黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置及方法

1.本发明涉及磷化工技术领域，尤其涉及一种黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置及方法。


背景技术：

2.黄磷是工业生产的重要原料，以黄磷为原料制成的产品广泛应用于农药、医药、食品添加剂等广大领域。
3.目前世界上工业化生产黄磷的主要方法为电炉法，即焦炭与磷矿石在1350-1450℃高温电炉中发生还原反应产生磷蒸汽，含黄磷的气相产品上升时与下降的矿料换热，液相炉渣从底部排渣口排出。
4.电炉法每生产1吨粗黄磷的电耗高达1.38-1.45万度，同时副产约8-10吨炉渣，而炉渣带走的热量约占总能耗的30％，达到1490-1566mj。
5.现有的黄磷炉渣水淬系统往往是开放的露天系统，在炉渣水淬过程中会有大量的水雾和水蒸气直接外排至大气，吨黄磷生产过程有超过0.7吨的水淬水流失到大气，造成水资源的过度流失。
6.水淬法生产用水量巨大并且排向大气的水雾、蒸汽携带大量的微小粉尘颗粒，是热法黄磷生产过程主要的pm2.5污染源，高温1000-1100℃的炉渣迅速与喷淋水接触过程，高温固体受热不均匀导致大量粉尘颗粒被水气携带进入大汽，水汽中的固体颗粒物超过100mg/m3，其中，大部分为直径低于1μm的固体粉尘，气随着水汽进入大气后形成气溶胶难降解，造成大气环境严重污染。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够有效避免污染物排放，提高能量回收率的黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置及方法。
8.为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置，包括具有密封罩的溜槽，所述溜槽位于黄磷电炉的排渣口的下侧，且所述排渣口插入到所述溜槽内，靠近所述排渣口的密封罩上设置有冷却水喷淋装置，所述冷却水喷淋装置用于对排出的炉渣进行降温处理，所述冷却水喷淋装置通过第一回流管与第一回流泵的出水端连接，所述第一回流泵的进水端通过管路与凉水塔的出水端连接；所述溜槽的底部形成有水淬池，水淬池内通过管路与第二回流泵的进水端连接，所述第二回流泵的出水端经过第三回流管与凉水塔的一个进水端连接，冷却水喷淋装置与水淬池之间的密封罩上设置有与溜槽相连通的集气罩，所述集气罩的上端与气液分离器的进气口连接，所述气液分离器的出气口通过出气管与压气机连接，所述压气机的出气口通过管路与压力容器连接；所述气液分离器的出液口经第二回流管与所述凉水塔的另一个进水口连接，所述冷却水喷淋装置与所述集气罩之间的密封罩上设置有与溜槽相连通的排气管。
9.进一步的技术方案在于：所述排渣口上设置有挡板，所述挡板用于控制排渣口的
打开或关闭。
10.进一步的技术方案在于：所述溜槽内的排渣口的下端设置有破碎辊，所述破碎辊用于将炉渣破碎成小块状。
11.进一步的技术方案在于：所述冷却水喷淋装置包括若干根分流支管，所述分流支管的末端设置有喷淋头。
12.进一步的技术方案在于：排气管上设置有截止阀，所述截止阀用于控制所述排气管的通断。
13.本发明还公开了一种黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用方法，所述方法使用所述的装置，包括如下步骤：从黄磷电炉底部排出的液态金属渣通过排渣口间歇排料；高温1100℃左右的炉渣经过5-8米长的溜槽滑动流入水淬池，溜槽上设置可移动挡板，炉渣在溜槽中流动时，高密度的磷铁沿重力方向沉到溜槽内置的凹槽内，防止磷铁进入水淬池产生爆燃，在水淬池进料端设置冷却水喷淋装置将炉渣迅速冷凝，水淬池侧向底部设置第一回流管和第一回流泵并与凉水塔相连，将高温水冷却后回流到水淬池，提升水淬效果；在溜槽与水淬池上方设置有密封罩，其上设置有集气罩和排气管，集气罩与气液分离器相连，所述气液分离器为高速离心旋转装置，确保进入后续压气机的蒸汽干燥、洁净；而含粉尘的液相通过第二回流管进入水淬池，所述排气管可与外界引风机相连，间歇排出气相中的不凝气；从气液分离器出来的蒸汽通过出气管进入水蒸气加压储存装置；所述凉水塔与所述水淬池通过第三回流管和第二回流泵相连接，形成循环水系统，使炉渣水淬温度在25-30℃，确保炉渣水淬后晶体颗粒度。
