本實(shí)用新型涉及磷酸生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種提高熱法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中熱能綜合利用率的設(shè)備。

背景技術(shù)：

磷不僅是核酸、蛋白、細(xì)胞膜遺傳生命物質(zhì)中最重要的元素，也是肥料、飼料和食品添加劑中不可或缺的物質(zhì)，在材料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、食品、冶金、化工等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，因此，磷化工成為現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的重要組成部分。

磷化業(yè)包括基礎(chǔ)磷化工和精細(xì)磷化工兩大產(chǎn)業(yè)，其中基礎(chǔ)磷化工是指利用化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)含磷基礎(chǔ)化學(xué)品(即磷酸)的工業(yè)，按照制取磷酸的工藝不同，可以將制得的磷酸分為濕法酸、熱法酸和窯法酸。

濕法酸是指利用硫酸、硝酸、鹽酸、氟硅酸等無(wú)機(jī)酸處理分解磷礦石得到磷酸，該方法雖然成本較低，但是其副產(chǎn)物磷石膏會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，且處理難度較大，而且制得的磷酸純度和濃度均較低，因此，濕法酸90％主要用于磷肥生產(chǎn)。

熱法酸是將黃磷放入燃燒爐中燃燒氧化得到五氧化二磷，然后將五氧化二磷通入噴淋塔中經(jīng)過(guò)水合吸收制得，該方法制得的磷酸純度較高(>99.99％)，產(chǎn)品主要用作食品級(jí)、電子級(jí)、精細(xì)磷化工原料使用，但是該方法需要耗費(fèi)大量的熱能，成本較高。

窯法磷是將黃磷放入反應(yīng)窯中通過(guò)一步法，將還原和氧化結(jié)合，直接得到磷酐然后經(jīng)吸收得到磷酸。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)低品位磷礦的利用，充分利用化學(xué)中的反應(yīng)熱，降低能耗，但是，窯法酸制備工藝技術(shù)目前尚不成熟，沒(méi)有在工業(yè)上投入使用，目前磷酸生產(chǎn)仍然以濕法酸和熱法酸為主。

熱法酸生產(chǎn)分為燃燒水合一步法和燃燒水合二步法兩種工藝流程，一步法是黃磷的燃燒和水合在一個(gè)反應(yīng)塔內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制酸，二步法將黃磷的燃燒和水合分開(kāi)，分別在兩個(gè)反應(yīng)塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，兩步法的原理為：黃磷先在燃燒塔內(nèi)燃燒形成高溫P₂O₅煙氣，然后將P₂O₅高溫?zé)煔鈱?dǎo)入水合塔內(nèi)水合制酸。

由于熱法酸需要使黃磷在溫度高于2000℃的溫度下充分燃燒生成高溫P₂O₅煙氣，每生產(chǎn)一噸濃度為85％的磷酸需要燃燒280公斤黃磷，每燃燒一噸黃磷會(huì)產(chǎn)生24335MJ的熱量。

為了利用黃磷燃燒后產(chǎn)生的熱量，通常在燃燒塔壁周?chē)贾靡蝗σ运疄榻橘|(zhì)的換熱管進(jìn)行換熱，水介質(zhì)吸熱后能夠產(chǎn)生飽和蒸汽，采用這種生產(chǎn)模式，每燃燒一噸黃磷，能夠得到5噸左右低壓飽和蒸汽，回收利用的熱量低于實(shí)際生產(chǎn)放熱的60％，熱能利用效率較低，同時(shí)，由于磷酸生產(chǎn)本身不需要太多熱能，得到的低壓飽和蒸汽需要通過(guò)其他途徑如發(fā)電才能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，由于飽和蒸汽發(fā)電的效率較低，與建設(shè)發(fā)電裝置投資相比不能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，短時(shí)間無(wú)法收回成本，因此，大部分磷酸生產(chǎn)企業(yè)選擇直接將熱量放散排放。

同時(shí)，高溫P₂O₅進(jìn)入水合塔時(shí)，由于煙溫造成P₂O₅塔內(nèi)水合反應(yīng)溫度較高，需要不斷通過(guò)水冷方式進(jìn)行塔壁降溫，既造成大量的水資源消耗，又造成熱能的嚴(yán)重浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種提高熱法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中熱能綜合利用率的設(shè)備，不僅有效提高熱法磷酸中的熱能綜合利用率，同時(shí)減少了工藝中水的消耗，節(jié)約水資源。

為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：

一種提高熱法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中熱能綜合利用率的設(shè)備，包括順次相連的反應(yīng)塔，過(guò)熱器和水合塔，所述反應(yīng)塔的內(nèi)部設(shè)置有若干第一換熱管，外部設(shè)置有汽包，所述第一換熱管與汽包相連通，所述第一換熱管內(nèi)的介質(zhì)吸收反應(yīng)塔內(nèi)的黃磷燃燒反應(yīng)熱量后，形成汽水混合物進(jìn)入進(jìn)入汽包中，再由汽包進(jìn)行汽水分離，形成飽和蒸汽；

