CN116812886A - 利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的方法及装置 - Google Patents

利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的方法和装置；首先黄磷尾气与助燃空气预混后，进入煤气燃烧室燃烧后形成中高温烟气流出；将空气鼓入烟气管道与中高温烟气混合调节温度后进入加热保温料仓，中高温烟气经烟气管道自下而上进入加热保温料仓中，将磷矿、碳质还原剂、硅石兑配的混合入炉料从进料口加入加热保温料仓中，混合入炉料自上而下运动，被自下而上中高温烟气加热，换热后中高温烟气降温，变成常温烟气，经集尘罩，由除尘风机引出送入布袋除尘器除尘后由烟囱排放；加热后的入炉料经下料管进入黄磷电炉；本发明解决了现有技术中的黄磷尾气的高效利用的问题，实现了黄磷生产入炉料的热装配置，达到节能降耗的效果。

Description

利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的方法及装置
技术领域
本发明涉及黄磷电炉生产原料制备处理及黄磷尾气余热利用技术领域，具体涉及一种利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的装置及方法。
背景技术
目前，电炉法制磷是国内外制磷的主要工艺。电炉法制磷过程中会产生以CO为主要成分的黄磷尾气，传统工艺是将黄磷尾气燃烧后排入大气，造成能源浪费和环境污染。随着我国环保政策的日益严格及“双碳”目标的确立，黄磷尾气燃烧排放的方法已经无法满足国家对电炉法制磷节能减排的最新要求。
电炉法制磷的生产企业为了保障生产的顺利进行，目前采取的黄磷尾气利用方法主要有燃烧发电和干燥炉料。黄磷尾气燃烧发电需要配套燃气锅炉、蒸汽轮机和发电机组、配套厂房、设备及专业人员，对于黄磷生产企业，尤其是中小型黄磷生产企业来说，投资高、运维复杂、收益无法覆盖成本，经济可行性差。用来干燥物料所需烟气温度仅为105℃左右，黄磷尾气CO含量大于85％，能源被高质低用。
也曾有人尝试在电炉厂房混料仓内设置燃烧器，将黄磷尾气直接在混料仓内燃烧提高温度加热入炉料，从而降低电炉电耗，实现黄磷尾气的节能利用。但该方法易使入炉料中的碳质还原剂和上窜的可燃气被点燃，造成碳损失和安全等隐患。
综上，黄磷尾气的高效利用一直是电炉法制磷难以解决的技术难题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的方法，解决了现有制磷技术中的黄磷尾气的高效利用的问题，实现了黄磷生产入炉料的热装配置，达到节能降耗的效果。
本发明利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的方法如下：
(1)将黄磷尾气与助燃空气风机提供的助燃空气按照一定比例预混后形成混合气后，然后通入煤气燃烧室；
(2)黄磷尾气与助燃空气的混合气在煤气燃烧室内燃烧形成中高温烟气后经烟气管道流出；
(3)控温混风风机将空气鼓入烟气管道与中高温烟气混合，将中高温烟气的温度稳定在200-600℃内；
(4)温度稳定的中高温烟气经烟气管道进入加热保温料仓中，由磷矿、碳质还原剂、硅石兑配成的混合入炉料由布料车从加热保温料仓的进料口加入加热保温料仓，混合入炉料在加热保温料仓中自上而下运动，被自下而上中高温烟气加热至150-550℃，中高温烟气与混合入炉料完成气-固换热后，温度降低，成为常温烟气；
(5)常温烟气经位于加热保温料仓上部的集尘罩，由除尘风机引出送入布袋除尘器除尘后由烟囱排放；加热至指定温度的炉料从加热保温料仓进入黄磷电炉。
