黄磷生产过程余热利用和尾气发电(供热)技术

黄磷生产过程余热利用和尾气发电（供热）技术一、技术概要1、技术提供单位基本情况。技术提供单位名称：武汉东晟捷能科技有限公司性质：民营企业地址：湖北省武汉市洪山区雄楚大道438号8-1-1002邮编：430079法人代表：杜强技术联系人及联系方式：杜强132127721842、技术基本情况。技术名称：黄磷生产过程余热利用和尾气发电（供热）技术适用范围：化工行业技术生产技术行业地位：国内首创，填补行业空白，属高新技术，产品的国内市场占有率≥90%,国内唯一一家掌黄磷尾气热能综合利用核心技术的企业，国内首创且唯一一家能够利用黄磷尾气热能进余热发电的企业，技术入选2014、2015国家《重点节能低碳推广目录》，并获得云负责起草磷化工行业《黄磷尾气热能利用标准》制定的企业。主要技术内容：对尾气进行净化并使用专用尾气燃烧器（新）和黄磷尾气专用锅炉燃烧尾气产生的蒸汽发电，所产电力回用黄磷装置，达到节能目的。二、技术原理和内容21、技术原理通过对黄磷生产中的排放的尾气进行收集、加压并进行净化处理后输送到专用燃烧器中进行配风旋混燃烧，燃烧后产生的热量及强腐蚀高温烟气再经过耐腐蚀的专用黄磷尾气锅炉进行换热，交换后的热量用于加热水产生蒸汽或者利用蒸汽带动汽轮机发电系统发电，所产蒸汽与电量均用于黄磷生产，降低产品能耗。2、关键技术、工艺流程。关键技术为净化技术、专用燃烧器的燃烧技术以及锅炉的防腐技术。本技术主要包括四个子系统即：“黄磷尾气净化系统”、“烟气（燃烧）系统”、“蒸汽系统”以及“废液回收系统”，现对各系统功能及所涉及技术说明如下：（1）黄磷尾气净化系统通过对黄磷生产电炉产生的尾气采用除尘、除酸技术进行净化，减少了尾气中杂质及酸性物质的含量，同时减轻尾气燃烧后的烟气对锅炉的腐蚀；（2）烟气（燃烧）系统尾气进入锅炉燃烧的过程中，采用独特燃烧技术确保黄磷尾气与空气得到充分混合，通过PDI算法自动配比黄磷尾气与空气的配风量，确保燃烧后尽可能减少强酸性物质的产生，蜂窝蓄热技术强化锅炉换热效率；3（3）蒸汽系统专用黄磷尾气锅炉对尾气燃烧的热能进行高效回收，对回收的热量按品位等级，高品位热能（过热蒸汽）用于发电，所发电量经升变压后，用于黄磷电炉生产用电，降低黄磷冶炼的生产能耗，低品位热能（饱和蒸汽）用于黄磷生产或下游产品生产用汽，降低单位产品生产的成本；（4）废液回收系统燃烧后烟气中含有的酸性污染物在降温中形成酸液，通过对酸液的集中回收，形成废酸，用于黄磷下游产品生产，变废为宝，减少大气中的酸性物质排放的同时降低环境污染。项目的工艺流程图如下：4技术工艺流程图3、主要技术参数及其与替代的技术对比：（1）净化技术净化工艺简单、高效，尾气无需在深度净化下就可进入尾气锅炉中燃烧，净化成本与替代的技术相比下降90%以上；（2）燃烧技术通过旋混式燃烧技术提高尾气的燃烬率，内置蜂窝式蓄热技术使得系统热效率较原有的换热方式提高40%以上；（3）锅炉通过结构设计、材质、喷涂等多种技术的综合使5用使得锅炉的使用寿命大大提高，较传统的换热设备相比在使用寿命上提高10倍以上。（4）能效指标对比本技术的使用将使目前的黄磷生产单位综合能耗下降30%以上；4、基准情景。黄磷的生产工艺较为简单，将磷矿石、硅石和焦碳（白煤）按一定比例和粒度放入电炉里，在1000多度的高温下发生分解、还原反应，磷蒸汽与炉尘一起被冷却、漂洗后得到产品，高温炉渣则直接从电炉中排出。黄磷生产的同时副产大量尾气，主要成分为CO,高达90%左右，热值在11700kJ/m3左右，是良好燃料或化工原料气体。