CN111998322A - 一种热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置，包括汽包、燃磷水化一体化塔、导汽管、下降管、弹性吊钩、支吊架。燃磷水化一体化塔由上中下三部分组成，上部为燃烧辐射段，包括旋流燃烧器、上封头、上塔体；中部为缩放连通段，包括锥形收缩管、波纹连接管、锥形扩展管；下部为水化对流段，包括下塔体、喷酸雾化器、下封头、尾气出口、磷酸出口；燃磷水化一体化塔的上塔体和下塔体均为带有上下环形集箱的膜式水冷壁结构，通过辐射对流换热方式回收燃烧反应热和水化热，产生工业蒸汽供生产工艺使用。本发明对热法磷酸工艺中的余热进行整体回收利用，可以提高回收利用率，提高装置集成度，减小装置占地面积，产生高品质蒸汽，经济效益较好。

Description

一种热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置

技术领域

本发明涉及热能的回收与利用技术领域，尤其涉及一种热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置。

背景技术

热法磷酸的生产工艺主要有黄磷燃烧、水合、尾气处理三个部分组成。其中，黄磷燃烧：用单质磷制取五氧化二磷气体；水合：五氧化二磷被稀磷酸吸收成高浓度磷酸(装置第一次启动时用水对五氧化二磷气体进行水合)；尾气处理：用水或稀磷酸吸收后达标排放。热法磷酸分为一步法和二步法。一步法工艺，即是液态磷的雾化燃烧和P₂O₅水合产酸在燃磷水化塔一台设备中完成，单系列装置能力大，但是无法生产高浓度高品质的磷酸，燃烧热和水化热都没有回收利用；二步法工艺，是指液态磷在燃磷塔中雾化燃烧生成P₂O₅，含P₂O₅的气体进入水化塔与循环稀磷酸中的水化合生成成品磷酸，即燃磷、P₂O₅的水合分别在两台设备中完成，燃烧塔和水化塔分开布置，占地面积广，设备投资大；在现有热法磷酸二步法中，燃磷塔中燃烧反应热被高效回收利用，而水化塔的余热尚未得到利用。同时也不存在对热法磷酸二步法中的燃磷塔、水化塔以及浓磷酸的热量进行综合利用的整体式装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明的目的在于提供一种热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置，在保证不影响磷酸产量的同时，将燃磷塔与水化塔结合，形成热法磷酸燃磷水化一体化塔，既可以减小占地面积，提高装备集成度，还可以利用燃烧辐射段、水化对流段、浓磷酸的热量产生蒸汽，余热回收利用效率进一步提高，降低生产成本，提高经济效益和产品竞争力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置，包括汽包、燃磷水化一体化塔、导汽管、下降管、支吊架等。所述燃磷水化一体化塔包括燃烧辐射段、缩放连通段、水化对流段三个部分，燃烧辐射段又包括旋流燃烧器、上封头、A冷却盘管、上塔体、沟形槽,所述上塔体包括圆筒形的A膜式水冷壁、A上集箱、A下集箱、A下降接管、A导汽出口接管。所述A膜式水冷壁包括多根管道和多根肋片，管道与翅片相隔交替焊接成一个圆筒形结构，其管道的上端与A上集箱固定连通，其管道的下端与A下集箱固定连通。所述A导汽出口接管有多个均布且与A上集箱连通，所述A下降接管有多个均布且与A下集箱连通，所述A下降分流管与下降总管连通，所述B下降分流管与下降总管连通，所述A上集箱上固定连接有上封头。

根据热法磷酸燃磷塔实际的运行情况，沿塔壁不断有液态结膜物落下，为了及时排出液态结膜物不进入水化对流段，在燃烧辐射段塔体下部设置沟形槽，所述的沟形槽由多根环形管组成，向装置中心线方向延展，并与沟形槽所在平面中心线成一定角度的夹角，沟形槽所在平面与装置中心线成较小角度的夹角，并在沟形槽平面最低处设置出口。

