[發明專利]一種利用電爐制磷尾氣的燃氣輪機發電方法及系統

無效

• 申請號: 201010194855.4
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101871392A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 龔景松;宋耀祖
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F02C3/20
• 分類號: F02C3/20;F01D15/10
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明屬于熱能的回收與利用技術領域，特別涉及一種利用電爐法制磷生產工藝排放的制磷尾氣的燃氣輪機發電技術。

背景技術

磷和磷酸是磷化物、磷酸鹽等生產的重要基礎化工原料。將磷從礦石中提煉出來基本是采用電爐法制磷。將磷礦石、硅石、焦碳按照一定比例配料混合，在電爐內使磷礦石中的磷元素被還原成單質磷，焦碳則被氧化成CO，經過三級噴淋冷卻，使氣相的單質磷冷凝為液態磷并與大部分粉塵一起，隨噴淋水進入磷回收系統。電爐法制磷生產過程中除了得到磷產品外，還帶有大量的副產物，如：爐渣、磷鐵、尾氣和泥磷等。其中，生產1噸黃磷可同時產生尾氣2500～3000m³(標態)。尾氣中含有的氣體的體積含量為：CO為85％～95％、CO₂為2％～4％、O₂為0.1％～0.5％，磷(P₄+PH₃)約1g/m³(標準狀況)，熱值為10.5～11.0MJ/m³(標態)，屬比較好的高熱值燃料氣。目前，云南省黃磷生產能力占全國的60％以上，尾氣利用率僅為20％～25％，多余的氣體只能點火放散，成為云南省主要大氣污染源之一。如果能夠將這些尾氣加以有效利用，不僅可降低黃磷生產成本，還可節約能源、減少對環境的污染。

目前在如何利用電爐制磷尾氣面，已經有了一些研究和開發。

一、利用制磷尾氣生產甲醇、甲酸等化工產品。專利ZL02113667.X提出了一種制磷尾氣固定床催化氧化凈化的方法。工藝由堿洗、催化氧化等部分組成。并已經有小型的示范裝置在運行。但是從總體上看，凈化工藝比較復雜，目前的規模還無法滿足大規模工業應用的需要。

二、利用制磷尾氣的燃燒，提供熱能。尾氣直接燃燒時存在如下的問題：主要成分CO燃燒后產物為CO₂，不會對設備產生不良影響。影響較大的是微量的磷、硫元素，這些物質燃燒后形成硫、磷的氧化物，對設備造成高溫腐蝕，嚴重的會導致設備的報廢。因此在使用前需要對尾氣進行預處理。專利ZL95104653.5公開了一種制磷尾氣的利用方法及裝置，將收集的制磷尾氣經過水洗后加壓，送入鍋爐，與煤混燒，得到蒸汽。ZL200610010730.5公開了一種尾氣余熱綜合平衡利用系統，在滿足黃磷生產原料烘干熱能需要外，盡可能多發電供制磷電爐用電。該系統包括尾氣預處理凈化、蓄熱式燃燒換熱、余熱鍋爐、熱風、熱水、汽輪機發電、供配電及自動控制等子系統組成。上面這兩種利用方式都是利用制磷尾氣產生蒸汽，利用蒸汽輪機發電，由于所產生的蒸汽的參數不高，導致制磷尾氣化學能轉換成電能的轉化效率還不是很高。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用電爐制磷尾氣的燃氣輪機發電方法及系統，旨在有效利用電爐制磷尾氣中富含的CO的化學能，使之通過燃燒轉化成高溫、高壓的燃氣推動燃氣輪機做功，得到電力輸出；不但可以解決目前制磷尾氣大部分點火放散對環境的污染，而且可以作為一種燃料加以利用。

本發明的技術方案如下：

本發明提供的一種利用制磷尾氣的燃氣輪機發電方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)首先將熔磷電爐出來的制磷尾氣送入凈化吸收塔進行凈化，然后經制磷尾氣壓縮機進行壓縮，壓縮比為14～20；

2)壓縮后的制磷尾氣經燃氣穩壓器穩壓后進入燃燒室，經空氣壓縮機壓縮后的壓縮空氣分兩部分進入燃燒室，其中一部經一次風旋流器和二次風旋流器進入燃燒室，與制磷尾氣在燃燒室內混合，進行分級旋流燃燒，然后進入燃氣輪機中膨脹做功，并帶動發電機發電，該部分壓縮空氣與制磷尾氣的體積比為2.5∶1～4∶1；另一部分壓縮空氣從雙層套筒之間的環隙端口進入并穿過冷卻用的空氣孔進入燃燒室，對筒壁進行冷卻；

3)從燃氣輪機出來的熱煙氣進入換熱器，該熱煙氣對進入燃燒室的壓縮空氣預熱后排出。