CN110155971A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

本发明公开了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，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。本发明还公开了使用该燃磷反应器的热法磷酸生产装置。

Description

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
技术领域
本发明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。
背景技术
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。
发明内容
本发明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夹套低压水汽循环，另一路经加压泵后依次连接水加热器和下部水冷夹套进口或经加压泵后直接连接下部水冷夹套进口，所述的下部水冷夹套与位于壳体下部的换热内件进口管箱连通，所述的换热内件出口管箱与水分离器连接，所述的水分离器的出口与进下部水冷夹套进口的管路连接，所述的炉气出口与水加热器壳程连接，加热经下部水冷夹套进口进入换热内件的高压水，所述的水加热器的管程出口连接换热内件进口管箱，换热内件产生高压蒸汽送去透平发电或带动压缩机、水泵。
上述装置运行时，黄磷经低压蒸汽加热熔化成液态，用压缩空气雾化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。反应后的高温热炉气被水冷夹套内的低温锅炉水和换热内件管内的水吸热而降温，然后到塔顶炉气出口出黄磷燃烧塔后去水化塔，P2O5与水反应生成85wt％磷酸。经过软化和脱氧处理的低温锅炉水先经上部水冷夹套进口进入上部水冷夹套，冷却塔壁，再经上部水冷夹套出口出黄磷燃烧塔，进入汽包联产过热蒸汽，出汽包后分为二路，一路用循环泵送回上部水冷夹套进口或由自然循环不用循环泵直接进入上部水冷夹套进口，另一路经加压泵加压后经水加热器换热再送入下部水冷夹套进口，或经加压泵加压后直接送入水冷夹套进口。再经换热内件进口管箱进入换热内件，螺旋上行吸收塔内反应热，再从换热内件出口管箱送去水分离器分离水份，水份之后送去下部水冷夹套进口再次循环利用，蒸汽再送去发电。
如上所述的产高温高压的黄磷燃烧炉，所述的其中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。
如上所述的磷酸生产装置中，所述的水加热器是水冷绕管换热器
如上所述的磷酸生产装置联合生产压力＞6Mpa、温度＞380℃的过热蒸汽。
如上所述的磷酸生产装置中黄磷燃烧用氧化剂是富氧空气或氧气。
如上所述的磷酸生产装置中压缩空气压力0.25～8MPa。
在热法磷酸中除黄磷燃烧放出大量反应热24304KJ/mol，P4O10水化生成磷酸反应热376.6KJ/mol，故可进一步利用出黄磷燃烧炉的炉气水化加工成磷酸过程中的中低温热量用水加热器加热脱氧，锅炉水提高进黄磷燃烧塔的水温以增加付产蒸汽产量和温度。
目前一步法和二步法热法磷酸采用未经干燥的自然普遍空气作氧化剂燃烧黄磷，操作在微负压下进行，由于一方面工作压力低，另一方面空气中含有近4倍于氧气的氮气和氩气，后者在工艺过程中不发生反应，最后在黄磷燃烧生成P4O10和水化生成磷酸后炉气的废气中排放，从而影响工艺设备装置生产能力的提高，并使能耗上升。如果采用富氧空气或纯氧燃烧黄磷，则大幅降低氮气、氩气，惰性气带入系统，或者采用正压加压燃烧将可大幅提高设备装置能力，并可将燃烧炉气过剩部分氧气回收循环利用，则又可节省能耗，降低投资和生产成本。
本发明具有以下突出的优良效果：
