強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及熱能的回收與利用的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置，包括汽包、下降管、循環(huán)泵、分配聯(lián)箱、燃磷塔和中間連接管，燃磷塔包括：上封頭、塔體和下封頭，上封頭、塔體和下封頭均由盤管螺旋上升緊密盤繞焊接而成，下封頭引出口與中間連接管的一端相連通，中間連接管的另一端與上封頭引入口相連通，下降管一端與汽包內(nèi)向連通，另一端與循環(huán)泵的進(jìn)口連接，循環(huán)泵的出口與分配聯(lián)箱連通，塔體循環(huán)水引入口、下封頭循環(huán)水引入口均和分配聯(lián)箱連通，塔體汽水引出口、上封頭汽水引出口均和汽包相連通。本發(fā)明可獲得更高效余熱回收效率，單位換熱空間減少，更易實現(xiàn)大型化，鋼材消耗減少，制造成本降低。
【專利說明】強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱能的回收與利用的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]磷酸是一種重要的化工原料和中間體，可用于制造磷肥及各種磷酸鹽，經(jīng)凈化的高純磷酸還用于食品、醫(yī)藥、電子等工業(yè)。
[0003]磷酸的生產(chǎn)方法主要有濕法和熱法兩種，其中濕法是利用強酸分解弱酸鹽原理，用硫酸、硝酸或鹽酸三種強酸中的任一種來分解天然磷礦石，獲取磷酸溶液，其純度較低，主要用磷肥的生產(chǎn)；熱法生產(chǎn)首先將磷礦石在電爐或高爐進(jìn)行冶煉獲得單質(zhì)磷，然后將單質(zhì)磷和空氣在燃燒塔內(nèi)燃燒得到P4Oltl氣體，再經(jīng)水合獲取熱法磷酸。從單質(zhì)磷出發(fā)生產(chǎn)熱法磷酸的工藝有燃燒水合一步法流程和燃燒水合二步法流程。一步法流程的特點是磷的燃燒與P4Oltl的水化在同一設(shè)備中進(jìn)行，燃燒產(chǎn)生的熱量主要靠噴淋在塔內(nèi)壁的、并預(yù)先冷卻過的大量稀磷酸移走。二步法流程的特點是磷的燃燒與P4Oltl的水化分別在燃燒塔與水化塔中進(jìn)行，傳統(tǒng)熱法磷酸燃燒塔與水化塔塔壁均采用水夾套結(jié)構(gòu)，燃燒熱與水合熱通過夾套的冷卻水移走，冷卻水循環(huán)使用。熱法磷酸的生產(chǎn)主要包括礦石冶煉、黃磷燃燒及P4Oltl氣體的水化3個獨立的工藝流程。其中黃磷燃燒流程中，固態(tài)黃磷首先在熔磷槽中被蒸汽加熱熔化至液態(tài)，然后熔融磷經(jīng)噴嘴霧化，與由空氣吸入管進(jìn)入的空氣充分混合，在燃燒室劇烈燃燒生成P4Oltl氣體，同時放出大量熱，即使空氣過剩系數(shù)達(dá)1.5，氣體的燃燒溫度高達(dá)1700°C以上。另外高溫磷蒸汽及其聚合物對燃燒塔、換熱器等生產(chǎn)設(shè)備具有極強的腐蝕性，且這種腐蝕性隨溫度升高而加劇。工藝上為防止這種腐蝕與破壞，通常都使用大量稀磷酸或冷卻水使燃燒塔和換熱器壁面的溫度控制在80°C以下，這部分由水或磷酸帶走的低品位熱能難以進(jìn)一步利用。同時為保證黃磷的流動及霧化燃燒，必須使其處于液相狀態(tài)，因此需配置專用燃煤鍋爐來供給蒸汽；此外為了冷卻循環(huán)水或磷酸，還必須配備風(fēng)機、泵、換熱器等一系列裝置。這種一方面要求外部供熱，另一方面又浪費自身燃燒熱的現(xiàn)象是目前熱法磷酸生產(chǎn)中普遍存在的問題。
[0004]有關(guān)熱法磷酸生產(chǎn)中，黃磷燃燒熱能回收余熱裝置，日本、美國、歐洲有80年代的專利，但沒有工業(yè)應(yīng)用報道，國內(nèi)從2000年以來開展這方面的研究工作，并有公開專利，下面予以說明:
[0005]國內(nèi)的發(fā)明專利發(fā)表于2002年6月，(專利號:CN1355133A)。該專利公開的黃磷燃燒熱能回收裝置主要包括:
[0006]黃磷燃燒熱能回收裝置是一臺既可以生產(chǎn)P4Oltl氣體的反應(yīng)塔又同時回收黃磷燃燒時產(chǎn)生的大量熱量的余熱鍋爐。該熱能回收裝置由一汽包和一具有余熱回收功能的燃磷塔構(gòu)成。黃磷在由多根上升管與連于各管之間的強化換熱翅片構(gòu)成的一個具有中空腔的環(huán)形膜式換熱器里燃燒，生成的P4Oltl氣體由頂部的出口管進(jìn)入水合塔生成磷酸。在上升管內(nèi)流動循環(huán)水在吸收黃磷燃燒熱量后變?yōu)轱柡驼羝氐街糜谌剂姿敳康钠?，?jīng)汽水分離后，飽和蒸汽一部分提供給融磷槽進(jìn)行融磷，從而取消了傳統(tǒng)熱法磷酸生產(chǎn)工藝中用于融磷的燃煤鍋爐。另一部分飽和蒸汽提供給其他工業(yè)熱用戶使用，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。汽水分離后的飽和水和補充水混合后經(jīng)下降管回到燃磷塔繼續(xù)吸熱產(chǎn)生蒸汽，由此形成黃磷燃燒熱能回收裝置的自然水循環(huán)。黃磷通過置于燃磷塔中下部的對稱布置的噴磷槍和濕空氣一起進(jìn)入到燃燒室進(jìn)行燃燒。燃燒塔采用金屬材質(zhì)制成，在該燃燒塔內(nèi)的金屬表面涂有一層耐高溫磷蒸汽及其聚合物腐蝕的等離子體陶瓷涂層。通過對壁溫和濕空氣中水分比例的控制，使得在燃燒室的水冷壁上形成一層偏磷酸的保護(hù)膜，偏磷酸對水冷壁的腐蝕性很小，從而保護(hù)水冷壁的金屬材質(zhì)。
[0007]該專利存在一些缺陷:(I)使用自然水循環(huán)的方式使得燃磷塔頂部和底部的熱量不能回收，只能通過水冷夾套的方式用低溫水將這部分熱量帶走，使得熱回收率下降。(2)在自然循環(huán)燃磷塔中，換熱面采用的是膜式水冷壁，翅片的最小加工寬度大于20mm，一般情況翅片中心溫度比管子外壁溫度高30?50°C，這樣就增加了腐蝕的可能性，或者必須降低系統(tǒng)的運行壓力。目前，自然水循環(huán)燃磷鍋爐的最高壓力為3.9Mpa，要進(jìn)一步提高壓力，風(fēng)險較大。(3)自然水循環(huán)的管徑和壁厚限制了其不能在高循環(huán)壓力下運行。高壓力需要更大管徑和更厚的壁厚的管子，如果自然水循環(huán)燃磷塔想要獲得更高壓力的飽和蒸汽，就必須增加管徑和壁厚。這樣增加了投資成本，且減少了產(chǎn)氣量。(4)熱法磷酸最大的單臺的最大生產(chǎn)量為9萬噸/年，由于受到運輸?shù)南拗?，目前采用自然水循環(huán)熱法磷酸特種燃磷塔的最大的直徑為3.6m，如果再增加單臺的生產(chǎn)規(guī)模，這種集成快裝式就有困難了，如采用分體結(jié)構(gòu)，即做成多個部件，到現(xiàn)場組裝的方式，將增加安裝的技術(shù)難度，目前還沒有嘗試過。所以大型熱法磷酸余熱回收裝置不適合采用自然水循環(huán)方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為了熱回收效率，適應(yīng)大型熱法磷酸余熱回收裝置，本發(fā)明提供一種強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置。
[0009]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置，包括汽包、下降管、循環(huán)泵、分配聯(lián)箱、燃磷塔和中間連接管，所述的燃磷塔包括:錐形盤管式上封頭、圓筒形盤管式塔體、倒錐形盤管式下封頭和設(shè)置在塔體中部的與塔體內(nèi)部相通的噴磷槍接管，所述的上封頭、塔體和下封頭均由至少一根盤管螺旋上升緊密盤繞焊接而成,盤繞成塔體的盤管兩端分別形成塔體循環(huán)水引入口和塔體汽水引出口，盤繞成上封頭的盤管兩端分別形成上封頭引入口和上封頭汽水引出口，盤繞成下封頭的盤管兩端分別形成下封頭循環(huán)水引入口和下封頭引出口，所述的下封頭引出口與中間連接管的一端相連通，中間連接管的另一端與上封頭引入口相連通，所述的下降管一端與汽包內(nèi)向連通，另一端與循環(huán)泵的進(jìn)口連接，循環(huán)泵的出口與分配聯(lián)箱連通，所述的塔體循環(huán)水引入口、下封頭循環(huán)水引入口均和分配聯(lián)箱連通，所述的塔體汽水引出口、上封頭汽水引出口均和汽包相連通。
