CN210952475U - 黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统，涉及黄磷生产废弃物余热回收再利用技术领域。电炉炉渣出口与冷却风炉进渣口连通，风机出风口与冷却风炉进风口连通，冷却风炉出风口依次与空气过滤器、空气干燥器连通；尾气出口与尾气过滤器进气口连通，尾气过滤器排气口与燃烧室进气口连通，换热室出风口与换热器进风口连通；换热器出风口与风机进风口连通；燃烧室排气口与预热水槽进气口连通；第一输送泵一端与储水装置连通，另一端与预热水槽进水口连通；预热水槽出水口依次与第二输送泵、燃烧炉进水口连通；换热器蒸汽出口与汽轮发电机组进气口连通，汽轮发电机组出汽口与冷凝器进汽口连通，冷凝器排水口与第一输送泵进水口连通。

Description

黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统

技术领域

本实用新型涉及黄磷生产废弃物余热回收再利用技术领域，具体涉及一种黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统。

背景技术

黄磷是一种重要且无法替代的化工原料，可用于生产磷酸、农药、洗涤剂、磷肥等，广泛使用在各行各业，目前我国黄磷的生产总规模、产量及出口量均位于世界前列。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中在高温下反应，然后对炉气进行喷淋冷却得到粗磷，然后将粗磷进行精制得到黄磷产品。

电炉法制取黄磷会产生两个废弃物，一个是黄磷尾气，一个是熔融炉渣。黄磷尾气中主要成分是CO，含量在90％左右，还含有大量硫化物、氟化物、氰化物和粉尘，尾气易燃有毒，直接排放会污染大气，且存在安全隐患。同时经实际检测黄磷尾气温度在120℃左右，属于高温气体。熔融炉渣是炉内反应时磷矿石中钙和硅石中的二氧化硅形成的，每隔4h从电炉下部排出，温度高达1200℃左右，一般使用水淬冷却。现在的黄磷水淬池均为露天开放式，在进行淬渣时，形成大量的水蒸气，且夹带有颗粒物、二氧化硫、氟化物和P₂O₅等污染物，对大气造成一定污染，且需要消耗大量的水资源。

传统热法磷化工体系耗能巨大，每年约产生2000万吨低值水萃渣，加工过程中还将排放大量尾气，已成为制约热法磷化工可持续发展的重大技术瓶颈。针对传统黄磷电炉工艺中尾气和炉渣需要一个可综合回收再利用的系统，来实现黄磷生产的节能减排、清洁生产。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统，解决黄磷生产过程中黄磷尾气及炉渣污染环境、余热利用率低的问题，实现黄磷生产的节能减排、清洁生产。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统，其特征在于：包括炉渣显热回收系统、尾气显热回收系统、尾气预热系统和蒸汽发电系统，

所述炉渣显热回收系统由冷却风炉、风机、空气过滤器和空气干燥器构成，黄磷电炉炉渣出口与冷却风炉进渣口通过管道连通，风机出风口与冷却风炉进风口连通，冷却风炉出风口通过管道依次与空气过滤器、空气干燥器连通；

所述尾气显热回收系统由尾气过滤器、燃烧炉、换热器构成，燃烧炉设置有燃烧室与换热室；黄磷电炉尾气出口与尾气过滤器进气口连通，尾气过滤器排气口与燃烧炉燃烧室进气口连通，燃烧炉换热室出风口与换热器进风口连通；换热器出风口与风机进风口连通；

所述尾气预热系统由预热水槽、第一输送泵、第二输送泵构成，燃烧炉燃烧室排气口通过管道与预热水槽进气口连通；第一输送泵一端与储水装置连通，另一端与预热水槽进水口连通；预热水槽出水口通过管道依次与第二输送泵、燃烧炉进水口连通；

所述蒸汽发电系统由汽轮发电机组、冷凝器构成，换热器蒸汽出口与汽轮发电机组进气口连通，汽轮发电机组出汽口与冷凝器进汽口连通，冷凝器排水口通过管道与第一输送泵进水口连通。

更进一步的技术方案是所述冷却风炉出渣口连接有螺旋混合器。

更进一步的技术方案是所述预热水槽排气口连接有尾气处理装置，预热水槽内置管式换热器。

工作原理：

炉渣显热回收系统：熔融炉渣从黄磷电炉出渣口进入冷却风炉，低温空气随第一风机进入冷却风炉中与炉渣换热，经冷却后的炉渣进入螺旋混合器后被排出，换热后的高温空气经空气过滤器除尘、空气干燥器除水后进入换热器。螺旋混合器可有效防止冷却后的炉渣粘接成块，便于炉渣的再次利用。

