[发明专利]双区型高效回收黄磷燃烧热能的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种黄磷燃烧热能回收与利用装置，尤其是涉及一种双区型高效回收黄磷燃烧热能的装置。

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，在航天航空，生物化工，电子信息，生命科学，生物医药等许多高新技术领域中所需的高附加值的高纯度的磷酸（如：食品级、医药级、电子级磷酸等）和精细磷酸盐产品的生产都离不开热法磷酸。如抗甲流N1H1的疫苗“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的行业。生产工艺都采用水或稀磷酸将黄磷反应热带走，水和稀磷酸经冷却后循环使用，而这部份由水或酸带出的低品位热能（温度低于80℃）无法进一步利用；同时，生产工艺上还需设置专用燃煤锅炉为生产提供蒸汽。形成生产系统中既需要外部供给蒸汽而自身产生的反应热却不能合理利用而造成能源浪费的极不合理现象，不仅增加了水、电、煤资源的消耗与CO₂、SO₂等温室气体的排放量，而且反应余热通过循环水排至大气形成热污染。正是由于热法磷酸生产中存在着高耗能与CO₂的高排放，在国际能源危机以及“京都协定书”对发达国家减排要求的双重压力下导致了国际上一些百年磷化工生产企业（如：德国赫斯特、法国罗地亚、英国奥尔布赖特·威尔逊等）从上世纪九十年代开始纷纷退出磷化工产业，将磷化工产业转嫁到发展中国家。中国的磷矿资源位于世界第三位，这既给中国磷化工产业的发展提供了机遇，同时也把高耗能与CO₂排放的危难转嫁给了中国。因此，对中国磷化工企业而言，机遇与危难共存。要使磷化工企业获得可持续发展的关键是“节能减排”，彻底改变热法磷酸生产高耗能的现状。热法磷酸生产中的余热回收与利用技术已是磷化工行业中共性的重点节能技术之一。

针对这一现状，清华大学宋耀祖等人於2001年12月提出了“黄磷燃烧热能回收与利用装置及其热法磷酸生产系统”的发明专利（专利号：ZL 01 143443.0）。该发明专利技术主要包括：                                                提供了一种能回收黄磷燃烧热能的燃磷塔装置，热能的回收是借助于安装在燃磷塔壁面上的多根上升管及其强化换热翅片。主要通过辐射换热方式吸收黄磷燃烧的热能； 采用等离子体陶瓷涂层来防止高温磷蒸汽对金属壁面的腐蚀； 提供了一种利用回收热能来生产热法磷酸的新技术与生产系统。在国内外，该发明专利技术是迄今为止在黄磷燃烧热能的回收与利用领域唯一获得成功应用的工程实例，并实现了产业化。然而，该技术仅提供了一种单区型的燃磷装置（也称燃磷塔），即在该燃磷装置内，热能的回收主要依靠单一的辐射传热的方式。即热能回收是借助于黄磷与氧气反应所产生的高温气体（通常在2500℃以上）与燃磷装置壁面之间的辐射传热来实施。理论分析与工程实践都已表明：在燃磷塔内，当磷与氧气发生化学反应时，除生成制造热法磷酸的五氧化二磷外，还生成多磷酸聚合物，它们是超磷酸，偏磷酸，聚磷酸，焦磷酸，正磷酸形成的混合物。它们积聚在换热管壁面上就形成了气、液、固三相的结膜层。结膜层面向磷燃烧火焰的外层温度可高达600℃左右。由于该结膜层的存在，当工艺气体的温度降到700℃左右时，辐射换热的能力已非常小。因此燃磷塔的出口温度通常均达到700℃左右，即，700℃以下的低温余热不能得到有效的回收。因此仅仅依靠辐射传热方式（即，单区型的黄磷磷酸装置）来实施黄磷燃烧热能的回收，受到很大的限制。已有的（或现有的）发明专利技术的出口温度通常为700℃，热能的理论回收率约65%，实际回收率约55-60%。

发明内容

针对背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种双区型高效回收黄磷燃烧热能的装置，可以使热能回收率理论值达到75%以上，实现热法磷酸生产中对黄磷磷酸热能的高效回收与利用。

本发明采用的技术方案是：

本发明的整个装置从下至上依次包括支架、充分燃烧区组件、对流传热区组件和汽包；充分燃烧区下降管的一端与汽包连通，充分燃烧区下降管的另一端与充分燃烧区组件的下联箱连通；充分燃烧区水蒸汽导汽管的一端与汽包连通，充分燃烧区水蒸汽导汽管的另一端与充分燃烧区组件的上联箱连通；对流传热区下降管的一端与汽包连通，对流传热区下降管的另一端与对流传热区组件中的冷却水入口管连通，对流传热区水蒸汽导汽管的一端与汽包连通，对流传热区水蒸汽导汽管的另一端与对流传热区组件中的水蒸汽出口管连通，充分燃烧区组件的下封头与支架相连接。