CN112320775A - 窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统及生产方法 - Google Patents

窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统及生产方法，系统包括炉气循环装置、固结筛分装置、还原氧化装置和水合收酸装置，固结筛分装置包括竖式炉体，竖式炉体于内腔设置有筛分组件，筛分组件将竖式炉体的内腔分隔为上固结腔和下排灰腔，炉气循环装置与上固结腔连通，上固结腔接收外部原料、且上固结腔与还原氧化装置连通，还原氧化装置与水合收酸装置连通。方法包括以下步骤：S1：原料处理；S2：固结筛分；S3：还原、氧化反应；S4：水合收酸。本发明具有结构简单紧凑、节能环保、可实现高温固结和筛分功能、能简化工序和降低成本的优点。

Description

窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统及生产方法
技术领域
本发明主要涉及磷酸生产技术领域，尤其涉及一种窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统及生产方法。
背景技术
窑法磷酸是上世纪80年代美国Occidental Research Corporation(ORC公司)开发的可直接利用中低品位磷矿用回转窑作为反应器生产高浓度磷酸的工艺技术(简称窑法磷酸工艺，或KPA法)，它将磷矿石、硅石、碳质还原剂加皂土制成碳素球团，球团w(P2O5)10％～13，n(CaO)/n(SiO2)为0.26～0.55。在回转窑中还原区高温气体温度约1350℃时磷蒸气从料球中逸出，氧化成P2O5，同时放出热量供给还原反应。气态P2O5经水合后生成磷酸,循环吸收后成浓磷酸。
窑法磷酸的最大优点是用一般的生产设备和中低品位磷矿石来生产高质量、高浓度的磷酸。与电炉法磷酸相比，能耗大大降低；与湿法磷酸相比，它不受硫资源限制，不产生磷石膏，具有生产工序简单、投资较少、绿色环保，产品酸浓度高、质量好的特点，该工艺思路显示了一种良好的工业应用前景。
1982年ORC公司进行了Φ0.84m(内)×9.14m回转窑中试装置的中间试验，并进行了磷矿石回转窑还原的数学模型研究。但他们未认识到工艺过程中P2O5反吸(即：气相中的P2O5与球团表面的磷矿粉反应生产磷酸盐在球团表面形成一层富磷的白壳)引起的磷损耗，因此中试效果欠佳。如何在一个回转窑内有效地隔离氧化区和还原区，使磷的还原和氧化反应同时顺利完成，并充分利用其反应热，与此同时尽量避免P2O5反吸发生保证磷的还原率，成为了制约窑法磷酸工艺的瓶颈。Joseph A.Megy提出过一些改进的技术方法(参见U SP4351809,1982)，用惰性气体做隔离层，阻止球团与氧化气氛的窑气接触，其具体办法是在回转窑窑体上钻许多小孔，不断地从球料层下方通入惰性气体，以清洗反应床，防止球团中的炭被氧化。这种用惰性气体保护的方法取得了一定效果，但是由于采用低温固结球团入窑，回转窑预热段(球团从200℃—1200℃)太长，因此通入预热段的球团表面的保护气量很大，不仅成本很高，而且使回转窑的结构和操作变得十分复杂。Walter.C.Lapple则采用在料球层上覆盖“游离”焦炭粒的方法(参见U S P，3241917,1996，以此来保护料球中的炭不被氧化，ORC公司在中试时采用这种方法，虽然加入的“游离”焦炭量为料球量的若干倍，但是在窑体转动过程中，“游离”焦炭与料球分离，保护效果并不明显。上述这些措施都未取得满意的结果，至今未见上述的KPA技术进行过任何工业化、规模化或商业化的应用。
鉴于上述问题，我们(长沙矿冶研究院)经过反复研究，曾提出过一种克服上述问题的解决方案(参见CN1026403C、CN1040199C号中国专利文献)，即采用一种双层复合球团直接还原磷矿石生产磷酸的工艺(简称：CDK窑法磷酸工艺)。所谓双层复合球团，就是在磷矿配碳球团的外表面再包裹上一层主要是含碳的包裹层，就像穿了一层衣服一样，靠这层“衣服”中的碳与外部氧化性物质反应后局部产生CO等还原性气氛将内部的固相还原区和外部的气相氧化区隔开，避免P2O5反吸。中试和半工业试验均证明双层复合球团能解决在一个回转窑内有效隔离氧化区和还原区的问题。
