本实用新型专利技术公开了一种联产高温高压蒸汽的黄磷燃烧炉和热法磷酸生产装置。该联产高温高压蒸汽的黄磷燃烧炉，包括带有上下封头的圆筒形壳体和换热内件，所述的壳体下部设有黄磷燃烧喷嘴，所述的壳体顶部有炉气出口，所述的壳体上有流通冷却水的水冷夹套，所述的换热内件由两端连通换热进口管箱和换热出口管箱的绕管换热管组成，所述的水冷夹套上部和下部分别设有水冷夹套进口和水冷夹套出口，所述的换热内件出口管箱设在壳体顶部，所述的换热内件进口管箱设在壳体中下部；或者所述的换热内件进口管箱和换热内件出口管箱都设在壳体顶部，此时所述的换热管为底部是U形弯头的绕管换热管。
【技术实现步骤摘要】
一种联产高温高压蒸汽的黄磷燃烧炉和热法磷酸生产装置
本技术涉及化工及能源设备工程领域，尤其涉及高效利用化工燃烧过程能量节能环保创新大型化设备及工艺技术。
技术介绍
热法磷酸用空气燃烧黄磷生成P4O10，然后P4O10进一步水化生成磷酸，目前有二种方法，其中一步法热法磷酸将燃烧和水化合为一步而不能回收黄磷燃烧反应热，反应热经水带出排放至大气，二步法把黄磷燃烧和水化分开而回收黄磷燃烧反应热成功副产蒸汽，而国外德国、美国技术也只有3.9MPa过热蒸汽，均为低于4MPa中压蒸汽，而尚未达到压力高于4MPa的高压蒸汽，现有副产蒸汽特种燃磷塔采用连接上下进出水集箱的翅片换热管结构，这一结构存在翅片中心温度过高的问题，采用窄翅片解决又导致集箱上换热管孔桥受压强度降低的问题，故而制约换热面积提高，其中直径3.6米年产10万吨燃磷塔换热面积只有190M2(见文献1：梅毅、宁平著《黄磷反应热的回收与利用》，化学工业出版社，2015年4月)。我国是黄磷和热法磷酸生产大国，总生产能力和产量占世界70％。目前我国的热法磷酸生产技术位于世界领先水平，清华大学、云南省化工研究院等开发的特种燃磷塔，在完成磷化工生产同时回收反应热副产蒸汽，在国内广泛推广和应用，有力推动了热法磷酸技术进步，但现有技术尚存不足，一是只能副产蒸汽压力多数为0.1MPa，目前国内开发的特种燃磷已有1.2和3.9MPa的饱和蒸汽，国外德国、美国技术也有3.9MPa过热蒸汽，低压饱和蒸汽压力尚不高，用途受限制；二是设备结构换热内件可靠性和换热能力尚有不足，设备构件使用中尚易腐蚀，可靠性尚需提高；三是此反应塔外形尺寸不能超过3.6米，尚难满足装置大型化要求。黄磷燃烧P4+5O2＝P4O10是一个反应热722Kmol/mol的强效热反应，中心燃烧温度高达2600-2800℃，燃烧炉出塔温度也在600℃多的高温气，制约燃烧炉产高压高温蒸汽的关键是设备的耐高温耐腐蚀问题，由于炉气中的磷氧化物和湿气中H2O生成的磷酸是强腐蚀性气体，现有技术如文献2美国专利(US4713228)和文献1中中国特种燃磷炉均利用黄磷在高温和在一定水汽含量下燃烧生成的P4O10致密结膜物附在塔和管壁面，阻止高温酸性气对金属换热面的腐蚀，而形成结膜物的条件是H2O/(H2O+P5O10)5-28％，反应区温度＞1000℃，燃磷塔出口温度＞600℃，反应器内壁温度＜490℃，在文献2的专利中是在1000°F下即538℃下结膜物保护下塔和管壁金属腐蚀很小。为此蒸汽压力由低压提升必须满足结膜物形成，又满足设备对压力的强度和刚度要求，按文献1第127-136页的计算，对规格为65×3.5材质为306L的换热管，换热管内壁温度tw和管内汽水饱和温度ts的差值Δt1＝17.8℃，由此根据上述保护结膜要求条件，可以副产比490℃或538℃低约20℃的高温蒸汽，由文献1内容可见国内特种燃磷塔因采用带散热翅片结构，使局部材料超温不能满足强度要求，为此本申请专利采用不带翅，不用上述国内外专利换热直管和环管集箱结构，对燃磷塔结构提出一系列重大创新结构。
