黄磷燃烧热能回收与利用装置及其热法磷酸生产系统制造方法及图纸

本发明专利技术属于热能的回收与利用技术领域，为一种黄磷燃烧热能回收与利用装置及其热法磷酸生产系统，由一汽包和具有热能回收功能的燃烧塔组成；该燃烧塔包括：由多根上升管与连于各管之间的强化换热翅片构成一个具有中空腔的环形膜式换热器；上联箱、下联箱；由上封头、下封头及膜式换热器外侧的保温层组成的一封闭外壳；与中空腔连通的五氧化二磷气体出口管及喷磷枪接口管；两根以上的下降管，两根以上的水蒸汽导汽管；具有节约煤资源与水资源，节约能源，降低生产成本，经济效率明显的特点，而且由于减少了对环境的热污染，还具有良好的社会效益。在热法磷酸的工业化生产中具有广阔的应用前景。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
黄磷燃烧热能回收与利用装置及其热法磷酸生产系统
本专利技术属于热能的回收与利用
，特别涉及热法磷酸生产中黄磷燃烧热能的回收与利用

技术介绍
磷酸及其磷酸盐是化学工业的重要组成部份。所有磷化物、磷酸盐的生产都离不开基础化工原料——磷及磷酸。依据磷酸的生产工艺可分为湿法磷酸与热法磷酸。利用强酸(如硫酸、硝酸、盐酸、氟硅酸等)与磷矿石的分解，置换反应所制得的磷酸称为湿法磷酸。由于湿法磷酸的浓度低(＜40％)，杂质多，主要用于农业生产资料——磷肥的生产。而热法磷酸却具有产品浓度高、杂质少等优点。对于高新技术所需的磷酸盐，特别是高附加值的精细磷酸盐产品(如：食品级、医药级、高纯磷酸等)通常都使用浓度高达99％的热法磷酸来进行生产。尽管目前湿法磷酸净化技术取得了很大进展，但对磷酸原料的浓度和杂质有较高要求时，仍然以热法磷酸为基础原料。热法磷酸的生产工艺主要分为冶炼(从磷矿石中提取单质磷)，黄磷燃烧(用单质磷制取五氧化二磷)，水化(五氧化二磷被水化成高浓度的磷酸)三个独立的工艺流程。其中黄磷燃烧工艺流程的设备与工艺步骤为：首先，固态黄磷在熔磷槽中被压力为0.2-0.5Mpa的水蒸汽(由专用燃煤锅炉提供)加热熔化为液态黄磷；然后，在喷磷枪中压缩空气的作用下，液态黄磷经喷磷枪自动喷入燃烧塔中雾化，燃烧。黄磷燃烧能产生大量的热能，在无任何冷却的情况下，即使空气过剩系数达1.5，工艺气体温度也将高达2000℃以上。高温的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与破坏性。为了防止这种腐蚀与破坏，工艺中通常都使用大量的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。这部份由水或磷酸带出的低品位热能难于进一步利用。而对于生产系统中的熔磷、供磷设备及其相关管线，为了保证黄磷的流动及雾化燃烧，要求黄磷处于液相状态，需要另外设置一个专用的燃煤锅炉给它们供应蒸汽。形成了工艺流程中一方面需要外部供应热量，另一方面自身产生的燃烧热能因不能利用而造成浪费的极不合理现象。有关热法磷酸生产中，黄磷燃烧热能的回收装置及余热回收与利用的技术，已在日本、美国、德国开展了这方面的研究工作。下面分别予以说明：一、本专利技术专利发表予1979年7月(专利号：昭54-84890)。该专利公开的黄磷燃烧热能的回收装置及余热回收与利用的方法主要包括：(1)利用干燥空气中的氧气燃烧黄磷，同时采取措施，使燃烧生成的气体快速冷却，并将与燃烧气体相接触的燃烧塔内表面的温度控制在五氧化二磷的固态凝固温度之上，-->以便防止腐蚀性极强的磷酸聚合物的生成。从而避免燃烧产物对燃烧塔内金属材质的腐蚀。(2)燃烧塔壁面采用锅炉水管制成水冷壁面。与燃烧产物相接触的内表面不覆盖有炭或其它耐火材料。水管内的冷却水吸收黄磷燃烧产生的热能，被锅炉汽包回收并产生蒸汽。(3)燃烧塔制成一完全密封的结构，以防止湿空气的渗入而生成对金属材质有强烈腐蚀作用的磷酸聚合物。(4)在燃烧塔的出口处采用了对流管束换热器，以便进一步提高余热的回收效率。该专利技术的主要不足之处在于，若水冷壁的温度在五氧化二磷的固化温度之下，五氧化二磷将固化并附着于壁面之上，影响水冷壁的传热并减小了燃烧气体的通道面积(特别是在出口处的对流管束换热器附近)。而且在停炉时，附着在燃烧塔内的五氧化二磷与漏进燃烧塔内的水份会起反应生成腐蚀性极强的磷酸聚合物，从而腐蚀燃烧塔内的金属材质。同时，干燥空气中和液态黄磷中也会或多或少地带有少量水蒸汽。这些水份也会在燃烧塔内与P2O5发生反应，生成磷酸聚合物，从而产生腐蚀作用，影响材质寿命。专利中仅说到无需涂层保护，但未提及材质试验结果。如何获得干燥空气在专利中也未提及。显然，制取干燥空气将增加热法磷酸生产的成本。此外，从专利提及的燃烧塔出口温度为1200℃来看，其热能回收率将小于40％。而且该专利技术中也未涉及到回收热量的用途。二、美国的专利技术专利发表予1982年1月，(专利号：US patent 4,309,394)。该专利公开的黄磷燃烧热能的回收装置及余热回收与利用的方法主要包括：(1)在工艺流程中，将燃烧和水化放在一个U形炉膛的两端进行。