然而，我们后续的研究发现，采用双层复合球团隔离氧化区和还原区付出的代价较高，还引起一系列新的技术问题，其主要缺陷在于：
1)多种因素引起的回转窑结圈问题，使回转窑难以长周期连续稳定运行，如：
a.复合球团采用200℃左右的低温固结，其球团强度低，有害杂质(有机物、钠、钾等)没去除，球团在回转窑很长的预热段(200℃—1200℃)中磨损和不均匀受热会造成爆裂，产生大量粉料，加上球团中的杂质(如K、Na等)也在此过程中挥发出来，这些粉料、杂质与窑气中的P2O5等反应生成低熔点的磷酸盐化合物粘附在窑壁，不断累积造成结圈；
b.球团包裹层配入了较多的碳，回转窑这种设备难以控制均匀燃烧，易发生局部超温引起高温结圈。
2)能耗和成本较高，主要原因如下：
a.球团包裹层配碳量较大，这些碳在窑内燃烧需要大量的空气，并产生大量高温废气从窑尾排出，这不但造成该层配碳的热能利用率极低(仅高温尾气带出热就占了该部分碳燃烧热的60％左右)，而且将大量热和窑气带入后面收酸工序，又必须用冷却水换掉这部分热量，还另外增加了能耗和处理成本；
b.球团内及包裹层配碳要用成本较高的无烟煤或焦炭；
c.包裹层也增加了球团的煤和硅石用量，增加了渣量，增加了原料成本和生产成本；
d.包裹层强度低，易磨损丢失，造成P2O5反吸到表层磷矿粉中，降低P2O5收率。
上述的CDK窑法磷酸工艺存在的易结圈、能耗和成本较高的问题不解决的话，规模化的工业生产较难实现。因此，为了提高现有窑法磷酸工艺的生产效率，降低生产成本，保证工艺的稳定运行，现有的窑法磷酸工艺及关键设备还亟待本领域技术人员进行继续的改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑、节能环保、可实现高温固结和筛分功能、能简化工序和降低成本的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统及生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，包括炉气循环装置、固结筛分装置、还原氧化装置和水合收酸装置，所述固结筛分装置包括竖式炉体，所述竖式炉体于内腔设置有筛分组件，所述筛分组件将竖式炉体的内腔分隔为上固结腔和下排灰腔，所述炉气循环装置与上固结腔连通，所述上固结腔接收外部原料、且上固结腔与还原氧化装置连通，所述还原氧化装置与水合收酸装置连通。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述竖式炉体顶部设有与上固结腔相通的进料口和出气口；所述竖式炉体下方设有与上固结腔相通的出料口和进气口，所述进料口接收外部原料，所述出气口和进气口均与炉气循环装置连通形成循环气路，所述出料口与还原氧化装置连通。
所述上固结腔内壁设有用于将球团导向至筛分组件上的导向凸起。
所述上固结腔在导向凸起的下方位置形成缺口，所述出料口与缺口底部相通，所述进气口与缺口侧部相通。
所述竖式炉体底部设有与下排灰腔相通的排灰口。
所述筛分组件包括支撑梁和多根棒筛，所述支撑梁固装在竖式炉体的内腔，各棒筛呈均匀间隔布置在支撑梁上。
所述支撑梁呈倾斜式安装在竖式炉体的内腔，支撑梁的低位端靠近出料口和进气口，各棒筛沿支撑梁的倾斜面布置。
相邻的所述棒筛两端插入竖式炉体的内腔之间设置有隔板，所述隔板插入竖式炉体的预留孔中固定。
所述竖式炉体包括壳体，所述壳体内部砌有耐火保温砖。
所述竖式炉体设置为筒状结构，其内腔设置有圆形腔。
所述竖式炉体设置为矩形结构，其内腔设置有矩形腔。
所述炉气循环装置包括储热式热风炉、空气鼓风机和炉气循环风机，所述空气鼓风机通过管道与储热式热风炉的进风口连通，所述储热式热风炉的出风口通过管道与竖式炉体的进气口连通，所述炉气循环风机通过管道与竖式炉体的出气口连通，所述炉气循环风机通过管道与储热式热风炉回风口连通，储热式热风炉在燃烧模式下，其废气通过废气排口排至干燥工序。
