CN201144150Y - 一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑 - Google Patents

Abstract

一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑，包括隧道窑，隧道窑内腔内设有窑气通道、制品通道和燃烧通道。本实用新型与一般隧道窑相比，使用干燥富氧气助燃则提高了燃烧温度，减少气体排放带走的热量，从而降低了能耗；制品通道内可通入惰性保护气体，在升温带保护了碳质还原剂不被氧化，减少了制品消耗；在高温带使得磷和CO进入窑气通道后才燃烧，减少了P₂O₅反吸、回落的可能性，从而保护了窑体，提高了产率；燃料燃烧后的尾气不混入其它气体，使得窑气气量减少，吸收系统投资和能耗都降低，磷酸成品质量提高。这些方式都极大地减少了燃料、动力消耗，提高了产品质量，降低了生产成本。

Description

一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑

技术领域

本实用新型涉及一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑。

背景技术

窑法磷酸发展至今，其主反应器只有两种：(1)回转窑：是一种滚动式中空窑炉，有3-5°倾角，球状制品在窑内随着窑体的旋转而运动，磷的还原和磷的氧化在窑炉同一区段进行，燃料由窑尾用燃烧器喷入；含有P₂O₅的气体和料球逆流换热，尾渣由窑尾卸出，用冷空气换热，用于助燃或烘干料球；2)隧道窑：一般是一条长的直线型隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车，燃烧设备设在隧道窑的中部两侧；制品放在窑车上，经过预热带、高温带和冷却带，其原理和回转窑相同。

发明内容

本实用新型的目的是提供窑法磷酸生产中基于隧道窑的一种改进型主反应器-工业化三类通道式隧道窑。把燃料的燃烧、制品的还原反应、磷的氧化燃烧用特殊的窑炉结构分成两个或者三个功能区，有效隔开控制和延缓磷的还原和燃烧过程。

本实用新型的目的是这样实现的：一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑，包括隧道窑，隧道窑内腔内设有窑气通道、制品通道和燃烧通道，制品通道与窑气通道之间设有隔板，在高温带部分，有多个供磷蒸气和CO从制品通道通往窑气通道的小孔。窑气通道、制品通道和燃烧通道中每类通道可以是一个也可以是多个。通道可以水平分层，垂直分层以及水平垂直混合分层。窑内烟道接触P₂O₅气体部分采用磷酸盐质耐火材料或硅质耐火材料或其它非金属材料。

本实用新型所提供的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑作为窑法磷酸的主反应器，与一般隧道窑相比，使用干燥富氧气助燃则提高了燃烧温度，减少气体排放带走的热量，从而降低了能耗；制品通道内可通入惰性保护气体，在升温带保护了碳质还原剂不被氧化，减少了制品消耗；在高温带使得磷和CO进入窑气通道后才燃烧，减少了P₂O₅反吸、回落的可能性，从而保护了窑体，提高了产率；燃料燃烧后的尾气不混入其它气体，使得窑气气量减少，吸收系统投资和能耗都降低，磷酸成品质量提高。这些方式都极大地减少了燃料、动力消耗，提高了产品质量，降低了生产成本。

附图说明

图1是本实用新型的各通道采用水平分层时剖面结构示意图。

图2是本实用新型的各通道采用垂直分层时剖面结构示意图。

图3是本实用新型的各通道采用水平垂直混合分层时剖面结构示意图。

图4是本实用新型一种运行方式原理图。

图4中的图例如下：

富氧气            

燃料燃烧尾气

燃料              

氮气保护气

P₄  CO        

含P₄O₅窑气

具体实施方式

本实用新型的具体结构是：一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑，包括隧道窑1，隧道窑内腔2内设有窑气通道3、制品通道4和燃烧通道5。窑气通道3、制品通道4和燃烧通道5中每类通道可以是一个也可以是多个，位置根据窑炉的大小不同三类通道可以调整互换。通道可以水平分层，垂直分层以及水平垂直混合分层。制品通道4与窑气通道3之间设有隔板6，在高温带部分，有多个供磷蒸气和CO从制品通道通4往窑气通道3的小孔7。

本实用新型的三类通道式隧道窑结构原理如下：

本实用新型的三类通道可以水平分层，垂直分层以及水平垂直混合分层。制品通道4一定是中心通道，而窑气通道3即磷、一氧化碳燃烧通道和燃料燃烧通道4可以根据工艺要求调整互换。

利用匣钵原理，用N₂或其他惰性气体做保护性气体，使制品升温、磷还原和燃烧在不同的通道中完成，燃烧后产生的热量通过隔烟板辐射回制品上，维持制品的反应温度。制品反应热量供应由燃料燃烧和磷与CO燃烧从不同的隔烟板共同供给，通过自动化控制和调节燃料的供给量来控制制品的反应温度。

用PLC编程，三类通道分别多点连续测温和控制，气体在线测定与控制手段来综合测定三类通道的温度与气氛。车下平衡风主要是平衡窑炉制品窑车下风压，确保窑车曲封砖缝处压力平衡，防止磷和CO外泄，又防止空气漏入窑内。主要以车下温度控制来实现。

