CN203976407U - 一种具有热能回收功能的燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有热能回收功能的燃烧装置，属于磷化工生产技术领域。包括燃烧塔和汽包，燃烧塔包括塔体、塔体上端的上封头、塔体下端的下封头、上封头上的烟气出口、塔体侧壁上的带夹套的喷磷枪和塔体内侧设置的由多根换热管与连于相邻换热管之间的换热翅片围成的具有中空腔的环形膜式水冷壁，汽包上设有补水口和多个蒸汽出口；环形膜式水冷壁与塔体之间设有保温层，环形膜式水冷壁上、下两端分别连有上集箱和下集箱，上集箱设于塔体上端与上封头之间并通过多根上升管与汽包连接，下集箱设于塔体下端与下封头之间并通过多根下降管与汽包连接，其中一根下降管连通夹套。该装置可以由原有的燃烧塔改造而来，节约了能源，降低了成本。

Description

一种具有热能回收功能的燃烧装置

技术领域

本实用新型属于磷化工生产技术领域，特别涉及一种具有热能回收功能的燃烧装置。

背景技术

众所周知，磷酸生产的方法主要有湿法和热法两种。其中用硫酸及其他无机酸处理磷矿石制作的磷酸为湿法磷酸；用电炉或高炉生产单质磷而后经燃烧水化得到的磷酸则称为热法磷酸。同湿法磷酸相比，热法磷酸的纯度和浓度均较高。因此在很多领域应用广泛，且随着工业的发展和人民生活水平的提高，热法磷酸的需求量越来越大。在热法磷酸生产过程中会用到燃烧塔。

国内目前热法磷酸的生产，基本上没有进行有效的余热利用。由于燃磷塔内P₂O₅烟气具有极强的腐蚀性，且随着温度的升高腐蚀加剧。因此通过降低燃磷塔内高温烟气的温度来达到减轻腐蚀的目的，国内现有燃磷塔的周壁布置了上下两个水冷夹套，进口水温约为35~40℃，出口水温约为50~55℃。这样低温的余热在工业上不但没法利用，反而需要一个庞大的换热器来回收循环水的热量。与此同时，为熔化进入喷磷枪的固态磷，工艺上必须配置额外的蒸汽锅炉。可以看出，我国目前的燃磷塔装置没有合理地利用余热，并对环境产生热污染，导致能源的浪费与高的生产成本。

国外对热法磷酸生产中的热能利用研究相对较早，形成了包括磷酸凝液处理、炉内温度控制及余热利用装置的布局结构等一整套理论与方法，并且设计的装置在生产中也已产生了可观的经济效益。液态磷由喷嘴进入燃烧腔，与由空气吸入管进入的空气混合燃烧，生成的P₂O₅烟气最后经出气口排出。整个磷燃烧火焰都被腔内环状分布的竖直管束所包围。这些管束作为辐射吸热元件，与其他部件一起组成了一个能够产生蒸汽的燃磷特种锅炉。该结构与现有的燃烧塔结构差异大，不能由现有的燃烧塔直接改装而来，设备更换成本高。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种具有热能回收功能的燃烧装置，可以将黄磷燃烧过程产生的热量有效地回收利用，节约了能源，降低了成本。所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种具有热能回收功能的燃烧装置，包括燃烧塔1和燃烧塔1上方的汽包2，所述燃烧塔1包括圆柱型的塔体3、塔体3上端的上封头4、塔体3下端的下封头5、上封头4上的烟气出口6、塔体3侧壁上的带夹套7的喷磷枪8和塔体3内侧设置的由多根换热管9与连于相邻换热管9之间的换热翅片10围成的具有中空腔的环形膜式水冷壁11，所述汽包2上设有补水口17和多个蒸汽出口18；所述环形膜式水冷壁11与塔体3之间设有保温层12，所述环形膜式水冷壁11上、下两端分别连有上集箱13和下集箱14，所述上集箱13设于所述塔体3上端与所述上封头4之间并通过多根上升管15与所述汽包2连接，所述下集箱14设于所述塔体3下端与所述下封头5之间并通过多根下降管16与所述汽包2连接，其中一根所述下降管16连通所述夹套7。

进一步地，本实用新型实施例中的汽包2上还设有水位计19。

进一步地，本实用新型实施例中的蒸汽出口18通过管路与熔磷槽的加热夹套相连。

其中，本实用新型实施例中的上集箱13和下集箱14为环形管状结构。

进一步地，本实用新型实施例提供的具有热能回收功能的燃烧装置还包括用于支撑所述燃烧塔1的裙座支撑或钢架悬吊。

具体地，本实用新型实施例中的上升管15和下降管16的数量为4。

优选地，本实用新型实施例中的下降管16用于连接所述汽包2及下集箱14的两端分别设计有弯头。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1、本实用新型实施例中的燃烧装置的燃烧室与现有结构的基本形状相同，体积相近；燃磷塔结构及燃烧器与燃烧室的相对安装位置不变。因此该装置能保证完成磷的燃烧，并产生足量的P₂O₅烟气。