(一)用小管径绕管代替换热直管和环管管箱，不用换热管的翅片，避免换热元件翅片的局部高温造成结膜保护层超温、热介、腐蚀，而可大幅提高所产蒸汽的温度和压力，提高蒸汽发电效率和价值。
(二)采用低温水冷夹套循环系统保护燃烧炉壁，用大换热面积的换热内件大幅提高吸收高温反应热，补入的高压加热软水产高温高压过热蒸汽，用于背压发电，提高了蒸汽产量和能效利用率，降低了出燃烧塔气温，降低了水合塔大量冷却水耗。
(三)用安装于壳体上下的进出口水箱，连接换热绕管替代原技术中安装于黄磷燃烧塔内的用上下环管焊接众多换热直管，解决换热内件加工焊接难度大，使用中因温度应力焊接处易漏损等事故，确保设备安全可靠。
(四)用绕管换热代替管内流通气的管壳换热内件或如文献1中上下分水和集汽环管，管内流通水的直管换热内件后大幅提高单位容积的换热管面积，即比冷面m2/m3和传热系数，即大幅提高换热量和效率，为热法磷酸塔大型化创造了条件，在我国限定的大件设备运输尺寸条件下，可将单台设备的能力提高一倍，即将目前单台年产10万吨磷酸提高到年产20万吨，大幅提高设备能力，降低产品制造成本，取得显著经济效益。
附图说明
图1是本发明的黄磷燃烧炉的一种结构形式的示意图，其中换热内件进口管箱在壳体顶部，换热内件出口管箱在壳体中下部。
图2是使用图1所示结构的黄磷燃烧炉联产高压蒸气发电的磷酸生产装置的示意图。
图3是本发明的黄磷燃烧炉的另一种结构形式的示意图，其中壳体是圆筒形，顶部是半圆形，其中换热内件进口管箱和换热内件出口管箱均在壳体顶部。
图4是使用图3所示结构的黄磷燃烧炉用出口高温炉气经水加热器加热进换热内件水产高温蒸汽的磷酸生产装置的示意图。
图5是本发明的黄磷燃烧炉的另一的种结构形式的示意图，其中所述的燃烧炉水冷夹套中部设有圆形分隔圈。
图6是使用图5所示结构的黄磷燃烧炉的磷酸生产装置的示意图，上部夹套为低温蒸汽，下部换热进口水箱为高温高压蒸汽。
图7是本发明的黄磷燃烧炉的另一种结构形式的示意图，其中所述的水冷夹套内采用螺旋管换热管。
图8是使用图7所示结构的黄磷燃烧炉的磷酸生产装置的示意图。
图9是本发明一种黄磷燃烧塔的应用装置图，其中水冷夹套中流通低温水加热后，进入用出塔高温炉气送水合塔之前的水加热器再加热后进黄磷燃烧炉的换热内件产高温高压蒸汽送去发电。
附图标记说明：
1-换热内件 2-燃磷喷嘴 3-炉气出口 4-裙座
5-水冷夹套 5A-上部水冷夹套 5B-下部水冷夹套 6-换热内件进口管箱
7-换热内件出口管箱 8-水冷夹套进口 9-水冷夹套出口 10-圆形分隔圈
9B-上部水冷夹套出口 9A-上部水冷夹套进口 8A-下部水冷夹套进口
11A-水冷夹套螺旋管进口 11B-水冷夹套螺旋管出口
R-黄磷燃烧炉 B-汽包 P1-加压泵 P2-循环泵
P3-泵 P4-酸泵 F-水分离器 F1-尾气分离器
E1-水加热器 E2-冷凝器 X-除氧器 T1-水合塔
T2-吸收塔 M-发电机 P5-冷凝液加压泵
具体实施例
现在结合附图对本发明作具体说明，本图为简化示意图，表明本发明的基本结构、构件原理功用和运行过程。
实施例1
如图1所示的黄磷燃烧塔，包括带有上下封头的圆筒形壳体和换热内件1，所述的壳体下部设有燃磷喷嘴2，壳体顶部有炉气出口3，黄磷燃烧炉底部由裙座4支承，壳体上有流通冷却水的水冷夹套5，换热内件1由连通换热内件进口管箱6和换热内件出口管箱7的螺旋形绕管换热管组成，水冷夹套5的下部和上部分别设有水冷夹套进口8和水冷夹套出口9，换热内件进口管箱6和换热内件出口管箱7分别成对设置在壳体中下部和顶部。
