回收利用系统和水泥生产系统；所述黄磷炉气过滤回收系统包括依次连接的过滤装置、第一风机、洗涤装置和储气罐，过滤装置与黄磷电炉连接；所述黄磷熔融炉渣造粒冷却及显热回收系统包括高温储罐、回转窑、篦式冷却机、第二风机和第三风机，高温储罐连接到黄磷电炉，所述高温储罐与回转窑、篦式冷却机依次相连，第二风机和第三风机分别与回转窑以及篦式冷却机相连；所述余热回收利用系统包括黄磷尾气燃气锅炉、烟气余热锅炉和发电机组；所述储气罐与黄磷尾气燃气锅炉相连，所述第三风机与烟气余热锅炉相连；所述黄磷尾气燃气锅炉和烟气余热锅炉所产生的蒸汽送入发电机组发电；所述篦式冷却机产生的黄磷炉渣送入水泥生产系统。
进一步地，所述高温储罐与回转窑之间设有流量控制装置。
本发明上述黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用系统的方法，具体过程如下：黄磷电炉反应所产生的黄磷炉气通过过滤装置过滤，在第一风机的动力作用下，再经洗涤装置将黄磷炉气中的黄磷洗涤沉淀下来，而黄磷尾气经上部管道进入储气罐备用；黄磷电炉反应所产生的高温熔融黄磷渣进入高温储罐储存，经流量控制装置进入回转窑，在回转窑中，造粒颗粒物不断加入与高温熔融炉渣混合，且经过冷风降温，使得混合物在旋转移动状态下逐渐形成混合颗粒物或炉渣块状固体实现造粒功能；混合颗粒物或炉渣块状固体再经篦式冷却机粉碎及冷却，冷却后的混合炉渣输送到料仓备用；在造粒与冷却过程中，第二风机不断送冷风进入回转窑以及篦式冷却机，与高温黄磷炉渣换热后的热风经由第三风机送入余热回收利用系统；从储气罐输送的黄磷尾气进入黄磷尾气燃气锅炉燃烧，与高温熔融炉渣换热所产生的热风进入烟气余热锅炉换热，两锅炉所产生的蒸汽并入发电机组发电，所产生的排气最后经由烟气净化系统排出；黄磷冷却炉渣作为硅酸盐水泥掺合料或者矿渣水泥的原料送入水泥生产系统制作水泥。
所述过滤装置采用干法过滤。
所述洗涤装置包括黄磷洗涤装置和水洗加碱洗装置。
所述第二风机送入回转窑以及篦式冷却机的冷风方向与熔融炉渣成顺流或者逆流或者这两者方式的组合。
所述发电机组为汽轮发电机组或者为有机工质朗肯循环发电机组。
本发明通过将四个系统相互结合，将黄磷熔融炉渣显热回收、黄磷炉气过滤与净化、黄磷尾气燃烧利用、蒸汽混合发电进行有效地衔接，实现了黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热的综合回收利用。该系统结构简单、易于实现，不仅可以解决黄磷企业环境污染问题、变废为宝，而且可以创造很好的经济效益，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明装置系统的结构示意图。Ⅰ为黄磷炉气过滤回收系统，Ⅱ为黄磷熔融炉渣造粒冷却及显热回收系统，Ⅲ余热回收利用系统，Ⅳ利用黄磷冷却渣掺混制水泥系统。
具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括黄磷炉气过滤回收系统Ⅰ、黄磷熔融炉渣造粒冷却及显热回收系统Ⅱ、余热回收利用系统Ⅲ、利用黄磷冷却渣掺混制水泥系统Ⅳ四个相互关联的部分。
黄磷炉气过滤回收系统Ⅰ包括过滤装置、第一风机、洗涤塔、储气罐等；黄磷熔融炉渣造粒冷却及显热回收系统Ⅱ包括高温储罐、回转窑、篦式冷却机、第二风机、第三风机等；余热回收利用系统Ⅲ包括黄磷尾气燃气锅炉、烟气余热锅炉、发电机组等；利用黄磷冷却渣掺混制水泥系统Ⅳ包括水泥生产企业等。
本发明的工作原理是：
黄磷电炉反应所产生的黄磷炉气通过过滤装置过滤，在第一风机的动力作用下，再经洗涤装置将黄磷炉气中的黄磷洗涤沉淀下来，而黄磷尾气经上部管道进入储气罐备用；黄磷电炉反应所产生的高温熔融黄磷渣进入高温储罐储存，经流量控制装置进入回转窑造粒，造粒混合颗粒或者炉渣块状物再经篦式冷却机粉碎及冷却，冷却后的混合炉渣输送到料仓备用；在造粒与冷却过程中，第二风机不断送冷风进入回转窑以及篦式冷却机，与高温黄磷炉渣换热后的热风经由第三风机送入余热回收利用系统Ⅲ；从储气罐输送的黄磷尾气进入燃气锅炉燃烧，与高温熔融炉渣换热所产生的热风进入烟气余热锅炉换热，两锅炉所产生的蒸汽并入发电机组发电；所产生的排气最后经由烟气净化系统排出；黄磷冷却炉渣可作为硅酸盐水泥掺合料或者矿渣水泥的原料，经水泥生产企业利用制作水泥。
本实施例中，黄磷炉气过滤装置采用干法过滤，除尘及杂质率超过99％，而传统工艺无过滤装置。本过滤装置不仅包括膜式物理过滤还包括化学反应方式过滤部分气体杂质。在洗涤塔中，不仅设有常规黄磷洗涤装置，而且具有水洗加碱洗装置，既可以实现黄磷的沉淀收集，而且可实现黄磷尾气的净化。在回转窑中，造粒颗粒物不断加入与高温熔融炉渣混合，且经过冷风降温，使得混合物在旋转移动状态下逐渐形成颗粒物或块状固体实现造粒功能。造粒颗粒物为煤矸石或者石灰石等固体颗粒物。
