[发明专利]强制水循环热法磷酸余热回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及热能的回收与利用的技术领域，尤其涉及一种强制水循环热法磷酸余热回收装置。

背景技术

磷酸是一种重要的化工原料和中间体，可用于制造磷肥及各种磷酸盐，经净化的高纯磷酸还用于食品、医药、电子等工业。

磷酸的生产方法主要有湿法和热法两种，其中湿法是利用强酸分解弱酸盐原理，用硫酸、硝酸或盐酸三种强酸中的任一种来分解天然磷矿石，获取磷酸溶液，其纯度较低，主要用磷肥的生产；热法生产首先将磷矿石在电炉或高炉进行冶炼获得单质磷，然后将单质磷和空气在燃烧塔内燃烧得到P₄O₁₀气体，再经水合获取热法磷酸。从单质磷出发生产热法磷酸的工艺有燃烧水合一步法流程和燃烧水合二步法流程。一步法流程的特点是磷的燃烧与P₄O₁₀的水化在同一设备中进行,燃烧产生的热量主要靠喷淋在塔内壁的、并预先冷却过的大量稀磷酸移走。二步法流程的特点是磷的燃烧与P₄O₁₀的水化分别在燃烧塔与水化塔中进行，传统热法磷酸燃烧塔与水化塔塔壁均采用水夹套结构,燃烧热与水合热通过夹套的冷却水移走,冷却水循环使用。热法磷酸的生产主要包括矿石冶炼、黄磷燃烧及P₄O₁₀气体的水化3个独立的工艺流程。其中黄磷燃烧流程中,固态黄磷首先在熔磷槽中被蒸汽加热熔化至液态,然后熔融磷经喷嘴雾化,与由空气吸入管进入的空气充分混合,在燃烧室剧烈燃烧生成P₄O₁₀气体，同时放出大量热,即使空气过剩系数达1.5,气体的燃烧温度高达1700℃以上。另外高温磷蒸汽及其聚合物对燃烧塔、换热器等生产设备具有极强的腐蚀性,且这种腐蚀性随温度升高而加剧。工艺上为防止这种腐蚀与破坏,通常都使用大量稀磷酸或冷却水使燃烧塔和换热器壁面的温度控制在80℃以下,这部分由水或磷酸带走的低品位热能难以进一步利用。同时为保证黄磷的流动及雾化燃烧,必须使其处于液相状态,因此需配置专用燃煤锅炉来供给蒸汽;此外为了冷却循环水或磷酸,还必须配备风机、泵、换热器等一系列装置。这种一方面要求外部供热,另一方面又浪费自身燃烧热的现象是目前热法磷酸生产中普遍存在的问题。

有关热法磷酸生产中，黄磷燃烧热能回收余热装置，日本、美国、欧洲有80年代的专利，但没有工业应用报道，国内从2000年以来开展这方面的研究工作，并有公开专利，下面予以说明：

国内的发明专利发表于2002年6月，（专利号：CN1355133A）。该专利公开的黄磷燃烧热能回收装置主要包括：

黄磷燃烧热能回收装置是一台既可以生产P₄O₁₀气体的反应塔又同时回收黄磷燃烧时产生的大量热量的余热锅炉。该热能回收装置由一汽包和一具有余热回收功能的燃磷塔构成。黄磷在由多根上升管与连于各管之间的强化换热翅片构成的一个具有中空腔的环形膜式换热器里燃烧，生成的P₄O₁₀气体由顶部的出口管进入水合塔生成磷酸。在上升管内流动循环水在吸收黄磷燃烧热量后变为饱和蒸汽回到置于燃磷塔顶部的汽包，经汽水分离后，饱和蒸汽一部分提供给融磷槽进行融磷，从而取消了传统热法磷酸生产工艺中用于融磷的燃煤锅炉。另一部分饱和蒸汽提供给其他工业热用户使用，创造经济效益。汽水分离后的饱和水和补充水混合后经下降管回到燃磷塔继续吸热产生蒸汽，由此形成黄磷燃烧热能回收装置的自然水循环。黄磷通过置于燃磷塔中下部的对称布置的喷磷枪和湿空气一起进入到燃烧室进行燃烧。燃烧塔采用金属材质制成，在该燃烧塔内的金属表面涂有一层耐高温磷蒸汽及其聚合物腐蚀的等离子体陶瓷涂层。通过对壁温和湿空气中水分比例的控制，使得在燃烧室的水冷壁上形成一层偏磷酸的保护膜，偏磷酸对水冷壁的腐蚀性很小，从而保护水冷壁的金属材质。