如图2所示的磷酸生产装置，包括黄磷燃烧炉R、汽包B、水分离器F和水泵P，其中黄磷燃烧炉R的结构如图1所示，水冷夹套出口9与汽包B连接，出汽包B的管路分为二路，一路连接循环水泵P2后与水冷夹套进口8连接，构成低温低压水冷循环回路冷却保护塔壁，另一路依次连接加压泵P1、水加热器E1及换热内件进口管箱6。所述的换热内件出口管箱7与水分离器F连接，所述的水分离器的出口连接进换热内件进口管箱6前的管路。水分离器F上部蒸汽管出口还依次连接发电机M、冷凝器E2、除氧器X、泵P3以及循环泵P2。水分离器F的水由底部下流与水加热器E1出口的高温高压水汇合进还热内件1产高温高压蒸汽，由顶部出口再进水分离器F，而其余高温高压蒸汽则由水分离器F的顶部出去管路送发电机透平背压发电，透平机出口低压蒸汽经冷凝器E2冷凝成液态水，与界外送入补充软水汇合经除氧器X脱除氧气，再经泵P3送入黄磷燃烧塔R水蒸气循环系统，炉气出口3依次连接水加热器E1、水合塔T1、吸收塔T2以及尾气分离器F1。
黄磷经低压蒸汽加热熔化成液态，用压缩空气雾化经燃磷喷嘴2进入黄磷燃烧塔，燃磷喷嘴由管中心的压缩空气雾化黄磷液喷管和管外二次空气管组成，黄磷与压缩空气和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。反应后的高温热炉气被水冷夹套5内的锅炉水和换热内件1管内的水吸热而降温到590℃，然后到塔顶炉气出口3出黄磷燃烧塔R，经水加热器E1被管内高压进塔水降温到400℃后去水合塔T1，P2O5与水反应生成85wt％磷酸。水合塔T1有酸泵P4送磷酸循环吸收P2O5水合生成合格产品磷酸，出水合塔T1烟气经吸收塔T2、分离器F1吸收磷酸雾沫后尾气排放。经过软化和除氧器X脱氧处理的锅炉水经泵P3、循环泵P2后先进水冷夹套5，所述的锅炉水部分汽化再经水冷夹套出口9出黄磷燃烧塔R，进入汽包B联产蒸汽，出汽包B的锅炉水分为二路，一路与新补充的新鲜软水汇合经循环泵P2送回水冷夹套进口8，构成水汽循环回路冷却保护塔壁，另一路经加压泵P1加压、水加热器E1升温后，与来自水分离器F的水混合后经换热内件进口管箱6进入换热内件1，在黄磷燃烧炉R内沿换热管螺旋上行，吸收换热管外高温炉气燃烧热产生高温高压蒸汽，再从换热内件出口管箱7出黄磷燃烧炉R，去汽水分离器F送去发电机M，分离出的水送回换热内件进口管箱，或者不产低压蒸汽全部产高压蒸汽送去发电。
实施例2
如图3所示的黄磷燃烧塔，包括带有上下封头的圆筒形壳体和换热内件1，壳体下部设有燃磷喷嘴2，壳体顶部有炉气出口3，黄磷燃烧炉底部由裙座4支承，壳体上有流通冷却水的水冷夹套5，换热内件1由连通换热内件进口管箱6和换热内件出口管箱7的螺旋形绕管换热管组成，水冷夹套5的下部和上部分别设有水冷夹套进口8和水冷夹套出口9，所述的换热内件进口管箱6不在壳体侧壁，而是和换热内件出口管箱7都在壳体顶部对称布置，所述的换热管为底部是U形弯头的换热管。
如图4所示的磷酸生产装置，包括黄磷燃烧炉R、汽包B、汽水分离器F、水加热器E1、加压泵P1和循环泵P2，所述的黄磷燃烧炉R的结构如图3所示，所述的换热内件进口管箱6和换热内件出口管箱7都在壳体顶部对称布置，所述的水冷夹套出口9与汽包B、循环泵P2依次连接，循环泵P的出口与水冷夹套进口8连接，换热内件出口管箱7与分离器F、加压泵P1、水加热器E1以及换热内件进口管箱6依次连接，炉气出口3与水加热器E1连接。
与实施例1一样，由汽轮和发电系统来的脱氧锅炉加压水补入由炉壳体水夹套和循环泵构成的燃磷炉壳体低温水循环系统，控制汽包压力2MPa，温度200℃多，部分低压水经加压泵升到16MPa，再经水加热器到400℃。所述的换热内件出口管箱7与汽水分离器F、加压泵P1依次连接，加压泵P1的出口和水加热器E1及换热内件进口管箱6连接。用黄磷燃烧塔出口600℃的高温炉气热和塔内燃烧联产16MPa、540℃的高温高压蒸汽送去发电。
实施例3
如图5所示的黄磷燃烧塔，包括带有上下封头的圆筒形壳体和换热内件1，壳体下部设有燃磷喷嘴2，壳体顶部有炉气出口3，黄磷燃烧炉底部由裙座4支承，壳体上有流通冷却水的水冷夹套5，所述的水冷夹套5的中部设有圆形分隔圈10，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5A和下部水冷夹套5B，所述的下部水冷夹套5B与设在壳体下部的换热内件进口管箱6连通。