所述過(guò)熱器與汽包相連，汽包向過(guò)熱器中輸入飽和蒸汽；所述過(guò)熱器用于吸收由反應(yīng)塔排出的高溫P₂O₅煙氣的熱量，并將吸收的熱量用于加熱飽和蒸汽，形成過(guò)熱蒸汽，同時(shí)產(chǎn)生低溫P₂O₅煙氣，并將低溫P₂O₅煙氣導(dǎo)入水合塔中進(jìn)行水合制酸；

所述反應(yīng)塔中還設(shè)置有上集箱和下集箱，所述第一換熱管、上集箱和下集箱環(huán)繞形成的筒形結(jié)構(gòu)燃燒室中，還設(shè)置有一圈環(huán)形換熱管束，所述的環(huán)形換熱管束由環(huán)形集箱和若干根獨(dú)立的第二換熱管組成，第二換熱管的上部插入環(huán)形集箱中。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述過(guò)熱器包括外殼、高溫過(guò)熱器、減溫器和低溫過(guò)熱器，所述高溫過(guò)熱器和低溫過(guò)熱器均包括箱體和第三換熱管，第三換熱管位于外殼的內(nèi)部，所述減溫器位于高溫過(guò)熱器和低溫過(guò)熱器的箱體之間；

所述高溫過(guò)熱器的箱體上置有出汽口，低溫過(guò)熱器的箱體上置有進(jìn)汽口；所述低溫過(guò)熱器的進(jìn)汽口與汽包的出汽口相連。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述減溫器上設(shè)置有進(jìn)汽口和出汽口，所述減溫器的進(jìn)汽口與低溫過(guò)熱器的第三換熱管相連接，減溫器的出汽口與高溫過(guò)熱器的第三換熱管相連接，所述減溫器上設(shè)置降溫裝置，飽和蒸汽通過(guò)在低溫過(guò)熱器與高溫過(guò)熱器的第三換熱管中，進(jìn)行加熱，當(dāng)高溫過(guò)熱器上的溫度檢測(cè)器檢測(cè)到過(guò)熱蒸汽的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，通過(guò)減溫器上降溫裝置對(duì)第三換熱管中的過(guò)熱蒸汽進(jìn)行降溫，調(diào)整至設(shè)定溫度。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述高溫過(guò)熱器出汽口與汽輪機(jī)發(fā)電裝置相連，高溫過(guò)熱器箱體上設(shè)置有溫度檢測(cè)器。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述汽包的底部設(shè)置有出水口，汽包的上部外壁設(shè)置有進(jìn)汽口，第一換熱管通過(guò)上集箱與汽包的進(jìn)汽口連接，第一換熱管通過(guò)下集箱與汽包的出水口相連接，汽包中的水通過(guò)下集箱進(jìn)入第一換熱管中，成為換熱介質(zhì)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述環(huán)形換熱管束包括進(jìn)水口和出汽口，所述環(huán)形換熱管束的進(jìn)水口與汽包的出水口連接，所述環(huán)形換熱管束的出汽口與汽包的進(jìn)汽口連接。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第二換熱管上裝有若干換熱翅片。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本實(shí)用新型中提高熱法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中熱能綜合利用率的設(shè)備，包括過(guò)熱器，過(guò)熱器具有熱交換功能，來(lái)自汽包的飽和蒸汽通過(guò)過(guò)熱器中低溫過(guò)熱器與高溫過(guò)熱器中的第三換熱管與反應(yīng)塔排出的高溫P₂O₅煙氣進(jìn)行熱交換，有效降低P₂O₅煙氣溫度的同時(shí)將飽和蒸汽轉(zhuǎn)化為過(guò)熱蒸汽，過(guò)熱蒸汽輸送到用于汽輪機(jī)發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電，形成熱電聯(lián)產(chǎn)，所發(fā)電量及蒸汽用于滿足生產(chǎn)用電及用熱需求。

(2)本實(shí)用新型中提高熱法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中熱能綜合利用率的設(shè)備，高溫P₂O₅煙氣(≥650℃)經(jīng)過(guò)熱器換熱后形成低溫P₂O₅煙氣，溫度控制在400℃左右，低溫?zé)煔膺M(jìn)入水合塔中水合時(shí)，有效避免水合塔塔壁溫度過(guò)高的運(yùn)行危險(xiǎn)，生產(chǎn)設(shè)備中取消塔壁降溫的工藝，與現(xiàn)有技術(shù)中需要不斷通過(guò)水冷方式進(jìn)行塔壁降溫相比，節(jié)約水資源。

