專(zhuān)利名稱(chēng)：特種燃磷塔及熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱能的回收與利用的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種特種燃磷塔及熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
熱法磷酸可以達(dá)到99. 99%以上的高純度，因而它是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的重要基礎(chǔ)化工原料，如高新技術(shù)領(lǐng)域中的發(fā)光材料，抗甲流NlHl疫苗“達(dá)菲ー磷酸奧司他韋(奧爾菲)”等生物制劑都需要使用高純度的熱法磷酸做原料。然而，傳統(tǒng)的熱法磷酸生產(chǎn)也是一個(gè)高耗能與排放ニ氧化碳的行業(yè)。不符合節(jié)能減排的國(guó)策要求。熱法磷酸的生產(chǎn)エ藝主要分為冶煉(從磷礦石中提取單質(zhì)黃磷)、黃磷燃燒(黃磷與空氣的燃燒反應(yīng)生成五氧化ニ磷)、水化合(五氧化ニ磷被水化合成高濃度的磷酸)三個(gè)エ藝過(guò)程。其中黃磷燃燒エ藝流程的設(shè)備和エ藝為由冶煉得到的單質(zhì)固體黃磷在溶磷槽 中被壓カ為O. 2 O. 6MPa的蒸汽加熱融化為液態(tài)黃磷，在重力或齒輪泵的作用下進(jìn)入噴磷槍?zhuān)趪娏讟尦謦?，液態(tài)黃磷與高速旋流的壓縮空氣相遇，得到迅速霧化后噴入燃燒塔內(nèi)，與二次空氣進(jìn)行強(qiáng)烈混合氧化反應(yīng)，并釋放出大量的熱量。經(jīng)燃燒反應(yīng)計(jì)算，黃磷燃燒的理論燃燒溫度達(dá)到2500°C。由于高溫的五氧化ニ磷氣體及其聚合物對(duì)金屬壁面產(chǎn)生強(qiáng)烈的高溫腐蝕，對(duì)燃磷塔及換熱器等生產(chǎn)設(shè)備具有強(qiáng)烈的腐蝕性和破壞性，嚴(yán)重影響燃磷塔的安全可靠運(yùn)行和使用壽命。為了確保設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，在傳統(tǒng)エ藝中，通常使用大量的稀磷酸或冷卻水來(lái)冷卻燃磷塔壁或換熱器壁，使這些直接接觸高溫エ藝氣體的壁面溫度控制在80°C以下。這些冷卻水或稀磷酸的溫度通常在60°C以下，這種低品位的余熱在エ業(yè)上難以利用，而只能通過(guò)冷卻塔排放到大氣中，造成能源的浪費(fèi)和嚴(yán)重的熱污染環(huán)境。而對(duì)于熱法磷酸生產(chǎn)エ藝系統(tǒng)中溶磷、供磷設(shè)備和相關(guān)的管道，為了使保證黃磷的流動(dòng)和霧化燃燒，要求黃磷處于液化狀態(tài)，需要設(shè)置專(zhuān)用的燃煤鍋爐來(lái)供給蒸汽用于加熱和保溫。這樣就形成了エ藝流程中一方面需要外部提供蒸汽，而自身產(chǎn)生的高溫反應(yīng)熱因不能利用而造成白白浪費(fèi)掉的嚴(yán)重不合理。有關(guān)熱法磷酸生產(chǎn)エ藝中，黃磷燃燒反應(yīng)熱的回收和利用技術(shù)，國(guó)內(nèi)外從1988年開(kāi)始，就開(kāi)展這方面的研究。公布于2002年6月26日的中國(guó)專(zhuān)利CNOl 143443. O,《黃磷燃燒熱能回收與利用裝置及其熱法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)》，該專(zhuān)利公開(kāi)的黃磷燃燒反應(yīng)熱的回收裝置和余熱回收與利用方法，如圖I所示熱能回收與利用裝置。(I)熱能回收與利用裝置包括汽包6、下降管2、下聯(lián)箱I、上升管3、上聯(lián)箱4和導(dǎo)汽管9過(guò)程的密閉汽水系統(tǒng)，完成水的加熱、蒸發(fā)、分離過(guò)程；給水引入汽包6的水空間，蒸汽從汽包6的汽空間引出。(2)熱能回收與利用裝置與反應(yīng)塔的合ニ為一，用膜式水冷壁(多根上升管與焊接于管外的翅片構(gòu)成的密封結(jié)構(gòu))替代原有的水夾套，將上、下聯(lián)箱與上下封頭連接在一起，構(gòu)成ー個(gè)密閉的反應(yīng)空間，完成黃磷與空氣的燃燒反應(yīng)；同時(shí)上升管內(nèi)水吸熱汽化，在下降管和上升管內(nèi)汽水密度差的作用下，形成自然水循環(huán)，完成水的加熱、蒸發(fā)、分離過(guò)程。(3)所有與高溫エ藝氣體接觸的壁面采用金屬材料，在燃燒塔內(nèi)的金屬表面噴涂有一層能耐高溫五氧化ニ磷及其聚合物腐蝕的等離子體陶瓷涂層。(4)該專(zhuān)利已進(jìn)行エ業(yè)化實(shí)施，每燃燒一噸黃磷能產(chǎn)生O. 5MPa的飽和水蒸汽5. 96噸，熱能回收效率達(dá)到η =65%,并節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤560kg與冷卻水400噸。