14.进一步的技术方案在于：所述装置的运行是间歇的，以配合排渣过程；当磷炉渣外排时，提前将冷却水喷淋装置打开，从凉水塔引入冷却水，进入冷却水喷淋装置经溜槽进入水淬池的液态炉渣迅速降温结晶，通过料斗排出；炉渣冷却过程形成的水蒸气通过气液分离器及蒸汽再压缩压气机对蒸汽升温升压，将其品味提升至0.6mpa低压蒸汽，并储存在汽包内，汽包出口并入蒸汽管网。
15.进一步的技术方案在于：由蒸汽再压缩压装置出来的的过热蒸汽进入汽包调节温度，产生的低压蒸汽作为附近装置预热蒸汽或并入厂区的公用工程管网。
16.进一步的技术方案在于：所述压气机为离心压缩机，消耗电能w
耗
为260～660.4kw
·
h；加压蒸汽的压力为0.4～1.6mpa；所述加压蒸汽的压力为0.4～1.6mpa时，其热能q为2087.9～2488.2kw
·
h。
17.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1）在溜槽与水淬池上方设置有密封罩，并且密封罩上设置有集气罩，可以实现将黄磷炉渣水淬产生的水蒸气与水雾全部回收，避免了污染物的排放，另一方面可以有效提高能量回收率。
18.2）对黄磷炉渣水淬后产生的大量水蒸气与水雾通过气液分离器分离，一方面，分离出的液态水通过回流管送入凉水塔可供循环使用；另一方面，分离出的水蒸气含有大量的热能，经压缩机压缩为加压气体储存在压力容器内，能量回收效率高。
19.3）排气管外部可以连接抽气机，当黄磷电炉开始排渣前，截止阀打开并连接抽气机，同时挡板关闭，由抽气机抽出密封罩内部空气后，关闭截止阀并打开挡板，开始排渣，由于在排渣前将密封罩内部空气抽出，空气含量减少，进而提高集气罩收集的气体中水蒸气
的含量，显著提高压气机的工作效率。
20.4）本发明水淬效果好，冷却水喷淋装置的喷淋头设置在溜槽上方且靠近排渣口处，可以对黄磷炉渣进行预冷却，极大地缩短水淬时间的同时有效提升水蒸气产生效率。
21.5）本发明最大限度的回收循环利用水淬水，节约了黄磷炉渣水淬时的用水，降低了生产成本。
附图说明
22.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
23.图1是本发明实施例所述装置的结构示意图；其中：1-黄磷电炉；2-排渣口；3-挡板；4-溜槽；5-水淬池；6-冷却水喷淋装置；61-分流支管；62-喷淋头；7-第一回流管；8-第一回流泵；9-凉水塔；10-密封罩；11-集气罩；12-排气管；13-气液分离器；14-出气管；15-第二回流管；16-压气机；17-压力容器；18-第三回流管；19-第二回流泵；20-破碎辊；21-截止阀。
具体实施方式
24.下面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的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
25.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
26.如图1所示，本发明实施例公开了一种黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置，包括具有密封罩10的溜槽4，所述溜槽4位于黄磷电炉1的排渣口2的下侧，且所述排渣口2插入到所述溜槽4内，所述排渣口2上设置有挡板3，所述挡板3用于控制排渣口2的打开或关闭。所述溜槽4内的排渣口2的下方设置有破碎辊20，所述破碎辊20用于将炉渣破碎成小块状，防止炉渣凝结导致堵塞。靠近所述排渣口2的密封罩10上设置有冷却水喷淋装置6，所述冷却水喷淋装置6包括若干根分流支管61，所述分流支管61的末端设置有喷淋头62，所述冷却水喷淋装置6用于对排出的炉渣进行降温处理。所述冷却水喷淋装置6通过第一回流管7与第一回流泵8的出水端连接，所述第一回流泵8的进水端通过管路与凉水塔9的出水端连接。