其中，黄磷尾气与助燃空气在进入煤气燃烧室前要进行预混合，实现黄磷尾气的充分燃烧；煤气燃烧室用来完成黄磷尾气与助燃空气的燃烧反应并产生中高温温度烟气，中高温烟气与混合炉料在加热保温料仓中完成气-固换热，实现黄磷尾气燃烧热的利用。
黄磷尾气与助燃空气的混合比例是根据中高温烟气温度设定值决定，中高温烟气温度设定值是根据混合炉料中碳质还原剂的种类决定，碳质还原剂包括但不限于焦炭、烟煤、无烟煤等，中高温烟气温度设定值的范围是200-600℃。
煤气燃烧室内燃烧形成的中高温烟气的温度与中高温烟气温度设定值存的偏差，要通过控温混风风机将空气鼓入烟气管道与中高温烟气混合进行调整校正。
本发明另一目的是提供完成上述方法的装置，该装置包括助燃空气风机、黄磷尾气管、煤气燃烧室、控温混风风机、加热保温料仓、布料车、集尘罩、下料管、除尘风机、布袋除尘器、烟囱；助燃空气风机、黄磷尾气管通过管道与煤气燃烧室连接，煤气燃烧室通过烟气管道与加热保温料仓连接，控温混风风机设置在烟气管道上并靠近加热保温料仓；集尘罩设置在加热保温料仓上方并与加热保温料仓上部密封连接，布料车设置在加热保温料仓上方并位于集尘罩内，用于将入炉料均匀的加入加热保温料仓中；集尘罩通过除尘风机、管道与布袋除尘器连接，布袋除尘器与烟囱连接，加热保温料仓底部通过下料管与黄磷电炉连通。
其中加热保温料仓既是贮存混合入炉料的容器，也是中高温烟气与混合入炉料进行直接换热的换热器，用来实现热量从中高温烟气向混合入炉料的传输。
所述加热保温料仓包括仓体、锥斗、布风机构，仓体顶部开有进料口，2个以上的锥斗固定在仓体底部，每个锥斗一侧安装有一个布风机构，布风机构包括主风管、支管组、温度传感器，支管组包括2个以上锥斗中部支管、1个锥斗底部支管，锥斗中部支管安装在主风管上并位于锥斗中部且与主风管连通，锥斗底部支管安装在主风管上并位于锥斗底部且与主风管连通，主风管一端开口为中高温烟气入口，另一端封闭，温度传感器设置在高温烟气入口处，锥斗底部开有出料口。
上述加热保温料仓还包括安装支撑，若干个安装支撑设置在仓体顶端外侧，加热保温料仓通过安装支撑固定在厂房装料层平台上。
所述仓体、锥斗、布风机构外部均设置有常规保温层，仓体、锥斗外壁上设有加强筋，仓体、锥斗、布风结构的材质根据中高温烟气温度设定值进行选择，均为耐受高温烟气温度的材料。
所述助燃空气风机与控温混风风机均为调频风机，可以通过调整风机频率的方式调整鼓风量。
其中，本发明方法的使用范围包括但不限于电炉法制磷，还适用于其他电炉冶炼固体矿物炉料的工艺，使用可燃气体燃烧后形成的中高温烟气或直接使用中高温烟气对料仓中的炉料进行加热后实现入炉料热装节能的方法，均在本发明的保护范围内。
本发明的优点是，解决了现有技术中的黄磷尾气的高效利用的问题，实现了黄磷生产入炉料的热装配置。
附图说明
图1为本发明利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷生产入炉料节能装置的结构示意图；
图2为加热保温料仓的不同视角结构示意图；
图3为加热保温料仓中布风机构不同视角的结构示意图；
图中：1-助燃空气风机、2-黄磷尾气管、3-煤气燃烧室、4-控温混风风机、5-加热保温料仓、5-1-进料口、5-2-安装支撑、5-3-仓体、5-4-锥斗、5-5-布风机构、5-5-1-中高温烟气入口、5-5-2-主风管、5-5-3-锥斗中部支管、5-5-4-锥斗底部支管、5-5-5-温度传感器、5-6-出料口、6-布料车、7-集尘罩、8-下料管、9-黄磷电炉、10-除尘风机、11-布袋除尘器、12-烟囱。