CN114644323B - 一种除尘收磷系统及除尘收磷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于黄磷产业绿色生产技术领域，具体是一种除尘收磷系统及除尘收磷方法，所述除尘收磷系统包括高温除尘器、n级换热器、喷淋冷凝器、雾化喷淋装置和受磷槽；所述高温除尘器的进气口连接黄磷粗炉气输送管，所述高温除尘器与n级换热器和喷淋冷凝器串联连接；第n级换热器的底部和喷淋冷凝器的底部均连通受磷槽；所述n级换热器的各级换热器均设置冷却水进口和冷却水出口，冷却水出口连接余热回收装置；所述雾化喷淋装置分别连通第n级换热器和喷淋冷凝器的顶部；喷淋冷凝器的顶部还连通喷淋水输入管。本发明节水、节煤、减排废水排放、减排含磷污泥等。
Description
技术领域
本发明属于黄磷产业绿色生产技术领域，具体涉及一种黄磷电炉生产工艺分级换热少水或无水收磷系统及收磷方法。
背景技术
黄磷电炉生产工艺中均采用喷淋、除尘洗涤合二为一的冷凝收磷工艺，其工艺流程见图1，存在的技术问题是：
(1)黄磷炉气未经除尘直接进入冷凝收磷系统，黄磷炉气带入的粉尘含量较高(一般在50-150g/m3)，粉尘在冷凝过程中将被冷凝的磷液滴所包容，形成结构紧密的泥磷杂质。粉尘不仅增加泥磷量，而且在精制磷的沉降过程中形成极难分层的过渡区域，对磷的精制净化分离造成困难；
(2)由于黄磷炉气当中含有大量的粉尘等杂质，经过喷淋后，在受磷槽将产生大量的泥磷，泥磷须经过多级快速沉降才能部分回收，而且通过沉降后的污水pH值通常在2-3之间，同时由于粉尘杂质遇水发生反应，形成大量胶体及离子，导致大量含重金属离子的废水产生；
(3)由于上述工艺的限制，黄磷一次成品率通常较低，同时泥磷中的磷并不能完全回收，造成黄磷回收率也偏低；
(4)冷凝收磷系统必须要有足够的喷水量来保证喷淋洗涤效果，一般设计3个以上冷凝洗涤塔，每塔喷淋水量80-120m3/h左右，会产生大量难以处理的含磷废水，一定程度上造成水资源的浪费；
(5)冷凝收磷系统用的喷淋水封闭处理循环使用，增加氟硅酸、氟的碱和盐类物质的生成，进而造成设备腐蚀、堵塞等现象发生；
(6)需配置斜板槽、泥磷池、冷却塔等泥磷精炼设备，工序复杂；
(7)产生大量含磷污泥，增加环保处理负担；
(8)喷淋水带走大量热量，热量在冷却塔处对空放散，造成大量的热量损失。
中国专利申请CN103738930A公开了一种使用大型自焙电极制磷电炉生产黄磷的方法及设备，该专利所采用的设备虽然也采用了除尘装置以及换热装置，但其并未采用喷淋收磷装置，由于单独采用换热收磷，会导致大量的黄磷粘结在换热器内，无法排出，也进一步导致其收磷率降低。
因此，亟需一种新的除尘收磷工艺，除去炉气中粉尘，提高收磷率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种除尘收磷系统及方法，该系统解决了传统喷淋、除尘洗涤合二为一冷凝收磷工艺带来的磷精制难、泥磷处理量大、黄磷品质及收率低的技术问题。
为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种除尘收磷系统，所述除尘收磷系统包括高温除尘器、n级换热器、雾化喷淋装置、喷淋冷凝器和受磷槽；
