[实用新型]特种燃磷塔及热法磷酸生产热电自平衡系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及热能的回收与利用的技术领域，尤其是一种特种燃磷塔及热法磷酸生产热电自平衡系统。

背景技术

热法磷酸可以达到99.99%以上的高纯度，因而它是国民经济中不可缺少的重要基础化工原料，如高新技术领域中的发光材料，抗甲流N1H1疫苗“达菲－磷酸奥司他韦（奥尔菲）”等生物制剂都需要使用高纯度的热法磷酸做原料。然而，传统的热法磷酸生产也是一个高耗能与排放二氧化碳的行业。不符合节能减排的国策要求。

热法磷酸的生产工艺主要分为冶炼（从磷矿石中提取单质黄磷）、黄磷燃烧（黄磷与空气的燃烧反应生成五氧化二磷）、水化合（五氧化二磷被水化合成高浓度的磷酸）三个工艺过程。其中黄磷燃烧工艺流程的设备和工艺为：由冶炼得到的单质固体黄磷在溶磷槽中被压力为0.2～0.6MPa的蒸汽加热融化为液态黄磷，在重力或齿轮泵的作用下进入喷磷枪，在喷磷枪出口，液态黄磷与高速旋流的压缩空气相遇，得到迅速雾化后喷入燃烧塔内，与二次空气进行强烈混合氧化反应，并释放出大量的热量。经燃烧反应计算，黄磷燃烧的理论燃烧温度达到2500℃。由于高温的五氧化二磷气体及其聚合物对金属壁面产生强烈的高温腐蚀，对燃磷塔及换热器等生产设备具有强烈的腐蚀性和破坏性，严重影响燃磷塔的安全可靠运行和使用寿命。为了确保设备的安全可靠运行，在传统工艺中，通常使用大量的稀磷酸或冷却水来冷却燃磷塔壁或换热器壁，使这些直接接触高温工艺气体的壁面温度控制在80℃以下。这些冷却水或稀磷酸的温度通常在60℃以下，这种低品位的余热在工业上难以利用，而只能通过冷却塔排放到大气中，造成能源的浪费和严重的热污染环境。而对于热法磷酸生产工艺系统中溶磷、供磷设备和相关的管道，为了使保证黄磷的流动和雾化燃烧，要求黄磷处于液化状态，需要设置专用的燃煤锅炉来供给蒸汽用于加热和保温。这样就形成了工艺流程中一方面需要外部提供蒸汽，而自身产生的高温反应热因不能利用而造成白白浪费掉的严重不合理。

有关热法磷酸生产工艺中，黄磷燃烧反应热的回收和利用技术，国内外从1988年开始，就开展这方面的研究。

公布于2002年6月26日的中国专利CN01143443.0，《黄磷燃烧热能回收与利用装置及其热法磷酸生产系统》,该专利公开的黄磷燃烧反应热的回收装置和余热回收与利用方法，如图1所示热能回收与利用装置。

（1）热能回收与利用装置包括汽包6、下降管2、下联箱1、上升管3、上联箱4和导汽管9过程的密闭汽水系统，完成水的加热、蒸发、分离过程；给水引入汽包6的水空间，蒸汽从汽包6的汽空间引出。

（2）热能回收与利用装置与反应塔的合二为一，用膜式水冷壁（多根上升管与焊接于管外的翅片构成的密封结构）替代原有的水夹套，将上、下联箱与上下封头连接在一起，构成一个密闭的反应空间，完成黄磷与空气的燃烧反应；同时上升管内水吸热汽化，在下降管和上升管内汽水密度差的作用下，形成自然水循环，完成水的加热、蒸发、分离过程。

（3）所有与高温工艺气体接触的壁面采用金属材料，在燃烧塔内的金属表面喷涂有一层能耐高温五氧化二磷及其聚合物腐蚀的等离子体陶瓷涂层。

（4）该专利已进行工业化实施，每燃烧一吨黄磷能产生0.5MPa的饱和水蒸汽5.96吨，热能回收效率达到η=65%，并节约标准煤560kg与冷却水400吨。该专利的主要不足之处在于：

（1）在燃烧塔内金属内表面喷涂有一层能耐腐蚀的等离子体陶瓷涂层，由于反应塔内的反应气体温度很高，在不同结构或不同材料的连接处在热应力的作用下，涂层会发生脱落或开裂，若是基体材料不耐腐蚀，一旦发生这种情况，基体就会发生腐蚀，将严重影响设备安全可靠运行，而且等离子体陶瓷涂层的价格贵，制造成本高。

（2）喷磷枪接口管附近的发生气体扰流，在喷磷枪附近热流密度很高，换热管或翅片将发生温度过高发生腐蚀现象。一旦换热管发生开裂，一定压力的汽水混合物将喷入塔内，进一步加剧炉内其他受热面的腐蚀。

（3）由于受到结构上受压元件强度和壁面腐蚀限制，该热能利用和回收装置产生的是压力低于1.0MPa的低压饱和蒸汽，主要供自身的工艺需要和其他低压热用户，当周边无其他热用户时，多余的低压蒸汽只能放空，造成二次热污染，整个系统的能源利用率较低。

实用新型内容