所述还原氧化装置包括回转窑体和设置在回转窑体两端并与回转窑体连通的窑头箱和窑尾箱，所述回转窑体通过接料管与竖式炉体的出料口连通，窑尾箱排气接口与水合收酸装置连通。
还包括燃气装置，所述燃气装置通过管道与储热式热风炉以及窑尾箱连通。
所述窑头箱设有窑头烧嘴，所述燃气装置通过管道燃气装置通过管道窑头烧嘴连通。
还包括渣球换热器和补气风机，所述补气风机通过管道与渣球换热器的入气口连通，所述渣球换热器的排气口通过管道与窑头烧嘴连通，所述渣球换热器的入料口与窑头箱的排料接口连通，所述渣球换热器的排料口外部渣球输送系统连接。
一种窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产方法，用上述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统进行，具体包括以下步骤：
S1：原料处理：将磷矿石、碳质还原剂、硅石破碎、粉磨后，与粘结剂粉末一起各自计量按一定比例混合均匀后加适量的水进行造球，然后将球团送入干燥机进行干燥；
S2：固结筛分：将步骤S1中得到的干球团送入固结筛分装置进行高温固结筛分，此时，启动炉气循环装置；
S3：还原、氧化反应：将步骤S2中得到的高温固结球团送入还原氧化装置进行还原和氧化反应；
S4：水合收酸：将步骤S3中得到的窑气送入水合收酸装置进行水合吸收，制得磷酸，并回收氟和进行尾气处理。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统首次采用竖式炉高温(600～1100℃)固结配碳磷矿球团，节省了空间，整体结构更为简单紧凑；通过筛分组件竖式炉体的内腔分隔为上固结腔和下排灰腔，将高温固结和筛分两种功能集合在一起，出料可以直接进外部的主反应设备—回转窑，简化了窑法磷酸工艺的工序。
本发明的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产方法，预热和高温固结在窑外进行，优化了主反应器回转窑的结构和操作条件，能彻底解决原有工艺低温固结球团入窑带来的各种因素引起的回转窑结圈问题，使回转窑可以长周期连续稳定运行，使窑法磷酸大规模工业化生产得以实现。简化了流程，降低了装置投资，减少了原料煤和硅石的用量，而且也减少了渣球量，因此生产成本低，极大地提高了窑法磷酸的经济性。窑外预热固结设备热利用率高，能耗比原有窑法磷酸工艺低20～40％。由于采用窑外预热高温固结去除了球团中的大部分杂质，因此采用本发明的工艺方法能生产质量接近黄磷炉法磷酸的优质磷酸，具有很高的经济效益。
附图说明
图1是本发明窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统的结构示意图。
图2是本发明窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统实施例1中固结筛分装置的主剖视结构示意图。
图3是图2的A－A剖视结构示意图。
图4是图2的B处放大结构示意图。
图5是本发明窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统实施例2中固结筛分装置的结构示意图。
图6是本发明窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产方法的流程图。
图中各标号表示：
1、炉气循环装置；11、储热式热风炉；12、空气鼓风机；13、炉气循环风机；2、固结筛分装置；21、竖式炉体；210、排灰口；211、壳体；212、耐火保温砖；22、筛分组件；221、支撑梁；222、棒筛；223、隔板；23、上固结腔；231、缺口；24、下排灰腔；25、进料口；26、出气口；27、出料口；28、进气口；29、导向凸起；3、还原氧化装置；31、回转窑体；32、窑头箱；33、窑尾箱；34、接料管；35、窑头烧嘴；4、水合收酸装置；5、燃气装置；6、渣球换热器；61、入气口；62、排气口；63、入料口；64、排料口；7、补气风机。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