尾气显热回收系统：黄磷电炉出来的磷蒸汽经过处理后的废气为黄磷电炉尾气，尾气经过滤后进入燃烧炉的燃烧室中燃烧，并将显热加热预热水，液态水经过汽化形成饱和蒸汽，燃烧后的尾气排出。饱和蒸汽进入换热器与高温空气进行换热形成过饱和蒸汽，进一步提高蒸汽势能，过程中水蒸汽与高温空气对流，提高了换热效率。换热后的高温空气温度降低得到低温空气，低温空气再次进入冷却风炉中与熔融炉渣换热，实现循环换热。当换热效率不高时，也可以通过风机补入新的空气。

尾气预热系统：燃烧炉燃烧室燃烧后的气体温度较高，通入预热水槽中，与水管中的水进行换热，使水温升高，有利于水在过热蒸发器中快速转换成水蒸气。从预热水槽中出来的尾气经过尾气处理装置处理后排放至大气中。

蒸汽发电系统：高温高压的过饱和蒸汽进入汽轮发电机组进行发电。经过汽轮发电机组的过饱和蒸汽能量转换后成为水汽混合物从发电机出汽口排出，进入冷凝器冷凝成水后经第一输送泵送入预热水槽中循环使用。当水量不足时，也可从储水装置中补水至系统中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.提高热法黄磷产业能源的利用率，利用尾气燃烧化学能加热水至饱和蒸汽，利用炉渣显热进一步加热饱和蒸汽至过饱和蒸汽；利用燃烧后的尾气余热加热水，提高燃烧炉的热转化效率。

2.降低热法黄磷产业环保风险，一方面炉渣经冷却后温度显著降低，通过螺旋混合器排出，不会造成水淬时的环境污染问题，同时不消耗水资源；另一方面尾气经过燃烧，其化学能得到了置换，同时大部分有害气体进行了转化，通过尾气处理装置处理后，排放至大气中，大大减少了安全隐患和环保风险。

3.整个过程提高了余热利用率，实现了黄磷生产的节能减排、清洁生产。

附图说明

图1为本实用新型中黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统原理图。

图中：1-冷却风炉，2-空气过滤器，3-空气干燥器，4-换热器，5-风机，6-尾气过滤器， 7-燃烧炉，8-汽轮发电机组，9-冷凝器，10-第一输送泵，11-预热水槽，12-第二输送泵，13- 尾气处理装置，14-储水装置，15-螺旋混合器，16-黄磷电炉。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

图1示出了一种黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统，其特征在于：包括炉渣显热回收系统、尾气显热回收系统、尾气预热系统和蒸汽发电系统，

所述炉渣显热回收系统由冷却风炉1、风机5、空气过滤器2和空气干燥器3构成，黄磷电炉16炉渣出口与冷却风炉1进渣口通过管道连通，风机5出风口与冷却风炉1进风口连通，冷却风炉1出风口通过管道依次与空气过滤器2、空气干燥器3连通。

所述尾气显热回收系统由尾气过滤器6、燃烧炉7、换热器4构成，燃烧炉7设置有燃烧室与换热室；黄磷电炉16尾气出口与尾气过滤器6进气口连通，尾气过滤器6排气口与燃烧炉7燃烧室进气口连通，燃烧炉7换热室出风口与换热器4进风口连通；换热器4出风口与风机5进风口连通。

所述尾气预热系统由预热水槽11、第一输送泵10、第二输送泵12构成，燃烧炉7燃烧室排气口通过管道与预热水槽11进气口连通；第一输送泵10一端与储水装置14连通，另一端与预热水槽11进水口连通；预热水槽11出水口通过管道依次与第二输送泵12、燃烧炉7进水口连通。

所述蒸汽发电系统由汽轮发电机组8、冷凝器9构成，换热器4蒸汽出口与汽轮发电机组8进气口连通，汽轮发电机组8出汽口与冷凝器9进汽口连通，冷凝器9排水口通过管道与第一输送泵10进水口连通。

所述冷却风炉1出渣口连接有螺旋混合器15。

所述预热水槽11排气口连接有尾气处理装置13，预热水槽11内置管式换热器。

熔融炉渣每隔一段时间从黄磷电炉16出渣口进入冷却风炉1中，低温空气随风机5进入冷却风炉1中与炉渣换热，换热后的高温空气经空气过滤器3除尘、空气干燥器4除水后进入换热器4。低温空气进入冷却风炉1能置换炉渣30％-40％的热量，从冷却风炉1出风口出来的高温空气温度在200℃左右。