本实用新型运行情况：

运行情况1：按照窑法磷酸方式配好的制品，经过粉磨后用1100吨全自动压机压成240×112×53标准砖，再由自动码砖机装上2×3m的窑车，在干燥窑干燥后送入2×1.3×198米的三类通道式隧道窑中，经过预热、升温、高温反应，在高温点1300-1500℃左右多点设磷和CO排气孔，使窑气进入窑气通道并在该通道中多点均匀通入富氧空气使磷和CO燃烧，燃烧后含有P₂O₅的气体和制品逆流隔烟换热后在高温带后的任一点取出，本例选择预热带400℃点取出进入水合塔用循环酸吸收得磷酸。

制品经过急冷，缓冷和慢冷后出窑即为烧结砖制品。

95％以上的工业氮气从窑尾的急冷段(700-1200℃)和尾冷段300℃左右鼓入窑内。300℃左右氮气主要起封锁气幕作用，确保窑内没有空气和氧气。急冷段鼓入的氮气一部分向高温段封锁磷和CO，换热后和高温段产生的大量磷和CO一起进入磷燃烧通道；一部分和制品一起向后顺流至300℃-500℃段抽出被加热的气体送到窑头作为封锁气幕。此封锁气幕一部分向前随水蒸气从窑头排出或转入烘干窑烘干物料；一部分向后随制品同向运动和高温反应还原的磷蒸气和CO一起进入窑气通道。

冷却带300℃左右设的惰性气幕，一部分被抽热风机抽走到窑头，一部分随制品向后到尾冷段随尾气排出到低温气利用处利用(主要用于干燥制品)。

燃料燃烧通道为单独通道或左右均为燃料燃烧通道，和制品隔焰逆流辐射传热，若使用天然气或液化气，在窑头预热带抽出的低温烟气可用于烘干窑；若使用脏燃料则用换热器换热后排空，换热器换用的干净空气用于烘干制品。

运行情况2：在两个1100℃-1000℃段设零压点调控可变化为另一种方式：设置一个零压点，一道气幕的方法。具体描述为：在升温的300℃-1100℃之间任意一点均可设零压点，零压点以前气体在制品通道从后向前由窑头排出。在急冷带急冷段打入惰性气体，如氮气作气幕，封锁前部的磷和CO气体不流向冷却带，急冷空气不进入高温烧成带。这样，冷却带抽出的急冷缓冷热空气不送往预热段，燃料消耗量增加，但保护气的用量减少。

例：

湖北三新磷酸有限公司于2007年6月建成一条3万吨/年窑法磷酸三类通道式隧道窑生产线，窑长198m，宽4.5m，高3.0m。使用湖北神农架矿业公司磷选矿尾矿，与其它原料按比例均匀混合后，压成砖状，进干燥窑烘干，再码放于窑车上进入窑内，通过预热、高温、冷却带。使用99％N₂作为保护气，急冷N₂从冷却带1100℃点鼓入，部分逆流至高温带换热并与生成的磷和CO经过通道隔板的排气孔进入窑气通道，部分与制品顺流于400℃点抽出送至窑头300℃点作为N₂气幕。磷和CO在热的富氧气助燃后生成P₂O₅与CO₂，然后逆流换热至预热带400℃窑气出口。预热带300℃气幕一部分向前随水蒸气从窑头排出或转入烘干窑烘干物料；一部分向后随制品同向运动和高温反应还原的磷蒸气和CO一起进入窑气通道。急冷段内富氧气体间接换热后用作天然气燃料助燃和磷与CO助燃。尾冷风从冷却带300℃点鼓入，与制品换热后于窑尾抽出，温度约120℃，送至干燥窑烘干料砖。窑头抽出燃烧尾气温度约150℃，用作烘干制品和其它产品用热。

利用三类通道式隧道窑作为主反应器进行窑法磷酸生产，与传统隧道窑相比，天然气消耗量降低了15％左右，窑炉风机装机容量降低了10％，收酸系统气体处理量减少了约15％，产品质量中SO₄ ^2-含量降低了75％以上，P₂O₅收率提高了2.5％，产品成本降低了约15-25％。

Claims (4)

1、一种用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑，包括隧道窑(1)，其特征在于：隧道窑内腔(2)内设有窑气通道(3)、制品通道(4)和燃烧通道(5)，制品通道(4)与窑气通道(3)之间设有隔板(6)，在高温带部分，有多个供磷蒸气和CO从制品通道通(4)往窑气通道(3)的小孔(7)。

2、根据权利要求1所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑，其特征在于：窑气通道(3)、制品通道(4)和燃烧通道(5)中每类通道可以是一个也可以是多个。

3、根据权利要求1或2所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑，其特征在于：通道可以水平分层，垂直分层以及水平垂直混合分层。

4、根据权利要求1所述的用磷矿直接制取磷酸的新型工业化三类通道式隧道窑，其特征在于：窑内烟道接触P₂O₅气体部分采用磷酸盐质耐火材料或硅质耐火材料或其它非金属材料。

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