系统实施例1：
图1至图4示出了本发明窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统的第一种实施例，包括炉气循环装置1、固结筛分装置2、还原氧化装置3和水合收酸装置4，固结筛分装置2包括竖式炉体21，竖式炉体21于内腔设置有筛分组件22，筛分组件22将竖式炉体21的内腔分隔为上固结腔23和下排灰腔24，炉气循环装置1与上固结腔23连通，上固结腔23接收外部原料、且上固结腔23与还原氧化装置3连通，还原氧化装置3与水合收酸装置4连通。使用时，原料先进入固结筛分装置2进行高温固结，此时，炉气循环装置1对固结筛分装置2输送高温气体，经筛分组件22进行筛分，筛下产品从下排灰腔24中排出，筛上固体球团从上固结腔23排出进入还原氧化装置3进行还原和氧化反应，而后还原氧化装置3中的气体进入水合收酸装置4进行水合吸收，制得磷酸，并回收氟和进行尾气处理。较传统结构而言，本发明首次采用竖式炉高温(600～1100℃)固结配碳磷矿球团，节省了空间，整体结构更为简单紧凑；通过筛分组件22竖式炉体21的内腔分隔为上固结腔23和下排灰腔24，将高温固结和筛分两种功能集合在一起，出料可以直接进外部的主反应设备—回转窑，简化了窑法磷酸工艺的工序。
本实施例中，竖式炉体21顶部设有与上固结腔23相通的进料口25和出气口26；竖式炉体21下方设有与上固结腔23相通的出料口27和进气口28，进料口25接收外部原料，出气口26和进气口28均与炉气循环装置1连通形成循环气路，出料口27与还原氧化装置3连通。该结构中，下部进气、上部出气，下部进料、下部出料，使得气、固相在炉内逆流接触充分，气流分布均匀，因此，固体球团受热均匀，且由上而下温度梯度分布合理，避免球团受热不均匀引起的爆裂，固结后球团强度高、质量好。
本实施例中，上固结腔23内壁设有用于将球团导向至筛分组件22上的导向凸起29。该结构中，导向凸起29能够引导所有球团都经过筛分组件22，将碎料筛除，从而保证出料球团的质量。
本实施例中，上固结腔23在导向凸起29的下方位置形成缺口231，出料口27与缺口231底部相通，进气口28与缺口231侧部相通。该结构中，另外进气口28和出料口27均位于导向凸起29下方的缺口231处，气体经过后分布更均匀。
本实施例中，竖式炉体21底部设有与下排灰腔24相通的排灰口210。该排灰口210用于将碎料排出。
本实施例中，筛分组件22包括支撑梁221和多根棒筛222，支撑梁221固装在竖式炉体21的内腔，各棒筛222呈均匀间隔布置在支撑梁221上。该结构中，支撑梁221为各棒筛222提供安装基础，碎料从各棒筛222之间的间隙中筛除落至下排灰腔24，并从排灰口210排出。
本实施例中，支撑梁221呈倾斜式安装在竖式炉体21的内腔，支撑梁221的低位端靠近出料口27和进气口28，各棒筛222沿支撑梁221的倾斜面布置。倾斜角为3～30°，具体为20°，这样设置，使得球团能沿斜面快速的导向至出料口27，提高了效率。
本实施例中，相邻的棒筛222两端插入竖式炉体21的内腔之间设置有隔板223，隔板223插入竖式炉体(21)的预留孔中固定。隔板223的设置，使各棒筛222之间的间距合理可靠，间距设置为5～20mm，具体为10mm。
本实施例中，竖式炉体21包括壳体211，壳体211内部砌有耐火保温砖212。通过耐火保温砖212保证了炉内温度的稳定性。
本实施例中，竖式炉体21设置为筒状结构，其内腔设置有圆形腔。其结构简单可靠。
本实施例中，圆形竖式炉及其操作参数为：竖式炉规格：
Figure BDA0002745144890000071
进气口28烟气温度：900～1000℃，出气口26烟气温度：200～400℃，进气口28球团温度：200℃，出气口26球团温度：900～1100℃，处理球团量：30t/h，空塔气速为0.2～2m/s。
