CN203489228U - 强制水循环热法磷酸余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及热能的回收与利用的技术领域，尤其涉及一种强制水循环热法磷酸余热回收装置，包括汽包、下降管、循环泵、分配联箱、燃磷塔和中间连接管，燃磷塔包括：上封头、塔体和下封头，上封头、塔体和下封头均由盘管螺旋上升紧密盘绕焊接而成，下封头引出口与中间连接管的一端相连通，中间连接管的另一端与上封头引入口相连通，下降管一端与汽包内向连通，另一端与循环泵的进口连接，循环泵的出口与分配联箱连通，塔体循环水引入口、下封头循环水引入口均和分配联箱连通，塔体汽水引出口、上封头汽水引出口均和汽包相连通。本实用新型可获得更高效余热回收效率，单位换热空间减少，更易实现大型化，钢材消耗减少，制造成本降低。

Description

强制水循环热法磷酸余热回收装置

技术领域

本实用新型涉及热能的回收与利用的技术领域，尤其涉及一种强制水循环热法磷酸余热回收装置。

背景技术

磷酸是一种重要的化工原料和中间体，可用于制造磷肥及各种磷酸盐，经净化的高纯磷酸还用于食品、医药、电子等工业。

磷酸的生产方法主要有湿法和热法两种，其中湿法是利用强酸分解弱酸盐原理，用硫酸、硝酸或盐酸三种强酸中的任一种来分解天然磷矿石，获取磷酸溶液，其纯度较低，主要用磷肥的生产；热法生产首先将磷矿石在电炉或高炉进行冶炼获得单质磷，然后将单质磷和空气在燃烧塔内燃烧得到P₄O₁₀气体，再经水合获取热法磷酸。从单质磷出发生产热法磷酸的工艺有燃烧水合一步法流程和燃烧水合二步法流程。一步法流程的特点是磷的燃烧与P₄O₁₀的水化在同一设备中进行,燃烧产生的热量主要靠喷淋在塔内壁的、并预先冷却过的大量稀磷酸移走。二步法流程的特点是磷的燃烧与P₄O₁₀的水化分别在燃烧塔与水化塔中进行，传统热法磷酸燃烧塔与水化塔塔壁均采用水夹套结构,燃烧热与水合热通过夹套的冷却水移走,冷却水循环使用。热法磷酸的生产主要包括矿石冶炼、黄磷燃烧及P₄O₁₀气体的水化3个独立的工艺流程。其中黄磷燃烧流程中,固态黄磷首先在熔磷槽中被蒸汽加热熔化至液态,然后熔融磷经喷嘴雾化,与由空气吸入管进入的空气充分混合,在燃烧室剧烈燃烧生成P₄O₁₀气体，同时放出大量热,即使空气过剩系数达1.5,气体的燃烧温度高达1700℃以上。另外高温磷蒸汽及其聚合物对燃烧塔、换热器等生产设备具有极强的腐蚀性,且这种腐蚀性随温度升高而加剧。工艺上为防止这种腐蚀与破坏,通常都使用大量稀磷酸或冷却水使燃烧塔和换热器壁面的温度控制在80℃以下,这部分由水或磷酸带走的低品位热能难以进一步利用。同时为保证黄磷的流动及雾化燃烧,必须使其处于液相状态,因此需配置专用燃煤锅炉来供给蒸汽;此外为了冷却循环水或磷酸,还必须配备风机、泵、换热器等一系列装置。这种一方面要求外部供热,另一方面又浪费自身燃烧热的现象是目前热法磷酸生产中普遍存在的问题。

有关热法磷酸生产中，黄磷燃烧热能回收余热装置，日本、美国、欧洲有80年代的专利，但没有工业应用报道，国内从2000年以来开展这方面的研究工作，并有公开专利，下面予以说明：