[0010]本發(fā)明上封頭、塔體和下封頭都采用螺旋盤管式結(jié)構(gòu)形成各自的內(nèi)壁，均為有效利用換熱面，具有一定壓力的循環(huán)水經(jīng)循環(huán)泵輸送到各螺旋盤管內(nèi)，一邊流動一邊吸熱汽化，最終盤管內(nèi)汽水混合物由引出管引入到汽包內(nèi)進(jìn)行汽水分離，汽水混合物在整個循環(huán)系統(tǒng)中的流動阻力由強制水循環(huán)泵來克服。[0011]為了提高換熱效率，所述的塔體由多根盤管螺旋上升緊密盤繞焊接而成，盤繞成塔體的盤管兩端分別形成塔體循環(huán)水引入口、塔體汽水引出口，塔體循環(huán)水引入口和分配聯(lián)箱連通，塔體汽水引出口和汽包相連通。
[0012]為了使水循環(huán)可靠運行和提高換熱效率，所述的汽包上方還開設(shè)有補水接口、蒸汽出口。
[0013]為了便于排出氣體進(jìn)行后續(xù)工藝，所述的上封頭頂部還設(shè)置有與塔體內(nèi)部相通的氣體引出管。
[0014]為了下封頭易于制造和可靠冷卻，所述的下封頭的底部還密封焊接有帶冷卻裝置的封蓋。
[0015]為了穩(wěn)固支撐，所述的燃磷塔的底部還設(shè)置有支撐裙座。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置，
[0017](I)可獲得更高效余熱回收效率，下封頭采用螺旋盤管形成倒錐形結(jié)構(gòu)，上封頭也采用螺旋盤管形成錐形結(jié)構(gòu)，使上、下封頭變?yōu)橛行Q熱面積，使總的有效換熱面積比自然水循環(huán)方式提高30%以上，余熱回收效率達(dá)到70%以上。
[0018](2)可獲得更高壓力的工業(yè)蒸汽，下封頭、塔體和上封頭都采用緊湊式螺旋盤管結(jié)構(gòu)，在同樣運行壓力條件下，比采用自然水循環(huán)膜式水冷壁的壁溫更低，運行更安全可靠，可獲得更高壓力的飽和蒸汽或過熱蒸汽。
[0019](3)單位換熱空間減少，更易實現(xiàn)大型化，采用強制水循環(huán)的方式，由循環(huán)泵提供運動壓頭，受熱面可任意布置，無需像現(xiàn)有技術(shù)中由于受到壓力限制大多采用直上直下的換熱水管，在較小的空間內(nèi)布置更多的換熱面，在同樣的燃磷量情況下，可降低燃磷塔的體積，便于大型化、運輸和安裝。
[0020](4)鋼材消耗減少，制造成本降低，強制水循環(huán)燃磷塔在蒸汽參數(shù)提高時，仍可以采用小直徑、壁厚較薄的換熱管，結(jié)構(gòu)上也沒有上、下集箱，使得整個強制水循環(huán)燃磷塔的金屬消耗量比自然水循環(huán)燃磷塔更少，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0022]圖1是本發(fā)明強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明上封頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明下封頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖中:1、汽包，1-1、補水接口，1-2、蒸汽出口，2、下降管，3、循環(huán)泵，4、分配聯(lián)箱，5-1、下封頭循環(huán)水引入口，5-2、塔體甲循環(huán)水引入口，5-3、塔體乙循環(huán)水引入口，6、燃磷塔，6-1、氣體引出管，6-2、上封頭，6-3、塔體，6-4、噴磷槍接管，6-5、中間連接管，6-6、下封頭，6-7、支撐裙座，6-8、封蓋，6-9、上封頭循環(huán)水引入口，6-10、下封頭循環(huán)水引出口，7-1、上封頭汽水引出口，7-2、塔體甲汽水引出口，7-3、塔體乙汽水引出口。