本实施例中，炉气循环装置1包括储热式热风炉11、空气鼓风机12和炉气循环风机13，空气鼓风机12通过管道与储热式热风炉11的进风口连通，储热式热风炉11的出风口通过管道与竖式炉体21的进气口28连通，炉气循环风机13通过管道与竖式炉体21的出气口26连通，炉气循环风机13通过管道与储热式热风炉11回风口连通。该结构中，储热式热风炉11的工作原理如下：储热式热风炉11生产系统采用煤气\天然气为热源，燃烧模式下，储热式热风炉11a/b/c(三个储热式热风炉11并联)通过燃烧煤气/天然气黄磷尾气，产生高温烟气，与炉内陶瓷球和炉体热交换，将热量释放并储存在炉内陶瓷球和炉体，出炉烟气通过废气排口排至干燥工序干燥原料球团，燃烧室达到设定温度(1450℃)时停止燃烧(空气和燃气进口阀门关闭)进入闷炉模式，然后再切换到换热模式，即：通入固结循环炉气把这些储存的热量释放给固结循环炉气。储热式热风炉系统采用3台或以上炉子并联轮换操作(2烧1送，2烧时间有落差，保证1炉有短时闷炉状态)，以保证出炉的固结循环气温度稳定在1150±50℃。
本实施例中，还原氧化装置3包括回转窑体31和设置在回转窑体31两端并与回转窑体31连通的窑头箱32和窑尾箱33，回转窑体31通过接料管34与竖式炉体21的出料口27连通，窑尾箱33排气接口与水合收酸装置4连通。该结构中，竖式炉体21内的球团通过出料口27送至接料管34，由接料管34送至回转窑体31内进行还原和氧化反应，窑气从窑尾箱33送至水合收酸装置4进行水合吸收，制得磷酸，并回收氟和进行尾气处理。
本实施例中，还包括燃气装置5，燃气装置5通过管道与储热式热风炉11以及窑尾箱33连通。该结构中，通过燃气装置5将燃气送至储热式热风炉11和窑尾箱33，以保持还原性气氛，防止窑尾上部空间的P2O5反吸到球团表面的磷矿中，形成保护气幕系统。
本实施例中，窑头箱32设有窑头烧嘴35，燃气装置5通过管道燃气装置5通过管道窑头烧嘴35连通。在开窑时烘窑用或在非稳态时燃烧补充热量、保持回转窑热平衡。
本实施例中，还包括渣球换热器6和补气风机7，补气风机7通过管道与渣球换热器6的入气口61连通，渣球换热器6的排气口62通过管道与窑头烧嘴35连通，渣球换热器6的入料口63与窑头箱32的排料接口连通，渣球换热器6的排料口64外部渣球输送系统连接。通过补气风机7补充反应需要的空气。
系统实施例2：
如图5所示，本发明窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统的第二种实施例，该生产系统与系统实施例1基本相同，区别仅在于：本实施例中，竖式炉体21设置为矩形结构，其内腔设置有矩形腔。其结构简单可靠。
本实施例中，矩形竖式炉及其操作参数为：竖式炉规格：3×4.2×3.6m，进气口28烟气温度：900～1000℃，出气口26烟气温度：200～400℃，进气口28球团温度：200℃，出气口26球团温度：900～1100℃，处理球团量：30t/h，空塔气速为0.2～2m/s。
方法实施例1：
图1至图6示出了本发明窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产方法的第一种实施例，用上述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统进行，具体包括以下步骤：
S1：原料处理：将磷矿石、碳质还原剂、硅石破碎、粉磨后，与粘结剂粉末一起各自计量按一定比例混合均匀后加适量的水进行造球，然后将球团送入干燥机进行干燥；具体为：将磷矿石(含P2O519.23％、SiO235.58％)、煤(含固定碳67.32％、挥发份10.84％、灰分21.84％)、硅石(含SiO298％)分别破碎、粉磨到80％过200目的细度；然后将磷矿石、煤、硅石三种粉料和粘结剂膨润土粉料按1:0.17:0.56:0.035的配料比加入强混机混合均匀后加入到圆盘造粒机造球，在强混和造球过程中不断喷入水。通过上述方法得到的湿球团直径12mm左右，水分含量12％左右，然后进入链板干燥机干燥脱水至水分含量为0.5％。处理量为100kg(干球团)/h。