为了使燃烧更加充分，热利用效率更高，所述旋流燃烧器包括磷进口管、一次风管、二次风管、旋流叶片，旋流叶片布置在二次风管的管道内，对二次风起到旋流的作用，以强化混合燃烧。所述A上集箱、A下集箱、B上集箱、B下集箱所在平面互相平行且均垂直于装置中心线。

为了充分回收P₂O₅工艺气体在水化过程的释放的余热，水化对流段的塔体设置为带有上下环形集箱的膜式水冷壁结构，通过对流换热回收余热。所述水化对流段包括：B上集箱、B导汽出口接管、B膜式水冷壁、喷酸雾化器、尾气出口管、B下集箱、B下降进口接管、下封头、裙座和磷酸出口管。所述的B膜式水冷壁由多根管道和肋片相隔焊接形成一个环状圆筒形结构,其管道的上端与B上集箱固定连通，其管道下端与B下集箱固定连通；所述B导汽出口接管有多个均布且与B上集箱固定连通，所述B下降进口接管有多个且与B下集箱固定连通。所述喷酸雾化器位于水化对流段的塔体上部，分层布置，层数按工程实际布置，每层按照工程实际布置若干个喷酸雾化器。所述尾气出口管位于水化对流段的塔体壁下端，所述磷酸出口管位于下封头底部。

为了使燃烧辐射段和水化对流段密封连接，使五氧化二磷等工艺气体加速通流，并能阻断水化对流段塔体内酸雾上窜，所述缩放连通段包括：锥形收缩管、波纹连接管、锥形扩展管,所述锥形收缩管外侧均布置有多个不同直径的B冷却盘管紧密组合固定，锥形扩展管的外侧均布置有多个不同直径的C冷却盘管紧密组合固定，所述B、C冷却盘管的截面为半圆形，冷却盘管与上封头、下封头外壁固定连接。波纹连接管位于锥形收缩管与锥形扩展管之间，起到抗热膨胀、抗腐蚀的作用；为使波纹连接管有效冷却，在其外侧设置有冷却套管。

为了使上下整体结构更好地自由热膨胀，作为优选方案，多个沿竖直方向布置悬吊燃烧辐射段的弹性吊钩，所述弹性吊钩上端与支吊架连接，所述弹性吊钩下端与固定在A上集箱上的吊耳连接。

为了使汽水循环可靠安全运行，所述的汽包设置在燃磷水化一体化塔上方的，汽包主要包括：蒸汽出口管、给水进口管、壳体、A导汽进口接管、下降总管出口接口、B导汽进口接管、汽包支座；蒸汽出口管置于壳体的中心顶部以及时排出蒸汽到用户，下降总管出口接口布置在壳体的两侧底部，A导汽进口接管和B导汽进口接管均布在壳体上，为了确保汽包稳定运行，在汽包体下方布置两个汽包支座，汽包支座通过螺栓固定在支吊架上。

为提高装置安装稳定性，所述的水化对流段的塔体底部布置有裙座。

本发明的有益效果是：

1、可获得更高的能源利用率：本发明将传统的燃磷塔与水化塔连接在一起，在燃烧辐射段与水化对流段的塔体均为膜式水冷壁，尤其是水化对流段，用膜式水冷壁结构替代原有的水夹套结构，能有效的吸收水化热；同时，将原有的燃磷塔到水化塔的工艺气体输送管道取消，可以有效提高余热利用率。

2、减小整套装置的占地面积：本发明的燃磷水化一体化塔，将原有的燃磷塔、水化塔、工艺气体输送管道改为燃磷水化一体化塔，占地面积减少一半，同时装置的集成化进一步提高。

3、装置运行更加安全可靠：本发明的燃磷水化一体化塔，燃烧辐射段用多个弹性吊钩吊住整个塔体，汽包由汽包支座固定，弹性吊钩与汽包支座都固定在支吊架上。弹性吊钩的设计与波纹连接管共同作用，增加了装置的膨胀缓冲空间，可抗冲击负荷，提高了整体装置运行的安全可靠性。