27.所述溜槽4的底部形成有水淬池5，水淬池5内通过管路与第二回流泵19的进水端连接，所述第二回流泵19的出水端经过第三回流管18与凉水塔9的一个进水端连接，冷却水喷淋装置6与水淬池5之间的密封罩10上设置有与溜槽4相连通的集气罩11，所述集气罩11的上端与气液分离器13的进气口连接，所述气液分离器13的出气口通过出气管14与压气机16连接，所述压气机16的出气口通过管路与压力容器17连接；所述气液分离器13的出液口经第二回流管15与所述凉水塔9的另一个进水口连接，所述冷却水喷淋装置6与所述集气罩11之间的密封罩10上设置有与溜槽4相连通的排气管12，排气管12上设置有截止阀21，所述
截止阀21用于控制所述排气管10的通断。
28.当黄磷电炉1开始排渣前，截止阀21打开并连接抽气机，同时挡板3关闭，由抽气机抽出密封罩10内部空气后，关闭截止阀21并打开挡板3开始排渣。炉渣经由溜槽4后进入水淬池5将水加热，产生的大量水雾及水蒸气经集气罩11收集后进入气液分离器13中，分离出的水蒸气经压气机16压缩成加压气体储存在压力容器17内；分离出的液态水经第二回流管15送至凉水塔9冷却，凉水塔9通过第三回流管18和第二回流泵19与水淬池5相连，第二回流泵19将水淬池5的热水泵入凉水塔9与气液分离器13分离出的液态水混合，待冷却后，冷却水由第一回流泵8送至喷淋头62喷出对黄磷炉渣进行预冷却。
实施例二
29.本发明实施例还公开了一种黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用方法，所述方法使用所述的装置，包括如下步骤：从黄磷电炉1底部排出的液态金属渣通过排渣口2间歇排料；高温1100℃左右的炉渣经过5-8米长的溜槽4滑动流入水淬池5，溜槽上设置可移动挡板3，炉渣在溜槽中流动时，高密度的磷铁沿重力方向沉到溜槽内置的凹槽内，防止磷铁进入水淬池5产生爆燃，在水淬池5进料端设置冷却水喷淋装置6将炉渣迅速冷凝，水淬池侧向底部设置第一回流管7和第一回流泵8并与凉水塔9相连，将高温水冷却后回流到水淬池5，提升水淬效果；在溜槽4与水淬池5上方设置有密封罩10，其上设置有集气罩11和排气管12，集气罩11与气液分离器13相连，所述气液分离器13为高速离心旋转装置，确保进入后续压气机16的蒸汽干燥、洁净；而含粉尘的液相通过第二回流管15进入水淬池5，所述排气管12可与外界引风机相连，间歇排出气相中的不凝气；从气液分离器出来的蒸汽通过出气管14进入水蒸气加压储存装置；所述凉水塔9与所述水淬池5通过第三回流管18和第二回流泵19相连接，形成循环水系统，使炉渣水淬温度在25-30℃，确保炉渣水淬后晶体颗粒度。
30.进一步的，所述装置的运行是间歇的，以配合排渣过程；当磷炉渣外排时，提前将冷却水喷淋装置6打开，从凉水塔9引入冷却水，进入冷却水喷淋装置6经溜槽4进入水淬池的液态炉渣迅速降温结晶，通过料斗排出；炉渣冷却过程形成的水蒸气通过气液分离器13及蒸汽再压缩压气机16对蒸汽升温升压，将其品味提升至0.6mpa低压蒸汽，并储存在汽包17内，汽包出口并入蒸汽管网。
31.进一步的，由蒸汽再压缩压装置16出来的的过热蒸汽进入汽包调节温度，产生的低压蒸汽作为附近装置预热蒸汽或并入厂区的公用工程管网。所述压气机16为离心压缩机，消耗电能w
耗
为260～660.4kw
·
h。加压蒸汽的压力为0.4～1.6mpa；所述加压蒸汽的压力为0.4～1.6mpa时，其热能q为2087.9～2488.2kw
·
h。
实施例三
32.本实施例中处理的对象为：电炉时耗电能13800kw
·
h，年产黄磷8300吨，时产黄磷0.94吨，5小时排渣一次，每次出渣量40吨，配套炉渣水淬水蒸气回收再利用装置时产蒸汽量2.5吨。
33.当黄磷电炉1开始排渣前，截止阀21打开并连接抽气机，同时挡板3关闭，由抽气机抽出密封罩10内部空气后，关闭截止阀21并打开挡板3开始排渣。
34.破碎辊20将炉渣破碎成小块状后经由溜槽4后进入水淬池5将水加热，产生的大量水雾及水蒸气经集气罩11收集后进入气液分离器13中将水雾和水蒸气分离。
35.使用时，水蒸气进入压气机压缩为0.4mpa加压蒸汽，其热能（q）为2087.9kw
·
h，同时压气机所耗电能（w
耗
）为260kw
·
h，压缩后的加压蒸汽储存在储气罐17内，通过第二出气管22排出以供使用。本实施例产出0.4mpa加压蒸汽，压气机供热系数（cop）为8.03。