采用U形炉膛的目的，主要是在同一设备中可同时生产过磷酸及正磷酸。(2)在燃烧塔和水化塔的通道内设置一个换热器。换热器内使用35个大气压的增压水，一方面用来冷凝从燃烧塔中流出的高温五氧化二磷蒸汽使其低于过磷酸的露点，从而获得过磷酸。另一方面增压水还可以回收高温五氧化二磷蒸汽的热量，供其它用途(专利技术中未说明具体用途)。(3)在工艺流程中，严格控制空气中的含湿量可以有效地防止高温磷蒸汽及其聚合物对设备的腐蚀。这是因为在黄磷燃烧过程中含氧混合气体带有不同的水分含量将生成不同的磷酸聚合物。而不同的磷酸聚合物对金属材质的腐蚀性是不一样的。磷酸聚合物中所含的当量P2O5越高，腐蚀性就越低。其中超磷酸的腐蚀性最小。因此，在保证进口空气中有一定水分的情况下，并保证H2O∶P2O5的摩尔比处于0.6∶1-0.9∶1的条件下，就能在燃烧塔内的金属材质表面上形成一层腐蚀性较小的超磷酸薄膜。从而有效地保护了金属材质免受高温磷蒸汽及其聚合物的腐蚀。该专利技术中涉及到的热量回收主要用于将高温的五氧化二磷蒸汽冷凝到过磷酸的露点以下，从而在生产正磷酸的同时也能生产过磷酸。因而在工艺流程中使用了35个大气压的增压水来回收余热。所回收的余热难以获得进一步的应用。并且使用35个大气压的增压水来回收余热也增加了生产成本。同时，利用控制工艺条件产生超磷酸保-->护膜也只能减缓生产过程中高温磷蒸汽及其聚合物对金属材质的腐蚀：而不能从根本上防止这种腐蚀。专利中也未涉及到燃烧塔具体使用何种材质，以便进一步防止这种腐蚀。三、欧洲的专利技术专利发表予1984年5月，(专利号：European patent application0 129 533)。该专利公开的黄磷燃烧热能的回收装置及余热回收与利用的方法主要包括：(1)在燃烧塔内放置一个热交换器。热交换装置是燃烧塔的一部分。燃烧塔壁仍采用循环冷却水冷却。换热器内的受热介质为循环增压水(水的压力大于1.3Mpa)或加压蒸汽(蒸汽压力大于0.2Mpa)。它吸收黄磷燃烧热量后被加热成过热水或过热蒸汽。它不能使低温水产生高压蒸汽。(2)黄磷燃烧仍利用普通的湿空气。燃烧塔内的防腐机理不是借助于干燥空气与防腐涂层，而是与美国专利相似，借助于控制工艺条件，使空气中带入的水份与黄磷燃烧后的产物——P2O5的摩尔比在1.1-1.5之间。并维持换热管表面温度不高于538℃(专利范围为204℃-454℃)。在这样的条件下，P2O5与空气中带入的水份会反应生成一层腐蚀性较小的超磷酸保护膜。它对材质的腐蚀是可以忽略不计的。该专利的热能回收工艺也存在以下一些缺陷：①按照专利的图示与说明，回收余热只能使增压水变为过热水或使蒸汽变为过热蒸汽，而不能使低温水变成高温高压蒸汽，不便于利用；②换热器占据了燃烧空间，不仅使得设备相对庞大，而且增加设备投资；③燃烧塔壁面仍采用冷却水冷却，其余热回收效率不会太高(专利中未叙及热能回收率)；④与美国专利相似，利用控制工艺条件产生超磷酸保护膜也只能减缓生产过程中高温磷蒸汽及其聚合物对金属材质的腐蚀，而不能从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种黄磷燃烧热能回收与利用装置，其特征在于，由一汽包和具有热能回收功能的燃烧塔组成；该燃烧塔包括：由多根上升管与连于各管之间的强化换热翅片构成一个具有中空腔的环形膜式换热器；设置在该换热器上、下端面上与该上升管相连通的环形上联箱、下联箱；由安装在该上、下联箱上、下端的上封头、下封头及膜式换热器外侧的保温层组成的一封闭外壳；设置在下封头下方固定外壳的底座支架；安装在该上封头且与中空腔连通的五氧化二磷气体出口管；安装在该外壳侧面下部且与中空腔连通的喷磷枪接口管；分布在该外壳外侧的两根以上的下降管，该各下降管的一端与所说的下联箱连通，另一端与所说的汽包相连；安装在该上封头且分别与中空腔与汽包连通的两根以上的水蒸汽导汽管；所说的汽包还开有水蒸汽出口和补水口。

【技术特征摘要】
1、一种黄磷燃烧热能回收与利用装置，其特征在于，由一汽包和具有热能回收功能的燃烧塔组成；该燃烧塔包括：由多根上升管与连于各管之间的强化换热翅片构成一个具有中空腔的环形膜式换热器；设置在该换热器上、下端面上与该上升管相连通的环形上联箱、下联箱；由安装在该上、下联箱上、下端的上封头、下封头及膜式换热器外侧的保温层组成的一封闭外壳；设置在下封头下方固定外壳的底座支架；安装在该上封头且与中空腔连通的五氧化二磷气体出口管；安装在该外壳侧面下部且与中空腔连通的喷磷枪接口管；分布在该外壳外侧的两根以上的下降管，该各下降管的一端与所说的下联箱连通，另一端与所说的汽包相连；安装在该上封头且分别与中空腔与汽包连通的两根以上的水蒸汽导汽管；所说的汽包还开有水...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋耀祖，梅毅，张冠忠，杨亚斌，
申请(专利权)人：清华大学，云南省化工研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]