所述高温除尘器的进气口连接黄磷粗炉气输送管，所述高温除尘器底部设置排灰口，所述高温除尘器的出气口与n级换热器的第一级换热器的进气口连接；n级换热器的各级换热器之间采用串联的连接方式，第n级换热器的出气口与喷淋冷凝器的进气口连接，喷淋冷凝器的出气口与尾气处理装置连接；第n级换热器的底部和喷淋冷凝器的底部均连通受磷槽；
所述n级换热器的各级换热器均设置冷却水进口和冷却水出口，冷却水出口连接余热回收装置；
所述雾化喷淋装置分别连通第n级换热器和喷淋冷凝器的顶部，雾化喷淋装置带有喷淋量调节装置；喷淋冷凝器的顶部还连通喷淋水输入管及喷淋量调节装置。
优选地，所述n级换热器采用管式换热器。
优选地，所述n级换热器为三级换热器。
进一步地，所述n级换热器的各级换热器的进气口和出气口处均设置温度变送器；所述n级换热器的各级换热器的冷却水进口和冷却水出口处均设置温度变送器及流量调节装置；所述喷淋冷凝器的出气口设置温度变送器。
本发明中的进气口、出气口、进水口、出水口等位置，本领域技术人员可以根据需要设置相应的流量测量控制以及温度测量控制等装置，便于整个系统的控制运行等。
本发明还提供了一种除尘收磷方法，所述除尘收磷方法包括以下步骤：
1)黄磷粗炉气进入高温除尘器进行高温除尘，得到黄磷炉气；
2)黄磷炉气进入n级换热器，进入n级换热器的黄磷炉气温度为150-250℃；控制n级换热器的出气口温度，其中，第一级换热器出口处的黄磷炉气温度为60-100℃，第n级换热器出口处的黄磷炉气温度为44-50℃；
3)黄磷炉气在第n级换热器中进行冷却换热和/或雾化喷淋收磷；第n级换热器换热后的黄磷炉气进入喷淋冷凝器进行雾化喷淋收磷和/或喷淋水喷淋收磷；
4)第n级换热器和喷淋冷凝器所收黄磷送入受磷槽。
优选地，所述n级换热器的换热方式为间接换热。
优选地，所述喷淋冷凝器采用逆流喷淋方式，喷淋水的温度为40-45℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过干法分离黄磷炉气中的固体杂质，将黄磷粗炉气中的含尘量降至10mg/m3以下，再辅以分级换热少水收磷技术，将几乎无尘的气态磷冷凝成高纯磷，其纯度将得到明显的提升。同时，黄磷炉气中的粉尘被干法清除，自然无泥磷产生，从而避免因泥磷造成的磷损失，黄磷产量明显增长。
本发明还采用针对性改进的分级换热器小温差换热结合水淋的方式实现少水收磷，将大幅降低传统热法黄磷收磷工艺中的循环污水量。
本发明将黄磷炉气除尘系统与收磷系统相结合，提出采用分级换热少水收磷技术的干法/半干法收磷工艺。取消传统工艺中斜板槽、泥磷池、冷却塔等设备，减化和优化工艺路线。
本发明具有巨大的节能环保效益，包括节水、节煤、减排废水排放(包括蒸发排放)、减排含磷污泥等。
附图说明
图1为现有技术除尘收磷二合一系统的结构示意图；
图2为本发明除尘收磷系统的结构示意图；
附图标记：
1、混合料仓；2、电炉；3、高温除尘器；4、第一级换热器；5、第二级换热器；6、第三级换热器；7、喷淋冷凝器；8、雾化喷淋装置；9、受磷槽；10、水封箱；11、精制槽；12、黄磷储槽。
具体实施方式
下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图2所示，一种除尘收磷系统，所述除尘收磷系统包括高温除尘器3、三级换热器、雾化喷淋装置8、喷淋冷凝器7和受磷槽9；
