黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱綜合回收利用系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱綜合回收利用系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)包括黃磷爐氣過濾回收系統(tǒng)、黃磷熔融爐渣造粒冷卻及顯熱回收系統(tǒng)、余熱回收利用系統(tǒng)和水泥生產(chǎn)系統(tǒng)；黃磷爐氣過濾回收系統(tǒng)包括過濾裝置、風(fēng)機、洗滌裝置和儲氣罐；黃磷熔融爐渣造粒冷卻及顯熱回收系統(tǒng)包括高溫儲罐、回轉(zhuǎn)窯、篦式冷卻機和風(fēng)機，高溫儲罐與回轉(zhuǎn)窯、篦式冷卻機依次相連，風(fēng)機分別與回轉(zhuǎn)窯以及篦式冷卻機相連；余熱回收利用系統(tǒng)包括黃磷尾氣燃氣鍋爐、煙氣余熱鍋爐和發(fā)電機組，兩鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽送入發(fā)電機組發(fā)電；篦式冷卻機產(chǎn)生的黃磷爐渣送入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)。本發(fā)明不僅可以解決黃磷企業(yè)環(huán)境污染問題，而且可以創(chuàng)造很好的經(jīng)濟效益。
【專利說明】
黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱綜合回收利用系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于黃磷生產(chǎn)廢棄物余熱回收利用領(lǐng)域，涉及一種黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱綜合回收利用的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國黃磷的生產(chǎn)總規(guī)模、產(chǎn)量及出口量均居世界第一。目前的黃磷生產(chǎn)工藝是將磷礦、焦炭和硅石原料按比例投入電爐反應(yīng)，然后對爐氣進行噴淋冷卻并得到粗磷，然后再將粗磷導(dǎo)入精制槽內(nèi)進行兩級精制，最終得到黃磷產(chǎn)品。每生產(chǎn)It黃磷副產(chǎn)尾氣2500?3000m3。黃磷尾氣是一種優(yōu)質(zhì)的氣體燃料(所含熱值約為10659kJ/Nm3)，主要成分是CO，一般含量在85%?95%。其他雜質(zhì)有無機硫(3、!^、302)、有機硫(0143!1、0)3)、3丨？4^3、？4、冊、CH4、C02、02、N2、氰化物和原料粉塵等，因此，黃磷尾氣具有易燃、易爆和有毒的特性，所以其尾氣的凈化和利用，必須落實安全措施。
[0003]目前，我國的黃磷生產(chǎn)廠家除少數(shù)把尾氣深度凈化后用作高品質(zhì)化工原料或燃料，部分企業(yè)將尾氣用作原料烘干的初級燃料氣外，大多數(shù)廠家尤其是中小規(guī)模企業(yè)都未充分利用，80%的方法是采用火炬燃燒排入大氣，未經(jīng)凈化的黃磷尾氣中含有硫、磷、氟、砷等有害氣體，直排污染環(huán)境，而排空燃燒的CO生成的CO2又導(dǎo)致了 “溫室效應(yīng)”。
[0004]黃磷尾氣多年來一直沒有較好的得到利用的原因有兩個:一是過去所用制磷電爐單臺產(chǎn)能小，黃磷企業(yè)規(guī)模小;二是由于尾氣中含有較多的雜質(zhì)(硫、磷、砷，氟等)，采用深度凈化技術(shù)凈化成本較大且尚不成熟，導(dǎo)致黃磷尾氣長期無法全部利用。
[0005]黃磷熔融爐渣是電爐法制備黃磷時的工業(yè)固體廢物。電爐法制取黃磷，利用焦炭和硅石作為還原劑和成渣劑，使磷礦石中的鈣和二氧化硅化合，形成熔融爐渣，每隔4h從電爐中下部排出。根據(jù)冷卻方式的不同，黃磷爐渣分為兩種，熔融爐渣經(jīng)水淬冷卻，稱為水淬渣;經(jīng)過自然冷卻，稱為自然冷卻黃磷爐渣。黃磷是一種高能耗、高物耗產(chǎn)品，一般生產(chǎn)It黃磷消耗原料12-14t，其中磷礦約為8.5-9.5t，每生產(chǎn)It黃磷產(chǎn)出爐渣8-1 Ot。