【具體實施方式】
[0026]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。[0027]如圖1-3所示，是本發(fā)明強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置的實施例，包括汽包
1、下降管2、循環(huán)泵3、分配聯(lián)箱4、燃磷塔6和中間連接管6-5，燃磷塔6的底部還設(shè)置有支撐裙座6-7。燃磷塔6包括:錐形盤管式上封頭6-2、圓筒形盤管式塔體6-3、倒錐形盤管式下封頭6-6和設(shè)置在塔體6-3中部的與塔體6-3內(nèi)部相通的噴磷槍接管6-4,上封頭6-2由一根盤管螺旋上升緊密盤繞成錐形筒狀，頂部出口密封焊接與塔體6內(nèi)部相通的氣體引出管6-1，下封頭6-6由一根盤管螺旋上升緊密盤繞成倒錐形筒狀，底部密封焊接有帶冷卻裝置的封蓋6-8。塔體6-3由兩根盤管螺旋上升緊密盤繞焊接而成，盤繞成塔體6-3的盤管兩端分別形成塔體甲乙循環(huán)水引入口 5-2-3和塔體甲汽水引出口 7-2-3，塔體循環(huán)水引入口
5-2-3和分配聯(lián)箱4連通，塔體汽水引出口7-2-3和汽包I相連通。按順序錐形盤管式上封頭6-2、圓筒形盤管式塔體6-3和倒錐形盤管式下封頭6-6之間密封焊接，盤繞成的上封頭
6-2的盤管兩端分別形成上封頭循環(huán)水引入口6-9和上封頭汽水引出口 7-1，盤繞成的下封頭6-6的盤管兩端分別形成下封頭循環(huán)水引入口 5-1和下封頭引出口 6-10，下封頭引出口6-10與中間連接管6-5的一端相連通，中間連接管6-5的另一端與上封頭引入口 6-9相連通，下降管2 —端與汽包I內(nèi)向連通，另一端與循環(huán)泵3的進(jìn)口連接，循環(huán)泵3的出口與分配聯(lián)箱4連通，塔體甲乙循環(huán)水引入口 5-2-3、下封頭循環(huán)水引入口 5-1均和分配聯(lián)箱4連通，塔體甲乙汽水引出口 7-2-3、上封頭汽水引出口 7-1均和汽包I相連通。汽包I上方還開設(shè)有補水接口 1-1、蒸汽出口 1-2。分配聯(lián)箱4與各組冷卻盤管的連接處可增設(shè)節(jié)流器來調(diào)節(jié)各組盤管的流量，以確保各組盤管的安全可靠運行。
[0028]燃磷塔的工藝流程:液態(tài)單質(zhì)磷在噴磷槍內(nèi)被壓縮空氣(一次風(fēng))霧化后和二次風(fēng)混合，以一定角度從噴磷槍接管6-4斜向下進(jìn)入燃磷塔6內(nèi)，以U形流動方式邊蒸發(fā)混合、邊著火燃燒，同時釋放出大量反應(yīng)熱。高溫工藝氣體分別與下、中、上三部分盤管換熱面進(jìn)行輻射換熱，降到一定溫度后由氣體引出管6-1引出到下一步工藝水化塔內(nèi)。
[0029]強制水循環(huán)流程:循環(huán)水經(jīng)下降管2進(jìn)入循環(huán)泵3，被循環(huán)泵3加壓后進(jìn)入分配聯(lián)箱4，經(jīng)節(jié)流器調(diào)節(jié)后由循環(huán)水引入管分別進(jìn)入下封頭盤管和塔體螺旋上升的盤管內(nèi)，盤管內(nèi)循環(huán)水吸熱升溫達(dá)到飽和狀態(tài)后，部分水汽化成飽和蒸汽，隨著流動吸熱的進(jìn)行，管內(nèi)含氣率不斷增加，最終汽水混合物由各盤管的引出管進(jìn)入汽包I內(nèi)，汽水分離后，蒸汽由蒸汽出口 1-2引入分氣缸后供工藝使用，分離出的飽和水與補充水混合后，由再下降管2引出進(jìn)入下一個水循環(huán)。