技术实现思路
本技术针对现有技术的上述不足，提出一种联产高温高压蒸汽、结构可靠的高效热法磷酸生产中的燃磷反应器。一种联产高温高压蒸汽的黄磷燃烧炉，包括带有上下封头的圆筒形壳体和换热内件，所述的壳体下部设有黄磷燃烧喷嘴，所述的壳体顶部有炉气出口，所述的黄磷燃烧炉底部由裙座支承，所述的壳体上有流通冷却水的水冷夹套，所述的换热内件由两端连通换热内件进口管箱和换热内件出口管箱的绕管换热管组成，所述的水冷夹套下部和上部分别设有水冷夹套进口和水冷夹套出口，所述的换热内件出口管箱设在壳体顶部，所述的换热内件进口管箱设在壳体中下部；或者所述的换热内件进口管箱和换热内件出口管箱都设在壳体顶部，此时所述的换热内件的换热管为底部是U形弯头的绕管换热管。一种使用如上所述的黄磷燃烧炉的热法磷酸生产装置，包括黄磷燃烧炉、汽包、水分离器和加压泵，所述的黄磷燃烧炉上的水冷夹套出口与汽包连接，所述的汽包后的管路分为两路，一路连接循环水泵后与水冷夹套进口连接或不经循环水泵直接与水冷夹套进口连接，构成低温低压水冷循环回路冷却保护塔壁，另一路连接加压泵，所述的加压泵连接水加热器后再连接换热内件进口管箱或者直接连接换热内件进口管箱，所述的换热内件出口管箱连接水分离器，所述的水分离器的底部水出口连接进换热内件进口管箱前的管路，所述的水分离器顶部蒸汽出口管送高压蒸汽去透平发电或带动压缩机、水泵。出汽包的锅炉水分二路，一路经循环泵后送入水冷夹套进口或直接送入水冷夹套进口冷却塔壁，再经水冷夹套出口出黄磷燃烧塔再进入汽包，构成水汽循环回路冷却保护塔壁，吸收炉壁和换热管外高温炉气燃烧热产生蒸汽。另一路经加压泵升到高压、再经水加热器加热到高温后送入换热内件进口管箱或经加压泵升压后直接送入换热内件进口管箱，进螺旋形绕管换热管，黄磷雾化后经黄磷燃烧喷嘴进入黄磷燃烧塔，与二次空气混合在黄磷燃烧炉内高温燃烧生成P2O10，并放出大量反应热，被螺旋形绕管换热管内的水和水冷夹套内的低温锅炉水吸热而降温，然后从炉气出口出黄磷燃烧塔。出换热内件出口管箱的高压水汽进水分离器，液态水再送回换热内件进口管箱，高压蒸汽送透平机去发电。所述的黄磷燃烧炉的水冷夹套除了上述的内外圆筒形平板夹套外，还可以是螺旋管水冷夹套，即所述的水冷夹套为螺旋管换热管构成，所述的换热内件是水冷绕管组，所述的换热内件进口管箱和换热内件出口管箱都在壳体顶部，所述的换热管为底部是U形弯头的绕管换热管。所述的壳体上部和下部分别设有水冷夹套螺旋管出口和水冷夹套螺旋管进口，水冷夹套内的螺旋管换热管的两端分别与水冷夹套螺旋管出口和水冷夹套螺旋管进口连通。一种使用如上所述的黄磷燃烧炉的热法磷酸生产装置，包括黄磷燃烧炉、汽包、水分离器、加压水泵、水加热器和冷凝液加压泵，所述的水冷夹套内的螺旋管换热管连接的两端分别与水冷夹套螺旋管进口、水冷夹套螺旋管出口连接，所述的水冷夹套螺旋管出口与汽包连接，所述的汽包与来自冷凝液加压泵、水加热器的管路连接，再与水冷夹套螺旋管进口连接。所述的换热内件出口管箱与水分离器连接，所述的水分离器与加压泵以及来自水加热器的管路连接，所述的加压泵与换热内件进口管箱连接。出汽包的低温锅炉水与来自冷凝液加压泵、水加热器的水混合后，一路进入水冷夹套螺旋管进口，进入螺旋管换热管吸热保持塔壁温度，再从水冷夹套螺旋管出口送去汽包联产蒸汽，另一路与出水分离器的水混合，进加压泵加压后进入换热内件进口管箱，送入换热内件吸收塔内反应热，联产高温高压蒸汽，最后从换热内件出口管箱去水分离器，高压蒸汽从顶部送去发电。