(3)本實(shí)用新型中提高熱法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中熱能綜合利用率的設(shè)備，包括反應(yīng)塔內(nèi)部的環(huán)形換熱管束，通過(guò)環(huán)形換熱管束增加了反應(yīng)塔的換熱面積，環(huán)形換熱管束中第二換熱管上裝有翅片，用于進(jìn)一步提高換熱管束的換熱效率，強(qiáng)化了反應(yīng)塔內(nèi)的換熱效果，降低了從反應(yīng)塔出來(lái)高溫P₂O₅煙氣的溫度，同時(shí)提高了飽和蒸汽的產(chǎn)汽量。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中提高熱法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中熱能綜合利用率的設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中環(huán)形換熱管束的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-反應(yīng)塔，2-第一換熱管，3-汽包，4-低溫過(guò)熱器，5-水合塔，6-過(guò)熱器，7-外殼，8-第三換熱管，9-減溫器，10-高溫過(guò)熱器，11-汽輪機(jī)發(fā)電裝置，12-上集箱，13-下集箱，14-環(huán)形換熱管束，15-第二換熱管，16-環(huán)形集箱。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種提高熱法磷酸生產(chǎn)過(guò)程中熱能綜合利用率的設(shè)備，包括反應(yīng)塔1，過(guò)熱器6，水合塔5和汽輪機(jī)發(fā)電裝置11，反應(yīng)塔1、過(guò)熱器6，水合塔5順次相連，汽輪機(jī)發(fā)電裝置11與過(guò)熱器6相連。

反應(yīng)塔1的內(nèi)部設(shè)置有上集箱12、下集箱13和若干第一換熱管2，反應(yīng)塔1的外部設(shè)置有汽包3，汽包3的底部設(shè)置有出水口，其上部外壁設(shè)置有進(jìn)汽口，第一換熱管2通過(guò)上集箱12與汽包3的進(jìn)汽口連接，第一換熱管2通過(guò)下集箱13與汽包3的出水口相連接，汽包3中的水通過(guò)下集箱13進(jìn)入第一換熱管2中，成為換熱介質(zhì)，第一換熱管2之間通過(guò)扁鋼焊接并插入上集箱12和下集箱13之間。

本實(shí)用新型實(shí)施例中的本實(shí)用新型除反應(yīng)塔1的塔壁周?chē)贾玫谝粨Q熱管2外，在由第一換熱管2、上集箱12、下集箱13環(huán)繞形成的筒形結(jié)構(gòu)燃燒室中，還設(shè)置有一圈環(huán)形換熱管束14，環(huán)形換熱管束14由環(huán)形集箱16和若干根獨(dú)立的第二換熱管15組成，第二換熱管15的上部插入環(huán)形集箱16中，通過(guò)環(huán)形換熱管束增加了反應(yīng)塔的換熱面積，環(huán)形換熱管束中第二換熱管上裝有換熱翅片，用于進(jìn)一步提高換熱管束的換熱效率，強(qiáng)化了反應(yīng)塔內(nèi)的換熱效果，降低了從反應(yīng)塔1出來(lái)高溫P₂O₅煙氣的溫度，同時(shí)提高了飽和蒸汽的產(chǎn)汽量。

參見(jiàn)圖2所示，環(huán)形換熱管束14包括進(jìn)水口和出汽口，環(huán)形換熱管束14的進(jìn)水口與汽包3的出水口連接，環(huán)形換熱管束14的出汽口與汽包3的進(jìn)汽口連接。

在實(shí)際使用中，第一換熱管2、第二換熱管15內(nèi)的介質(zhì)吸收反應(yīng)塔內(nèi)1的黃磷燃燒反應(yīng)放出的熱量后，用于加熱上集箱12、環(huán)形集箱16中的水，形成汽水混合物進(jìn)入進(jìn)入汽包3中，再由汽包3進(jìn)行汽水分離，得到水和飽和蒸汽，水通過(guò)下集箱13進(jìn)入第一換熱管2中，通過(guò)環(huán)形換熱管束14的進(jìn)水口進(jìn)入環(huán)形集箱16中。

過(guò)熱器6與汽包3和反應(yīng)塔1相連，汽包3向過(guò)熱器6中輸入飽和蒸汽，反應(yīng)塔1排出的高溫P₂O₅煙氣進(jìn)入過(guò)熱器6中，過(guò)熱器6吸收高溫P₂O₅煙氣中的熱量并用于加熱飽和蒸汽，形成過(guò)熱蒸汽，同時(shí)產(chǎn)生低溫P₂O₅煙氣，并將低溫P₂O₅煙氣導(dǎo)入水合塔5中進(jìn)行水合制酸；過(guò)熱蒸汽用于帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電裝置11進(jìn)行發(fā)電，形成熱電聯(lián)產(chǎn)，所發(fā)電量及蒸汽用于滿足生產(chǎn)用電及用熱需求，過(guò)熱蒸汽也可以用于造紙、食品、醫(yī)藥、木材和生物質(zhì)等的干燥，或者其他領(lǐng)域的應(yīng)用中。