[0006]黃磷爐渣在出爐時溫度高達1200?1300°C，每噸爐渣帶走顯熱1.88 X 109J，相當(dāng)于64.159kg標(biāo)準(zhǔn)煤，爐渣帶走熱量占總能耗29.37%。
[0007]根據(jù)我國黃磷的生產(chǎn)能力及產(chǎn)品量，黃磷企業(yè)實際年產(chǎn)出黃磷爐渣600?750萬t，其中云南省年產(chǎn)出黃磷爐渣300?400萬t。目前，黃磷爐渣的利用，先將熔融狀態(tài)的磷爐渣(溫度高達1350?1550°C)，用大量冷水進行水淬后用車拉走，再用于生產(chǎn)農(nóng)用硅鈣肥、水泥、混凝土、磷渣磚及瓷質(zhì)磚，有效利用率約為10%。冷卻噸磷爐渣需要噸水量3t/t，同時產(chǎn)生200Kg/t水蒸氣+酸氣，排入大氣，在此過程中需要大量的人力來處理水萃渣，浪費較多的水資源;且產(chǎn)品品質(zhì)較低，且用量有限。黃磷尾氣由于含有P、S、As、F等有毒有害雜質(zhì)，利用率不足30%，其余用火炬燃燒后排入大氣。黃磷爐渣大部分以廢渣堆積，既浪費資源，又污染環(huán)境，成為了黃磷行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的制約因素。
[0008]目前，我國在生產(chǎn)中應(yīng)用的高爐渣處理工藝主要是水淬粒化工藝。水淬粒化工藝，就是將熔融狀態(tài)的高爐渣置于水中急速冷卻限制其結(jié)晶，使其在熱應(yīng)力作用下?；Ｋ愫蟮玫缴沉畹牧；^大部分為非晶態(tài)，被運往渣場堆放或去水泥廠作為生產(chǎn)水泥的原料。
[0009]水淬?；に嚻毡榇嬖谌缦氯秉c:消耗大量水;熔渣余熱沒有回收;系統(tǒng)維護工作量大;沖渣產(chǎn)生的氣態(tài)硫化物帶來空氣污染;粉磨時水渣必須烘干，仍要消耗能源。
[0010]另外也有企業(yè)直接排干渣，就是讓高溫的熔融爐渣直接流淌進入干渣場，待溫度降低后再由工人將干渣鏟起運走。此法不造成水耗，也不會造成廢水的二次污染與腐蝕性蒸汽的發(fā)生，但是1300°C左右的高溫熔融爐渣在生產(chǎn)車間流淌，其危險性非常高，而且其熱輻射對生產(chǎn)環(huán)境也造成極大的影響，鏟渣工人的燙傷事件也時有發(fā)生。因此這是一種危險性很高的生產(chǎn)方式，不宜推廣使用，同時也不利于渣和渣熱的綜合利用。
[0011]巨量的磷渣的棄置堆放既污染環(huán)境成為企業(yè)的一種負擔(dān)，同時也是一種資源浪費。合理解決磷渣的出路，將其資源化，變廢為寶、變害為利是黃磷企業(yè)的一個亟待解決的重要問題和發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱綜合回收利用的系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以解決黃磷企業(yè)環(huán)境污染問題，而且可以創(chuàng)造很好的經(jīng)濟效益。本發(fā)明的另外一個目的是提供該系統(tǒng)的回收利用方法。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0014]黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱綜合回收利用系統(tǒng)，包括黃磷爐氣過濾回收系統(tǒng)、黃磷熔融爐渣造粒冷卻及顯熱回收系統(tǒng)、余熱回收利用系統(tǒng)和水泥生產(chǎn)系統(tǒng);所述黃磷爐氣過濾回收系統(tǒng)包括依次連接的過濾裝置、第一風(fēng)機、洗滌裝置和儲氣罐，過濾裝置與黃磷電爐連接;所述黃磷熔融爐渣造粒冷卻及顯熱回收系統(tǒng)包括高溫儲罐、回轉(zhuǎn)窯、篦式冷卻機、第二風(fēng)機和第三風(fēng)機，高溫儲罐連接到黃磷電爐，所述高溫儲罐與回轉(zhuǎn)窯、篦式冷卻機依次相連，第二風(fēng)機和第