該專(zhuān)利的主要不足之處在于(I)在燃燒塔內(nèi)金屬內(nèi)表面噴涂有ー層能耐腐蝕的等離子體陶瓷涂層，由于反應(yīng)塔內(nèi)的反應(yīng)氣體溫度很高，在不同結(jié)構(gòu)或不同材料的連接處在熱應(yīng)カ的作用下，涂層會(huì)發(fā)生脫落或開(kāi)裂，若是基體材料不耐腐蝕，一旦發(fā)生這種情況，基體就會(huì)發(fā)生腐蝕，將嚴(yán)重影響設(shè)備安全可靠運(yùn)行，而且等離子體陶瓷涂層的價(jià)格貴，制造成本高。(2)噴磷槍接ロ管附近的發(fā)生氣體擾流，在噴磷槍附近熱流密度很高，換熱管或翅片將發(fā)生溫度過(guò)高發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。一旦換熱管發(fā)生開(kāi)裂，一定壓カ的汽水混合物將噴入塔 內(nèi)，進(jìn)ー步加劇爐內(nèi)其他受熱面的腐蝕。(3)由于受到結(jié)構(gòu)上受壓元件強(qiáng)度和壁面腐蝕限制，該熱能利用和回收裝置產(chǎn)生的是壓カ低于I. OMPa的低壓飽和蒸汽，主要供自身的エ藝需要和其他低壓熱用戶(hù)，當(dāng)周邊無(wú)其他熱用戶(hù)時(shí)，多余的低壓蒸汽只能放空，造成二次熱污染，整個(gè)系統(tǒng)的能源利用率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)中黃磷燃燒熱能回收與利用裝置因結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致的易腐蝕，運(yùn)行不可靠的不足，提供ー種特種燃磷塔，確保在蒸汽壓カ和溫度提高的條件下，能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，同時(shí)保證反應(yīng)塔內(nèi)壁面溫度能控制在允許的溫度，免受高溫エ藝氣體的腐蝕，確保持種燃磷塔能副產(chǎn)中壓蒸汽，且長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。本發(fā)明還提供ー種熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)，同時(shí)將特種燃磷塔副產(chǎn)的中壓蒸汽引入抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能源利用率的最大化。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是ー種特種燃磷塔，所述的燃磷塔包括汽包、環(huán)形膜式水冷壁組件、磷燃燒器和水汽循環(huán)管路，所述的環(huán)形膜式水冷壁組件上下兩端分別設(shè)有上聯(lián)箱組件和下聯(lián)箱組件；上聯(lián)箱組件包括環(huán)形上聯(lián)箱和錐型上封頭，錐形上封頭的頂部或側(cè)壁開(kāi)有エ藝氣體出口管，下聯(lián)箱組件包括環(huán)形下聯(lián)箱和下封頭；環(huán)形膜式水冷壁組件包括多根呈環(huán)形布置的上升管和設(shè)置在相鄰上升管之間的翅片，上升管的上端與環(huán)形上聯(lián)箱連通，上升管的下端與環(huán)形下聯(lián)箱連通，環(huán)形膜式水冷壁組件的下部側(cè)面設(shè)置有二次進(jìn)風(fēng)管。進(jìn)ー步的，汽包具有殼體，殼體上設(shè)有向殼體內(nèi)供水的進(jìn)水接管，進(jìn)水接管的出口設(shè)有水量分配的給水分配管，所述的殼體的內(nèi)腔上部設(shè)有汽水分離器，汽水分離器上方的殼體上設(shè)有蒸汽出ロ管；所述的磷燃燒器包括磷噴槍和配風(fēng)器，配風(fēng)器的一端與大氣相通、另一端與二次進(jìn)風(fēng)管連通，噴磷槍的上端具有磷進(jìn)ロ接管、壓縮空氣接管，磷進(jìn)ロ接管和壓縮空氣接管分別與供磷管和供壓縮空氣管對(duì)應(yīng)連通，噴磷槍的下端與環(huán)形膜式水冷壁組件的內(nèi)腔連通；所述的水汽循環(huán)管路包括多根導(dǎo)汽管和至少ー根下降管，所述的導(dǎo)汽管一端與殼體內(nèi)腔連通、另一端與環(huán)形上聯(lián)箱連通；所述的下降管一端與殼體底部水空間連通、另一端與環(huán)形下聯(lián)箱連通。所述的環(huán)形上聯(lián)箱采用內(nèi)、外環(huán)形連通管結(jié)構(gòu)，所述的多根上升管的上端交替間隔與內(nèi)、外環(huán)形連通管連通；上升管與環(huán)形上聯(lián)箱連接處的外圍設(shè)置有環(huán)形密封冷卻套，環(huán)形密封冷卻套的上、下端沿圓周方向均布多根冷卻進(jìn)水管和出水管。環(huán)形上聯(lián)箱采用內(nèi)、夕卜環(huán)形連通管結(jié)構(gòu)，既可以滿(mǎn)足環(huán)形上聯(lián)箱環(huán)形流通面積的需要，同時(shí)可保證管壁厚度在允許的范圍內(nèi)滿(mǎn)足產(chǎn)生中壓蒸汽的強(qiáng)度要求。但是這樣會(huì)使上升管與環(huán)形上聯(lián)箱的連接處出現(xiàn)不密封，使エ藝氣體外泄，這是絕對(duì)不允許的，所以在連接處的外圍加上一個(gè)環(huán)形密封冷卻套，保證密封性。