本實(shí)用新型中的過(guò)熱器6使得溫度為650℃～750℃高溫?zé)煔饨禍兀纬蓽囟却笥诘扔?60℃低溫?zé)煔?，在?shí)際生產(chǎn)中低溫?zé)煔獾臏囟却笥诘扔?00℃，低溫?zé)煔膺M(jìn)入水合塔5中水合時(shí)，由于煙氣的溫度降低，進(jìn)入水合塔5反應(yīng)時(shí)，能夠有效避免水合塔5溫度過(guò)高的危險(xiǎn)，與現(xiàn)有技術(shù)中需要不斷通過(guò)水冷方式進(jìn)行塔壁降溫相比，不僅能夠有效利用了高溫?zé)煔獾臒崃?，能夠?jié)約水資源，進(jìn)一步的，過(guò)熱蒸汽的熱焓遠(yuǎn)高于飽和蒸汽的熱焓，過(guò)熱蒸汽用于發(fā)電或者加熱的效率遠(yuǎn)高于飽和蒸汽，能夠有效提高熱能的利用率。

本實(shí)用新型實(shí)施例的過(guò)熱器6包括外殼7，高溫過(guò)熱器4、低溫過(guò)熱器10和減溫器9，高溫過(guò)熱器10、減溫器9、低溫過(guò)熱器4順次連接的，高溫過(guò)熱器10和低溫過(guò)熱器4均包括箱體和第三換熱管8，第三換熱管8位于外殼7的內(nèi)部，為了節(jié)省換熱器空間與增加第三換熱管8的換熱面積和吸熱效率，本實(shí)施例中的第三換熱管8選用蛇形換熱管。

高溫過(guò)熱器10的箱體上置有出汽口，低溫過(guò)熱器4的箱體上置有進(jìn)汽口，減溫器9的箱體上設(shè)置有進(jìn)汽口和出汽口；低溫過(guò)熱器4的進(jìn)汽口與汽包3的出汽口相連接，減溫器9的進(jìn)汽口與低溫過(guò)熱器4的第三換熱管8相連接，減溫器9的出汽口與高溫過(guò)熱器10的第三換熱管8相連接，高溫過(guò)熱器10出汽口與汽輪機(jī)發(fā)電裝置11相連。

為了避免高溫過(guò)熱器10的出汽口導(dǎo)出的過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，損傷汽輪機(jī)發(fā)電裝置11，需要調(diào)控過(guò)熱蒸汽的溫度，本實(shí)施例通過(guò)在減溫器9上設(shè)置減溫裝置，(本實(shí)用新型中，減溫裝置使用在減溫器內(nèi)噴水的方式進(jìn)行過(guò)熱蒸汽的降溫)，同時(shí)在高溫過(guò)熱器10箱體上設(shè)置溫度檢測(cè)器，進(jìn)行過(guò)熱蒸汽的溫度調(diào)節(jié)控制，當(dāng)溫度檢測(cè)器檢測(cè)到過(guò)熱蒸汽的溫度高于設(shè)定溫度時(shí)(設(shè)定溫度通常為350℃～500℃)，通過(guò)減溫器9對(duì)第三換熱管8中的過(guò)熱蒸汽進(jìn)行降溫至設(shè)定溫度，再將溫度適宜的過(guò)熱蒸汽通過(guò)高溫過(guò)熱器10的出汽口導(dǎo)入汽輪機(jī)發(fā)電裝置11中，進(jìn)行發(fā)電。

在實(shí)際使用中，低溫過(guò)熱器4上設(shè)置有至少兩個(gè)進(jìn)汽口(即進(jìn)汽閥門(mén))，用于與汽包3相連通，避免其中一個(gè)閥門(mén)受損時(shí)，影響生產(chǎn)的運(yùn)行；高溫過(guò)熱器10中設(shè)置有多個(gè)溫度檢測(cè)器，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)過(guò)熱蒸汽的溫度，利用過(guò)熱蒸汽發(fā)電時(shí)，其蒸汽溫度過(guò)高過(guò)低都會(huì)影響汽輪機(jī)發(fā)電裝置11的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，在蒸汽溫度過(guò)高時(shí)需要通過(guò)減溫器9進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得過(guò)熱蒸汽的溫度與汽輪機(jī)發(fā)電裝置11相適應(yīng)，本實(shí)施例中，需要將過(guò)熱蒸汽的溫度降低至450℃，降溫方式通過(guò)減溫裝置在減溫器9內(nèi)部進(jìn)行噴水調(diào)節(jié)。

本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。