实施例四
36.本实施例中处理的对象为：电炉时耗电能13800kw
·
h，年产黄磷8300吨，时产黄磷0.94吨，5小时排渣一次,每次出渣量40吨，配套炉渣水淬水蒸气回收再利用装置时产蒸汽量2.5吨。
37.当黄磷电炉1开始排渣前，截止阀21打开并连接抽气机，同时挡板3关闭，由抽气机抽出密封罩10内部空气后，关闭截止阀21并打开挡板3开始排渣。
38.破碎辊20将炉渣破碎成小块状后经由溜槽4后进入水淬池5将水加热，产生的大量水雾及水蒸气经集气罩11收集后进入气液分离器13中将水雾和水蒸气分离。
39.使用时，水蒸气进入压气机压缩为0.7mpa加压蒸汽，其热能（q）为2229.4kw
·
h，同时压气机所耗电能（w
耗
）为401.6kw
·
h，压缩后的加压蒸汽储存在储气罐17内，通过第二出气管22排出以供使用。本实施例产出0.7mpa加压蒸汽，压气机供热系数（cop）为5.55。
实施例五
40.本实施例中处理的对象为：电炉时耗电能13800kw
·
h，年产黄磷8300吨，时产黄磷0.94吨，5小时排渣一次，每次出渣量40吨，配套炉渣水淬水蒸气回收再利用装置时产蒸汽量2.5吨。
41.当黄磷电炉1开始排渣前，截止阀21打开并连接抽气机，同时挡板3关闭，由抽气机抽出密封罩10内部空气后，关闭截止阀21并打开挡板3开始排渣。
42.破碎辊20将炉渣破碎成小块状后经由溜槽4后进入水淬池5将水加热，产生的大量水雾及水蒸气经集气罩11收集后进入气液分离器13中将水雾和水蒸气分离。
43.使用时，水蒸气进入压气机压缩为1.6mpa加压蒸汽，其热能（q）为2488.2kw
·
h，同时压气机所耗电能（w
耗
）为660.4kw
·
h，压缩后的加压蒸汽储存在储气罐17内，通过第二出气管22排出以供使用。本实施例产出1.6mpa加压蒸汽，压气机供热系数（cop）为3.77。

技术特征：
1.一种黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置，其特征在于：包括具有密封罩（10）的溜槽（4），所述溜槽（4）位于黄磷电炉（1）的排渣口（2）的下侧，且所述排渣口（2）插入到所述溜槽（4）内，靠近所述排渣口（2）的密封罩（10）上设置有冷却水喷淋装置（6），所述冷却水喷淋装置（6）用于对排出的炉渣进行降温处理，所述冷却水喷淋装置（6）通过第一回流管（7）与第一回流泵（8）的出水端连接，所述第一回流泵（8）的进水端通过管路与凉水塔（9）的出水端连接；所述溜槽（4）的底部形成有水淬池（5），水淬池（5）内通过管路与第二回流泵（19）的进水端连接，所述第二回流泵（19）的出水端经过第三回流管（18）与凉水塔（9）的一个进水端连接，冷却水喷淋装置（6）与水淬池（5）之间的密封罩（10）上设置有与溜槽（4）相连通的集气罩（11），所述集气罩（11）的上端与气液分离器（13）的进气口连接，所述气液分离器（13）的出气口通过出气管（14）与压气机（16）连接，所述压气机（16）的出气口通过管路与压力容器（17）连接；所述气液分离器（13）的出液口经第二回流管（15）与所述凉水塔（9）的另一个进水口连接，所述冷却水喷淋装置（6）与所述集气罩（11）之间的密封罩（10）上设置有与溜槽（4）相连通的排气管（12）。2.如权利要求1所述的黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置，其特征在于：所述排渣口（2）上设置有挡板（3），所述挡板（3）用于控制排渣口（2）的打开或关闭。3.如权利要求1所述的黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置，其特征在于：所述溜槽（4）内的排渣口（2）的下方设置有破碎辊（20），所述破碎辊（20）用于将炉渣破碎成小块状。4.如权利要求1所述的黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置，其特征在于：所述冷却水喷淋装置（6）包括若干根分流支管（61），所述分流支管（61）的末端设置有喷淋头（62）。5.