所述的環(huán)形上聯(lián)箱的錐型上封頭外側(cè)設(shè)有冷卻盤(pán)管，所述的冷卻盤(pán)管的截面為半圓形，冷卻盤(pán)管的平面一面緊貼錐型上封頭的外壁。所述的環(huán)形膜式水冷壁組件的翅片為寬度l(T20mm的窄翅片，環(huán)形膜式水冷壁組件的下部的二次進(jìn)風(fēng)管附近設(shè)有局部冷卻水箱，在局部冷卻水箱的上、下端分別設(shè)有冷卻 水出、進(jìn)ロ管，局部冷卻水箱的上部具有局部聯(lián)箱，局部聯(lián)箱通過(guò)下降管分管連通下降管。由于蒸汽壓カ的提高，上升管和翅片溫度也相應(yīng)提高，為了保證翅片上最高溫度低于允許的溫度范圍，須采用窄翅片的膜式水冷壁。局部冷卻水箱可以保證噴磷槍附近反應(yīng)塔的內(nèi)壁面溫度控制在較低的溫度，從而能形成一層厚度的結(jié)膜層，使反應(yīng)塔安全可靠運(yùn)行。所述的環(huán)形下聯(lián)箱為單環(huán)形結(jié)構(gòu)，上升管的下端與環(huán)形下聯(lián)箱之間設(shè)有錐形管，相鄰的錐形管之間設(shè)有錐形翅片，錐形翅片上設(shè)有冷卻小水箱，冷卻小水箱的上、下部分別連接有出水管和進(jìn)水管。為了副產(chǎn)中壓蒸汽(壓カ最大可達(dá)到3. 9MPa)，同時(shí)又要使環(huán)形下聯(lián)箱的管壁厚度控制在目前我國(guó)受壓元件強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的范圍，采用錐形管與箱連接，就可以滿(mǎn)足下聯(lián)箱的強(qiáng)度要求。但是連接于錐形管外的錐形翅片的最大寬度已超出允許范圍，必須加以冷卻才能保證翅片溫度在允許的范圍內(nèi)。所述的下封頭為內(nèi)、外層耐壓封頭密封連接而成的中空結(jié)構(gòu)，外層耐壓封頭底部設(shè)置有與內(nèi)、外層耐壓封頭間空腔連通的冷卻進(jìn)水管，外層耐壓封頭上部設(shè)有與內(nèi)、外層耐壓封頭間空腔連通的環(huán)形冷卻水槽，環(huán)形冷卻水槽的上設(shè)有出水管，所述的下封頭底部設(shè)有支撐座。由于燃磷塔的噴磷槍向下噴射燃燒反應(yīng)，下封頭處的熱流密度很高，下封頭的有效冷卻是保證燃磷塔安全可靠運(yùn)行的重要技術(shù)措施，采用下封頭為內(nèi)、外雙層耐壓封頭，通過(guò)合理布置冷卻水的進(jìn)出ロ，使冷卻水形成射流沖擊冷卻，確保了下封頭可有效保證。一種采用上述特種燃磷塔的熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)，包括特種燃磷塔、水化系統(tǒng)和抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，水化系統(tǒng)的進(jìn)ロ連通特種燃磷塔的エ藝氣體出口管，抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組包括汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)傳動(dòng)連接，所述的特種燃磷塔的汽包的蒸汽出口管連通汽輪機(jī)的蒸汽進(jìn)ロ。抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組的汽源來(lái)自于特種燃磷塔副產(chǎn)的中壓蒸汽，中壓蒸汽引入抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，發(fā)出電供熱法磷酸自身エ藝的動(dòng)カ設(shè)備。還包括低壓蒸汽利用系統(tǒng)和乏汽利用系統(tǒng)，所述的低壓蒸汽利用系統(tǒng)包括連通汽輪機(jī)21中部的低壓蒸汽管道、至少ー個(gè)自身熱用戶(hù)51和冷凝水回收泵52 ;所述的乏汽利用系統(tǒng)包括連通汽輪機(jī)21底部乏汽出口的冷凝器3和將冷凝器3中的冷凝水泵入除氧器6的凝水泵4。還具有除氧給水系統(tǒng)，所述的除氧給水系統(tǒng)包括連通汽輪機(jī)21中部低壓蒸汽出ロ的除氧器6和將除氧器6中的除氧水泵入汽包11上進(jìn)水接管113的給水泵7，所述的冷凝水回收泵52的出ロ連通除氧器6的進(jìn)ロ。根據(jù)熱法磷酸生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)從汽輪機(jī)中抽出的部分低壓蒸汽滿(mǎn)足自身エ藝的需要，這樣實(shí)現(xiàn)了熱法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)自身供電、供熱的能量平衡。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的特種燃磷塔把エ業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)要素與化學(xué)反應(yīng)塔的結(jié)構(gòu)要素相結(jié)合，在完成黃磷和空氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，能副產(chǎn)中壓蒸汽，達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊和高效回收與利用反應(yīng)熱的目的。