一种热法磷酸燃磷水化一体化余热回收装置的制作方法

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。

技术实现要素：

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。