高温熔融炉渣经过回转窑及篦式冷却机，冷风经换热变为高温热风，实现高温熔融炉渣显热回收。回转窑以及篦式冷却机冷风可选择与熔融炉渣顺流或者逆流多种组合方式进气，实现换热，热风出气口位置也可选择性设置。黄磷尾气经燃气锅炉燃烧利用产蒸汽，高温热风净烟气余热锅炉换热产蒸汽，两锅炉所产蒸汽混合进发电机组发电，实现黄磷尾气与熔融炉渣热能综合回收利用发电。发电机组既可以为常规汽轮发电机组，也可以为有机工质朗肯循环发电机组。
Claims (7)
1.黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用系统，包括黄磷炉气过滤回收系统、黄磷熔融炉渣造粒冷却及显热回收系统、余热回收利用系统和水泥生产系统；
所述黄磷炉气过滤回收系统包括依次连接的过滤装置、第一风机、洗涤装置和储气罐，过滤装置与黄磷电炉连接；
所述黄磷熔融炉渣造粒冷却及显热回收系统包括高温储罐、回转窑、篦式冷却机、第二风机和第三风机，高温储罐连接到黄磷电炉，所述高温储罐与回转窑、篦式冷却机依次相连，第二风机和第三风机分别与回转窑以及篦式冷却机相连；
所述余热回收利用系统包括黄磷尾气燃气锅炉、烟气余热锅炉和发电机组；所述储气罐与黄磷尾气燃气锅炉相连，所述第三风机与烟气余热锅炉相连；所述黄磷尾气燃气锅炉和烟气余热锅炉所产生的蒸汽送入发电机组发电；
所述篦式冷却机产生的黄磷炉渣送入水泥生产系统。
2.根据权利要求1所述的黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用系统，其特征在于，所述高温储罐与回转窑之间设有流量控制装置。
3.利用如权利要求1所述的黄磷熔融炉渣及黄磷尾气余热综合回收利用系统的方法，其特征在于，具体过程如下：黄磷电炉反应所产生的黄磷炉气通过过滤装置过滤，在第一风机的动力作用下，再经洗涤装置将黄磷炉气中的黄磷洗涤沉淀下来，而黄磷尾气经上部管道进入储气罐备用；黄磷电炉反应所产生的高温熔融黄磷渣进入高温储罐储存，经流量控制装置进入回转窑，在回转窑中，造粒颗粒物不断加入与高温熔融炉渣混合，且经过冷风降温，使得混合物在旋转移动状态下逐渐形成混合颗粒物或炉渣块状固体实现造粒功能；混合颗粒物或炉渣块状固体再经篦式冷却机粉碎及冷却，冷却后的混合炉渣输送到料仓备用；在造粒与冷却过程中，第二风机不断送冷风进入回转窑以及篦式冷却机，与高温黄磷炉渣换热后的热风经由第三风机送入余热回收利用系统；从储气罐输送的黄磷尾气进入黄磷尾气燃气锅炉燃烧，与高温熔融炉渣换热所产生的热风进入烟气余热锅炉换热，两锅炉所产生的蒸汽并入发电机组发电，所产生的排气最后经由烟气净化系统排出；黄磷冷却炉渣作为硅酸盐水泥掺合料或者矿渣水泥的原料送入水泥生产系统制作水泥。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述过滤装置采用干法过滤。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述洗涤装置包括黄磷洗涤装置和水洗加碱洗装置。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二风机送入回转窑以及篦式冷却机的冷风方向与熔融炉渣成顺流或者逆流或者这两者方式的组合。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述发电机组为汽轮发电机组或者为有机工质朗肯循环发电机组。
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Denomination of invention: Integrated recovery and utilization system and method for waste heat from yellow phosphorus molten slag and yellow phosphorus tail gas Effective date of registration: 20231228 Granted publication date: 20180102 Pledgee: Nanjing Xinxin Commercial Factoring Co.,Ltd. Pledgor: NANJING KESEN KENEN ENVIRONMENT & ENERGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980074815 |
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