4、形成新的副产品：燃烧辐射段的塔体上形成的多聚磷酸体能够抵抗P₂O₅气体的腐蚀，随着生产过程的进行，外层的多聚磷酸体会逐渐脱落，若落入下方的磷酸中，会影响成品质量。在燃烧辐射段的塔体底部采用沟形槽设计，使脱落的多聚磷酸体落到沟形槽中，并排出塔外，形成新的副产品。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明所述汽包的结构示意图；

图3是本发明所述燃烧辐射段的结构示意图；

图4是本发明所述缩放连通段的结构示意图；

图5是本发明所述水化对流段的结构示意图；

图6是本发明所述旋流燃烧器的结构示意图；

图7是图6中的A-A截面示意图。

图中：1.汽包、11.蒸汽出口管、12.给水进口管、13.壳体、14.A导汽进口接管、15.下降总管出口接口、16.B导汽进口接管、17.汽包支座；

2.燃磷水化一体化塔，21.燃烧辐射段，211.旋流燃烧器、2111.磷进口管、2112.一次风管、2113.二次风管、2114.旋流叶片，212.上封头、213.A冷却盘管、214.A上集箱、215.吊耳、216.A导汽出口接管、217.A膜式水冷壁、218.勾形槽、219.A下集箱、2110.A下降进口接管；

22.缩放连通段，221.锥形收缩管、222.B冷却盘管、223.波纹连接管、224.冷却套管、225.锥形扩展管、226.C冷却盘管；

23.水化对流段，231.B上集箱、232.B导汽出口接管、233.B膜式水冷壁、234.喷酸雾化器、235.尾气出口管、236.B下集箱、237.B下降进口接管、238.下封头、239.裙座、2310.磷酸出口管；

3.下降总管、3A.A下降分流管、3B.B下降分流管、4A.A导汽管、4B.B导汽管、5.弹性吊钩、6.支吊架。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，是本发明的一种热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置的实施例：包括汽包1、燃磷水化一体化塔2，下降总管3、A导汽管4A、B导汽管4B、弹性吊钩5、支吊架6等。燃磷水化一体化塔2包括燃烧辐射段21、缩放连通段22、水化对流段23三个部分。

如图2所示，汽包1包括壳体13，在壳体13顶部设有蒸汽出口管11，壳体13上设有往汽包1内补充水的给水进口管12，壳体13底部设有通往燃烧辐射段21和水化对流段23输送循环水的下降总管出口接管15，壳体13上设有往汽包1内导入汽水混合物的A导汽进口接管14和B导汽进口接管16。

如图3所示，燃烧辐射段21包括旋流燃烧器211、上封头212、A冷却盘管213、A上集箱214、吊耳215、A导汽出口接管216、A膜式水冷壁217、勾形槽218、A下集箱219、A下降接管2110。A膜式水冷壁217由多根管道和肋片相隔焊接形成一个环状圆筒形结构,其管道的上端与A上集箱214固定连通，其管道下端与A下集箱219固定连通。

如图4所示，缩放连通段22包括：锥形收缩管221、B冷却盘管222、波纹连接管223、冷却套管224、锥形扩展管225、C冷却盘管226。所述的锥形收缩管221下端口与波纹连接管223上端固定连接，B冷却盘管222为多根直径不同的半圆形盘管，且按照直径不同顺序间隔焊接在锥形收缩管221的外侧，各盘管之间相互连通，冷却套管224套置于波纹连接管223外侧且两端封闭，C冷却盘管226有多根直径不同的半圆形盘管，且按照直径不同顺序间隔焊接在锥形扩展管225的外侧，各盘管之间相互连通。