作为一种优选结构，一种产高温高压蒸汽的黄磷燃烧炉，所述的水冷夹套中部设有圆形分隔圈，将水冷夹套内部分隔为上下互不连通的二部分：上部水冷夹套和下部水冷夹套，所述的下部水冷夹套与设在壳体下部的换热内件进口管箱连通。一种使用如上所述的黄磷燃烧炉的的热法磷酸生产装置，包括黄磷燃烧炉、汽包、水分离器和加压泵，所述的黄磷燃烧塔的上部水冷夹套出口后连接汽包，所述的汽包后的管路分为二路，一路经循环泵后连接上部水冷夹套进口或不经循环泵直接连接上部水冷夹套进口，构成黄磷燃烧炉水冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种联产高温高压蒸汽的黄磷燃烧炉，包括带有上下封头的圆筒形壳体和换热内件，所述的壳体下部设黄磷燃烧喷嘴，所述的壳体顶部有炉气出口，所述的黄磷燃烧炉底部由裙座支承，其特征在于，所述的壳体上有流通冷却水的水冷夹套，所述的换热内件由两端连通换热内件进口管箱和换热内件出口管箱的绕管换热管组成，所述的水冷夹套的下部和上部分别设有水冷夹套进口和水冷夹套出口，所述的换热内件出口管箱设在壳体顶部，所述的换热内件进口管箱设在壳体中下部；或者所述的换热内件进口管箱和换热内件出口管箱都设在壳体顶部，此时所述的换热内件的换热管为底部是U形弯头的绕管换热管。
【技术特征摘要】
1.一种联产高温高压蒸汽的黄磷燃烧炉，包括带有上下封头的圆筒形壳体和换热内件，所述的壳体下部设黄磷燃烧喷嘴，所述的壳体顶部有炉气出口，所述的黄磷燃烧炉底部由裙座支承，其特征在于，所述的壳体上有流通冷却水的水冷夹套，所述的换热内件由两端连通换热内件进口管箱和换热内件出口管箱的绕管换热管组成，所述的水冷夹套的下部和上部分别设有水冷夹套进口和水冷夹套出口，所述的换热内件出口管箱设在壳体顶部，所述的换热内件进口管箱设在壳体中下部；或者所述的换热内件进口管箱和换热内件出口管箱都设在壳体顶部，此时所述的换热内件的换热管为底部是U形弯头的绕管换热管。2.根据权利要求1所述的联产高温高压蒸汽的黄磷燃烧炉，其特征在于：所述的水冷夹套中部设有圆形分隔圈，将水冷夹套内部分隔为上下互不连通的二部分：上部水冷夹套和下部水冷夹套，所述的下部水冷夹套与设在壳体下部的换热内件进口管箱连通。3.根据权利要求1所述的联产高温高压蒸汽的黄磷燃烧炉，其特征在于，所述的水冷夹套是螺旋管水冷夹套，即所述的水冷夹套为螺旋管换热管构成，所述的换热内件是水冷绕管组，所述的换热内件进口管箱和换热内件出口管箱都在壳体顶部，所述的换热管为底部是U形弯头的绕管换热管，所述的壳体上部和下部分别设有水冷夹套螺旋管出口和水冷夹套螺旋管进口，水冷夹套内的螺旋管换热管的两端分别与水冷夹套螺旋管出口和水冷夹套螺旋管进口连通。4.根据权利要求1所述的联产高温高压蒸汽的黄磷燃烧炉，其特征在于，所述的换热内件由多层小直径306L钢管同心绕制而成，换热管直径DN＜30mm，所述的换热内件的换热面积与燃烧炉体积比＞10m2/m3。5.一种使用如权利要求1所述的黄磷燃烧炉的热法磷酸生产装置，包括黄磷燃烧炉、汽包、水分离器和加压泵，其特征在于：所述的黄磷燃烧炉上...
【专利技术属性】
技术研发人员：楼韧，姚泽龙，许锦辉，冯再南，楼寿林，
申请(专利权)人：楼韧，
类型：新型
国别省市：浙江,33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。