尾气中同时还有磷、硫、氟、砷、CO2、H2、N2、CH4等气体杂质，去除杂质的净化成本较高，很多企业在无下游化工产品情况下，将少量尾气用于加热水与烘干原料矿石，其余（占尾气总量的90%以上的）尾气大都选择点燃火炬排空，直排燃放造成向大气中年排放CO2约2556576吨，SO2约13725吨，对周边环境造成极大的污染，但黄磷生产中却需要用燃煤锅炉产蒸汽进行保温和精制，这就造成能源浪费的极不合理现象。由于尾气中的成分复杂，黄磷尾气一直没有得到有效利用，有些科研院校如：西南化工研究院、昆明理工大学6等采用变压、变温，活性炭吸附、催化氧化等净化技术对尾气进行深度净化，制成纯净的CO气体加以利用，但都因净化成本过高，导致尾气利用没有实际的应用价值而放弃，部分黄磷生产企业也采用黄磷尾气烧锅炉的方式进行利用，但因为锅炉采用传统的燃气或燃煤结构设计，导致黄磷尾气在炉膛内燃烧后，其腐蚀性杂质黏贴在换热面上造成垢下腐蚀，容易造成锅炉穿管，急剧缩短锅炉寿命。基准情景如下：（1）目前黄磷生产中的尾气利用率不足20%，远达不到国家规定的行业标准（黄磷企业准入制度）中的要求尾气利用率达90%以上要求，目前尾气的利用状况使得黄磷生产30%以上的综合能耗得不到有效下降；（2）以目前主流净化技术（变温吸附、变压吸附、催化氧化等）对黄磷尾气进行深度净化，每立方米成本超过2元以上，且净化设备维护成本也非常高，综合成本超过3元以上，经济上得不偿失（每立方黄磷尾气的热值只有2800大卡而天然气在8000大卡以上），使得企业无法对尾气进行有效利用。（3）尾气如利用传统燃烧器燃烧配置普通锅炉则热效率在50%以下，且因为尾气燃烧后烟气强腐蚀原因，普通锅炉在此环境下使用寿命一般不超过3个月；7基准：单位黄磷生产综合能耗：3.2tec/t-3.6tec/t;单位黄磷产品电耗：13200kw.h/t-13800kw.h/t;三、评价指标1、节能减碳能力（注明相关数据来源及测算过程，下同）。通过本技术的使用可使得单位黄磷的生产能耗降低30%以上，单位黄磷节约标煤1.08吨，减排CO22.85吨。测算过程：生产每吨黄磷单位生产综合能耗≥3.6吨标煤，每生产1吨黄磷产生黄磷尾气约3000立方米，每立方黄磷尾气的热值为2800大卡；其燃烧热量为840万大卡，利用本技术对热能全部利用,考虑10%的热损，则单位黄磷节标煤:(840万大卡×(100%-10%))/(7000大卡/公斤)=1080公斤2、相关数据来源：（1）中华人民共和国国家标准：GB21315-2008黄磷单位产品能源消耗限额；（2）国家发改委《节能低碳技术推广管理暂行办法》；（3）2009《黄磷行业准入条件》；（4）中投顾问《2011-2015年中国磷肥工业投资分析及前景预测报告》；（5）磷化工发展必走创新和循环经济之路（1）——黄磷尾气回收净化利用【刊名】《无机盐工业》2009年第10期1-3页共3页。83、预计至2015年和2020年推广能潜力预计至2015年和2020年在行业内推广达70%以上，形成的节能量、减碳量及相应的节能能力、减碳能力如下：按行业年总产能180万吨，推广潜力按100万吨计算，则年节约标煤136万吨，减排CO2359万吨。2、经济效益与基准情景相比单位能耗下降为：单位黄磷生产综合能耗：tec/t2.12-2.52tec/t;单位黄磷产品电耗：11200kw.h/t-12300kw.h/t；综合能耗指标下降30%；与基准情景相比的单位节能量投资额（2700元/吨标准煤）；与基准情景相比的静态投资回收期为2年。3、技术先进性技术创新水平为国内领先水平，能效改进达到国际领先水平。4、技术可靠性目前已经有20多套设备已经在云南、贵州、四川等地投运，设备稳定运行达8年以上，投运设备均通过当地技术质量监督局验收。5、行业特征指标行业属于高耗能，高污染，高危化工行业。