專利名稱：一種用磷礦直接制取磷酸的新型工業(yè)化三通道式輥道窯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用磷礦直接制取磷酸的新型工業(yè)化三通道式輥道窯。

背景技術(shù)：
窯法磷酸發(fā)展至今，其主反應(yīng)器只有兩種(1)回轉(zhuǎn)窯是一種重載、大扭矩、多支點(diǎn)、筒狀中空窯爐運(yùn)行系統(tǒng)；球狀物料在窯內(nèi)隨著窯體的旋轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)，磷的還原在還原區(qū)進(jìn)行，P4的氧化在氧化區(qū)進(jìn)行，還原區(qū)和氧化區(qū)都在窯體內(nèi)；燃料在窯內(nèi)燃燒直接供熱；(2)隧道窯一般是一條長(zhǎng)的直線型隧道，其兩側(cè)及頂部有固定的墻壁及拱頂，底部鋪設(shè)的軌道上運(yùn)行著窯車(chē)，燃燒設(shè)備設(shè)在隧道窯的中部?jī)蓚?cè)；采用隔煙或明焰燒稱，物料放在窯車(chē)上，經(jīng)過(guò)預(yù)熱帶、高溫帶和冷卻帶。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供窯法磷酸生產(chǎn)中基于輥道窯的一種改進(jìn)型主反應(yīng)器-工業(yè)化三通道式輥道窯。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種用磷礦直接制取磷酸的新型工業(yè)化三通道式輥道窯，包括窯爐，窯爐安裝在窯爐支撐基礎(chǔ)上，窯爐設(shè)內(nèi)設(shè)有制品通道、窯氣通道和燃料通道，制品通道是由連續(xù)排列的輥?zhàn)訕?gòu)成的輥道，耐火材料墊板置于輥道上，急冷惰性氣體入口、惰性氣體氣幕入口、緩冷風(fēng)入口以及窯尾低溫風(fēng)抽出口與制品通道相通，制品通道上位于窯爐的窯頭部還設(shè)有窯頭低溫?zé)煔馀懦隹诤透G尾抽出的惰性氣體入口，窯氣通道上設(shè)有P2O5氣體抽出口，燃料燃燒尾氣排放口與燃料通道相通，制品通道與窯氣通道之間設(shè)有隔板，隔板上設(shè)有多個(gè)供P4蒸氣和CO從制品通道逸往窯氣通道的小孔。接觸P2O5氣體的輥?zhàn)硬捎脽Y(jié)碳化硅或重結(jié)晶碳化硅，其他不接觸部分選用耐熱不銹鋼，高溫部分選用部分莫來(lái)石質(zhì)或氧化鋁質(zhì)或剛玉質(zhì)等。制品通道內(nèi)采用的惰性保護(hù)氣是氮?dú)狻?br> 本實(shí)用新型所提供的用磷礦直接制取磷酸的新型工業(yè)化三通道式輥道窯，使得輥道窯法磷酸主反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)更加合理；使用三通道式輥道窯作為窯法磷酸的主反應(yīng)器，與一般輥道窯相比，燃燒燃料煙氣通道、物料制品反應(yīng)通道、磷蒸氣和一氧化碳燃燒通道三類通道相互隔開(kāi)。既減少燃料燃燒氣體對(duì)磷酸質(zhì)量的影響，同時(shí)在高溫帶使得P4和CO進(jìn)入窯氣通道后才燃燒，減少了P2O5反吸、回落的可能性，保護(hù)了窯體，提高了產(chǎn)率；燃料燃燒后的尾氣不混入其它氣體，使得窯氣氣量減少，吸收系統(tǒng)投資和能耗都降低，磷酸成品質(zhì)量提高。這些方式都極大地減少了燃料、動(dòng)力消耗，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中的圖例如下
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的輥道窯結(jié)構(gòu)原理如下 該裝置為承重性中高溫輥道窯，其燒成溫度為1400-1600℃，燒成周期為2-8小時(shí)，其高溫輥棒為耐火材料，首選重結(jié)晶碳化硅或氮化硅材質(zhì)并加厚輥棒。直徑為φ25～φ100，長(zhǎng)度在1500-4000mm。窯長(zhǎng)隨產(chǎn)量不等在30～400米之間。