国内的实用新型专利发表于2002年6月，（专利号：CN1355133A）。该专利公开的黄磷燃烧热能回收装置主要包括：

黄磷燃烧热能回收装置是一台既可以生产P₄O₁₀气体的反应塔又同时回收黄磷燃烧时产生的大量热量的余热锅炉。该热能回收装置由一汽包和一具有余热回收功能的燃磷塔构成。黄磷在由多根上升管与连于各管之间的强化换热翅片构成的一个具有中空腔的环形膜式换热器里燃烧，生成的P₄O₁₀气体由顶部的出口管进入水合塔生成磷酸。在上升管内流动循环水在吸收黄磷燃烧热量后变为饱和蒸汽回到置于燃磷塔顶部的汽包，经汽水分离后，饱和蒸汽一部分提供给融磷槽进行融磷，从而取消了传统热法磷酸生产工艺中用于融磷的燃煤锅炉。另一部分饱和蒸汽提供给其他工业热用户使用，创造经济效益。汽水分离后的饱和水和补充水混合后经下降管回到燃磷塔继续吸热产生蒸汽，由此形成黄磷燃烧热能回收装置的自然水循环。黄磷通过置于燃磷塔中下部的对称布置的喷磷枪和湿空气一起进入到燃烧室进行燃烧。燃烧塔采用金属材质制成，在该燃烧塔内的金属表面涂有一层耐高温磷蒸汽及其聚合物腐蚀的等离子体陶瓷涂层。通过对壁温和湿空气中水分比例的控制，使得在燃烧室的水冷壁上形成一层偏磷酸的保护膜，偏磷酸对水冷壁的腐蚀性很小，从而保护水冷壁的金属材质。

该专利存在一些缺陷：（1）使用自然水循环的方式使得燃磷塔顶部和底部的热量不能回收，只能通过水冷夹套的方式用低温水将这部分热量带走，使得热回收率下降。（2）在自然循环燃磷塔中，换热面采用的是膜式水冷壁，翅片的最小加工宽度大于20mm，一般情况翅片中心温度比管子外壁温度高30～50℃，这样就增加了腐蚀的可能性，或者必须降低系统的运行压力。目前，自然水循环燃磷锅炉的最高压力为3.9Mpa，要进一步提高压力，风险较大。（3）自然水循环的管径和壁厚限制了其不能在高循环压力下运行。高压力需要更大管径和更厚的壁厚的管子，如果自然水循环燃磷塔想要获得更高压力的饱和蒸汽，就必须增加管径和壁厚。这样增加了投资成本，且减少了产气量。（4）热法磷酸最大的单台的最大生产量为9万吨/年，由于受到运输的限制，目前采用自然水循环热法磷酸特种燃磷塔的最大的直径为3.6m，如果再增加单台的生产规模，这种集成快装式就有困难了，如采用分体结构，即做成多个部件，到现场组装的方式，将增加安装的技术难度，目前还没有尝试过。所以大型热法磷酸余热回收装置不适合采用自然水循环方式。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了热回收效率，适应大型热法磷酸余热回收装置，本实用新型提供一种强制水循环热法磷酸余热回收装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种强制水循环热法磷酸余热回收装置，包括汽包、下降管、循环泵、分配联箱、燃磷塔和中间连接管，

所述的燃磷塔包括：锥形盘管式上封头、圆筒形盘管式塔体、倒锥形盘管式下封头和设置在塔体中部的与塔体内部相通的喷磷枪接管，所述的上封头、塔体和下封头均由至少一根盘管螺旋上升紧密盘绕焊接而成，盘绕成塔体的盘管两端分别形成塔体循环水引入口和塔体汽水引出口，盘绕成上封头的盘管两端分别形成上封头引入口和上封头汽水引出口，盘绕成下封头的盘管两端分别形成下封头循环水引入口和下封头引出口，所述的下封头引出口与中间连接管的一端相连通，中间连接管的另一端与上封头引入口相连通，所述的下降管一端与汽包内向连通，另一端与循环泵的进口连接，循环泵的出口与分配联箱连通，所述的塔体循环水引入口、下封头循环水引入口均和分配联箱连通，所述的塔体汽水引出口、上封头汽水引出口均和汽包相连通。

本实用新型上封头、塔体和下封头都采用螺旋盘管式结构形成各自的内壁，均为有效利用换热面，具有一定压力的循环水经循环泵输送到各螺旋盘管内，一边流动一边吸热汽化，最终盘管内汽水混合物由引出管引入到汽包内进行汽水分离，汽水混合物在整个循环系统中的流动阻力由强制水循环泵来克服。

为了提高换热效率，所述的塔体由多根盘管螺旋上升紧密盘绕焊接而成，盘绕成塔体的盘管两端分别形成塔体循环水引入口、塔体汽水引出口，塔体循环水引入口和分配联箱连通，塔体汽水引出口和汽包相连通。