2、将水冷夹套换成膜式水冷壁后，实现了对热法磷酸生产过程的余热回收，有效热利用率可大大提高。

3、整个燃磷装置的重量可由裙座支撑或用钢架悬吊，工作时炉体的热膨胀可向上或向下自由伸展；下降管两端与汽包及下集箱的连接处都设计有弯头，可作为热补偿器，自动补偿各部件的热膨胀量之差。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的具有热能回收功能的燃烧装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的环形膜式水冷壁的结构示意图。

图中：1燃烧塔、2汽包、3塔体、4上封头、5下封头、6烟气出口、7夹套、8喷磷枪、9换热管、10换热翅片、11环形膜式水冷壁、12保温层、13上集箱、14下集箱、15上升管、16下降管、17补水口、18蒸汽出口、19水位计。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

参见图1-2，本实用新型实施例提供了一种具有热能回收功能的燃烧装置，该装置包括用于燃烧黄磷的燃烧塔1和燃烧塔1上方的用于收集蒸汽的汽包2。其中，燃烧塔1包括圆柱型的塔体3、塔体3上端的上封头4、塔体3下端的下封头5、上封头4上的烟气出口6（通过管路与熔磷槽连接）、塔体3侧壁上（具体为塔体3中下部）的带夹套7的喷磷枪8和塔体3内侧设置的由多根换热管9（沿塔体3内侧壁设置且与其具有一定间隙）与连于相邻换热管9之间的换热翅片10围成的具有中空腔的环形膜式水冷壁11等。其中，汽包2上设有补水口17和多个带控制阀的蒸汽出口18等。其中，燃烧塔1可以由现有的燃烧塔改造而来，汽包2设于燃烧塔1正上方，具体可以为圆柱形密封结构。上封头4、下封头5和环形膜式水冷壁11围成的中空腔组成一个供黄磷燃烧的空腔，烟气出口6与该空腔连通，喷磷枪8伸入该空腔中。其中，环形膜式水冷壁11与塔体3之间设有保温层12（采用常见的保温材料），环形膜式水冷壁11上、下两端分别连有上集箱13和下集箱14分别用于收集换热管9输出的蒸汽和用于为换热管9提供热水（具体地，换热管9的上下两端分别与上集箱13和下集箱14连通，换热翅片10的上下两端分别固定在上集箱13和下集箱14上），上集箱13设于塔体3上端与上封头4之间，且上集箱13通过多根上升管15与汽包2的蒸汽入口连接。下集箱14设于塔体3下端与下封头5之间，且下集箱14通过多根下降管16与汽包2的热水输出口连接，其中一根下降管16连通喷磷枪8的夹套7用于为喷磷枪8加热。其中，本实施例中的换热管9与换热翅片10的组成中空腔的内侧为耐磷酸腐蚀的材料，换热管9的上下两端基本与塔体3的上下两端平齐。

进一步地，参见图1，本实用新型实施例中的汽包2上还设有水位计19用于监控汽包2中的水位。

进一步地，本实用新型实施例中，汽包2上其中一个蒸汽出口18通过管路与熔磷槽的加热夹套相连用于保温黄磷，其他的蒸汽出口18可以输出到其他需要蒸汽的设备，如过滤器、脱砷反应釜或脱吸反应釜等。

其中，本实用新型实施例中的上集箱13和下集箱14为环形管状结构。

进一步地，本实用新型实施例提供的具有热能回收功能的燃烧装置还包括用于支撑燃烧塔1的裙座支撑或钢架悬吊，工作时塔体的热膨胀可向上或向下自由伸展。

具体地，本实用新型实施例中的上升管15和下降管16的数量为4，均匀布置在燃烧塔的四周。

优选地，参见图1，本实用新型实施例中的下降管16用于连接汽包2及下集箱14的两端分别设计有弯头，可作为热补偿器，自动补偿各部件的热膨胀量之差。

本装置成功的应用案例有：云南省磷化工中试基地对新型燃磷塔的实测结果，实验中燃磷塔的结构参数与物料。参数见下表1和表2：表1：本实施例中的燃磷装置余热利用实测结果

         表2：本实施例中的燃磷装置余热利用系统结构及物流参数

从上表可以看出，将燃磷塔的水冷夹套换成膜式水冷壁后，不仅不会影响磷酸的原有生产能力，反而会副产出大量的饱和蒸汽；同时有效余热回收率也会大大提高，且这种回收率随燃磷量的增加而上升。这主要是由于辐射换热量与烟气温度的4次方成正比。