窯內(nèi)寬度800～3000mm。裝載寬度600～3800mm。窯內(nèi)高度150-600mm(輥至窯頂)?？梢允菃螌踊螂p層棍棒，通道分為三類，每類可以是一個(gè)或者多個(gè)通道，同類通道之間可以相同或者相連，不同通道之間按功能隔開(kāi)。
本實(shí)用新型的各組成部分?jǐn)⑹鋈缦? 1、輥?zhàn)硬捎?0℃～400℃低溫帶用無(wú)縫鋼管，400℃～700℃段用不銹鋼，700℃～1550℃～700℃段燒結(jié)或重結(jié)晶碳化硅或者莫來(lái)石、氧化鋁質(zhì)等。
2、窯爐支撐基礎(chǔ)起到支撐整個(gè)窯爐的作用； 3、窯爐按照一般窯爐要求在各溫度段使用不同的耐火材料，其中高溫帶接觸P2O5的部分選用磷酸鹽高鋁磚或硅磚或其它耐火材料； 4、耐火材料墊板置于輥道上，根據(jù)實(shí)際情況也可以不用，一般耐火材料均可，高性能更好。
5、窯頭低溫?zé)煔馀懦隹谂懦鰷囟葹?00℃～150℃； 6、窯尾抽出氣體入口從窯尾抽出的400℃左右的氮?dú)?，由此口鼓入? 7、含P2O5氣體抽出口其抽出溫度在300℃～1300℃之間任意點(diǎn)； 8、急冷氮?dú)馊肟跍囟炔▌?dòng)在1300℃～700℃之間，大部分逆流入高溫帶進(jìn)入窯氣，一部分進(jìn)入冷卻帶抽熱風(fēng)口9； 9、冷卻帶抽熱風(fēng)口窯尾換熱氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣從6鼓入； 10、惰性氣體氣幕入口可選擇氮?dú)庾鳛闅饽唬? 11、燃料助燃?xì)?，助燃?xì)鉃榧崩溟g接換熱后的熱助燃風(fēng)； 12、緩冷風(fēng)入口； 13、窯尾換熱低溫風(fēng)抽出口，溫度100℃～250℃； 14、燃料燃燒尾氣排放口； 15、制品通道； 16、窯氣通道； 17、燃料通道； 18、隔板； 19、磷蒸氣和CO逸入小孔。
圖中A、B、C、D、E、F、G、H、J、K、L為窯內(nèi)運(yùn)動(dòng)的各溫度點(diǎn)及風(fēng)量進(jìn)出口點(diǎn)。
A廢煙氣出口100℃～200℃； B從窯尾抽出的熱風(fēng)鼓入點(diǎn)，300℃～600℃； C含P2O5煙氣抽出點(diǎn)，溫度300℃～1300℃任意點(diǎn)； D燒成高溫點(diǎn)1300℃～1550℃，依燒成溫度制度而變化； E、F、G高溫?zé)蓭?，同時(shí)也是P4和CO逸出點(diǎn)； H急冷惰性保護(hù)氣鼓入點(diǎn)1300℃-1000℃； I熱惰性保護(hù)氣抽出點(diǎn)400℃-500℃； J惰性保護(hù)氣氣幕，350℃-400℃； K窯尾緩冷風(fēng)入口，300℃； L窯尾緩冷風(fēng)出口，100℃-250℃ 裝置運(yùn)行說(shuō)明 1.固體料系統(tǒng) 制品由A→B→C……K→L出窯后得到磚制品。在以上窯內(nèi)各點(diǎn)的氣體按箭頭所指方向運(yùn)動(dòng)，完成磷的還原、燃燒等過(guò)程后冷卻出窯得到固體制品。
2.氣體系統(tǒng) 天然氣或其它燃料燃燒氣體通道 從高溫帶往預(yù)熱帶和制品隔煙逆流換熱，隔煙板材質(zhì)為耐火材料，1100℃以上至高溫帶全部使用碳化硅質(zhì)或重結(jié)晶碳化硅質(zhì)材料；500℃-1100℃段用加入抗氧化劑的低含量碳化硅材質(zhì)隔煙或者其它耐火材料；500℃以下材質(zhì)選擇不做限制，以有利于傳熱較為合適，可以考慮金屬作為隔煙板。
煙道耐火材料選用適應(yīng)溫度的各檔次耐火材料即可，不做特殊要求和安排。用煙煤做燃料則要求煙道下留出足夠的渣灰道及清灰孔。