S2：固结筛分：将步骤S1中得到的干球团送入固结筛分装置2进行高温固结筛分，此时，启动炉气循环装置1；具体为：采用气密加料系统从进料口25加入到竖式炉(高温固结炉)与从下部通入的还原性高温气体逆流接触，球团在1000℃高温下固结，停留时间为1h，并将其中的挥发份和钠、钾等易挥发杂质排出到气相。出竖式炉气体温度降低，通过炉气循环风机13增压后小部分引出，大部分进入储热式热风炉11进行换热，将温度提高到1150℃后再进入竖式炉，气体依此不断循环进行。储热式热风炉11生产系统采用黄磷尾气为热源，燃烧模式下，储热式热风炉11通过燃烧黄磷尾气，产生高温烟气，与炉内陶瓷球和炉体热交换，将热量释放并储存在炉内陶瓷球和炉体，出炉烟气通过废气排口排至干燥工序干燥原料球团，燃烧室达到设定温度(1450℃)时停止燃烧(空气和燃气进口阀门关闭)进入闷炉模式，然后再切换到换热模式，即：通入固结循环炉气把这些储存的热量释放给固结循环炉气。储热式热风炉11系统采用3台或以上炉子并联轮换操作(2烧1送，2烧时间有落差，保证1炉有短时闷炉状态)，以保证出炉的固结循环气温度稳定在1150±50℃。
S3：还原、氧化反应：将步骤S2中得到的高温固结球团送入还原氧化装置3进行还原和氧化反应；具体为：将得到的高温固结球团在热态、隔绝空气下通过接料管34从窑尾箱33加入回转窑体31，高温固结球团在回转窑体31预热段被进一步加热，到达还原带时温度达到1220～1350℃，磷蒸汽和CO从球团内部溢出，进入回转窑上部的含空气的氧化区，分别被氧化成P2O5和CO2并放出热量。高温固结球团反应后成为渣球，渣球从窑头箱32排出，窑气从窑尾箱33排出。得到渣球81kg/h。
S4：水合收酸：将得到的窑气送入水合收酸装置4进行水合吸收，制得磷酸，并回收氟和进行尾气处理。具体为：将得到的窑气送入水化吸收塔，进行常规的水合吸收，制得磷酸，并回收氟，进行尾气处理。制得磷酸9.27kg(P2O5)/h。
采用该方法，预热和高温固结在窑外进行，优化了主反应器回转窑的结构和操作条件，能彻底解决原有工艺低温固结球团入窑带来的各种因素引起的回转窑结圈问题，使回转窑可以长周期连续稳定运行，使窑法磷酸大规模工业化生产得以实现。简化了流程，降低了装置投资，减少了原料煤和硅石的用量，而且也减少了渣球量，因此生产成本低，极大地提高了窑法磷酸的经济性。窑外预热固结设备热利用率高，能耗比原有窑法磷酸工艺低10～20％。由于采用窑外预如固结去除了球团中的大部分杂质，因此采用本发明的工艺方法能生产质量接近黄磷炉法磷酸的优质磷酸，具有很高的经济效益。
方法实施例2：
图1至图6示出了本发明窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产方法的第二种实施例，该生产方法与实施例1基本相同，区别仅在于：
S1：原料处理：将磷矿石(含P2O522％、SiO231.27％)、煤(含固定碳72.23％、挥发份3％、灰分23.32％、硫0.5％，无粘结性)、硅石(含SiO295％)分别破碎、粉磨到80％过200目的细度；然后将磷矿石、煤、硅石三种粉料按1:0.19:0.75的配料比加入强混机混合均匀后加入到圆盘造粒机造球，在造球过程中不断喷入球料质量比例10％左右腐殖酸钠的雾状溶液(控制腐殖酸钠总加入量1.5～2.5％)。通过上述方法得到的湿球团直径12mm左右，水分含量12％左右，然后进入链板干燥机干燥脱水至水分含量为0.5％。处理量为100kg(干球团)/h。