確保在蒸汽壓カ和溫度提高的條件下，能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，同時(shí)保證反應(yīng)塔內(nèi)壁面溫度能控制在允許的溫度，免受高溫エ藝氣體的腐蝕，確保持種燃磷塔能副產(chǎn)中壓蒸汽，且長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行。本發(fā)明的熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)同時(shí)將特種燃磷塔副產(chǎn)的中壓蒸汽引入抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，在根據(jù)熱法磷酸生產(chǎn)特點(diǎn)，從汽輪機(jī)中抽出部分低壓蒸汽來(lái)滿(mǎn)足自身エ藝的需要，達(dá)到熱法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)供熱供電的自平衡，實(shí)現(xiàn)能源利用率的最大化。經(jīng)濟(jì)效益明顯，且具有良好的社會(huì)效益。 (I)由于特種燃磷塔確保在蒸汽的壓力和溫度大幅提高后，既能滿(mǎn)足受壓元件的強(qiáng)度要求，同時(shí)又能保證反應(yīng)塔內(nèi)壁面溫度能控制在允許的溫度，免受高溫エ藝氣體的腐蝕，使特種燃磷塔能長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行，能產(chǎn)生的額定壓カ為3. 9MPa的中壓蒸汽。中壓蒸汽擴(kuò)大大擴(kuò)展了熱用戶(hù)的使用范圍，可輸送到更遠(yuǎn)的地方，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。(2)特種燃磷塔副產(chǎn)的中壓蒸汽，進(jìn)入抽凝式蒸汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電，發(fā)出的電可以滿(mǎn)足熱法磷酸生產(chǎn)エ藝的用電需求，同時(shí)從汽輪機(jī)抽出的部分低壓蒸汽，供自身エ藝的用熱需要，這樣整個(gè)熱法磷酸エ藝在正常生產(chǎn)時(shí)無(wú)需外部提供熱電(外部電源為備用)，實(shí)現(xiàn)熱電供應(yīng)自平衡，使系統(tǒng)的能源利用率達(dá)到最大化，減少生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)生更大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。(3)在二次進(jìn)風(fēng)管附近采用局部夾套式冷卻水箱，連接于錐形管之間的翅片采用局部冷卻器、使特種燃磷塔內(nèi)壁的溫度控制在320°C以下，在其壁面上形成一定厚度的結(jié)膜物，從而阻斷了高溫磷酸蒸汽及其聚合物對(duì)奧氏體不銹鋼的腐蝕，確保燃磷塔的長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行和延長(zhǎng)其使用壽命。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說(shuō)明。圖I是現(xiàn)有技術(shù)中燃磷塔的結(jié)構(gòu)示意圖。I.下聯(lián)箱，2.下降管，3.上升管，4.上聯(lián)箱，5.燃磷塔出口，6.汽包，7.蒸汽出口，8.補(bǔ)給水進(jìn)ロ，9.導(dǎo)汽管，10.燃磷塔壁面保溫層，11.噴磷槍?zhuān)?2.下封頭，13.支架。圖2是本發(fā)明的特種燃磷塔的最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明所述的環(huán)形上聯(lián)箱的放大圖；圖4是本發(fā)明所述的錐型上封頭的放大圖；圖5是本發(fā)明所述的二次進(jìn)風(fēng)管的側(cè)視放大圖；圖6是本發(fā)明所述的二次進(jìn)風(fēng)管的主視放大圖；圖7是本發(fā)明所述的冷卻小水箱的主視放大圖；圖8是本發(fā)明所述的冷卻小水箱的側(cè)視放大圖9是本發(fā)明的下聯(lián)箱組件的放大圖；圖10是本發(fā)明的熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.燃磷塔，11.汽包，111.殼體，112.蒸汽出口管，113.進(jìn)水接管，114.汽水分離器，115.給水分配管，12.上聯(lián)箱組件，121.エ藝氣體出口管，122.冷卻盤(pán)管，123.錐形上封頭，124.環(huán)形上聯(lián)箱，13.環(huán)形膜式水冷壁，131.上升管，132.翅片，133.局部聯(lián)箱，134.局部冷卻水箱，135. 二次進(jìn)風(fēng)管，136.錐形管，137.環(huán)形密封冷卻套，138.錐形翅片，139.冷卻小水箱，14.下聯(lián)箱組件，141.環(huán)形下聯(lián)箱，142.下封頭，143.環(huán)形冷卻水槽，144.支撐座，145.出水管，146.冷卻進(jìn)水管，15.導(dǎo)汽管，16.下降管，161.下降管分管，