如图6所示的热法磷酸生产装置，包括黄磷燃烧炉R、汽包B、水分离器F、水加热器E1、循环泵P2和加压泵P1，所述的上部水冷夹套出口9B后连接汽包B，所述的汽包B后的管路分为二路，一路经循环泵P2后连接上部水冷夹套进口9A，另一路经加压泵P1后依次连接水加热器E1和下部水冷夹套进口8A，所述的下部水冷夹套5B与位于壳体下部的换热内件进口管箱6连通，所述的换热内件出口管箱7与水分离器F连接，所述的水分离器F的出口与进下部水冷夹套进口8A的管路连接，所述的炉气出口3与水加热器E1连接。
上述装置运行时，黄磷经低压蒸汽加热熔化成液态，用压缩空气雾化经黄磷燃烧喷嘴进入黄磷燃烧塔R，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。反应后的高温热炉气被水冷夹套内的低温锅炉水和换热内件管内的水吸热而降温，然后到塔顶炉气出口3出黄磷燃烧塔R后去水加热器E1并送去下一工序。低温锅炉水先经上部水冷夹套进口9A进入上部水冷夹套5A，冷却塔壁，再经上部水冷夹套出口9B出黄磷燃烧塔R，进入汽包B联产蒸汽，出汽包后分为二路，一路用循环泵P2送回上部水冷夹套进口9A，另一路经加压泵P1加压后经水加热器E1换热再送入下部水冷夹套进口8A，再经换热内件进口管箱6进入换热内件1，螺旋上行吸收塔内反应热产出高温高压蒸汽，再从换热内件出口管箱7送去水分离器F分离水份，之后送去头灵机发电或带动压缩机或水泵用于工艺蒸汽。
实施例4
如图7所示的黄磷燃烧塔，包括带有上下封头的圆筒形壳体和换热内件1，壳体下部设有燃磷喷嘴2，壳体顶部有炉气出口3，壳体上有流通冷却水的水冷夹套5，所述的黄磷燃烧炉的水冷夹套5是螺旋管水冷夹套，即所述的水冷夹套5内设有螺旋管换热管，所述的换热内件1是水冷绕管组，所述的换热内件进口管箱6和换热内件出口管箱7都在壳体顶部，所述的换热管为底部是U形弯头的换热管。所述的壳体上部和下部分别设有水冷夹套螺旋管出口11B和水冷夹套螺旋管进口1A，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11B和水冷夹套螺旋管进口11A连通。
如图8所示的热法磷酸生产装置，包括黄磷燃烧炉R、汽包B、水分离器F、加压泵P1、水加热器E1和冷凝液加压泵P5，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11A、水冷夹套螺旋管出口11B连接，所述的水冷夹套螺旋管出口11B与汽包B连接，所述的汽包B与来自冷凝液加压泵P5、水加热器E1的管路连接，再与水冷夹套螺旋管进口11A连接。所述的换热内件出口管箱7与水分离器F，所述的水分离器F与加压泵P1以及来自水加热器E1的管路连接，所述的加压泵P1与换热内件进口管箱6连接。
出汽包B的低温锅炉水与来自冷凝液加压泵P5、水加热器E1的水混合后，一路进入水冷夹套螺旋管进口11A，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11B送去汽包B联产蒸汽，另一路与出水分离器F的水混合，进加压泵P1加压后进入换热内件进口管箱6，送入换热内件吸收塔内反应热，最后从换热内件出口管箱7去水分离器F。高压蒸汽送去发电，分离的水再进换热内件。
实施例5
用图1结构黄磷燃烧塔，和图2联产高压蒸汽的热法磷酸生产装置，壳体内径4米，筒体直筒段高12米，加上下封头总高17米，壳体用低温水冷夹套，塔内中上段设有总高8米，采用DN25之直径绕管水冷换热内件，总换热面积7700M2，与塔容积比，比冷面50M2/M3，黄磷燃烧塔采用工艺条件负微压操作，原料黄磷6.75吨/时，在60℃下熔融，用总空气过剩系数1.5，其中0.3MPa压缩空气雾化经二支对称布置的黄磷燃烧塔喷磷枪进入黄磷燃烧塔，在黄磷燃烧塔下部燃烧中心高达2600℃高温下燃烧，生成P4O10，因送入作氧化剂的湿空气中含有7％的水分H2O·P4O10与H2O反应生成超磷酸化合物，此物在塔和管内壁＜490℃时冷凝形成固体结膜物，附在水冷塔内壁和水管换热绕管上保护壳体内部和管壁免受强酸性腐蚀。炉气流在塔体内壁和换热管间流动换热到600℃出黄磷燃烧塔，600℃高温炉气经水加热器或废热锅炉回收热量降温到400℃进水合塔用热的80％磷酸循环吸收水合反应P4O10+H2O后生成偏磷酸、焦磷酸和正磷酸，最后生产得85wt％磷酸合格产品25吨/小时，即年产20万吨85％磷酸，产品输出，出水合塔气体经低温低浓磷酸吸收P4O10并经除雾达到环保排放标准后，吸收稀酸回收送水合塔。
