特种燃磷塔及热法磷酸生产热电自平衡系统技术方案

本发明专利技术涉及一种特种燃磷塔，燃磷塔包括汽包、环形膜式水冷壁组件、磷燃烧器和水汽循环管路，环形膜式水冷壁组件上下两端分别设有上联箱组件和下联箱组件；上联箱组件包括环形上联箱和锥型上封头，锥形上封头的顶部或侧壁开有工艺气体出口管，下联箱组件包括环形下联箱和下封头。一种热法磷酸生产热电自平衡系统，包括特种燃磷塔、水化系统和抽凝式汽轮发电机组。本发明专利技术确保在蒸汽压力和温度提高的条件下，能满足强度要求，同时保证反应塔内壁面温度能控制在允许的温度，免受高温工艺气体的腐蚀，确保特种燃磷塔能副产中压蒸汽，且长期安全可靠运行，同时将特种燃磷塔副产的中压蒸汽引入抽凝式汽轮发电机组发电，实现能源利用率的最大化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热能的回收与利用的
，尤其是一种特种燃磷塔及热法磷酸生产热电自平衡系统。
技术介绍
热法磷酸可以达到99. 99%以上的高纯度，因而它是国民经济中不可缺少的重要基础化工原料，如高新
中的发光材料，抗甲流NlHl疫苗“达菲ー磷酸奥司他韦(奥尔菲)”等生物制剂都需要使用高纯度的热法磷酸做原料。然而，传统的热法磷酸生产也是一个高耗能与排放ニ氧化碳的行业。不符合节能减排的国策要求。热法磷酸的生产エ艺主要分为冶炼(从磷矿石中提取单质黄磷)、黄磷燃烧(黄磷与空气的燃烧反应生成五氧化ニ磷)、水化合(五氧化ニ磷被水化合成高浓度的磷酸)三个エ艺过程。其中黄磷燃烧エ艺流程的设备和エ艺为由冶炼得到的单质固体黄磷在溶磷槽 中被压カ为O. 2 O. 6MPa的蒸汽加热融化为液态黄磷，在重力或齿轮泵的作用下进入喷磷枪，在喷磷枪出ロ，液态黄磷与高速旋流的压缩空气相遇，得到迅速雾化后喷入燃烧塔内，与二次空气进行強烈混合氧化反应，并释放出大量的热量。经燃烧反应计算，黄磷燃烧的理论燃烧温度达到2500°C。由于高温的五氧化ニ磷气体及其聚合物对金属壁面产生強烈的高温腐蚀，对燃磷塔及换热器等生产设备具有強烈的腐蚀性和破坏性，严重影响燃磷塔的安全可靠运行和使用寿命。为了确保设备的安全可靠运行，在传统エ艺中，通常使用大量的稀磷酸或冷却水来冷却燃磷塔壁或换热器壁，使这些直接接触高温エ艺气体的壁面温度控制在80°C以下。这些冷却水或稀磷酸的温度通常在60°C以下，这种低品位的余热在エ业上难以利用，而只能通过冷却塔排放到大气中，造成能源的浪费和严重的热污染环境。而对于热法磷酸生产エ艺系统中溶磷、供磷设备和相关的管道，为了使保证黄磷的流动和雾化燃烧，要求黄磷处于液化状态，需要设置专用的燃煤锅炉来供给蒸汽用于加热和保温。这样就形成了エ艺流程中一方面需要外部提供蒸汽，而自身产生的高温反应热因不能利用而造成白白浪费掉的严重不合理。有关热法磷酸生产エ艺中，黄磷燃烧反应热的回收和利用技术，国内外从1988年开始，就开展这方面的研究。公布于2002年6月26日的中国专利CNOl 143443. O,《黄磷燃烧热能回收与利用装置及其热法磷酸生产系统》，该专利公开的黄磷燃烧反应热的回收装置和余热回收与利用方法，如图I所示热能回收与利用装置。(I)热能回收与利用装置包括汽包6、下降管2、下联箱I、上升管3、上联箱4和导汽管9过程的密闭汽水系统，完成水的加热、蒸发、分离过程；给水引入汽包6的水空间，蒸汽从汽包6的汽空间引出。(2)热能回收与利用装置与反应塔的合ニ为一，用膜式水冷壁(多根上升管与焊接于管外的翅片构成的密封结构)替代原有的水夹套，将上、下联箱与上下封头连接在一起，构成ー个密闭的反应空间，完成黄磷与空气的燃烧反应；同时上升管内水吸热汽化，在下降管和上升管内汽水密度差的作用下，形成自然水循环，完成水的加热、蒸发、分离过程。(3)所有与高温エ艺气体接触的壁面采用金属材料，在燃烧塔内的金属表面喷涂有一层能耐高温五氧化ニ磷及其聚合物腐蚀的等离子体陶瓷涂层。(4)该专利已进行エ业化实施，每燃烧一吨黄磷能产生O. 5MPa的饱和水蒸汽5. 96吨，热能回收效率达到η =65%,并节约标准煤560kg与冷却水400吨。该专利的主要不足之处在于(I)在燃烧塔内金属内表面喷涂有ー层能耐腐蚀的等离子体陶瓷涂层，由于反应塔内的反应气体温度很高，在不同结构或不同材料的连接处在热应カ的作用下，涂层会发生脱落或开裂，若是基体材料不耐腐蚀，一旦发生这种情況，基体就会发生腐蚀，将严重影响设备安全可靠运行，而且等离子体陶瓷涂层的价格贵，制造成本高。(2)喷磷枪接ロ管附近的发生气体扰流，在喷磷枪附近热流密度很高，换热管或翅片将发生温度过高发生腐蚀现象。一旦换热管发生开裂，一定压カ的汽水混合物将喷入塔 内，进ー步加剧炉内其他受热面的腐蚀。