[发明专利]自然循环沸腾传热回收浆状物料余热及升温利用的方法

说明书

技术领域

本发明涉及浆状物料余热回收利用技术领域，特别是回收强腐蚀性浆状物料余热并提高其再利用温位的节能方法。

背景技术

浆状物料（含固体微粒的溶液，以下简称料浆）化学加工大多伴随着热质交换过程，例如磷矿石酸解料浆冷却、硫酸铵晶浆冷却等，具有强腐蚀、高粘度、低温位以及易堵塞流道等特性，余热回收利用难度大、经济性差，通常作为废热排放，既损失能量又消耗冷却水，在采用蒸发冷却的情况下废热随尾气排放，尾气所含挥发性有害气体需多重净化方可达标，例如磷矿石酸解槽~90℃酸性料浆蒸发冷却尾气除氟（吴佩芝，《湿法磷酸》§15-1~2，化学工业出版社，1987：pp.342~351）。克服上述弊端关键在于低位余热回收再利用应该具有经济竞争性，这需要低成本回收和高效利用两个方面的技术措施。本发明的要点是巧妙利用原有工艺流程及设施，在不增加、甚至缩减原流程及设备的前提下实施料浆冷却余热回收，将其直接、或提高温位后用于替代原工艺消耗的一次热源（指由化石能源物质转化产生的热源），实现节能、减排同时节省冷却水消耗。

发明内容

本发明公开一种自然循环沸腾传热回收腐蚀性料浆余热及提高余热温位替代一次热源的方法。本发明方法适用于各种固体颗粒含量不大于40%（质量%，下同）、表观黏度不大于50mPa·s、温度60~105℃的料浆余热回收与利用。本发明主要发明思想是利用工艺系统自身所需的料浆垂直输送高度，构建上升管内料浆强制对流放热、管外低沸点传热工质（以下简称工质）自然循环沸腾吸热的高效余热回收方式，无需外加循环动力；低沸点传热工质为纯溶剂或完全互溶的二元溶液，其常压沸点温度0 ~ -35℃，在本发明工作范围内沸腾压力0.6 ~ 6.0 MPa；利用工质汽化回收并传递余热，视余热温位是否满足工艺需求，既可直接利用、也可通过本发明方法升温后使用，提高余热利用价值。本发明利用料浆输送过程同步进行余热回收的方法，不仅节约成本、还可节省专为料浆降温所设的工艺过程与设备，对节能、减排、提高经济效益均有显著作用。

如附图所示，利用原工艺系统中的料浆循环泵11，使含余热的料浆（温度T₀，60~105℃）加压进入直立的自然循环再沸器1（管壳式结构）管程底部，分布到列管内上升流动，流速不低于1.5 m/s，向管壁强制对流放热，降温后的料浆（温度T₁，52~103℃）从管程顶部排出，进入后续加工工序。再沸器1列管外（壳程空间）的工质在小于20℃的传热温差推动下间壁接受管内料浆放出的热量而汽化，形成压力0.8~8.0MPa上升气液两相流，进入气液分离器2。在截止阀4与4’均关闭的工况下，通过气液分离器2，工质蒸汽（温度T₂，50~100℃）直接将料浆余热从再沸器1输运到回热器3（直立管壳式换热器结构），蒸汽在回热器3的壳程冷凝放热将管程流动的工艺物流加热到t₃（48~98℃），由此构成余热回收直接利用模式。该模式下气液分离器2与回热器3壳程空间等压，在回热器3壳程冷凝的工质从底部返回气液分离器2的液相空间，并通过下降管从底部进入再沸器1壳程、其沸腾传热高度至少6.0 m、汽化产生气液两相流的平均密度比下降管内液相工质密度小至少1倍，由密度差产生的自然循环推动力，确保下降管内液体工质的质量流量与回热器3壳程内冷凝的蒸汽质量流量之比大于5.0。余热回收直接利用模式下，工质既可采用纯溶剂也可采用完全互溶的二元溶液。