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：如图1-3所示，本实施例利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的装置包括包括助燃空气风机1、黄磷尾气管2、煤气燃烧室3、控温混风风机4、加热保温料仓5、布料车6、集尘罩7、下料管8、除尘风机10、布袋除尘器11、烟囱12；助燃空气风机1、黄磷尾气管2通过管道与煤气燃烧室3连接，煤气燃烧室3通过烟气管道与加热保温料仓5连接，加热保温料仓5包括仓体5-3、锥斗5-4、布风机构5-5，仓体5-3顶部开有进料口5-1，4个的锥斗5-4固定在仓体5-3底部，每个锥斗5-4一侧安装有一个布风机构5-5，布风机构5-5包括主风管5-5-2、支管组、温度传感器5-5-5，支管组包括3个锥斗中部支管5-5-3、1个锥斗底部支管5-5-4，锥斗中部支管5-5-3安装在主风管5-5-2上并位于锥斗5-4中部不同位置且与主风管连通，锥斗底部支管5-5-4安装在主风管5-5-2上并位于锥斗5-4底部且与主风管连通，主风管5-5-2一端开口为中高温烟气入口5-5-1，另一端封闭，温度传感器5-5-5设置在中高温烟气入口5-5-1处，锥斗5-4底部开有出料口5-6；控温混风风机4设置在烟气管道上并靠近加热布风机构的高温烟气入口5-5-1；集尘罩7设置在加热保温料仓5上方并与加热保温料仓上部密封连接，将加热保温料仓5的上方区域罩住，布料车6设置在仓体5-3的进料口上方并位于集尘罩内，用于将入炉料均匀的加入仓体中；集尘罩7通过除尘风机10、管道与布袋除尘器11连接，除尘风机10提供负压将集尘罩7内的含尘常温烟气引出并送至布袋除尘器11内，布袋除尘器11与烟囱12连接，加热保温料仓5底部通过下料管8与黄磷电炉9连通；助燃空气风机与控温混风风机均为调频风机，仓体5-3、锥斗5-4和布风装置5-5外部有保温层，仓体5-3和锥斗5-4外部有结构加强筋；
上述装置使用步骤如下：
(1)黄磷尾气通过黄磷尾气管2与助燃空气风机1提供的助燃空气按体积比1:12预混后形成混合气，然后进入煤气燃烧室3；
(2)黄磷尾气与助燃空气的混合气在煤气燃烧室内燃烧形成中高温烟气后经烟气管道流出；
(3)控温混风风机4将空气鼓入烟气管道与中高温烟气混合，将中高温烟气的温度稳定在500℃；温度稳定的中高温烟气经烟气管道从布风机构的高温烟气入口5-5-1进入仓体5-3、锥斗5-4中，由磷矿、碳质还原剂(焦炭)、硅石兑配成的混合入炉料由布料车6从仓体5-3的进料口5-1加入仓体5-3中，入炉料在仓体5-3、锥斗5-4中自上而下运动，被自下而上的中高温烟气加热至450℃；中高温烟气与混合入炉料完成气-固换热后，温度降低，成为常温烟气；
(4)常温烟气经位于加热保温料仓5上部的集尘罩7，由除尘风机10引出送入布袋除尘器11除尘后，由烟囱12排放；加热后炉料从锥斗5-4底部的出料口5-6经下料管8进入黄磷电炉9；
温度传感器5-5-5通过控制器与控温混风风机4关联，根据测量值来调控控温混风风机4的鼓风量，具体方法是：
步骤(1)、将温度传感器5-5-5检测的中高温烟气温度的测量值与中高温烟气温度的设定值进行比较；
步骤(2)、若∣中高温烟气的温度测量值-中高温烟气温度设定值∣≤设定偏差，控温混风风机4不进行调频操作，鼓风量保持不变；
步骤(3)、若∣中高温烟气的温度测量值-中高温烟气温度设定值∣＞设定偏差且差值为正值时，控温混风风机4的频率调高一个档位，鼓风量增加；
步骤(4)、若∣中高温烟气的温度测量值-中高温烟气温度设定值∣＞设定偏差且差值为负值时，控温混风风机4的频率调低一个档位，鼓风量降低；
步骤(5)、延迟时间后，再次判断∣中高温烟气的温度测量值-中高温烟气温度设定值∣是否大于设定偏差，若∣中高温烟气的温度测量值-中高温烟气温度设定值∣＞设定偏差且差值为正值，执行步骤(3)，若∣中高温烟气的温度测量值-中高温烟气温度设定值∣＞设定偏差且差值为负值，执行步骤(4)，若∣中高温烟气的温度测量值-中高温烟气温度设定值∣≤设定偏差，执行步骤(2)；
