黄磷尾气的利用和废气环保处理工艺
黄磷尾气含有高浓度的一氧化碳,具有很高的热值,但是由于含有难以净化去除的磷、硫等杂质,大多被用来烧制热水和烘干原料等,利用率和价值很低。而通过一种采用将燃烧和换热蒸发分开进行的低压蒸汽锅炉结构,解决了磷、硫等杂质对设备构成的腐蚀,可以稳定生产出蒸汽供厂内其他工序使用。这种工艺的运用实现了节能减排,提高了黄磷尾气的利用价值,为黄磷尾气利用提供了一条可行的新途径。
1、黄磷尾气利用现状。
每生产1吨黄磷,大约副产尾气2500-3000 m3。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0.8~8.0 g/ m3、总磷0.5~1.5g/m3,发热值10.5~11MJ/m3,即相当于2500大卡/m3(动力煤燃值 5000大卡/kg)。
由于黄磷尾气复杂的成分,其废气净化工程庞大,因此大多数企业将其直接放空燃烧。据粗略估计,国内黄磷尾气总有效利用率不超过三分之一,其中大部分情形下是代替煤做燃料用的,可见浪费严重。
2、黄磷尾气利用方向。
利用方式主要有烘干焦炭等原材料、用于五钠和六偏等磷酸盐干燥和脱水聚合这种窑炉方向,以及无将黄磷尾气用于烧锅炉制取蒸汽的这种锅炉方向。
窑炉方向之所以可行,原因很简单,那就是黄磷尾气的高硫和高磷成分刚好不影响窑炉里的原料生产。而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220℃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,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。因此,黄磷尾气在燃烧过程中会在极短时间内对燃气设备产生非常严重的腐蚀而使设备报废。
3 黄磷尾气蒸汽锅炉技术的发展现状。
据查阅某专利的公开技术文件,得知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。
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、黄磷锅炉尾气的处理工艺。
这种尾气一般采用喷淋+脱硫+湿电除尘的方式。从锅炉出来的尾气温度在200度左右,经过喷淋降至60-80度进入脱硫塔,然后进入湿式高压静电除尘器除颗粒物。但由于烟气含一定量的SO2/SO3较高,导致烟气露点升高,烟囱排空口往往有又长又厚的白色烟羽。这是水汽+颗粒物+酸雾所形成的气溶胶。一般的湿电采用的是普通的高频恒流源除尘电源,这种电源不但不能在高含水量的条件下稳定运行,而且无法有效地捕捉烟气中的水分,从而无法去除溶解在水分中的可溶性颗粒物,及与水分子结合在一起不溶性颗粒物。这正是产生严重白烟的原因。
佛山诺亚运用自行研发的大功率等离子体技术和设备,可以通过精密计算设备可有效捕捉烟气水分的脱白设备,做到晴天下完全看不到白烟,并且还能进一步降低硫化物和氮氧化合物的浓度,使企业免掉环保压力。

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