如图5所示，所述水化对流段23包括：B上集箱231、B导汽出口接管232、B膜式水冷壁233、喷酸雾化器234、尾气出口管235、B下集箱236、B下降进口接管237、下封头238、裙座239及磷酸出口管2310。所述的B膜式水冷壁233由多根管道和肋片相隔焊接形成一个环状圆筒形结构,其管道的上端与B上集箱231固定连通，其管道下端与B下集箱236固定连通；所述B导汽出口接管232有多个均布且与B上集箱231固定连通，所述B下降进口接管237有多个且与B下集箱236固定连通。所述的喷酸雾化器234有多层沿圆周方向均布多个在塔壁的上部，所述尾气出口管235位于B膜式水冷壁233下端且塔体内连通，所述磷酸出口管2310位于下封头238底部且与其内侧连通，所述的下封头238上端与B下集箱236的底部固定连接。

如图6和图7所示，旋流燃烧器211置于在燃烧辐射段21上中心顶部，与上封头212上端固定连接，旋流燃烧器211包括磷进口管2111、一次风管2112、二次风管2113、旋流叶片2114，二次风管2113套在一次风管2112外部且同心，旋流叶片2114布置在二次风管2113通道内且固定在一次风管2112的外侧。

燃磷水化一体化余热回收装置的工艺流程：

具有一定温度的液态磷进入燃烧器在高压一次风的作用下，雾化后喷入燃烧辐射段21塔体内部，同时在二次旋流风的混合作用下，在塔体内形成回流区进行充分混合燃烧，产生的2100℃以上高温工艺气体首先与燃烧辐射段21的A膜式水冷壁217进行强烈辐射换热，气温降到650℃左右，继续向下流动，穿过缩放连通段22，产生的热膨胀由波纹连接管223吸收，工艺气体进入水化对流段23后，在水化对流段23塔体的上部由多层结构的喷酸雾化器234喷洒稀磷酸循环吸收P₂₁O₅，水化成磷酸成品进入下封头238，由磷酸出口管2310排出，小部分进入成品酸罐，大部分加水稀释后由循环酸泵加压后，再进入下一次酸循环。水化过程热量由水化对流段23塔体内布置的B膜式水冷壁233吸热带走；带有一定量酸雾的气体从尾气出口管235排出水化对流段23，再进入除雾系统进一步回收含磷酸雾，回收所得到的稀磷酸返回水化对流段23进行循环；尾气达标后由烟囱排入大气。

燃磷水化一体化余热回收装置的汽水流程：

从汽包1的下降总管3引出循环水，下降总管3引出的循环水分两路：一路由A下降分流管3A引入A下集箱219，分配进入A膜式水冷壁217的上升管内，上升管内汽水混合物得到辐射加热汽化，在汽水混合物浮升力的作用下，进入A上集箱215内，由A导汽出口接管216导入A导汽管4A，在经A导汽进口接管14引入汽包1内；另一路由B下降分流管3B引入B下集箱236，分配进入B膜式水冷壁233的上升管内，上升管内汽水混合物得到辐射加热汽化，在汽水混合物浮升力的作用下，进入B上集箱内231，由B导汽出口接管232导入B导汽管4B，在经B导汽进口接管16引入汽包1内；导入的汽水混合物进入汽水分离器进行汽水分离，分离出来的水参与下一次水循环，分离出来的饱和蒸汽由汽包1的蒸汽出口管11引出。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置；包括汽包(1)、燃磷水化一体塔(2)、下降总管(3)、A导汽管(4A)、B导汽管(4B)、弹性吊钩(5)、支吊架(6)，其特征是：所述燃磷水化一体塔(2)包括燃烧辐射段(21)，缩放连通段(22)和水化对流段(23)三部分，燃烧辐射段(21)位于水化对流段(23)上方，中间为缩放连通段(22)，缩放连通段(22)上部的锥形收缩管(211)与燃烧辐射段(21)的A下集箱(219)底部固定连接、缩放连通段(22)下部的锥形扩展管(225)与水化对流段(23)的B上集箱(231)顶部固定连接；所述的燃烧辐射段(21)与水化对流段(23)的塔体均为带有上下环形集箱的膜式水冷壁；所述的汽包(1)置于燃磷水化一体化塔(2)的上方，A导汽管(4A)上端与汽包(1)的A导汽进口接管(14)固定连通，A导汽管(4A)下端与燃烧辐射段(21)的A上集箱(214)的导汽出口接管(216)连通，B导汽管(4B)上端与汽包(1)的B导汽进口接管(16)固定连通，B导汽管(4B)下端与水化对流段(23)的B上集箱(213)上的B导汽出口接管(232)连通；下降总管(3)的上端与汽包(1)上的下降总管出口接管(15)连通，A下降分流管(3A)上端与下降总管(3)连通，A下降分流管(3A)下端与燃烧辐射段(21)上的A下集箱(219)上的下降进口接管(2110)连通，B下降分流管(3B)上端与下降总管(3)连通，B下降分流管(3B)下端与水化对流段(23)上的B下集箱(236)上的下降进口接管(237)连通；所述燃烧辐射段(21)A上集箱(214)上部均布有与其固定的多个吊耳(215)，所述弹性吊钩(5)一端连接吊耳(215)，弹性吊钩(5)另一端与支吊架(6)连接；所述汽包(1)下部设有汽包支座(17)，汽包支座(17)与支吊架(6)用螺栓连接。