17.磷燃燒器，171.噴磷槍?zhuān)?72.配風(fēng)器，173.磷進(jìn)ロ接管，174.壓縮空氣接管，2.抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，21.汽輪機(jī)，22.發(fā)電機(jī)，3.冷凝器，4.凝水泵，51.自身熱用戶(hù)，52.冷凝水回收泵，6.除氧器,7.給水泵,8.水化系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖2-9所示，本發(fā)明的特種燃磷塔最佳實(shí)施例，燃磷塔I包括汽包11、環(huán)形膜式水冷壁組件13和水汽循環(huán)管路，環(huán)形膜式水冷壁組件13上下兩端分別設(shè)有上聯(lián)箱組件12和下聯(lián)箱組件14 ;上聯(lián)箱組件12包括環(huán)形上聯(lián)箱124和錐型上封頭123，錐形上封頭123的頂部或側(cè)壁開(kāi)有エ藝氣體出ロ管121，下聯(lián)箱組件14包括環(huán)形下聯(lián)箱141和下封頭142 ；環(huán)形膜式水冷壁組件13包括多根呈環(huán)形布置的上升管131和設(shè)置在相鄰上升管131之間的翅片132，上升管131的上端與環(huán)形上聯(lián)箱124連通，上升管131的下端與環(huán)形下聯(lián)箱141連通，環(huán)形膜式水冷壁組件13的下部側(cè)面設(shè)置有二次進(jìn)風(fēng)管135 ;汽包11具有殼體111，殼體111上設(shè)有向殼體111內(nèi)供水的進(jìn)水接管113，進(jìn)水接管113的出ロ設(shè)有水量分配的給水分配管115,殼體111的內(nèi)腔上部設(shè)有汽水分離器114,汽水分離器114上方的殼體111上設(shè)有蒸汽出ロ管112 ;磷燃燒器17包括磷噴槍171和配風(fēng)器172，配風(fēng)器172的一端與大氣相通、另一端與二次進(jìn)風(fēng)管135連通，噴磷槍171的上端具有磷進(jìn)ロ接管173、壓縮空氣接管174，磷進(jìn)ロ接管173和壓縮空氣接管174分別與供磷管和供壓縮空氣管對(duì)應(yīng)連通，噴磷槍171的下端與環(huán)形膜式水冷壁組件3的內(nèi)腔連通；水汽循環(huán)管路包括多根導(dǎo)汽管15和至少一根下降管16，導(dǎo)汽管15—端與殼體111內(nèi)腔連通、另一端與環(huán)形上聯(lián)箱124連通；下降管16 —端與殼體111底部水空間連通、另一端與環(huán)形下聯(lián)箱141連通。如圖3所示，環(huán)形上聯(lián)箱124采用內(nèi)、外環(huán)形連通管結(jié)構(gòu)，多根上升管131的上端交替間隔與內(nèi)、外環(huán)形連通管連通；上升管131與環(huán)形上聯(lián)箱124連接處的外圍設(shè)置有環(huán)形密封冷卻套137，環(huán)形密封冷卻套137的上、下端沿圓周方向均布多根冷卻進(jìn)水管和出水管。如圖4所示，環(huán)形上聯(lián)箱124的錐型上封頭123外側(cè)設(shè)有冷卻盤(pán)管122，冷卻盤(pán)管122的截面為半圓形，冷卻盤(pán)管122的平面一面緊貼錐型上封頭123的外壁。圖5和6所示，環(huán)形膜式水冷壁組件13的翅片132為寬度l(T20mm的窄翅片，環(huán)形膜式水冷壁組件13的下部的二次進(jìn)風(fēng)管135附近設(shè)有局部冷卻水箱134，在局部冷卻水箱134的上、下端分別設(shè)有冷卻水出、進(jìn)ロ管，局部冷卻水箱134的上部具有局部聯(lián)箱133，局部聯(lián)箱133通過(guò)下降管分管161連通下降管16。圖2、7和8所示，環(huán)形下聯(lián)箱141為單環(huán)形結(jié)構(gòu)，上升管131的下端與環(huán)形下聯(lián)箱141之間設(shè)有錐形管136，相鄰的錐形管之間設(shè)有錐形翅片138，錐形翅片138上設(shè)有冷卻小水箱139，冷卻小水箱139的上、下部分別連接有出水管和進(jìn)水管。圖9所示，下封頭142為內(nèi)、外層耐壓封頭密封連接而成的中空結(jié)構(gòu)，外層耐壓封頭底部設(shè)置有與內(nèi)、外層耐壓封頭間空腔連通的冷卻進(jìn)水管146，外層耐壓封頭上部設(shè)有與內(nèi)、外層耐壓封頭間空腔連通的環(huán)形冷卻水槽143，環(huán)形冷卻水槽143的上設(shè)有出水管145，下封頭142底部設(shè)有支撐座144。其工作原理為液態(tài)磷在齒輪泵或重力的作用下，經(jīng)輸磷管進(jìn)入噴磷槍?zhuān)诔隹谔幣c高速旋流噴 出壓縮空氣相遇，在產(chǎn)生強(qiáng)烈混合作用下，液態(tài)磷霧化成具有一定形狀的霧化矩，在塔內(nèi)收到高溫氣體的輻射和對(duì)流加熱，迅速蒸發(fā)并與吸入的二次空氣強(qiáng)烈混合，單質(zhì)磷與空氣中氧發(fā)生激烈氧化反應(yīng)，生成五氧化ニ磷氣體，同時(shí)釋放出大量的反應(yīng)熱；高溫エ藝氣體與反應(yīng)塔塔壁(下封頭、環(huán)形膜式水冷壁、上封頭)進(jìn)行強(qiáng)烈的輻射換熱，邊流動(dòng)、邊反應(yīng)、邊換熱，其溫度逐步下降到700°C左右，從上封頭上氣體出ロ管引出到水化系統(tǒng)。