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一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统及工艺
申请号	CN202311723985.6	申请日	2023-12-13	公开(公告)号	CN117739694A	公开(公告)日	2024-03-22
申请人	四川七化建化工工程有限公司;			发明人	邹万清;
摘要	本发明公开了一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统及工艺，包括黄磷电炉、炉渣转相室、蒸汽过热器，火管锅炉、汽轮机、蒸汽冷凝器、热风循环管道和冷风循环管道，所述黄磷电炉的出渣口与炉渣转相室的液渣进渣口连通，所述炉渣转相室的热风出风口通过热风循环管道与火管锅炉的火筒进口连通，所述火管锅炉的火筒出口通过冷风循环管道与炉渣转相室的冷风进风口连通，所述蒸汽出气管道与蒸汽冷凝器内部连通。与现有技术相比，本发明对现有黄磷炉渣的处理工艺进行了创新，使高温熔融状态的液态炉渣在炉渣转相室内与冷空气换热产生大量高温空气，高温空气进入火管锅炉产生大量热蒸汽，蒸汽通过蒸汽机推动发电机发电，解决了黄磷炉渣无法进行余热利用的问题。
权利要求	1.一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统，其特征在于：包括黄磷电炉、炉渣转相室、蒸汽过热器、火管锅炉、汽轮机和蒸汽冷凝器，所述炉渣转相室上设有热风循环管道Ⅰ和冷风循环管道，所述热风循环管道Ⅰ与蒸汽过热器的热风进风口连通，蒸汽过热器的热风出风口上设有热风循环管道Ⅱ，所述热风循环管道Ⅱ与火管锅炉的火筒进口连通，所述火管锅炉的火筒出口通过冷风循环管道与炉渣转相室连通，所述火管锅炉顶部设有蒸汽进气管道，所述蒸汽进气管道穿过蒸汽过热器与汽轮机的蒸汽进气口连通，所述汽轮机的蒸汽出气口设有蒸汽出气管道，所述蒸汽出气管道与蒸汽冷凝器内部连通，所述汽轮机上连接有发电机。 2.根据权利要求1所述的一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统，其特征在于：所述黄磷电炉与炉渣转相室之间设有熔渣运输设备，所述炉渣转相室上设有干渣运渣机，所述熔渣运输设备为排渣溜槽或钢包吊装机构。 3.根据权利要求1所述的一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统，其特征在于：所述热风循环管道Ⅰ位于炉渣转相室的前端进渣端，所述冷风循环管道位于炉渣转相室的后端出渣端。 4.根据权利要求1所述的一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统，其特征在于：所述蒸汽过热器内设有加热管组，所述蒸汽进气管道与加热管组连通，所述蒸汽过热器的底部设有粉尘排灰口。 5.根据权利要求1所述的一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统，其特征在于：所述冷风循环管道上设有冷风补风管道，所述冷风补风管道通过冷风循环管道与炉渣转相室内部连通。 6.根据权利要求1所述的一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统，其特征在于：所述冷风循环管道上设有循环气泵。 7.根据权利要求1所述的一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统，其特征在于：所述汽轮机的蒸汽出气管道与蒸汽冷凝器上部连通，所述蒸汽冷凝器顶部设有循环冷却水进水口，所述蒸汽冷凝器的底部设有换热介质回流管和循环冷却水出水口。 8.根据权利要求7所述的一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统，其特征在于：所述换热介质回流管与火管锅炉的换热介质进水口连通，所述换热介质回流管上设有循环水泵。 9.根据权利要求1所述的一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收工艺，其特征在于，方法步骤如下： a.将黄磷电炉排出的熔融炉渣通过熔渣运输设备运输至炉渣转相室内； b.