一种大型化的热法磷酸余热利用装置的制作方法

1.本发明涉及热能的回收与利用技术领域，尤其是涉及一种大型化的热法磷酸余热利用装置。

背景技术：

2.磷酸是重要的基础工业原料和中间体。目前，磷化工发展迅速，精细化更是未来发展的趋势，如用于液晶、芯片的高纯电子级磷酸，动力电池正极材料磷酸铁锂，食品级、医药级、牙膏级磷酸盐等。热法磷酸是生产精细磷化工产品的唯一工艺，其生产的高品位磷酸可达到99.99％以上的纯度。
3.传统热法磷生产工艺中，黄磷是通过磷矿石加焦炭等辅料，在电炉中加热冶炼、磷蒸汽蒸发分离，再冷凝得到液态黄磷，根据现有的生产技术，生产每吨黄磷电耗13500～15000kw
·
h、消耗焦炭1.6～2t；副产尾气2800～3200m3(co含量85％～92％)、磷渣9～11t未获得有效利用，因此传统黄磷冶炼是高消耗、高能耗和高污染的三高行业。
4.近几年，热法磷酸生产装置的余热利用技术取得了较大的进展，尤其是国内发明了具有对流辐射换热面的热法磷酸余热利用装置，能高效回收反应热副产工业蒸汽，余热回收利用效率可以达到75％以上。但是现有的热法磷酸生产装置中的特种燃磷塔由于受到整体结构制造和运输的限制，单台生产装置规模只能达到7.5万吨/年，单位产品投资和运行费用相对较高，高效利用工业蒸汽也收到限制，为了进一步提高余热回收利用效率、降低单位投资额和降低运行费用，就需要对原有热法磷酸生产装置进行大型化技术改造。

技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中黄磷燃烧热能回收与利用装置单台生产能力太低的问题，本发明提供一种大型化的热法磷酸余热利用装置，在确保长期安全稳定运行的同时，提高热法磷酸单台年产量至15-20万吨/年。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型化的热法磷酸余热利用装置，包括汽包、下降管、导汽管、上封头、方体形辐射受热面、锥体形辐射受热面和磷燃烧器，所述上封头设置在锥体形辐射受热面上方，所述锥体形辐射受热面设置在方体形辐射受热面下方，所述磷燃烧器设置在方体形辐射受热面上并用于对方体形辐射受热面和锥体形辐射受热面进行辐射加热，所述汽包位于方体形辐射受热面上方；
7.所述方体形辐射受热面包括若干第一膜式水冷壁管、中间密集换热管、第一上方环形集箱和第一下方环形集箱，若干所述第一膜式水冷壁管相互围合呈封闭的方体形结构，所述第一上方环形集箱和第一下方环形集箱分别设置在方体形结构的两端，所述第一膜式水冷壁管的两端分别与第一上方环形集箱和第一下方环形集箱连通，所述中间密集换热管设置在方体形结构内并将其分隔成两个腔体，所述中间密集换热管的两端分别与第一上方环形集箱和第一下方环形集箱连通；
8.所述锥体形辐射受热面包括若干第二膜式水冷壁管、第二上方环形集箱和第二下
方环形集箱，若干所述第二膜式水冷壁管相互围合呈封闭的锥台结构，所述第二上方环形集箱和第二下方环形集箱分别设置在锥台结构的两端，所述第二膜式水冷壁管的两端分别与第二上方环形集箱和第二下方环形集箱连通，所述第二上方环形集箱位于第二下方环形集箱上方，且与第一下方环形集箱底部固定连接；
9.所述下降管的一端与汽包的下降接口连通，所述下降管的另一端分别与第一下方环形集箱和第二下方环形集箱连通，所述第一上方环形集箱和第二上方环形集箱均通过导汽管与汽包的导汽进口连通，所述下降管设置在方体形辐射受热面上，所述下降管与方体形辐射受热面之间设置有用于防止两者热交换的局部蒸发夹套，所述局部蒸发夹套的一端通过导汽管与汽包连通，所述局部蒸发夹套的另一端通过导汽管与第二下方环形集箱连通。
10.优选地一些实施方式，所述局部蒸发夹套包括若干封板，若干所述封板与下降管之间相互围合并形成局部蒸发夹套，所述局部蒸发夹套设置在下降管靠近方体形辐射受热面的一侧的范围内。