为了使水循环可靠运行和提高换热效率，所述的汽包上方还开设有补水接口、蒸汽出口。

为了便于排出气体进行后续工艺，所述的上封头顶部还设置有与塔体内部相通的气体引出管。

为了下封头易于制造和可靠冷却，所述的下封头的底部还密封焊接有带冷却装置的封盖。

为了稳固支撑，所述的燃磷塔的底部还设置有支撑裙座。

本实用新型的有益效果是，本实用新型的强制水循环热法磷酸余热回收装置，

（1）可获得更高效余热回收效率，下封头采用螺旋盘管形成倒锥形结构，上封头也采用螺旋盘管形成锥形结构，使上、下封头变为有效换热面积，使总的有效换热面积比自然水循环方式提高30%以上，余热回收效率达到70%以上。

（2）可获得更高压力的工业蒸汽，下封头、塔体和上封头都采用紧凑式螺旋盘管结构，在同样运行压力条件下，比采用自然水循环膜式水冷壁的壁温更低,运行更安全可靠，可获得更高压力的饱和蒸汽或过热蒸汽。

（3）单位换热空间减少，更易实现大型化，采用强制水循环的方式，由循环泵提供运动压头，受热面可任意布置，无需像现有技术中由于受到压力限制大多采用直上直下的换热水管，在较小的空间内布置更多的换热面，在同样的燃磷量情况下，可降低燃磷塔的体积，便于大型化、运输和安装。

（4）钢材消耗减少，制造成本降低，强制水循环燃磷塔在蒸汽参数提高时，仍可以采用小直径、壁厚较薄的换热管，结构上也没有上、下集箱，使得整个强制水循环燃磷塔的金属消耗量比自然水循环燃磷塔更少，节约了生产成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型强制水循环热法磷酸余热回收装置的结构示意图；

图2是本实用新型上封头的结构示意图；

图3是本实用新型下封头的结构示意图；

图中：1、汽包，1-1、补水接口，1-2、蒸汽出口，2、下降管，3、循环泵，4、分配联箱，5-1、下封头循环水引入口，5-2、塔体甲循环水引入口，5-3、塔体乙循环水引入口，6、燃磷塔，6-1、气体引出管，6-2、上封头，6-3、塔体，6-4、喷磷枪接管，6-5、中间连接管，6-6、下封头，6-7、支撑裙座，6-8、封盖，6-9、上封头循环水引入口，6-10、下封头循环水引出口，7-1、上封头汽水引出口，7-2、塔体甲汽水引出口，7-3、塔体乙汽水引出口。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1-3所示，是本实用新型强制水循环热法磷酸余热回收装置的实施例，包括汽包1、下降管2、循环泵3、分配联箱4、燃磷塔6和中间连接管6-5，燃磷塔6的底部还设置有支撑裙座6-7。燃磷塔6包括：锥形盘管式上封头6-2、圆筒形盘管式塔体6-3、倒锥形盘管式下封头6-6和设置在塔体6-3中部的与塔体6-3内部相通的喷磷枪接管6-4，上封头6-2由一根盘管螺旋上升紧密盘绕成锥形筒状，顶部出口密封焊接与塔体6内部相通的气体引出管6-1，下封头6-6由一根盘管螺旋上升紧密盘绕成倒锥形筒状，底部密封焊接有带冷却装置的封盖6-8。塔体6-3由两根盘管螺旋上升紧密盘绕焊接而成，盘绕成塔体6-3的盘管两端分别形成塔体甲乙循环水引入口5-2-3和塔体甲汽水引出口7-2-3，塔体循环水引入口5-2-3和分配联箱4连通，塔体汽水引出口7-2-3和汽包1相连通。按顺序锥形盘管式上封头6-2、圆筒形盘管式塔体6-3和倒锥形盘管式下封头6-6之间密封焊接，盘绕成的上封头6-2的盘管两端分别形成上封头循环水引入口6-9和上封头汽水引出口7-1，盘绕成的下封头6-6的盘管两端分别形成下封头循环水引入口5-1和下封头引出口6-10，下封头引出口6-10与中间连接管6-5的一端相连通，中间连接管6-5的另一端与上封头引入口6-9相连通，下降管2一端与汽包1内向连通，另一端与循环泵3的进口连接，循环泵3的出口与分配联箱4连通，塔体甲乙循环水引入口5-2-3、下封头循环水引入口5-1均和分配联箱4连通，塔体甲乙汽水引出口7-2-3、上封头汽水引出口7-1均和汽包1相连通。汽包1上方还开设有补水接口1-1、蒸汽出口1-2。分配联箱4与各组冷却盘管的连接处可增设节流器来调节各组盘管的流量，以确保各组盘管的安全可靠运行。

