磷石膏自热分解中试系统的协同调控与热集成优化研究

本文聚焦磷石膏(PG)热分解中试系统的自热运行机制，通过建立1300 kg/h处理量的循环流化床(CFB)全流程模型，揭示了煤氧协同调控（C/O比优化）与固相床料预脱水对系统自热稳定运行的关键作用。研究发现采用H2O+Air反应气氛、降低操作温度可减少能耗，而废热回收网络设计（气固产物余热利用）使过程仅需冷却公用工程。最终实现SO2摩尔浓度31.84%、CO2减排1.70%的工业可行方案，为磷化工固废资源化提供新范式。

　　

Highlight

磷石膏(PG)热分解中试系统的自热高效连续运行依赖于还原与氧化气氛的协同调控和稳定匹配。

Autothermal roasting strategy

降低固相床料含水量有助于提升PG分解脱硫效率。当PG与含硫烟气共焙烧时，SO₂可能与CaO结合形成CaSO₄，从而增加自热系统的煤氧消耗。在H₂O+Air气氛下，SO₂摩尔浓度可达31.84%，显著优于传统空气气氛。

Autothermal conditions evaluation

通过单变量模拟研究发现：

1. 反应温度降至950°C时，系统能耗降低12.7%，但需优化PG低温分解时间以维持效率

2. 水蒸气参与反应可抑制CaS生成，但过量会导致热损失

3. 氧浓度21%时，碳转化率与SO₂产率达成最佳平衡

Heat integration and product positioning

创新性提出"三明治式"热集成方案：

• 气态产物余热用于加热冷却水（→反应蒸气）和冷空气（→煤干燥）

• 固态产物显热通过换热网络回收，供给PG预脱水单元

• 最终烟气用于焙烧PG原料，实现全流程仅需冷却公用工程

Conclusions

1. 煤氧比(410 kg/h:411 kg/h)的精准控制是自热运行核心

2. PG预脱水可减少15%系统热负荷

3. 与传统水泥工艺相比，该方案年净收益提高2.5倍，CO₂减排1.70%

4. 固体产物定位为高纯度CaO更具经济环保优势