三風(fēng)機分別與回轉(zhuǎn)窯以及篦式冷卻機相連;所述余熱回收利用系統(tǒng)包括黃磷尾氣燃氣鍋爐、煙氣余熱鍋爐和發(fā)電機組;所述儲氣罐與黃磷尾氣燃氣鍋爐相連，所述第三風(fēng)機與煙氣余熱鍋爐相連;所述黃磷尾氣燃氣鍋爐和煙氣余熱鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽送入發(fā)電機組發(fā)電;所述篦式冷卻機產(chǎn)生的黃磷爐渣送入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0015]進一步地，所述高溫儲罐與回轉(zhuǎn)窯之間設(shè)有流量控制裝置。
[0016]本發(fā)明上述黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱綜合回收利用系統(tǒng)的方法，具體過程如下:黃磷電爐反應(yīng)所產(chǎn)生的黃磷爐氣通過過濾裝置過濾，在第一風(fēng)機的動力作用下，再經(jīng)洗滌裝置將黃磷爐氣中的黃磷洗滌沉淀下來，而黃磷尾氣經(jīng)上部管道進入儲氣罐備用;黃磷電爐反應(yīng)所產(chǎn)生的高溫熔融黃磷渣進入高溫儲罐儲存，經(jīng)流量控制裝置進入回轉(zhuǎn)窯，在回轉(zhuǎn)窯中，造粒顆粒物不斷加入與高溫熔融爐渣混合，且經(jīng)過冷風(fēng)降溫，使得混合物在旋轉(zhuǎn)移動狀態(tài)下逐漸形成混合顆粒物或爐渣塊狀固體實現(xiàn)造粒功能;混合顆粒物或爐渣塊狀固體再經(jīng)篦式冷卻機粉碎及冷卻，冷卻后的混合爐渣輸送到料倉備用;在造粒與冷卻過程中，第二風(fēng)機不斷送冷風(fēng)進入回轉(zhuǎn)窯以及篦式冷卻機，與高溫黃磷爐渣換熱后的熱風(fēng)經(jīng)由第三風(fēng)機送入余熱回收利用系統(tǒng);從儲氣罐輸送的黃磷尾氣進入黃磷尾氣燃氣鍋爐燃燒，與高溫熔融爐渣換熱所產(chǎn)生的熱風(fēng)進入煙氣余熱鍋爐換熱，兩鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽并入發(fā)電機組發(fā)電，所產(chǎn)生的排氣最后經(jīng)由煙氣凈化系統(tǒng)排出；黃磷冷卻爐渣作為硅酸鹽水泥摻合料或者礦渣水泥的原料送入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)制作水泥。
[0017]所述過濾裝置采用干法過濾。
[0018]所述洗滌裝置包括黃磷洗滌裝置和水洗加堿洗裝置。
[0019]所述第二風(fēng)機送入回轉(zhuǎn)窯以及篦式冷卻機的冷風(fēng)方向與熔融爐渣成順流或者逆流或者這兩者方式的組合。
[0020]所述發(fā)電機組為汽輪發(fā)電機組或者為有機工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電機組。
[0021]本發(fā)明通過將四個系統(tǒng)相互結(jié)合，將黃磷熔融爐渣顯熱回收、黃磷爐氣過濾與凈化、黃磷尾氣燃燒利用、蒸汽混合發(fā)電進行有效地銜接，實現(xiàn)了黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱的綜合回收利用。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)，不僅可以解決黃磷企業(yè)環(huán)境污染問題、變廢為寶，而且可以創(chuàng)造很好的經(jīng)濟效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明裝置系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。I為黃磷爐氣過濾回收系統(tǒng)，Π為黃磷熔融爐渣造粒冷卻及顯熱回收系統(tǒng)，m余熱回收利用系統(tǒng)，IV利用黃磷冷卻渣摻混制水泥系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，本發(fā)明主要包括黃磷爐氣過濾回收系統(tǒng)1、黃磷熔融爐渣造粒冷卻及顯熱回收系統(tǒng)π、余熱回收利用系統(tǒng)m、利用黃磷冷卻渣摻混制水泥系統(tǒng)IV四個相互關(guān)聯(lián)的部分。