軌道及制品通道 運(yùn)行方式一 磷礦配料壓制成料磚從窯頭進(jìn)入，經(jīng)過(guò)預(yù)熱、升溫、高溫還原、冷卻后從窯尾卸出，由輥棒滾動(dòng)傳輸。輥棒的選擇預(yù)熱帶500℃以前和冷卻帶700℃以下可以選用不銹鋼材質(zhì)321或304作為輥棒使用；預(yù)熱帶高于500℃到1200℃以內(nèi)選用莫來(lái)石或氧化鋁材質(zhì)均可；1200℃以上至高溫帶1550℃選用SiC或重結(jié)晶SiC材質(zhì)輥棒。在預(yù)熱帶500℃左右充入該溫度下的氮?dú)饣蛘咂渌栊詺怏w用作反應(yīng)保護(hù)性氣體，一部分向窯首排從窯頭抽出或抽入烘干窯烘干制品，冷卻帶1300℃-700℃段加入純度99％的低溫氮?dú)庾鳛榧崩滹L(fēng)冷卻制品，在冷卻帶300℃左右設(shè)氮?dú)鈿饽唬徊糠窒蚋G首運(yùn)動(dòng)到500℃左右段被抽到預(yù)熱帶作氣幕使用，一部分向后隨制品進(jìn)一步冷卻進(jìn)入尾熱空氣用于烘干制品。在500℃左右設(shè)抽出氮?dú)饪诔槌龈G內(nèi)氮?dú)猓辉试S漏空氣送入預(yù)熱帶作為保護(hù)性氣體。
在急冷風(fēng)和抽氣口之間另設(shè)一金屬換熱器間接換熱，鼓入冷富氧空氣，換熱升溫到300℃-600℃，用于磷蒸氣和天然氣的助燃。使用富氧氣可以減少氣量，提高燃燒溫度和熱效率。
運(yùn)行方式二 在兩個(gè)1100℃-1000℃段設(shè)零壓點(diǎn)調(diào)控可變化為另一種方式設(shè)置一個(gè)零壓點(diǎn)，一道氣幕的方法。具體描述為在升溫的300℃-1100℃之間任意一點(diǎn)窯尾抽出氣體入口6可設(shè)零壓點(diǎn)，零壓點(diǎn)以前氣體在制品通道從后向前由窯頭低溫?zé)煔馀懦隹?排出。在急冷惰性氣體入口8打入惰性氣體，如氮?dú)庾鳉饽?，封鎖前部的磷和CO氣體不流向冷卻帶，急冷空氣和緩冷空氣從惰性氣體氣幕入口10抽出后不進(jìn)入高溫?zé)蓭c預(yù)熱帶，作其它用途。這樣燃料消耗量增加，但保護(hù)氣的用量減少。
運(yùn)行方式三 也可以不在1000℃--1100℃之間設(shè)置零壓點(diǎn)，而是在300℃--1100℃間任一點(diǎn)窯尾抽出氣體入口6開(kāi)始向輥棒密封箱內(nèi)充入惰性保護(hù)氣如氮?dú)猓贡Ｗo(hù)氣通過(guò)棍棒與窯壁之間的小縫隙逸入制品通道，提供惰性厭氧環(huán)境以保護(hù)碳質(zhì)還原劑不被提前氧化，保護(hù)氣與制品順流經(jīng)過(guò)預(yù)熱、高溫帶，同生成的磷蒸氣和CO一起從孔徑逸入窯氣通道16。
磷燃燒通道 富氧氣多點(diǎn)噴入控制P4和C0的燃燒，產(chǎn)生的熱量通過(guò)通道隔板與制品逆流輻射傳熱，在1300℃以后至300℃任意溫度點(diǎn)取氣。含P2O5窯氣換熱到300-400℃入吸收系統(tǒng)吸收得磷酸產(chǎn)品。P4和CO氣體由II通道在高溫帶取氣，富氧氣體在磷燃燒通道預(yù)熱帶和高溫帶內(nèi)多點(diǎn)通入以控制燃燒溫度和把產(chǎn)生的熱量再用于加熱制品。隔煙板材質(zhì)的選擇為1100℃-1600℃和有P2O5的部分選用SiC或重結(jié)晶SiC材質(zhì)或其它可耐溫材質(zhì)，其它部分可選用耐熱不銹鋼材質(zhì)或者其它低溫材質(zhì)均可。
輥道通道兩邊窯墻加密封箱后向其中充入冷氮?dú)庾鳛槠胶怙L(fēng)，以防止空氣進(jìn)入窯內(nèi)，又防止窯內(nèi)氣體漏出。也可以通過(guò)窯內(nèi)壓力調(diào)解而不用充氣保護(hù)。
例湖北三新磷酸有限公司于2007年5月建成一窯法磷酸中試試驗(yàn)三通道式輥道窯，窯長(zhǎng)70.8m，內(nèi)寬1.5m，高2.8m，輥棒使用重結(jié)晶碳化硅，輥徑φ65，輥間距120mm。使用湖北神農(nóng)架礦業(yè)公司磷選礦尾礦，與其他原料按比例均勻混合后，壓成磚塊，規(guī)格240×115×53mm，進(jìn)干燥窯烘干后由進(jìn)窯機(jī)自動(dòng)進(jìn)入輥道窯內(nèi)。使用99％N2作為保護(hù)氣，急冷N(xiāo)2從1100℃急冷惰性氣體入口8鼓入，部分逆流至高溫帶換熱并與生成的P4和CO經(jīng)過(guò)通道隔板18的多個(gè)小孔19進(jìn)入窯氣通道16，P4和CO在熱富氧氣助燃后生成P2O5與CO2，然后繼續(xù)逆流至400℃窯氣含P2O5氣體抽出口出口點(diǎn)。部分急冷N(xiāo)2與部分N2氣幕風(fēng)從熱氮?dú)獬槌隹贗抽出后送到窯頭B點(diǎn)鼓入，部分逆流預(yù)熱制品后從A點(diǎn)煙氣出口排出用于干燥。急冷段內(nèi)富氧氣間接換熱后用作天然氣燃料助燃和P4與CO助燃。緩冷風(fēng)從300℃緩冷風(fēng)入口12鼓入，與物料換熱后于窯尾低溫風(fēng)抽口13抽出，溫度約150℃-250℃，送至干燥窯烘干料磚。窯頭抽出燃燒尾氣溫度約150℃，用作其它產(chǎn)品用熱。
