热管余热锅炉在黄磷尾气的技术应用

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1、热管余热锅炉在黄磷尾气技术应用天津华能能源设备有限公司高志军186220190061黄磷尾气利用现状每生产1吨黄磷，大约副产尾气2500～3000m3。尾气成分主要是一氧化碳，其他杂质有无机硫(S、H2S、SO2)、有机硫(CH4SH、COS)、SiF4、PH3、P4、HF、CH4、CO2、O2、N2、氰化物和原料粉尘等。一般情况下尾气中CO含量为87%～92%、总硫0.8～8.0g/m3、总磷0.5～1.5g/m3，发热值10.5～11MJ/m3，比半水煤气高得多[1]，其利用价值很高。目前综合利用黄磷尾气的技术方向有用作热源、发展碳一化学品和尾气发电由于黄磷尾气成分复杂，

2、净化工艺尚不成熟、净化工程投资较大，因此大多数企业将其直接放空燃烧。据不完全统计，国内黄磷尾气总有效利用率不超过30%，其中95%是代替煤做燃料用，用作生产高附加值有机产品的约占5%[2]，可见能源浪费严重，不符合国家提倡的发展循环经济、促进节能减排理念。将黄磷尾气燃烧后利用其热能的方式主要有烘干焦炭等原材料、烧热水锅炉和用于五钠、六偏等磷酸盐干燥、脱水聚合，此前国内尚无将黄磷尾气用于烧锅炉制取蒸汽的成功先例。2黄磷尾气用于烧蒸汽锅炉的技术难题用黄磷尾气烧锅炉制取蒸汽的原理类似于燃气锅炉，但是其技术难点在于锅炉设备难以经受黄磷尾气在燃烧过程中的腐蚀，其原因主要有两点。黄磷尾气

3、经过喷淋水收磷和简单洗气后，可以除去大部分的氟、砷、磷等元素，但仍有少量的硫和磷较难除去，这部分硫、磷物质燃烧后生成的酸性气体会对锅炉构成低温腐蚀。在锅炉烟道尾部，当温度低于230℃以后，烟气中的SO3、P2O5等酸性气体结露后对炉壁形成腐蚀。但炉内燃烧温度越高，则炉内原子氧的浓度越高[3]，将有更多的SO2转化为SO3，也会增强对设备的腐蚀。另一方面尾气中的部分含磷颗粒在没有燃烧完全的情况下受炉内定向风力、风速的作用做定向运动，黏附在换热管壁上继续燃烧，生成低熔点的磷铁、碳酸铁盐，使保护管壁的氧化膜被破坏，进而受到腐蚀[4]。因此，黄磷尾气在燃烧过程中会在极短时间内对燃气设

4、备产生非常严重的腐蚀而使设备报废[5]。3黄磷尾气蒸汽锅炉技术方案及工作原理经多年的研究和摸索，我公司采用将燃烧和换热分开进行的锅炉结构，解决了如上所述锅炉内产生的各种腐蚀难题。从黄磷电炉出来的尾气经过电炉三塔收磷、三级水洗塔洗涤，除去其中的大部分灰尘杂质、氟、磷、硫后，输送至锅炉燃烧室进行燃烧，在燃烧器内形成的高温烟气约为1500℃；由配风机鼓入冷风，对高温烟气进行稀释降温至约550℃，再进入锅炉蒸发器与列管进行换热；蒸发器本体与汽包通过上下循环管道组成蒸汽发生器，软水在蒸发器本体内吸收热量生成汽水混合物，经上循环管进入蒸汽聚集器进行汽水分离，分离出来的饱和蒸汽通过汽包的蒸

5、汽出口向外输送供生产使用；未汽化的软水经下循环管返回蒸发器本体进行再吸热蒸发；高温烟气的热量在蒸发器内释放后，温度降至250℃左右，再由引风机抽出。技术流程图如图1所示：尾气燃烧室蒸发器风机抽出洗涤锅炉汽包黄磷尾气蒸气冷风图1黄磷尾气锅炉技术流程图4黄磷尾气蒸汽锅炉结构特点4.1解决了高温烟气对锅炉设备的腐蚀难题该装置采用将燃烧和换热分开的方式设计锅炉结构，是解决黄磷尾气锅炉腐蚀的关键。首先避免了高温火焰对锅炉设备的直接冲刷；其次，尾气燃烧完全，不会有含单质磷的颗粒随烟气附着在列管燃烧构成腐蚀；第三，采用密封板将高温烟气与软水隔离开，保证了换热列管上端与汽和水接触的管道外壁面

6、不与烟气接触，防止腐蚀到蒸汽发生器装置主体；第四，选取锅炉装置的运行温度为550～250℃，提高了锅炉的运行稳定性，还可以降低炉内烟气中原子氧的浓度，从而降低SO2氧化生成SO3的转化率，也降低了烟气的腐蚀性。4.2独特设计，延长设备使用寿命锅炉蒸发器部分采用高温和低温两段串联、中间用烟气通道隔开的型式，每个蒸发器的出入口烟气温度差不会超过150℃，设备受的热应力大大降低。考虑热管在工作温度极限值时运行的稳定性，通过配入过量的空气对烟气进行稀释，使烟气温度降低至550℃左右再与列管进行换热以避免设备运行温度过高。在燃烧室配有火焰监测装置，可对断气、熄火进行监控保护，防止系统非

7、正常燃烧造成危险；配备有远距离液位自动补水装置，蒸发器内软水的液面可以控制在恒定位置；选用气动调节阀控制煤气流量，采用了PLC自动连锁控制，并用光柱式液位计醒目表征锅炉中水的液面位置，保证了锅炉运行的安全性。5黄磷尾气蒸汽锅炉运行情况根据上述技术方案，我们在兴发集团某化工园区开发建设了一台套RZQ-B41型号的黄磷尾气蒸汽锅炉，锅炉设计生产能力为6T/h、锅炉压力0.8MPa。运行以来，各项技术指标均达到设计能力，能够为园区内的黄磷电炉等装置稳定提供蒸汽，完全代替了原有的燃煤锅炉。装置运行半年以后，我们