余热利用的计算。燃磷塔与普通工业锅炉不仅结构上相像，在基本传热特性上也有一定的相似之处。由于液态磷喷入燃磷塔雾化燃烧的时间很短，塔内燃烧过程与传热过程几乎是同时进行的。另一方面由于塔内烟气流速很小，温度很高，传热以辐射为主，对流换热只占很小的比例(小于5%)。因此在计算塔内换热时，只需考虑辐射换热。炉内温度场、烟气与壁面的黑度及温度都会影响辐射换热的大小。基于上面分析，普通工业锅炉传热计算的一些方法原理对低压燃磷特种锅炉依然适用。

燃磷塔的传热计算中，有两个重要参数:理论燃烧温度和烟气排放温度。理论燃烧温度可依下式计算:

计算烟气排放温度依据热平衡原理，即P₂O₅烟气的放热量Q2应等于换热介质水变成蒸汽所吸收的热量Q1。总吸热量Q1可按炉膛内辐射传热的经验公式来计算:烟气的放热量Q2应等于换热介质水变成蒸汽所吸收的热量Q1。

据热平衡原理知Q1=Q2，于是通过试差法经多次衡算即可确定烟气排放温度T0。但实际生产中，由于存在自然对流热损失及塔顶、塔底热损失，所以Q1不可能等于Q2。但相对于水冷壁的辐射吸热而言，这部分热损失相对较少，仅占总放热量的8%左右。因此具体计算中，可把Q1比Q2小8%左右时所对应的T0作为烟气排放温度。下面的表4-3给出了新型燃磷塔在不同工况下的理论燃烧温度和烟气排放温度，同时由烟气排放温度计算了理论产汽量。

表3：本实施例中的燃烧装置的理论燃烧温度、烟气排放温度及产汽

将表1和表3进行比较发现，理论产汽量与实际产汽量误差均小于10%，在工程允许范围内。另外，理论产汽量略小于实际产汽量，也说明新型燃磷塔的实际热损失小于8%。

通过以上云南磷化工中试基地实测数据的分析，可以看出该新型燃磷装置不仅能满足热法磷酸生产的工艺要求，而且能有效的进行余热回收。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有热能回收功能的燃烧装置，其特征在于，包括燃烧塔(1)和燃烧塔(1)上方的汽包(2)，所述燃烧塔(1)包括圆柱型的塔体(3)、塔体(3)上端的上封头(4)、塔体(3)下端的下封头(5)、上封头(4)上的烟气出口(6)、塔体(3)侧壁上的带夹套(7)的喷磷枪(8)和塔体(3)内侧设置的由多根换热管(9)与连于相邻换热管(9)之间的换热翅片(10)围成的具有中空腔的环形膜式水冷壁(11)，所述汽包(2)上设有补水口(17)和多个蒸汽出口(18)；

所述环形膜式水冷壁(11)与塔体(3)之间设有保温层(12)，所述环形膜式水冷壁(11)上、下两端分别连有上集箱(13)和下集箱(14)，所述上集箱(13)设于所述塔体(3)上端与所述上封头(4)之间并通过多根上升管(15)与所述汽包(2)连接，所述下集箱(14)设于所述塔体(3)下端与所述下封头(5)之间并通过多根下降管(16)与所述汽包(2)连接，其中一根所述下降管(16)连通所述夹套(7)。

2.根据权利要求1所述的具有热能回收功能的燃烧装置，其特征在于，所述汽包(2)上还设有水位计(19)。

3.根据权利要求1所述的具有热能回收功能的燃烧装置，其特征在于，所述蒸汽出口(18)通过管路与熔磷槽的加热夹套相连。

4.根据权利要求1所述的具有热能回收功能的燃烧装置，其特征在于，所述上集箱(13)和下集箱(14)为环形管状结构。

5.根据权利要求1所述的具有热能回收功能的燃烧装置，其特征在于，所述装置还包括用于支撑所述燃烧塔(1)的裙座支撑或钢架悬吊。

6.根据权利要求1所述的具有热能回收功能的燃烧装置，其特征在于，所述上升管(15)和下降管(16)的数量为4。

7.根据权利要求1-6任一项所述的具有热能回收功能的燃烧装置，其特征在于，所述下降管(16)用于连接所述汽包(2)及下集箱(14)的两端分别设计有弯头。