利用三通道式輥道窯作為主反應(yīng)器進(jìn)行窯法磷酸生產(chǎn)，與傳統(tǒng)輥道窯相比，天然氣消耗量降低了20％左右，窯爐風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量降低了5％，收酸系統(tǒng)氣體處理量減少了約25％，產(chǎn)品質(zhì)量中SO42-含量降低了65％以上。成本進(jìn)一步得到降低。
權(quán)利要求1、一種用磷礦直接制取磷酸的新型工業(yè)化三通道式輥道窯，包括窯爐(3)，窯爐(3)安裝在窯爐支撐基礎(chǔ)(2)上，其特征在于窯爐(3)設(shè)內(nèi)設(shè)有制品通道(15)、窯氣通道(16)和燃料通道(17)，制品通道(16)是由連續(xù)排列的輥?zhàn)?1)構(gòu)成的輥道，耐火材料墊板(4)置于輥道上，急冷惰性氣體入口(8)、惰性氣體氣幕入口(10)、緩冷風(fēng)入口(12)以及窯尾低溫風(fēng)抽出口(13)與制品通道(15)相通，制品通道(15)上位于窯爐(3)的窯頭部還設(shè)有窯頭低溫?zé)煔馀懦隹?5)和窯尾抽出的惰性氣體入口(6)，窯氣通道(16)上設(shè)有P2O5氣體抽出口(7)，燃料燃燒尾氣排放口(14)與燃料通道(17)相通，制品通道(15)與窯氣通道(16)之間設(shè)有隔板(18)，隔板(18)上設(shè)有多個(gè)供P4蒸氣和CO從制品通道(15)逸往窯氣通道(16)的小孔(19)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用磷礦直接制取磷酸的新型工業(yè)化三通道式輥道窯，其特征在于接觸P2O5氣體的輥?zhàn)?1)采用燒結(jié)碳化硅或重結(jié)晶碳化硅，其他不接觸部分選用耐熱不銹鋼，高溫部分選用部分莫來(lái)石質(zhì)或氧化鋁質(zhì)或剛玉質(zhì)等。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的用磷礦直接制取磷酸的新型工業(yè)化三通道式輥道窯，其特征在于制品通道(15)內(nèi)采用的惰性保護(hù)氣是氮?dú)狻?br> 專利摘要一種用磷礦直接制取磷酸的新型工業(yè)化三通道式輥道窯，主要包括窯爐，窯爐安裝在窯爐支撐基礎(chǔ)上，其特征在于窯爐設(shè)內(nèi)設(shè)有制品通道、窯氣通道和燃料通道。本實(shí)用新型使用三通道式輥道窯作為窯法磷酸的主反應(yīng)器，與一般輥道窯相比，燃燒燃料煙氣通道、物料制品反應(yīng)通道、磷蒸氣和一氧化碳燃燒通道三類通道相互隔開(kāi)。既減少燃料燃燒氣體對(duì)磷酸質(zhì)量的影響，同時(shí)在高溫帶使得P4和CO進(jìn)入窯氣通道后才燃燒，減少了P2O5反吸、回落的可能性，保護(hù)了窯體，提高了產(chǎn)率；燃料燃燒后的尾氣不混入其它氣體，使得窯氣氣量減少，吸收系統(tǒng)投資和能耗都降低，磷酸成品質(zhì)量提高，同時(shí)減少了燃料、動(dòng)力消耗，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C01B25/00GK201148349SQ200720086978
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2007年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月14日
發(fā)明者張定斌, 湯才洲, 陳長(zhǎng)宏, 曾富強(qiáng) 申請(qǐng)人:湖北三新磷酸有限公司