经黄磷燃烧塔和水合塔之间水加热器换热升温到310℃的高温高压水进黄磷燃烧塔，绕管换热管组吸收管外高温炉气燃烧热联产10MPa下310℃蒸汽，再在管外高于600℃的高温炉气加热下饱和蒸汽过热到510℃从顶部出口管箱出黄磷燃烧塔，送到背压发电机组，排气压力0.01MPa，每吨蒸汽发电300KW以上，比现有技术大幅提高。
实施例6
采用图3的黄磷燃烧炉，和图9的热法磷酸生产装置，黄磷燃烧塔直径3.6米，壳体直筒段高15米，燃磷量5200kg/h，燃磷枪二支，高1.65米，180度对称布置。炉壳体用水冷夹套，内设绕管水冷内件，采用DN20耐酸306L合金钢换热管，下部连接设在离壳体与下封头连接线高4M高，换热管面积5200M2，5.2吨/h黄磷经低压蒸汽加热在55℃下熔化成液态用0.2MPa压缩空气在空气过剩系数1.6下经喷枪雾化与二次空气混合在黄磷燃烧炉内在中心燃烧温度2600℃以上高温燃烧生成P2O10，并放出大量反应热，高温热炉气被水冷夹套5内的低温水和换热内件1管内高压水吸热而降温到塔顶出口到450℃出黄磷燃烧塔R后去水合塔T1中P2O5与水反应生成85wt％磷酸。经过软化和除氧器X脱氧处理的50℃低温锅炉水经泵P3进黄磷燃烧塔塔壁水冷夹套5，冷却塔壁保持在＜150℃，水经上部水冷夹套出口5B经加压泵P1加压到6.2MPa送入水加热器E1用出塔热炉气加热到270℃进入顶部换热内件进塔管箱，在塔内绕管换热管组吸收管外＞600℃的高温热气燃烧热，产6.2MPa、温度470℃高压蒸汽送去发电，比现有国内外技术大幅提高。
本申请专利采用高低双汽化压力冷却炉壁和燃磷炉气，回收高温反应热，以低压水循环用于气化炉水冷壁，确保塔内壁处于低温，确保设备强度，再用加压水泵升到＞4MPa高压水，再经出塔高温炉气水加热器和炉内绕管换热内件产生＞4MPa高温高压过热蒸汽，甚至亚临界和超临界过热蒸汽用于高效发电，使发电效率可达30％以上。
以上仅为本发明的一种实施例，相关人员可在本发明的范围内进行各种组合变化，本发明保护的技术范围须根据权利要求。

Claims (10)

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。
6.根据权利要求5所述的磷酸生产装置，其特征在于，所述的水加热器是水冷绕管换热器。
7.根据权利要求5所述的磷酸生产装置，其特征在于，所述的磷酸生产装置联合生产压力＞6Mpa、温度＞380℃的过热蒸汽。
8.一种使用如权利要求2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夹套低压水汽循环，另一路经加压泵后依次连接水加热器和下部水冷夹套进口或经加压泵后直接连接下部水冷夹套进口，所述的下部水冷夹套与位于壳体下部的换热内件进口管箱连通，所述的换热内件出口管箱与水分离器连接，所述的水分离器的出口与进下部水冷夹套进口的管路连接，所述的炉气出口与水加热器壳程连接，加热经下部水冷夹套进口进入换热内件的高压水，所述的水加热器的管程出口连接换热内件进口管箱，换热内件产生高压蒸汽送去透平发电或带动压缩机、水泵。
9.根据权利要求5或8所述的磷酸生产装置，其特征在于，黄磷燃烧用氧化剂是富氧空气或氧气。
10.根据权利要求5或8所述的磷酸生产装置，其特征在于，压缩空气压力0.25～8MPa。
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