補(bǔ)充水經(jīng)給水泵加壓后，經(jīng)給水管道進(jìn)入汽包，與汽包中飽和水混合后，進(jìn)入下降管總管，再通過(guò)下降分管進(jìn)入環(huán)形下聯(lián)箱，經(jīng)環(huán)形下聯(lián)箱分配，進(jìn)入各個(gè)上升管，上升管中水通過(guò)管壁受到高溫エ藝氣體的輻射加熱，逐步升溫達(dá)到飽和后部分汽化，在下降管和上升管中汽水混合物密度差的作用下，一邊蒸發(fā)，ー邊向上流動(dòng)，在環(huán)形上聯(lián)箱內(nèi)匯合，經(jīng)導(dǎo)汽管進(jìn)入汽包，經(jīng)汽水分離器分離后，分離下來(lái)的水進(jìn)入下降管參與下ー個(gè)水循環(huán)；分離出蒸汽經(jīng)出汽管進(jìn)入分汽缸，再供各個(gè)熱用戶(hù)。如圖10所示，本發(fā)明的熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)，包括特種燃磷塔I、水化系統(tǒng)8和抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組2，水化系統(tǒng)8的進(jìn)ロ連通特種燃磷塔I的エ藝氣體出ロ管121，抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組2包括汽輪機(jī)21和發(fā)電機(jī)22，汽輪機(jī)21與發(fā)電機(jī)22傳動(dòng)連接，特種燃磷塔I的汽包11的蒸汽出ロ管112連通汽輪機(jī)21的蒸汽進(jìn)ロ。還包括低壓蒸汽利用系統(tǒng)和乏汽利用系統(tǒng)，低壓蒸汽利用系統(tǒng)包括連通汽輪機(jī)21中部的低壓蒸汽管道、至少ー個(gè)自身熱用戶(hù)51和冷凝水回收泵52 ;乏汽利用系統(tǒng)包括連通汽輪機(jī)21底部乏汽出口的冷凝器3和將冷凝器3中的冷凝水泵入除氧器6的凝水泵4。還具有除氧給水系統(tǒng)，除氧給水系統(tǒng)包括連通汽輪機(jī)21中部低壓蒸汽出口的除氧器6和將除氧器6中的除氧水泵入汽包11上進(jìn)水接管113的給水泵7，冷凝水回收泵52的出ロ連通除氧器6的進(jìn)ロ。其工作過(guò)程為特種燃磷塔副產(chǎn)的中壓蒸汽，從汽包蒸汽出口管，經(jīng)中壓蒸汽管引入到抽汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，中壓蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)降壓做功推動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)出的電經(jīng)配電器輸送到熱法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)的泵、風(fēng)機(jī)等動(dòng)カ電用戶(hù)；根據(jù)熱法磷酸生產(chǎn)エ藝的特點(diǎn)，從汽輪機(jī)中部抽出部分低壓蒸汽，經(jīng)低壓蒸汽管供給自身エ藝的熱用戶(hù)；其余蒸汽繼續(xù)膨脹做功到背壓，最終乏汽排入冷凝器結(jié)成凝結(jié)水，凝結(jié)水經(jīng)凝水管由凝水泵輸送到除氧器，在除氧器內(nèi)加熱除氧后，經(jīng)給水泵加壓后，經(jīng)給水管輸送到汽包。熱法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施中壓蒸汽發(fā)電供熱的經(jīng)濟(jì)效益分析生產(chǎn)ー噸磷酸約需要150kW · h，同時(shí)產(chǎn)生中壓過(guò)熱蒸汽I. 5噸。磷酸的分子式為H3PO4，分子量為98，磷的分子量為31，這樣產(chǎn)生ー噸濃度為100%的磷酸需要316kg黃磷，黃磷的發(fā)熱量為24800kJ/kg，反應(yīng)熱的有效利用率為62%，這樣生產(chǎn)ー噸濃度為100%的磷酸的產(chǎn)生3. 5MPa的飽和蒸汽量為1745kg/噸磷酸，進(jìn)入抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電(抽汽壓カ為O. 6MPa，最大抽汽量為進(jìn)汽量70%)，汽輪機(jī)的背壓為5kPa時(shí)，發(fā)電量為160kW · h。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)ー噸磷酸約需要150kW*h?？梢?jiàn)汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量可以滿(mǎn)足自身エ藝的需要，外部電源可作為備用和補(bǔ)充。現(xiàn)以年產(chǎn)3. 