[0024]黃磷爐氣過濾回收系統(tǒng)I包括過濾裝置、第一風(fēng)機、洗滌塔、儲氣罐等;黃磷熔融爐渣造粒冷卻及顯熱回收系統(tǒng)Π包括高溫儲罐、回轉(zhuǎn)窯、篦式冷卻機、第二風(fēng)機、第三風(fēng)機等；余熱回收利用系統(tǒng)m包括黃磷尾氣燃氣鍋爐、煙氣余熱鍋爐、發(fā)電機組等;利用黃磷冷卻渣摻混制水泥系統(tǒng)IV包括水泥生產(chǎn)企業(yè)等。
[0025]本發(fā)明的工作原理是:
[0026]黃磷電爐反應(yīng)所產(chǎn)生的黃磷爐氣通過過濾裝置過濾，在第一風(fēng)機的動力作用下，再經(jīng)洗滌裝置將黃磷爐氣中的黃磷洗滌沉淀下來，而黃磷尾氣經(jīng)上部管道進入儲氣罐備用;黃磷電爐反應(yīng)所產(chǎn)生的高溫熔融黃磷渣進入高溫儲罐儲存，經(jīng)流量控制裝置進入回轉(zhuǎn)窯造粒，造?；旌项w粒或者爐渣塊狀物再經(jīng)篦式冷卻機粉碎及冷卻，冷卻后的混合爐渣輸送到料倉備用;在造粒與冷卻過程中，第二風(fēng)機不斷送冷風(fēng)進入回轉(zhuǎn)窯以及篦式冷卻機，與高溫黃磷爐渣換熱后的熱風(fēng)經(jīng)由第三風(fēng)機送入余熱回收利用系統(tǒng)m;從儲氣罐輸送的黃磷尾氣進入燃氣鍋爐燃燒，與高溫熔融爐渣換熱所產(chǎn)生的熱風(fēng)進入煙氣余熱鍋爐換熱，兩鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽并入發(fā)電機組發(fā)電；所產(chǎn)生的排氣最后經(jīng)由煙氣凈化系統(tǒng)排出；黃磷冷卻爐渣可作為硅酸鹽水泥摻合料或者礦渣水泥的原料，經(jīng)水泥生產(chǎn)企業(yè)利用制作水泥。
[0027]本實施例中，黃磷爐氣過濾裝置采用干法過濾，除塵及雜質(zhì)率超過99%，而傳統(tǒng)工藝無過濾裝置。本過濾裝置不僅包括膜式物理過濾還包括化學(xué)反應(yīng)方式過濾部分氣體雜質(zhì)。在洗滌塔中，不僅設(shè)有常規(guī)黃磷洗滌裝置，而且具有水洗加堿洗裝置，既可以實現(xiàn)黃磷的沉淀收集，而且可實現(xiàn)黃磷尾氣的凈化。在回轉(zhuǎn)窯中，造粒顆粒物不斷加入與高溫熔融爐渣混合，且經(jīng)過冷風(fēng)降溫，使得混合物在旋轉(zhuǎn)移動狀態(tài)下逐漸形成顆粒物或塊狀固體實現(xiàn)造粒功能。造粒顆粒物為煤矸石或者石灰石等固體顆粒物。
[0028]高溫熔融爐渣經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯及篦式冷卻機，冷風(fēng)經(jīng)換熱變?yōu)楦邷責(zé)犸L(fēng)，實現(xiàn)高溫熔融爐渣顯熱回收?；剞D(zhuǎn)窯以及篦式冷卻機冷風(fēng)可選擇與熔融爐渣順流或者逆流多種組合方式進氣，實現(xiàn)換熱，熱風(fēng)出氣口位置也可選擇性設(shè)置。黃磷尾氣經(jīng)燃氣鍋爐燃燒利用產(chǎn)蒸汽，高溫?zé)犸L(fēng)凈煙氣余熱鍋爐換熱產(chǎn)蒸汽，兩鍋爐所產(chǎn)蒸汽混合進發(fā)電機組發(fā)電，實現(xiàn)黃磷尾氣與熔融爐渣熱能綜合回收利用發(fā)電。發(fā)電機組既可以為常規(guī)汽輪發(fā)電機組，也可以為有機工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電機組。
【主權(quán)項】