S2：固结筛分：采用气密加料系统从进料口25加入到竖式炉(高温固结炉)与从下部通入的惰性或还原性高温气体逆流接触，球团在1050℃高温下固结，固结停留时间为0.8h，并将其中的挥发份和钠、钾等易挥发杂质排出到气相。出竖式炉气体温度降低，通过炉气循环风机13增压后小部分引出，大部分进入储热式热风炉11进行换热，将温度提高到1200℃后再进入竖式炉，气体依此不断循环进行。储热式热风炉11生产系统采用黄磷尾气为热源，燃烧模式下，储热式热风炉11通过燃烧黄磷尾气，产生高温烟气，与炉内陶瓷球和炉体热交换，将热量释放并储存在炉内陶瓷球和炉体，出炉烟气通过废气排口排至干燥工序干燥原料球团，燃烧室达到设定温度(1450℃)时停止燃烧(空气和燃气进口阀门关闭)进入闷炉模式，然后再切换到换热模式，即：通入固结循环炉气把这些储存的热量释放给固结循环炉气。储热式热风炉11系统采用3台或以上炉子并联轮换操作(2烧1送，2烧时间有落差，保证1炉有短时闷炉状态)，以保证出炉的固结循环气温度稳定在1150±50℃。
S3：还原、氧化反应：得到的高温固结球团在热态、隔绝空气下通过接料管34从窑尾箱33加入回转窑体31，高温固结球团在回转窑体31预热段被进一步加热，到达还原带时温度达到1220～1350℃，磷蒸汽和CO从强化球团内部溢出，进入回转窑体31上部的含空气的氧化区，分别被氧化成P2O5和CO2并放出热量。高温固结球团反应后成为渣球，渣球从窑头箱32排出，窑气从窑尾箱33排出。得到渣球80kg/h。
S4：水合收酸：具体为：将得到的窑气送入水化吸收塔，进行常规的水合吸收，制得磷酸，并回收氟，进行尾气处理。制得磷酸10.6kg(P2O)/h。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (17)

1.一种窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：包括炉气循环装置(1)、固结筛分装置(2)、还原氧化装置(3)和水合收酸装置(4)，所述固结筛分装置(2)包括竖式炉体(21)，所述竖式炉体(21)于内腔设置有筛分组件(22)，所述筛分组件(22)将竖式炉体(21)的内腔分隔为上固结腔(23)和下排灰腔(24)，所述炉气循环装置(1)与上固结腔(23)连通，所述上固结腔(23)接收外部原料、且上固结腔(23)与还原氧化装置(3)连通，所述还原氧化装置(3)与水合收酸装置(4)连通。
2.根据权利要求1所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述竖式炉体(21)顶部设有与上固结腔(23)相通的进料口(25)和出气口(26)；所述竖式炉体(21)下方设有与上固结腔(23)相通的出料口(27)和进气口(28)，所述进料口(25)接收外部原料，所述出气口(26)和进气口(28)均与炉气循环装置(1)连通形成循环气路，所述出料口(27)与还原氧化装置(3)连通。
3.根据权利要求2所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述上固结腔(23)内壁设有用于将球团导向至筛分组件(22)上的导向凸起(29)。
4.根据权利要求3所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述上固结腔(23)在导向凸起(29)的下方位置形成缺口(231)，所述出料口(27)与缺口(231)底部相通，所述进气口(28)与缺口(231)侧部相通。
5.根据权利要求4所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述竖式炉体(21)底部设有与下排灰腔(24)相通的排灰口(210)。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述筛分组件(22)包括支撑梁(221)和多根棒筛(222)，所述支撑梁(221)固装在竖式炉体(21)的内腔，各棒筛(222)呈均匀间隔布置在支撑梁(221)上。
7.根据权利要求6所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述支撑梁(221)呈倾斜式安装在竖式炉体(21)的内腔，支撑梁(221)的低位端靠近出料口(27)和进气口(28)，各棒筛(222)沿支撑梁(221)的倾斜面布置。