5萬(wàn)噸熱法磷酸生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施中壓蒸汽發(fā)電供熱自平衡，年發(fā)電量為560萬(wàn)度電，可產(chǎn)生發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益450萬(wàn)元，同時(shí)可供低壓蒸汽量(壓カ為O. 6MPa，抽汽量為(50%)2. 625萬(wàn)噸，每噸蒸汽價(jià)格按150元計(jì)算，供汽產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為395萬(wàn)元，兩項(xiàng)合計(jì)總的經(jīng)濟(jì)效益為845萬(wàn)元。折合到標(biāo)準(zhǔn)煤，每年可節(jié)約標(biāo)煤5730噸，減少CO2排放量14850噸，減少SO2排放46噸?？梢?jiàn)實(shí)施中壓蒸汽發(fā)電供熱自平衡系統(tǒng)可獲得顯著地經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在熱法磷酸生產(chǎn)行業(yè)中有很好的推廣價(jià)值。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多祥的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù) 性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1.一種特種燃磷塔，其特征在于所述的燃磷塔(I)包括汽包(11)、環(huán)形膜式水冷壁組件(13)、磷燃燒器(17)和水汽循環(huán)管路；所述的環(huán)形膜式水冷壁組件(13)上下兩端分別設(shè)有上聯(lián)箱組件(12)和下聯(lián)箱組件(14);上聯(lián)箱組件(12)包括環(huán)形上聯(lián)箱(124)和錐型上封頭(123)，錐形上封頭(123)的頂部或側(cè)壁開(kāi)有工藝氣體出口管(121 )，下聯(lián)箱組件(14)包括環(huán)形下聯(lián)箱(141)和下封頭(142); 環(huán)形膜式水冷壁組件(13)包括多根呈環(huán)形布置的上升管(131)和設(shè)置在相鄰上升管(131)之間的翅片(132)，上升管(131)的上端與環(huán)形上聯(lián)箱(124)連通，上升管(131)的下端與環(huán)形下聯(lián)箱(141)連通，環(huán)形膜式水冷壁組件(13)的下部側(cè)面設(shè)置有局部冷卻水箱(134)和二次進(jìn)風(fēng)管(135)。
2.如權(quán)利要求I所述的特種燃磷塔，其主要特征汽包(11)具有殼體(111)，殼體(111)上設(shè)有向殼體(111)內(nèi)供水的進(jìn)水接管(113)，進(jìn)水接管(113)的出口設(shè)有水量分配的給水分配管(115)，所述的殼體(111)的內(nèi)腔上部設(shè)有汽水分離器(114)，汽水分離器(114)上方的殼體(111)上設(shè)有蒸汽出口管(112)； 所述的磷燃燒器(17)包括磷噴槍(171)和配風(fēng)器(172)，配風(fēng)器(172)的一端與大氣相通、另一端與二次進(jìn)風(fēng)管(135)連通，噴磷槍(171)的上端具有磷進(jìn)口接管(173)、壓縮空氣接管(174)，磷進(jìn)口接管(173)和壓縮空氣接管(174)分別與供磷管和供壓縮空氣管對(duì)應(yīng)連通，噴磷槍(171)的下端與環(huán)形膜式水冷壁組件(13)的內(nèi)腔連通； 所述的水汽循環(huán)管路包括多根導(dǎo)汽管(15)和至少一根下降管(16)，所述的導(dǎo)汽管(15)—端與殼體(111)內(nèi)腔連通、另一端與環(huán)形上聯(lián)箱(124)連通；所述的下降管(16) —端與殼體(111)底部水空間連通、另一端與環(huán)形下聯(lián)箱(141)連通。
3.如權(quán)利要求I或2所述的特種燃磷塔，其主要特征所述的環(huán)形上聯(lián)箱(124)采用內(nèi)、外環(huán)形連通管結(jié)構(gòu)，所述的多根上升管(131)的上端交替間隔與內(nèi)、外環(huán)形連通管連通；上升管(131)與環(huán)形上聯(lián)箱(124)連接處的外圍設(shè)置有環(huán)形密封冷卻套(137)，環(huán)形密封冷卻套(137)的上、下端沿圓周方向均布多根冷卻進(jìn)水管和出水管。
4.如權(quán)利要求I或2所述的特種燃磷塔，其特征是所述的環(huán)形上聯(lián)箱(124)的錐型上封頭(123)外側(cè)設(shè)有冷卻盤(pán)管(122)，所述的冷卻盤(pán)管(122)的截面為半圓形，冷卻盤(pán)管(122)的平面一面緊貼錐型上封頭(123)的外壁。