燃磷塔的工艺流程：液态单质磷在喷磷枪内被压缩空气（一次风）雾化后和二次风混合，以一定角度从喷磷枪接管6-4斜向下进入燃磷塔6内，以U形流动方式边蒸发混合、边着火燃烧，同时释放出大量反应热。高温工艺气体分别与下、中、上三部分盘管换热面进行辐射换热，降到一定温度后由气体引出管6-1引出到下一步工艺水化塔内。

强制水循环流程：循环水经下降管2进入循环泵3，被循环泵3加压后进入分配联箱4，经节流器调节后由循环水引入管分别进入下封头盘管和塔体螺旋上升的盘管内，盘管内循环水吸热升温达到饱和状态后，部分水汽化成饱和蒸汽，随着流动吸热的进行，管内含气率不断增加，最终汽水混合物由各盘管的引出管进入汽包1内，汽水分离后，蒸汽由蒸汽出口1-2引入分气缸后供工艺使用，分离出的饱和水与补充水混合后，由再下降管2引出进入下一个水循环。

本实施例的燃烧塔总高12米，塔体高8米，塔体直径为3米，换热面积约90m²,采用强制水循环余热利用产汽方式，下封头、塔体和上封头均采用采用紧凑式螺旋盘管结构，有效换热面积提高30%，表面平均热流为60kw/m².燃磷塔出口温度低于700℃。在每小时1600kg的燃磷量的生产条件下，每小时能产生压力为1.6Mpa的饱和蒸汽9吨，，热能回收效率可达75%。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种强制水循环热法磷酸余热回收装置，其特征在于：包括汽包（1）、下降管（2）、循环泵（3）、分配联箱(4)、燃磷塔(6)和中间连接管（6-5）；

所述的燃磷塔（6）包括：锥形盘管式上封头(6-2)、圆筒形盘管式塔体(6-3)、倒锥形盘管式下封头(6-6)和设置在塔体(6-3)中部的与塔体（6-3）内部相通的喷磷枪接管（6-4），所述的上封头(6-2)、塔体（6-3）和下封头(6-6)均由至少一根盘管螺旋上升紧密盘绕焊接而成，盘绕成塔体（6-3）的盘管两端分别形成塔体循环水引入口（5-2-3）和塔体甲汽水引出口（7-2-3），盘绕成上封头(6-2)的盘管两端分别形成上封头引入口（6-9）和上封头汽水引出口（7-1），盘绕成下封头(6-6)的盘管两端分别形成下封头循环水引入口（5-1）和下封头引出口（6-10），所述的下封头引出口（6-10）与中间连接管（6-5）的一端相连通，中间连接管（6-5）的另一端与上封头引入口（6-9）相连通；

所述的下降管(2)一端与汽包（1）内向连通，另一端与循环泵（3）的进口连接，循环泵(3)的出口与分配联箱(4)连通，所述的塔体甲乙循环水引入口（5-2-3）、下封头循环水引入口（5-1）均和分配联箱(4)连通，所述的塔体甲汽水引出口（7-2）、上封头汽水引出口（7-1）均和汽包（1）相连通。

2.如权利要求1所述的强制水循环热法磷酸余热回收装置，其特征在于：所述的塔体（6-3）由两根盘管螺旋上升紧密盘绕焊接而成，盘绕成塔体（6-3）的盘管两端分别形成塔体甲乙循环水引入口（5-2-3）和塔体甲汽水引出口（7-2-3）、塔体甲乙循环水引入口（5-2-3）和分配联箱(4)连通，塔体甲乙汽水引出口（7-2-3）和汽包（1）相连通。

3.如权利要求1所述的强制水循环热法磷酸余热回收装置，其特征在于：所述的汽包（1）上方还开设有补水接口（1-1）、蒸汽出口（1-2）。

4.如权利要求1所述的强制水循环热法磷酸余热回收装置，其特征在于：所述的上封头(6-2)顶部还设置有与塔体（6）内部相通的气体引出管（6-1）。

5.如权利要求1所述的强制水循环热法磷酸余热回收装置，其特征在于：所述的下封头(6-6)的底部还密封焊接有带冷却装置的封盖（6-8）。

6.如权利要求1所述的强制水循环热法磷酸余热回收装置，其特征在于：所述的燃磷塔(6)的底部还设置有支撑裙座（6-7）。

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