液态的熔融炉渣在炉渣转相室内，通入冷风对液态炉渣进行冷却，液渣经过冷风冷却形成固态干渣后，通过干渣运渣机排出，而经液态炉渣换热后的冷风形成高温热空气，经热风循环管道Ⅰ和热风循环管道Ⅱ输送至火管锅炉4内，作为高温热源使用； c.高温热空气进入火管锅炉，与火管锅炉内的水介质进行热交换产生中压饱和水蒸气，换热后的冷空气通过冷风循环管道返回炉渣转相室内形成热源循环回路； d.火管锅炉产生的中压饱和水蒸气，通过蒸汽进气管道进入蒸汽过热器内，将中压饱和水蒸气加热成中压过热蒸汽后，通过蒸汽进气管输送至汽轮机内，通过汽轮机带动发电机发电。 10.根据权利要求9所述的一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收工艺，其特征在于，方法步骤如下：步骤c中，经汽轮机发电后的水蒸汽，通过蒸汽出气管道进入蒸汽冷凝器进行冷却，冷凝后的水经过换热介质回流管进入火管锅炉内作为换热介质循环使用。
说明书全文	一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统及工艺技术领域 [0001] 本发明涉及黄磷制备领域，尤其涉及一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统及工艺。背景技术 [0002] 目前在黄磷生产过程中，磷矿石、硅石、焦炭块状混合料进入黄磷电炉内经电极加热至熔融状态，在熔融磷矿被焦炭还原生成单质黄磷的同时也形成大量剩余熔渣即炉渣废渣。每生产1吨黄磷，约产生8‑10吨的废渣，产生废渣量大，且废渣是1300℃的高温熔融状态，目前对黄磷液态炉渣的处理均采用水直接冷激冷却，将液态废渣通过溜槽流入废渣冷却池直接进行池内的水中冷激冷却，水陡然爆沸气化蒸发带走热量，熔渣爆裂成细小颗粒，沉落于池水中，然后在废渣冷却池上方建一套带抓斗的行车设备，待废渣冷却后，通过行车设备将其从池水中抓入渣斗，然后将运输车辆驶入渣斗下方，将废渣从渣斗排入运输车辆内拉走。由于从黄磷炉出来的废渣为1300℃的高温熔融状态，黄磷炉渣遇冷却水后会产生大量的高温、高压蒸汽，由于废渣冷却池是露天的，废渣从液态到固态，从高温固态到低温固态，其中的高温热能均通过产生的大量水蒸气以及冷却水完全损失掉了，无法进行有效的回收利用。而且由于黄磷炉渣冷却会产生大量水蒸气，对现场生产环境影响很大，因此有些地方在冷却池上方加装一个集气罩，水蒸气通过集气罩收集送入投资巨大的脱白设备脱出蒸汽白雾，避免对生产环境造成影响，但也没有实现液态炉渣的余热利用，并且在对冷却池废渣进行抓取时，需要移开集气罩，十分麻烦。发明内容 [0003] 本发明的目的就在于提供一种解决了上述问题的黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统及工艺。 [0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统，包括黄磷电炉、炉渣转相室、蒸汽过热器、火管锅炉、汽轮机和蒸汽冷凝器，所述炉渣转相室上设有热风循环管道Ⅰ和冷风循环管道，所述热风循环管道Ⅰ与蒸汽过热器的热风进风口连通，蒸汽过热器的热风出风口上设有热风循环管道Ⅱ，所述热风循环管道Ⅱ与火管锅炉的火筒进口连通，所述火管锅炉的火筒出口通过冷风循环管道与炉渣转相室连通，所述火管锅炉顶部设有蒸汽进气管道，所述蒸汽进气管道穿过蒸汽过热器与汽轮机的蒸汽进气口连通，所述汽轮机的蒸汽出气口设有蒸汽出气管道，所述蒸汽出气管道与蒸汽冷凝器内部连通，所述汽轮机上连接有发电机。 [0005] 作为优选，所述黄磷电炉与炉渣转相室之间设有熔渣运输设备，所述炉渣转相室上设有干渣运渣机，所述熔渣运输设备为排渣溜槽或钢包吊装机构。 [0006] 作为优选，所述热风循环管道Ⅰ位于炉渣转相室的前端进渣端，所述冷风循环管道位于炉渣转相室的后端出渣端。 [0007] 作为优选，所述蒸汽过热器内设有加热管组，所述蒸汽进气管道与加热管组连通，所述蒸汽过热器的底部设有粉尘排灰口。 [0008] 作为优选，所述冷风循环管道上设有冷风补风管道，所述冷风补风管道通过冷风循环管道与炉渣转相室内部连通。 [0009] 作为优选，所述冷风循环管道上设有循环气泵。 [0010] 作为优选，所述汽轮机的蒸汽出气管道与蒸汽冷凝器上部连通，所述蒸汽冷凝器顶部设有循环冷却水进水口，所述蒸汽冷凝器的底部设有换热介质回流管和循环冷却水出水口。 [0011] 作为优选，所述换热介质回流管与火管锅炉的换热介质进水口连通，所述换热介质回流管上设有循环水泵。 [0012] 作为优选，所述汽轮机的输出轴上连接有发电机，所述发电机的电压输出端上设有变电柜。 [0013] 一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收工艺，方法步骤如下： [0014] a.将黄磷电炉排出的熔融炉渣通过熔渣运输设备运输至炉渣转相室内； [0015] b.液态的熔融炉渣在炉渣转相室内，通入冷风对液态炉渣进行冷却，液渣经过冷风冷却形成固态干渣后，通过干渣运渣机排出，而经液态炉渣换热后的冷风形成高温热空气，经热风循环管道Ⅰ和热风循环管道Ⅱ输送至火管锅炉4内，作为高温热源使用； [0016] c.高温热空气进入火管锅炉，与火管锅炉内的水介质进行热交换产生中压饱和水蒸气，换热后的冷空气通过冷风循环管道返回炉渣转相室内形成热源循环回路； [0017] d.火管锅炉产生的中压饱和水蒸气，通过蒸汽进气管道进入蒸汽过热器内，将中压饱和水蒸气加热成中压过热蒸汽后，通过蒸汽进气管输送至汽轮机内，通过汽轮机带动发电机发电。 [0018] 作为优选，步骤c中，经汽轮机发电后的水蒸汽，通过蒸汽出气管道进入蒸汽冷凝器进行冷却，冷凝后的水经过换热介质回流管进入火管锅炉内作为换热介质循环使用。 [0019] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明对现有黄磷炉渣的处理工艺进行了创新，取消了黄磷炉渣冷却池，设计了炉渣转相室，使1300℃高温熔融状态的液态炉渣在炉渣转相室内进行液固转换，并与冷空气换热产生大量高温空气，高温空气进入火管锅炉产生大量热蒸汽，蒸汽通过蒸汽机推动发电机发电，实现黄磷液态炉渣的余热利用，解决了现有黄磷生产过程中，黄磷炉渣无法进行余热利用的问题。附图说明 [0020] 图1为本发明的系统结构原理图。 [0021] 图中1、黄磷电炉；2、炉渣转相室；3、蒸汽过热器；31、粉尘排灰口；4、火管锅炉；5、汽轮机；6、发电机；7、蒸汽冷凝器；71、循环冷却水进水口；72、循环冷却水出水口；8、变电柜；9、熔渣运输设备；10、干渣运渣机；11、热风循环管道Ⅰ；12、热风循环管道Ⅱ；13、蒸汽进气管道；14、蒸汽出气管道；15、换热介质回流管；16、冷风循环管道；17、冷风补风管道；18、循环水泵；19、循环气泵。具体实施方式 [0022] 下面将对本发明作进一步说明， [0023] 一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统，包括黄磷电炉1、炉渣转相室2、蒸汽过热器3、火管锅炉4、汽轮机5和蒸汽冷凝器7，所述炉渣转相室2上设有热风循环管道Ⅰ11和冷风循环管道16，所述热风循环管道Ⅰ11与蒸汽过热器3的热风进风口连通，蒸汽过热器3的热风出风口上设有热风循环管道Ⅱ12，所述热风循环管道Ⅱ12与火管锅炉4的火筒进口连通，所述火管锅炉4的火筒出口通过冷风循环管道16与炉渣转相室2连通，所述火管锅炉4顶部设有蒸汽进气管道13，所述蒸汽进气管道13穿过蒸汽过热器3与汽轮机5的蒸汽进气口连通，所述汽轮机5的蒸汽出气口设有蒸汽出气管道14，所述蒸汽出气管道14与蒸汽冷凝器7内部连通，所述汽轮机5上连接有发电机6。现有黄磷炉渣都是采用水冷的方式，导致1300℃的高温熔融状态热量无法进行回收利用，因此本发明对现有黄磷炉渣的处理工艺进行了创新，取消了黄磷炉渣冷却池，设计了炉渣转相室2，使1300℃高温熔融状态的液态炉渣在炉渣转相室2内进行液固转换，黄磷炉渣经风冷形成的固态后运出，并与冷空气换热产生大量高温空气，高温空气进入火管锅炉4产生大量热蒸汽，蒸汽通过蒸汽机推动发电机6发电，以此实现了黄磷液态炉渣的余热利用。 [0024] 所述黄磷电炉1与炉渣转相室2之间设有熔渣运输设备9，所述炉渣转相室2上设有干渣运渣机10，所述熔渣运输设备9为排渣溜槽或钢包吊装机构。黄磷电炉1从出渣口排出的熔渣通过熔渣运输设备9运输至炉渣转相室2内，经风冷冷却后的干渣通过干渣运渣机10从炉渣转相室2内输出。 [0025] 为提高冷空气在炉渣转相室2内的换热效率，炉渣转相室2的前端为进渣端，后端为出渣端，所述热风循环管道Ⅰ11位于炉渣转相室2的前端进渣端，所述冷风循环管道16位于炉渣转相室2的后端出渣端。 [0026] 由于饱和的蒸汽容易造成汽轮机5叶片的水蚀破坏，因此本发明在炉渣转相室2与火管锅炉4之间增设了一台蒸汽过热器3，利用炉渣转相室2产生的高温循环空气对火管锅炉4产生的饱和蒸汽进行再热，形成过热蒸汽后再输送至汽轮机5内，所述蒸汽过热器3内设有加热管组，所述蒸汽进气管道13与加热管组连通，饱和蒸汽在加热管组内被管外的高温空气加热成过热蒸汽。由于从炉渣转相室2中出来的高温空气中带有一定的灰尘，增设的蒸汽过热器3后，还能使高温空气中的灰尘在蒸汽过热器3的腔室内沉降下来，最后通过蒸汽过热器3的底部设有粉尘排灰口31可以进行排出。 [0027] 由于炉渣转相室2需要进行冷却后的炉渣运输，会造成少量热空气外流，特设计了冷风补风管道17，所述冷风循环管道16上设有冷风补风管道17，所述冷风补风管道17通过冷风循环管道16与炉渣转相室2内部连通，通过冷风补风管道17对系统的热风循环系统进行冷风的补充，在循环风温度较高时，通过冷风补风管道17充入低温冷风还能降低循环风温度，所述炉渣转相室2通过热风循环管道Ⅰ11、蒸汽过热器3、热风循环管道Ⅱ12与火管锅炉4的火筒进口连通，所述火管锅炉4的火筒出口通过冷风循环管道16再返回炉渣转相室2，通过冷风循环管道16上设有的循环气泵19，使热空气和冷空气在炉渣转相室2和火管锅炉4之间形成循环回路，实现热源和冷源的持续提供，使炉渣转相室2持续充入冷空气进行液体炉渣的冷却，使火管锅炉4持续产生高温水蒸汽用于汽轮机5发电，实现了能源的充分循环利用。 [0028] 除了进行了空气的冷却加热循环系统的设计，本发明还对蒸汽循环进行了设计，所述汽轮机5的蒸汽出气管道14与蒸汽冷凝器7上部连通，所述蒸汽冷凝器7顶部设有循环冷却水进水口71，所述蒸汽冷凝器7的底部设有换热介质回流管15和循环冷却水出水口72，循环冷却水进水口71和循环冷却水进水口71用于蒸汽冷凝器7内的冷却水的进出排放，水蒸汽在蒸汽冷凝器7内与冷却水进行换热冷凝，所述换热介质回流管15与火管锅炉4的换热介质进水口连通，由于汽轮机5发电系统对蒸汽循环的水质很高，一般采以纯水为介质，本发明通过换热介质回流管15的设计，结合蒸汽进气管道13、蒸汽冷凝器7、换热介质回流管15，使火管锅炉4、汽轮机5、蒸汽冷凝器7之间形成蒸汽循环回路，实现了水蒸汽的循环利用发电，所述换热介质回流管15上设有循环水泵18，通过循环水泵18实现冷凝水的循环使用。由于火管锅炉4的结构简单、运行水平和给水品质要求较低，因此本发明工艺采用火管锅炉 4进行蒸汽产生。 [0029] 所述汽轮机5的输出轴上连接有发电机6，所述发电机6的电压输出端上设有变电柜8，发电机6产生的电压通过变电柜8调压后发送电网。 [0030] 一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收工艺，方法步骤如下： [0031] a.将黄磷电炉1排出的熔融炉渣通过熔渣运输设备9运输至炉渣转相室2内；熔渣运输设备9可采用溜槽或钢包吊装的方式， [0032] b.液态的熔融炉渣在炉渣转相室2内，通入冷风对液态炉渣进行冷却，液渣经过冷风冷却形成固态干渣后，通过干渣运渣机10排出，而经液态炉渣换热后的冷风形成高温热空气，经热风循环管道Ⅰ11和热风循环管道Ⅱ12输送至火管锅炉4内，作为高温热源使用； [0033] c.高温热空气进入火管锅炉，与火管锅炉4内的水介质进行热交换产生中压饱和水蒸气，换热后的冷空气通过冷风循环管道16返回炉渣转相室2内进行再次循环，使热空气和冷空气在炉渣转相室2和火管锅炉4之间形成热源循环回路； [0034] d.火管锅炉4产生的中压饱和水蒸气通过蒸汽进气管道13进入蒸汽过热器3进行再热，将中压饱和蒸汽加热成中压过热蒸汽后，通过蒸汽进气管输送至汽轮机5，通过汽轮机54带动发电机6发电，以此将炉渣的热能转化成电能，实现黄磷炉渣的余热利用。 [0035] 为实现能源的循环利用，本发明对系统管路进行了结构设计，经汽轮机5发电后的水蒸汽，通过蒸汽出气管道14进入蒸汽冷凝器7进行冷却，冷凝后的水经过换热介质回流管15进入火管锅炉4内作为换热介质循环使用，实现系统的蒸汽循环回路自循环，使火管锅炉 4持续产生高温的中压饱和水蒸气用于汽轮机5发电。 [0036] 以上对本发明所提供的一种黄磷电炉液态炉渣的热能回收系统及工艺进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。