5.如權(quán)利要求I所述的特種燃磷塔，其特征是所述的環(huán)形膜式水冷壁組件(13)的翅片(132)為寬度IOlOmm的窄翅片，環(huán)形膜式水冷壁組件(13)的下部的二次進(jìn)風(fēng)管(135)附近設(shè)有局部冷卻水箱(134)，在局部冷卻水箱(134)的上、下端分別設(shè)有冷卻水出、進(jìn)口管，局部冷卻水箱(134)的上部具有局部聯(lián)箱(133)，局部聯(lián)箱(133)通過(guò)下降管分管(161)連通下降管(16)。
6.如權(quán)利要求I所述的特種燃磷塔，其特征是所述的環(huán)形下聯(lián)箱(141)為單環(huán)形結(jié)構(gòu)，上升管(131)的下端與環(huán)形下聯(lián)箱(141)之間設(shè)有錐形管(136)，相鄰的錐形管(136)之間設(shè)有錐形翅片(138)，錐形翅片(138)上設(shè)有冷卻小水箱(139)，冷卻小水箱(139)的上、下部分別連接有出水管和進(jìn)水管。
7.如權(quán)利要求I所述的特種燃磷塔，其特征是所述的下封頭(142)為內(nèi)、外層耐壓封頭密封連接而成的中空結(jié)構(gòu)，外層耐壓封頭底部設(shè)置有與內(nèi)、外層耐壓封頭間空腔連通的冷卻進(jìn)水管(146)，外層耐壓封頭上部設(shè)有與內(nèi)、外層耐壓封頭間空腔連通的環(huán)形冷卻水槽(143)，環(huán)形冷卻水槽(143)的上設(shè)有出水管(145)，所述的下封頭(142)底部設(shè)有支撐座(144)。
8.一種采用如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的特種燃磷塔的熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)，其特征在于包括特種燃磷塔(I)、水化系統(tǒng)(8)和抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組(2)，水化系統(tǒng)(8)的進(jìn)口連通特種燃磷塔(I)的工藝氣體出口管(121)，抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組(2)包括汽輪機(jī)(21)和發(fā)電機(jī)(22 )，汽輪機(jī)(21)與發(fā)電機(jī)(22 )傳動(dòng)連接，所述的特種燃磷塔(I)的汽包(11)的蒸汽出口管(112)連通汽輪機(jī)(21)的蒸汽進(jìn)口。
9.如權(quán)利要求8所述的熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)，其特征是還包括低壓蒸汽利用系統(tǒng)和乏汽利用系統(tǒng)，所述的低壓蒸汽利用系統(tǒng)包括連通汽輪機(jī)(21)中部的低壓蒸汽管道、至少一個(gè)自身熱用戶(hù)(51)和冷凝水回收泵(52);所述的乏汽利用系統(tǒng)包括連通汽輪機(jī)(21)底部乏汽出口的冷凝器(3 )和將冷凝器(3 )中的冷凝水泵入除氧器(6 )的凝水泵(4 )。
10.如權(quán)利要求9所述的熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)，其特征是還具有除氧給水系統(tǒng)，所述的除氧給水系統(tǒng)包括連通汽輪機(jī)(21)中部低壓蒸汽出口的除氧器(6)和將除氧器(6)中的除氧水泵入汽包(11)上進(jìn)水接管(113)的給水泵(7)，所述的冷凝水回收泵(52)的出口連通除氧器(6)的進(jìn)口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特種燃磷塔，燃磷塔包括汽包、環(huán)形膜式水冷壁組件、磷燃燒器和水汽循環(huán)管路，環(huán)形膜式水冷壁組件上下兩端分別設(shè)有上聯(lián)箱組件和下聯(lián)箱組件；上聯(lián)箱組件包括環(huán)形上聯(lián)箱和錐型上封頭，錐形上封頭的頂部或側(cè)壁開(kāi)有工藝氣體出口管，下聯(lián)箱組件包括環(huán)形下聯(lián)箱和下封頭。一種熱法磷酸生產(chǎn)熱電自平衡系統(tǒng)，包括特種燃磷塔、水化系統(tǒng)和抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組。本發(fā)明確保在蒸汽壓力和溫度提高的條件下，能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，同時(shí)保證反應(yīng)塔內(nèi)壁面溫度能控制在允許的溫度，免受高溫工藝氣體的腐蝕，確保特種燃磷塔能副產(chǎn)中壓蒸汽，且長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行，同時(shí)將特種燃磷塔副產(chǎn)的中壓蒸汽引入抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能源利用率的最大化。
文檔編號(hào)C01B25/20GK102815679SQ201210305739
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月24日
發(fā)明者王政偉, 何錦林, 梁慧力, 宋耀祖, 蔣家羚 申請(qǐng)人:常州大學(xué), 浙江誠(chéng)泰化工機(jī)械有限公司