[0030]本實施例的燃燒塔總高12米，塔體高8米，塔體直徑為3米，換熱面積約90m2，采用強制水循環(huán)余熱利用產(chǎn)汽方式，下封頭、塔體和上封頭均采用采用緊湊式螺旋盤管結(jié)構(gòu)，有效換熱面積提高30%，表面平均熱流為60kw/m2.燃磷塔出口溫度低于700°C。在每小時1600kg的燃磷量的生產(chǎn)條件下，每小時能產(chǎn)生壓力為1.6Mpa的飽和蒸汽9噸，，熱能回收效率可達(dá)75%。
[0031]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置，其特征在于:包括汽包(I)、下降管(2)、循環(huán)泵(3)、分配聯(lián)箱(4)、燃磷塔(6)和中間連接管(6-5)； 所述的燃磷塔(6)包括:錐形盤管式上封頭￠-2)、圓筒形盤管式塔體￠-3)、倒錐形盤管式下封頭(6-6)和設(shè)置在塔體(6-3)中部的與塔體(6-3)內(nèi)部相通的噴磷槍接管(6-4),所述的上封頭￠-2)、塔體(6-3)和下封頭(6-6)均由至少一根盤管螺旋上升緊密盤繞焊接而成，盤繞成塔體(6-3)的盤管兩端分別形成塔體循環(huán)水引入口(5-2-3)和塔體甲汽水引出口(7-2-3)，盤繞成上封頭(6-2)的盤管兩端分別形成上封頭引入口(6-9)和上封頭汽水引出口(7-1)，盤繞成下封頭(6-6)的盤管兩端分別形成下封頭循環(huán)水引入口(5-1)和下封頭引出口(6-10)，所述的下封頭引出口(6-10)與中間連接管(6-5)的一端相連通，中間連接管(6-5)的另一端與上封頭引入口(6-9)相連通； 所述的下降管(2) —端與汽包(I)內(nèi)向連通，另一端與循環(huán)泵(3)的進(jìn)口連接，循環(huán)泵(3)的出口與分配聯(lián)箱(4)連通，所述的塔體甲乙循環(huán)水引入口(5-2-3)、下封頭循環(huán)水引入口(5-1)均和分配聯(lián)箱(4)連通，所述的塔體甲汽水引出口(7-2)、上封頭汽水引出口(7-1)均和汽包(I)相連通。
2.如權(quán)利要求1所述的強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置，其特征在于:所述的塔體(6-3 )由兩根盤管螺旋上升緊密盤繞焊接而成，盤繞成塔體(6-3 )的盤管兩端分別形成塔體甲乙循環(huán)水引入口( 5-2-3)和塔體甲汽水引出口( 7-2-3)、塔體甲乙循環(huán)水引入口( 5-2-3)和分配聯(lián)箱(4)連通，塔體甲乙汽水引出口(7-2-3)和汽包(I)相連通。
3.如權(quán)利要求1所述的強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置，其特征在于:所述的汽包(I)上方還開設(shè)有補水接口( 1-1)、蒸汽出口( 1-2)。
4.如權(quán)利要求1所述的強.制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置，其特征在于:所述的上封頭(6-2)頂部還設(shè)置有與塔體(6)內(nèi)部相通的氣體引出管(6-1)。
5.如權(quán)利要求1所述的強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置，其特征在于:所述的下封頭(6-6)的底部還密封焊接有帶冷卻裝置的封蓋(6-8)。
6.如權(quán)利要求1所述的強制水循環(huán)熱法磷酸余熱回收裝置，其特征在于:所述的燃磷塔(6)的底部還設(shè)置有支撐裙座(6-7)。
【文檔編號】F22B1/18GK103438414SQ201310386521
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】王政偉, 宋耀祖, 蔣家羚, 何錦林 申請人:常州大學(xué), 浙江誠泰化工機械有限公司