1.黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱綜合回收利用系統(tǒng)，包括黃磷爐氣過濾回收系統(tǒng)、黃磷熔融爐渣造粒冷卻及顯熱回收系統(tǒng)、余熱回收利用系統(tǒng)和水泥生產(chǎn)系統(tǒng)； 所述黃磷爐氣過濾回收系統(tǒng)包括依次連接的過濾裝置、第一風(fēng)機、洗滌裝置和儲氣罐，過濾裝置與黃磷電爐連接； 所述黃磷熔融爐渣造粒冷卻及顯熱回收系統(tǒng)包括高溫儲罐、回轉(zhuǎn)窯、篦式冷卻機、第二風(fēng)機和第三風(fēng)機，高溫儲罐連接到黃磷電爐，所述高溫儲罐與回轉(zhuǎn)窯、篦式冷卻機依次相連，第二風(fēng)機和第三風(fēng)機分別與回轉(zhuǎn)窯以及篦式冷卻機相連； 所述余熱回收利用系統(tǒng)包括黃磷尾氣燃氣鍋爐、煙氣余熱鍋爐和發(fā)電機組;所述儲氣罐與黃磷尾氣燃氣鍋爐相連，所述第三風(fēng)機與煙氣余熱鍋爐相連;所述黃磷尾氣燃氣鍋爐和煙氣余熱鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽送入發(fā)電機組發(fā)電； 所述篦式冷卻機產(chǎn)生的黃磷爐渣送入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱綜合回收利用系統(tǒng)，其特征在于，所述高溫儲罐與回轉(zhuǎn)窯之間設(shè)有流量控制裝置。3.利用如權(quán)利要求1所述的黃磷熔融爐渣及黃磷尾氣余熱綜合回收利用系統(tǒng)的方法，其特征在于，具體過程如下:黃磷電爐反應(yīng)所產(chǎn)生的黃磷爐氣通過過濾裝置過濾，在第一風(fēng)機的動力作用下，再經(jīng)洗滌裝置將黃磷爐氣中的黃磷洗滌沉淀下來，而黃磷尾氣經(jīng)上部管道進入儲氣罐備用；黃磷電爐反應(yīng)所產(chǎn)生的高溫熔融黃磷渣進入高溫儲罐儲存，經(jīng)流量控制裝置進入回轉(zhuǎn)窯，在回轉(zhuǎn)窯中，造粒顆粒物不斷加入與高溫熔融爐渣混合，且經(jīng)過冷風(fēng)降溫，使得混合物在旋轉(zhuǎn)移動狀態(tài)下逐漸形成混合顆粒物或爐渣塊狀固體實現(xiàn)造粒功能;混合顆粒物或爐渣塊狀固體再經(jīng)篦式冷卻機粉碎及冷卻，冷卻后的混合爐渣輸送到料倉備用;在造粒與冷卻過程中，第二風(fēng)機不斷送冷風(fēng)進入回轉(zhuǎn)窯以及篦式冷卻機，與高溫黃磷爐渣換熱后的熱風(fēng)經(jīng)由第三風(fēng)機送入余熱回收利用系統(tǒng);從儲氣罐輸送的黃磷尾氣進入黃磷尾氣燃氣鍋爐燃燒，與高溫熔融爐渣換熱所產(chǎn)生的熱風(fēng)進入煙氣余熱鍋爐換熱，兩鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽并入發(fā)電機組發(fā)電，所產(chǎn)生的排氣最后經(jīng)由煙氣凈化系統(tǒng)排出；黃磷冷卻爐渣作為硅酸鹽水泥摻合料或者礦渣水泥的原料送入水泥生產(chǎn)系統(tǒng)制作水泥。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述過濾裝置采用干法過濾。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述洗滌裝置包括黃磷洗滌裝置和水洗加堿洗裝置。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二風(fēng)機送入回轉(zhuǎn)窯以及篦式冷卻機的冷風(fēng)方向與恪融爐渣成順流或者逆流或者這兩者方式的組合。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述發(fā)電機組為汽輪發(fā)電機組或者為有機工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電機組。
【文檔編號】C04B7/14GK105859164SQ201610357759
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】梁國強, 屠正瑞, 侯賓才, 楊宏宜, 方明, 胡觀利, 黃國平, 管曉東, 劉學(xué)爐, 劉亞雷, 吳鳴, 陳慧
【申請人】南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司