如权利要求1所述的黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置，其特征在于：排气管（12）上设置有截止阀（21），所述截止阀（21）用于控制所述排气管（10）的通断。6.一种黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用方法，所述方法使用如权利要求1-5中任意一项所述的装置，其特征在于包括如下步骤：从黄磷电炉（1）底部排出的液态金属渣通过排渣口（2）间歇排料；高温1100℃左右的炉渣经过5-8米长的溜槽（4）滑动流入水淬池（5），溜槽上设置可移动挡板（3），炉渣在溜槽中流动时，高密度的磷铁沿重力方向沉到溜槽内置的凹槽内，防止磷铁进入水淬池（5）产生爆燃，在水淬池（5）进料端设置冷却水喷淋装置（6）将炉渣迅速冷凝，水淬池侧向底部设置第一回流管（7）和第一回流泵（8）并与凉水塔（9）相连，将高温水冷却后回流到水淬池（5），提升水淬效果；在溜槽（4）与水淬池（5）上方设置有密封罩（10），其上设置有集气罩（11）和排气管（12），集气罩（11）与气液分离器（13）相连，所述气液分离器（13）为高速离心旋转装置，确保进入后续压气机（16）的蒸汽干燥、洁净；而含粉尘的液相通过第二回流管（15）进入水淬池（5），所述排气管（12）可与外界引风机相连，间歇排出气相中的不凝气；从气液分离器出来的蒸汽通过出气管（14）进入水蒸气加压储存装置；所述凉水塔（9）与所述水淬池（5）通过第三回流管（18）和第二回流泵（19）相连接，形成循环水系统，使炉渣水淬温度在25-30℃，确保炉渣水淬后晶体颗粒度。7.如权利要求6所述的黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用方法，其特征在于：所述排气管（12）上设置有截止阀（21），不凝气通过截止阀（21）间歇排气。8.如权利要求6所述的黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用方法，其特征在于：所述装置的运行是间歇的，以配合排渣过程；当磷炉渣外排时，提前将冷却水喷淋装置（6）打开，从凉水
塔（9）引入冷却水，进入冷却水喷淋装置（6）经溜槽（4）进入水淬池的液态炉渣迅速降温结晶，通过料斗排出；炉渣冷却过程形成的水蒸气通过气液分离器（13）及蒸汽再压缩压气机（16）对蒸汽升温升压，将其品味提升至0.6mpa低压蒸汽，并储存在汽包（17）内，汽包出口并入蒸汽管网。9.如权利要求8所述的黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用方法，其特征在于：由蒸汽再压缩压装置（16）出来的的过热蒸汽进入汽包调节温度，产生的低压蒸汽作为附近装置预热蒸汽或并入厂区的公用工程管网。10.如权利要求8所述的黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用方法，其特征在于：所述压气机（16）为离心压缩机，消耗电能（w
耗
）为260～660.4kw
·
h。加压蒸汽的压力为0.4～1.6mpa；所述加压蒸汽的压力为0.4～1.6mpa时，其热能（q）为2087.9～2488.2kw
·
h。

技术总结
本发明公开了一种黄磷炉渣水淬水蒸气回收再利用装置及方法，本申请所述方法中，炉渣经过冷却水喷淋装置冷却后进入水淬池形成微晶颗粒，产生的大量水雾和水蒸气经集气罩收集后在气液分离器中进行气液分离，高速旋转的气液分离器将夹带小颗粒粉尘与蒸汽分离，并伴随液滴进入凉水塔，分离出的水蒸气经水蒸气加压储存装置压缩为低压蒸汽并储存，在减少污染物排放的同时提高二次蒸汽品味，并入公用工程低压蒸汽管网；淬水池中的水经回流泵泵入凉水塔与气液分离器分离出的液态水混合，冷却后通过冷却水喷淋装置喷出对炉渣进行换热，提高水淬速度和水资源的利用率。整个过程对环境不外排二次蒸汽，进而不向大气排放小颗粒固体粉尘，实现水资源零排放及低品位蒸汽回收利用。实现水资源零排放及低品位蒸汽回收利用。实现水资源零排放及低品位蒸汽回收利用。


技术研发人员：翟持 宗凯强
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/8/13