8.根据权利要求7所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：相邻的所述棒筛(222)两端插入竖式炉体(21)的内腔之间设置有隔板(223)，所述隔板(223)插入竖式炉体(21)的预留孔中固定。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述竖式炉体(21)包括壳体(211)，所述壳体(211)内部砌有耐火保温砖(212)。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述竖式炉体(21)设置为筒状结构，其内腔设置有圆形腔。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述竖式炉体(21)设置为矩形结构，其内腔设置有矩形腔。
12.根据权利要求2至5中任一项所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述炉气循环装置(1)包括储热式热风炉(11)、空气鼓风机(12)和炉气循环风机(13)，所述空气鼓风机(12)通过管道与储热式热风炉(11)的进风口连通，所述储热式热风炉(11)的出风口通过管道与竖式炉体(21)的进气口(28)连通，所述炉气循环风机(13)通过管道与竖式炉体(21)的出气口(26)连通，所述炉气循环风机(13)通过管道与储热式热风炉(11)回风口连通，储热式热风炉(11)在燃烧模式下，其废气通过废气排口排至干燥工序。
13.根据权利要求12所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述还原氧化装置(3)包括回转窑体(31)和设置在回转窑体(31)两端并与回转窑体(31)连通的窑头箱(32)和窑尾箱(33)，所述回转窑体(31)通过接料管(34)与竖式炉体(21)的出料口(27)连通，窑尾箱(33)排气接口与水合收酸装置(4)连通。
14.根据权利要求13所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：还包括燃气装置(5)，所述燃气装置(5)通过管道与储热式热风炉(11)以及窑尾箱(33)连通。
15.根据权利要求14所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：所述窑头箱(32)设有窑头烧嘴(35)，所述燃气装置(5)通过管道燃气装置(5)通过管道窑头烧嘴(35)连通。
16.根据权利要求15所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统，其特征在于：还包括渣球换热器(6)和补气风机(7)，所述补气风机(7)通过管道与渣球换热器(6)的入气口(61)连通，所述渣球换热器(6)的排气口(62)通过管道与窑头烧嘴(35)连通，所述渣球换热器(6)的入料口(63)与窑头箱(32)的排料接口连通，所述渣球换热器(6)的排料口(64)外部渣球输送系统连接。
17.一种窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产方法，其特征在于，用权利要求1至16中任一项所述的窑外预热高温固结的回转窑法磷酸生产系统进行，具体包括以下步骤：
S1：原料处理：将磷矿石、碳质还原剂、硅石破碎、粉磨后，与粘结剂粉末一起各自计量按一定比例混合均匀后加适量的水进行造球，然后将球团送入干燥机进行干燥；
S2：固结筛分：将步骤S1中得到的干球团送入固结筛分装置(2)进行高温固结筛分，此时，启动炉气循环装置(1)；
S3：还原、氧化反应：将步骤S2中得到的高温固结球团送入还原氧化装置(3)进行还原和氧化反应；
S4：水合收酸：将步骤S3中得到的窑气送入水合收酸装置(4)进行水合吸收，制得磷酸，并回收氟和进行尾气处理。
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