混合料仓1的混合料进入电炉2，电炉2所得黄磷粗炉气通过黄磷粗炉气输送管送入高温除尘器3中，高温除尘器3的进气口连接黄磷粗炉气输送管，所述高温除尘器3底部设置排灰口，所述高温除尘器3的出气口与第一级换热器4的进气口连接；第一级换热器4、第二级换热器5和第三级换热器6之间采用串联的连接方式，第三级换热器6的出气口与喷淋冷凝器7的进气口连接，喷淋冷凝器7的出气口与水封箱10连接，尾气处理后送利用；第三级换热器6的底部和喷淋冷凝器7的底部均连通受磷槽9；从受磷槽9排出的黄磷进入精制槽11进行精制，精制后的黄磷送入黄磷储槽12。
所述三级换热器的各级换热器均设置冷却水进口和冷却水出口，冷却水出口连接余热回收装置；
所述雾化喷淋装置8分别连通第三级换热器6和喷淋冷凝器7的顶部，雾化喷淋装置8带有喷淋量调节装置；喷淋冷凝器7的顶部还连通喷淋水输入管及喷淋量调节装置。
本实施例中，所述三级换热器均采用管式换热器。
所述三级换热器的各级换热器的进气口和出气口处均设置温度变送器；所述三级换热器的各级换热器的冷却水进口和冷却水出口处均设置温度变送器及流量调节装置；所述喷淋冷凝器的出气口设置温度变送器。
本发明还提供了一种除尘收磷方法，所述除尘收磷方法包括以下步骤：
1)黄磷粗炉气进入高温除尘器进行高温除尘，得到黄磷炉气；
2)黄磷炉气进入三级换热器，进入三级换热器的黄磷炉气温度为150-250℃；控制三级换热器的出气口温度，其中，第一级换热器出口处的黄磷炉气温度为60-100℃，第二级换热器出口处的黄磷炉气温度为50-60℃，第三级换热器出口处的黄磷炉气温度为44-50℃；
3)黄磷炉气在第三级换热器中进行冷却换热和/或雾化喷淋收磷；第三级换热器换热后的黄磷炉气进入喷淋冷凝器进行雾化喷淋收磷和/或喷淋水喷淋收磷；
4)第三级换热器和喷淋冷凝器所收黄磷送入受磷槽。
本发明黄磷炉气除尘采用高温除尘器，黄磷炉气经高温除尘器进入收磷系统的进口温度控制在150-250℃；收磷系统包括多级换热装置(优选三级)及一级喷淋装置(可根据需要决定是否启动)；换热采用间接换热的方式进行，多级换热装置优选管式换热器，在末级换热器顶部安装雾化喷淋系统；一级喷淋采用逆流喷淋方式，喷淋水温度控制在40-45℃；中小型黄磷电炉喷淋水可选用污水处理站的大循环水，大型黄磷电炉可选用真空抽吸制冷或水冷机组装置提供的冷冻水；三级换热装置温度控制：一级换热装置出口黄磷炉气温度：60-100℃；二级换热装置出口黄磷炉气温度：50-60℃；三级换热装置出口黄磷炉气温度：44-50℃；各级换热装置黄磷炉气出口均安装温度变送器，对进出口黄磷炉气温度进行实时反馈，根据反馈，调整管式换热器内冷却水流量，确保各级换热器出口黄磷炉气温度控制在合理范围内，确保黄磷蒸汽在各换热器中缓缓冷凝，防止出现温差过大而出现的黄磷挂壁现象；各级换热装置冷却水进口均安装温度变送器及流量调节装置；换热产生的蒸汽送余热利用，有效利用热能，减少热量损失。黄磷炉气高温除尘与分级换热少水收磷系统相结合；黄磷炉气除尘采用高温除尘；换热器采用间接换热形式，多级串联，多级小温差换热，换热产生的热量送余热利用；末级间接换热器顶部安装雾化喷淋系统。本发明多级换热器后串联一级水和雾化组合喷淋装置，根据监控数据及系统运行情况决定是否启动喷淋以及启动何种喷淋，启动顺序优选为三级换热器雾化喷淋、喷淋冷凝塔雾化喷淋、喷淋冷凝塔水喷淋。系统正常运行时，三级换热器雾化喷淋、喷淋冷凝塔雾化喷淋以最小流量进行喷淋，当三级换热器的冷却水量调节到最大，三级换热的出口炉气温度在45℃以上时，加大三级换热器雾化喷淋量，若仍不能保证三级换热的出口炉气温度在44-45℃时，增加喷淋冷凝塔雾化喷淋量，当喷淋冷凝塔雾化喷淋量达到最大时，根据黄磷尾气温度启动喷淋冷凝塔水喷淋，保证黄磷尾气温度在43℃以下。各级换热装置黄磷炉气进出口均安装测温装置对炉气温度进行实时监测，各级换热器的冷却水进出口均安装流量、温度测量装置对炉气温度进行实时监测，根据炉气流量和进出口温度进行前馈、反馈和模型预测调整；