2.如权利要求1所述的热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置特征在于：所述燃烧辐射段(21)包括：旋流燃烧器(211)、上封头(212)、A冷却盘管(213)、A上集箱(214)、吊耳(215)、A导汽出口接管(216)、A膜式水冷壁(217)、沟形槽(218)、A下集箱(219)、A下降进口接管(2110)；所述的旋流燃烧器(211)与上封头(212)上端口固定连接，所述的上封头(212)的下端口与A上集箱(214)固定连接，所述的A膜式水冷壁(217)为由多根管道和肋片相隔焊接形成的一个环状圆筒形结构，A膜式水冷壁(217)管道的上端与A上集箱(214)固定连通，A膜式水冷壁(217)管道下端与A下集箱(219)固定连通；所述的A导汽出口接管(216)有多个均布且与A上集箱(214)固定连通，所述A下降进口接管(2110)与A下集箱(219)固定连通；所述沟形槽(218)位于燃烧辐射段(21)塔体部底部且与A下集箱(219)固定连接，所述沟形槽(218)由多根环形管连接固定组成并向装置中心线方向延展且与装置中心线成一定角度的夹角。

3.如权利要求1所述的热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置，其特征在于：所述缩放连通段(22)包括：锥形收缩管(221)、B冷却盘管(222)、波纹连接管(223)、冷却套管(224)、锥形扩展管(225)、C冷却盘管(226)，所述的锥形收缩管(221)下端口与波纹连接管(223)上端固定连接，B冷却盘管(222)具有多根直径不同的半圆形盘管，且按照直径不同顺序间隔焊接在锥形收缩管(221)的外侧，各半圆形盘管之间相互连通，所述的冷却套管(224)套置于波纹连接管(223)外侧且两端封闭，C冷却盘管(226)具有多根直径不同的半圆形盘管，且按照直径不同顺序间隔焊接在锥形扩展管(225)的外侧，各半圆形盘管之间相互连通。

4.如权利要求1所述的热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置特征在于：所述水化对流段(23)包括：B上集箱(231)、B导汽出口接管(232)、B膜式水冷壁(233)、喷酸雾化器(234)、尾气出口管(235)、B下集箱(236)、B下降进口接管(237)、下封头(238)、裙座(239)及磷酸出口管(2310)，所述的B膜式水冷壁(233)为多根管道和肋片相隔焊接形成的一个环状圆筒形结构,B膜式水冷壁(233)管道的上端与B上集箱(231)固定连通，B膜式水冷壁(233)管道下端与B下集箱(236)固定连通；所述B导汽出口接管(232)有多个均布且与B上集箱(231)固定连通，所述B下降进口接管(237)有多个且与B下集箱(236)固定连通；所述尾气出口管(235)位于B膜式水冷壁(233)下端且与塔体内连通，所述磷酸出口管(2310)位于下封头(238)底部且与其内部连通，所述的下封头(238)上端与B下集箱(236)的底部固定连接。

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