11.优选地一些实施方式，所述第一膜式水冷壁管由多根上升管a和多根翅片交替平行相互固定而成，所述上升管a的上端与第一上方环形集箱连通，所述上升管a的下端与第一下方环形集箱连通，所述翅片的上端与第一上方环形集箱固定连接，所述的翅片的下端与第一下方环形集箱固定连接。
12.优选地一些实施方式，所述方体形辐射受热面还包括中间密集换热管，所述中间密集换热管设置在方体形结构内并将其分隔成两个相互隔开的腔体，所述中间密集换热管的两端分别与第一上方环形集箱和第一下方环形集箱连通。
13.优选地一些实施方式，所述中间密集换热管由多根紧密排列并相互固定的上升管b组成，所述上升管b的上端呈弯曲状，相邻两所述上升管左右交错设置。
14.优选地一些实施方式，所述汽包包括壳体，壳体上设有往汽包内补充水的补充水接管，壳体底部设有下降接口，壳体上设有往汽包内导入汽水混合物的导汽进口，壳体顶部设有蒸汽出口。
15.优选地一些实施方式，所述磷燃烧器布置在方体形辐射受热面的下部且倾斜向下放置，所述磷燃烧器包括磷喷与磷喷连通的二次进风管。
16.优选地一些实施方式，所述上封头包括工艺气体出口管、冷却盘管和锥形壳；所述锥形壳下部与第一上方环形集箱固定连接，所述锥形壳上部与工艺气体出口管固定连接，所述冷却盘管包括多根相互平行且同轴设置的环形管结构，多根所述环形管之间间隔固定在锥形壳外侧且相互连通。
17.优选地一些实施方式，还包括底座，所述下降管与方体形辐射受热面相互固定连接，实现下降管对方体形辐射受热面的支撑作用，所述下降管固定连接在底座上，所述方体形辐射受热面位于底座上方。
18.本发明的有益效果是：
19.1、可实现生产装置的大型化：化工装置大型化是现代化工生产的基本要求，可以大幅度降低投资、降低运行成本、降低污染物的排放和提高智能化程度，但是热法磷酸生产成套装置受到道路运输和技术问题的限制，无法做到大型化生产，本发明装置由于整体采用方体形结构，在工厂制造后可将方体形辐射受热面分割成几大块，分开运输后再到现场
重新拼接安装，解决了运输限制的问题；
20.2、下降管作为装置的支撑件：下降管作为汽水循环中最核心的一个部分外，在本发明装置中还承担了连接装置各个部分的支撑作用，使装置整体结构更加紧凑、稳定，节省了建造费用；
21.3、充分利用燃烧空间，提高单位面积吸热量：在方体形辐射受热面中间设置中间密集换热管，将方体形辐射受热面一分为二，增大了辐射换热面积及单位面积吸热量，充分利用了磷燃烧的反应热，使得工艺气体出口温度不会过高；
22.4、获得更高的经济效益：在同样的年产量要求下，装置大型化，有利于减少设备数量，降低单位投资，降低了运行成本；在同样的资金投入下，热法磷酸年产量提高，降低了单位成本，减少了排放，既提高了企业年收益，又响应了节能减排的要求。
附图说明
23.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
24.图1是本发明的结构示意主视图；
25.图2是本发明的结构示意左视图；
26.图3是图1中b-b的剖视图；
27.图4本发明中四角下降支撑管与第一上方环形集箱的连接图；
28.图5本发明中四角下降支撑管与第一下方环形集箱的连接图；
29.图6本发明中中间下降支撑管与第二上方环环形集箱的连接图；
30.图7本发明中中间下降支撑管与第二下方环环形集箱的连接图；
31.图8本发明中四角下降支撑管与局部蒸发夹套的示意图；
32.图9本发明中中间下降支撑管与局部蒸发夹套的示意图；
33.图10是本发明中汽包的结构示意图。
34.图中：1.汽包，11.壳体，12.蒸汽出口，13.补充水接管，14.导汽进口，15.下降接口；
35.2.下降管，21.下降总管，22.下降分管，23.下降支撑管，24.下降分流管，25.局部蒸发夹套；