本发明可达到以下有益效果：
(1)采用本发明的收磷系统，循环污水量≤100千克/吨磷；
(2)采用本发明的收磷系统，黄磷生产综合能耗≤3.2吨标煤/吨磷；
(3)采用本发明的收磷系统，磷矿消耗(30％折标)≤8.7吨/吨磷；
(4)本发明可提高黄磷品质，约30％黄磷品质由一等级提高到优等品；
(5)本发明可提高黄磷收率，炉气黄磷收率由95％提高到98％。
本发明的工艺参数(如温度、时间等)区间上下限取值以及区间值都能实现本法，在此不一一列举实施例。
本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种除尘收磷方法，所述除尘收磷方法基于下述除尘收磷系统按步骤进行，所述除尘收磷系统包括高温除尘器(3)、n级换热器、喷淋冷凝器(7)、雾化喷淋装置(8)和受磷槽(9)；
所述高温除尘器(3)的进气口连接黄磷粗炉气输送管，所述高温除尘器(3)底部设置排灰口，所述高温除尘器(3)的出气口与n级换热器的第一级换热器的进气口连接；n级换热器的各级换热器之间采用串联的连接方式，第n级换热器的出气口与喷淋冷凝器(7)的进气口连接，喷淋冷凝器(7)的出气口与尾气处理装置连接；第n级换热器的底部和喷淋冷凝器(7)的底部均连通受磷槽(9)；
所述n级换热器的各级换热器均设置冷却水进口和冷却水出口，冷却水出口连接余热回收装置；
所述雾化喷淋装置(8)分别连通第n级换热器和喷淋冷凝器(7)的顶部，雾化喷淋装置(8)带有喷淋量调节装置；喷淋冷凝器(7)的顶部还连通喷淋水输入管及喷淋量调节装置；
所述除尘收磷方法包括以下步骤：
1)黄磷粗炉气进入高温除尘器进行高温除尘，得到黄磷炉气；
2)黄磷炉气进入n级换热器，进入n级换热器的黄磷炉气温度为150-250℃；控制n级换热器的出气口温度，其中，第一级换热器出口处的黄磷炉气温度为60-100℃，第n级换热器出口处的黄磷炉气温度为44-50℃；
3)黄磷炉气在第n级换热器中进行冷却换热和/或雾化喷淋收磷；第n级换热器换热后的黄磷炉气进入喷淋冷凝器进行雾化喷淋收磷和/或喷淋水喷淋收磷；
4)第n级换热器和喷淋冷凝器所收黄磷送入受磷槽。
2.根据权利要求1所述的除尘收磷方法，其特征在于，所述n级换热器采用管式换热器。
3.根据权利要求1所述的除尘收磷方法，其特征在于，所述n级换热器为三级换热器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的除尘收磷方法，其特征在于，所述n级换热器的各级换热器的进气口和出气口处均设置温度变送器；所述n级换热器的各级换热器的冷却水进口和冷却水出口处均设置温度变送器及流量调节装置；所述喷淋冷凝器的出气口设置温度变送器。
5.根据权利要求1所述的除尘收磷方法，其特征在于，所述n级换热器的换热方式为间接换热。
6.根据权利要求1所述的除尘收磷方法，其特征在于，所述喷淋冷凝器采用逆流喷淋方式，喷淋水的温度为40-45℃。
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