(3)由于受到结构上受压元件強度和壁面腐蚀限制，该热能利用和回收装置产生的是压カ低于I. OMPa的低压饱和蒸汽，主要供自身的エ艺需要和其他低压热用户，当周边无其他热用户时，多余的低压蒸汽只能放空，造成二次热污染，整个系统的能源利用率较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中黄磷燃烧热能回收与利用装置因结构缺陷导致的易腐蚀，运行不可靠的不足，提供ー种特种燃磷塔，确保在蒸汽压カ和温度提高的条件下，能满足强度要求，同时保证反应塔内壁面温度能控制在允许的温度，免受高温エ艺气体的腐蚀，确保持种燃磷塔能副产中压蒸汽，且长期安全可靠运行。本专利技术还提供ー种热法磷酸生产热电自平衡系统，同时将特种燃磷塔副产的中压蒸汽引入抽凝式汽轮发电机组发电，实现能源利用率的最大化。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是ー种特种燃磷塔，所述的燃磷塔包括汽包、环形膜式水冷壁组件、磷燃烧器和水汽循环管路，所述的环形膜式水冷壁组件上下两端分别设有上联箱组件和下联箱组件；上联箱组件包括环形上联箱和锥型上封头，锥形上封头的顶部或侧壁开有エ艺气体出口管，下联箱组件包括环形下联箱和下封头；环形膜式水冷壁组件包括多根呈环形布置的上升管和设置在相邻上升管之间的翅片，上升管的上端与环形上联箱连通，上升管的下端与环形下联箱连通，环形膜式水冷壁组件的下部侧面设置有二次进风管。进ー步的，汽包具有壳体，壳体上设有向壳体内供水的进水接管，进水接管的出口设有水量分配的给水分配管，所述的壳体的内腔上部设有汽水分离器，汽水分离器上方的壳体上设有蒸汽出ロ管；所述的磷燃烧器包括磷喷枪和配风器，配风器的一端与大气相通、另一端与二次进风管连通，喷磷枪的上端具有磷进ロ接管、压缩空气接管，磷进ロ接管和压缩空气接管分别与供磷管和供压缩空气管对应连通，喷磷枪的下端与环形膜式水冷壁组件的内腔连通；所述的水汽循环管路包括多根导汽管和至少ー根下降管，所述的导汽管一端与壳体内腔连通、另一端与环形上联箱连通；所述的下降管一端与壳体底部水空间连通、另一端与环形下联箱连通。所述的环形上联箱采用内、外环形连通管结构，所述的多根上升管的上端交替间隔与内、外环形连通管连通；上升管与环形上联箱连接处的外围设置有环形密封冷却套，环形密封冷却套的上、下端沿圆周方向均布多根冷却进水管和出水管。环形上联箱采用内、夕卜环形连通管结构，既可以满足环形上联箱环形流通面积的需要，同时可保证管壁厚度在允许的范围内满足产生中压蒸汽的強度要求。但是这样会使上升管与环形上联箱的连接处出现不密封，使エ艺气体外泄，这是绝对不允许的，所以在连接处的外围加上一个环形密封冷却套，保证密封性。所述的环形上联箱的锥型上封头外侧设有冷却盘管，所述的冷却盘管的截面为半圆形，冷却盘管的平面一面紧贴锥型上封头的外壁。所述的环形膜式水冷壁组件的翅片为宽度l(T20mm的窄翅片，环形膜式水冷壁组件的下部的二次进风管附近设有局部冷却水箱，在局部冷却水箱的上、下端分别设有冷却 水出、进ロ管，局部冷却水箱的上部具有局部联箱，局部联箱通过下降管分管连通下降管。由于蒸汽压カ的提高，上升管和翅片温度也相应提高，为了保证翅片上最高温度低于允许的温度范围，须采用窄翅片的膜式水冷壁。局部冷却水箱可以保证喷磷枪附近反应塔的内壁面温度控制在较低的温度，从而能形成一层厚度的结膜层，使反应塔安全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特种燃磷塔，其特征在于：所述的燃磷塔（1）包括汽包（11）、环形膜式水冷壁组件（13）、磷燃烧器（17）和水汽循环管路；所述的环形膜式水冷壁组件（13）上下两端分别设有上联箱组件（12）和下联箱组件（14）；上联箱组件（12）包括环形上联箱（124）和锥型上封头（123），锥形上封头（123）的顶部或侧壁开有工艺气体出口管（121），下联箱组件（14）包括环形下联箱（141）和下封头（142）；环形膜式水冷壁组件（13）包括多根呈环形布置的上升管（131）和设置在相邻上升管（131）之间的翅片（132），上升管（131）的上端与环形上联箱（124）连通，上升管（131）的下端与环形下联箱（141）连通，环形膜式水冷壁组件（13）的下部侧面设置有局部冷却水箱（134）和二次进风管（135）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王政伟，何锦林，梁慧力，宋耀祖，蒋家羚，
申请(专利权)人：常州大学，浙江诚泰化工机械有限公司，
类型：发明
国别省市：