黄磷电炉16出来的磷蒸汽经过处理后的废气为黄磷电炉尾气，尾气经尾气过滤器6过滤后进入燃烧炉7的燃烧室中燃烧，并将显热与换热室中的预热水进行交换，预热水转换成饱和蒸汽，饱和蒸汽温度约为170℃。

饱和蒸汽进入换热器4中与其中的高温空气进行换热，形成过饱和蒸汽，进一步提高蒸汽势能，过程中水蒸汽与高温空气对流，提高了换热效率。换热后的高温空气温度降低得到低温空气，此时低温空气在80℃左右。低温空气再次进入冷却风炉1中与熔融炉渣换热，实现循环换热。当换热效率不高时，也可以通过风机5补入新的空气。

燃烧炉7燃烧室燃烧后的尾气180℃左右，通入预热水槽11中，与预热水槽11的水进行换热，使水温升高，有利于水在过热蒸发器中快速转换成水蒸汽。预热水通过第二输送泵 12进入燃烧炉7换热室与燃烧热换热，转换成饱和蒸汽进入换热器4。

高温高压的过饱和蒸汽进入汽轮发电机组8进行发电。经过汽轮发电机组8的过饱和蒸汽能量转换后成为水汽混合物从汽轮发电机组8出汽口排出，进入冷凝器9冷凝成水后经第一输送泵10送入预热水槽11中循环使用，大大节约了水资源。当水量不足时，也可从储水装置14 中补水至系统中。

实施例2

为进一步优化实施例1中的技术方案，本实施例中所述冷却风炉1出渣口连接有螺旋混合器15。熔融炉渣在冷却过程中粘结成块，螺旋混合器15可有效防止冷却后的炉渣粘接，便于炉渣的再次使用。

实施例6

为进一步优化实施例1或2中的技术方案，本实施例中所述预热水槽11排气口连接有尾气处理装置13，预热水槽11内置管式换热器。从预热水槽11中出来的尾气已经过燃烧，其中的CO等可燃物转换成了稳定化合物，其中部分酸性气体可经过尾气处理装置13碱洗处理，尾气处理装置13也能根据实际需要进行设计，对尾气中的各种有害成分进行处理，最后将无害气体排放至大气中。预热水槽11内置管式换热器，方便燃烧后的尾气对水进行预热。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (3)

1.一种黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统，其特征在于：包括炉渣显热回收系统、尾气显热回收系统、尾气预热系统和蒸汽发电系统，

所述炉渣显热回收系统由冷却风炉(1)、风机(5)、空气过滤器(2)和空气干燥器(3)构成，黄磷电炉(16)炉渣出口与冷却风炉(1)进渣口通过管道连通，风机(5)出风口与冷却风炉(1)进风口连通，冷却风炉(1)出风口通过管道依次与空气过滤器(2)、空气干燥器(3)连通；

所述尾气显热回收系统由尾气过滤器(6)、燃烧炉(7)、换热器(4)构成，燃烧炉(7)设置有燃烧室与换热室；黄磷电炉(16)尾气出口与尾气过滤器(6)进气口连通，尾气过滤器(6)排气口与燃烧炉(7)燃烧室进气口连通，燃烧炉(7)换热室出风口与换热器(4)进风口连通；换热器(4)出风口与风机(5)进风口连通；

所述尾气预热系统由预热水槽(11)、第一输送泵(10)、第二输送泵(12)构成，燃烧炉(7)燃烧室排气口通过管道与预热水槽(11)进气口连通；第一输送泵(10)一端与储水装置(14)连通，另一端与预热水槽(11)进水口连通；预热水槽(11)出水口通过管道依次与第二输送泵(12)、燃烧炉(7)进水口连通；

所述蒸汽发电系统由汽轮发电机组(8)、冷凝器(9)构成，换热器(4)蒸汽出口与汽轮发电机组(8)进气口连通，汽轮发电机组(8)出汽口与冷凝器(9)进汽口连通，冷凝器(9)排水口通过管道与第一输送泵(10)进水口连通。

2.根据权利要求1所述的黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统，其特征在于：所述冷却风炉(1)出渣口连接有螺旋混合器(15)。

3.根据权利要求1或2所述的黄磷炉渣及尾气余热综合回收利用系统，其特征在于：所述预热水槽(11)排气口连接有尾气处理装置(13)，预热水槽(11)内置管式换热器。

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