其中，设定偏差的根据实际工况，取值范围是(3％～10％)；延迟时间取(1.1～1.3)×中高温烟气从混风位置流动到温度传感器5-5-5位置所需的时间。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将黄磷尾气与助燃空气预混后形成混合气，然后通入煤气燃烧室，混合气在煤气燃烧室内燃烧形成中高温烟气，中高温烟气经烟气管道流出；
(2)将空气鼓入烟气管道中与中高温烟气混合，将中高温烟气的温度稳定在200-600℃；
(3)温度稳定的中高温烟气经烟气管道自下而上进入加热保温料仓中，将磷矿、碳质还原剂、硅石兑配的混合入炉料由布料车从加热保温料仓的进料口加入加热保温料仓中，混合入炉料在加热保温料仓中自上而下运动，被自下而上中高温烟气加热至150-550℃，中高温烟气与混合入炉料完成气-固换热后，温度降低，成为常温烟气；
(4)常温烟气经位于加热保温料仓上部的集尘罩，由除尘风机引出送入布袋除尘器除尘后由烟囱排放；加热后的入炉料从加热保温料仓经下料管进入黄磷电炉。
2.根据权利要求1所述的利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的方法，其特征在于：碳质还原剂包括但不限于焦炭、烟煤、无烟煤。
3.完成权利要求1所述利用黄磷尾气燃烧热加热黄磷电炉入炉料的方法的装置，其特征在于：包括助燃空气风机(1)、黄磷尾气管(2)、煤气燃烧室(3)、控温混风风机(4)、加热保温料仓(5)、布料车(6)、集尘罩(7)、下料管(8)、除尘风机(10)、布袋除尘器(11)、烟囱(12)；助燃空气风机(1)、黄磷尾气管(2)通过管道与煤气燃烧室(3)连接，煤气燃烧室(3)通过烟气管道与加热保温料仓(5)连接，控温混风风机(4)设置在烟气管道上并靠近加热保温料仓；集尘罩(7)设置在加热保温料仓(5)上方并与加热保温料仓上部密封连接，布料车(6)设置在加热保温料仓(5)上方并位于集尘罩内，用于将入炉料均匀的加入加热保温料仓(5)中；集尘罩(7)通过除尘风机(10)、管道与布袋除尘器(11)连接，布袋除尘器(11)与烟囱(12)连接，加热保温料仓(5)底部通过下料管(8)与黄磷电炉(9)连通。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：加热保温料仓(5)包括仓体(5-3)、锥斗(5-4)、布风机构(5-5)，仓体(5-3)顶部开有进料口(5-1)，2个以上的锥斗(5-4)固定在仓体(5-3)底部，每个锥斗(5-4)一侧安装有一个布风机构(5-5)，布风机构(5-5)包括主风管(5-5-2)、支管组、温度传感器(5-5-5)，支管组包括2个以上锥斗中部支管(5-5-3)、1个锥斗底部支管(5-5-4)，锥斗中部支管(5-5-3)安装在主风管(5-5-2)上并位于锥斗(5-4)中部且与主风管连通，锥斗底部支管(5-5-4)安装在主风管(5-5-2)上并位于锥斗(5-4)底部且与主风管连通，主风管(5-5-2)一端开口为中高温烟气入口(5-5-1)，另一端封闭，温度传感器(5-5-5)设置在中高温烟气入口(5-5-1)处，锥斗(5-4)底部开有出料口(5-6)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：加热保温料仓还包括安装支撑(5-2)，若干个安装支撑(5-2)设置在仓体(5-3)顶端外侧，加热保温料仓(5)通过安装支撑固定在厂房装料层平台上。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：助燃空气风机(1)、控温混风风机(4)均为调频风机。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：仓体、锥斗、布风机构外部均设置有保温层。
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