36.3.导汽管，31.导汽管a，32.导汽管b；
37.4.上封头，41.工艺气体出口管，42.冷却盘管，43.锥形壳；
38.5.方体形辐射受热面，51.第一膜式水冷壁管，511.上升管a，52.中间密集换热管，521.上升管b，53.第一上方环形集箱，531.中间上集箱，54.第一下方环形集箱，541.中间下集箱；
39.6.锥体形辐射受热面，61.第二上方环形集箱，62.第二膜式水冷壁管，63.第二下方环形集箱；
40.7.磷燃烧器，71.磷喷，72.二次进风管；
41.8、底座。
具体实施方式
42.本发明下面结合实施例作进一步详述：
43.本发明不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.如图1-10所示，一种大型化的热法磷酸余热利用装置，包括汽包1、下降管2、导汽管3、上封头4、方体形辐射受热面5、锥体形辐射受热面6、磷燃烧器7和底座8；所述汽包1位于整个装置的最上方，导汽管3分为导汽管a31、导汽管b32、导汽管c，导汽管a31的上端与汽包1上导汽进口14连通，导汽管a31的下端与第一上方环形集箱53固定连通，导汽管b32的上端与汽包1上导汽进口14连通，导汽管b32的下端与第二上方环形集箱61固定连通，导汽管c的上端与汽包1上导汽进口14连通，导汽管c的下端与下降支撑管23上的局部蒸发夹套25上端固定连通，局部蒸发夹套25防止下降支撑管23内的水与方体形辐射受热面5进行热交换导致扰乱热循环的现象，局部蒸发夹套25位于第一上方环形集箱53和第一下方环形集箱54之间，应该说第一上方环形集箱53和第一下方环形集箱54分别与下降支撑管23的连接处是没有套管，套管的位置应该是紧靠上述连接处之间；
47.下降管2包括下降总管21、下降分管22、下降支撑管23和下降分流管24，下降总管21垂直至于汽包1底部，下降总管21的进口端与汽包1的下降接口15连通，下降分管22水平布置且进口端与下降总管21出口端连通，下降支撑管23垂直布置且进口端与下降分管22垂直相交固定连通，下降支撑管23有多根且分布在方体形辐射受热面5的四角及前后辐射受热面的中部位置，下降支撑管23穿过第一上方环形集箱53并相互固定连接，下降支撑管23与相邻的第一膜式水冷壁管51的翅片垂直密封连接，下降支撑管23继续向下至第一下方环形集箱54且相互固定连通，下降支撑管23继续向下穿过第二上方环形集箱61且相互固定连接，下降支撑管23继续向下，直达地面底座8且相互固定连接，整个下降支撑管23连接装置各个部分的起到密封支撑作用，下降分流管24进口端与下降支撑管23下底部连通，下降分管22出口端与第二下方环形集箱63连通。
48.方体形辐射受热面5包括前后左右四块收尾相接且相互垂直设置的第一膜式水冷壁管51、中间密集换热管52、第一上方环形集箱53和第一下方环形集箱54，第一膜式水冷壁
包括多根上升管a511及设置在相邻上升管a511之间的翅片，上升管a511的上端与第一上方环形集箱53连通，上升管a511的下端与第一下方环形集箱54连通，中间密集换热管52由紧密排列的多根上升管b521组成，上升管b521的上端呈弯曲状，相邻两根上升管b521左右交错设置并分别与中间上集箱531固定连通，上升管b521的下端呈弯曲状，相邻两根上升管b521左右交错设置并分别与中间下集箱541固定连通，上升管b521管壁之间采用局部焊接，不密封；中间密集换热管52布置在前后两个第一膜式水冷壁管51的中部，将整个方体形辐射受热面5分为左右两个相通的次方体形受热面(腔体)。
49.锥体形辐射受热面6包括第二上方环形集箱61、第二膜式水冷壁管62和第二下方环形集箱63，第二上方环形集箱61位于第一下方环形集箱54正下方，且与第一下方环形集箱54固定连接，第二上方环形集箱61与下降支撑管23垂直相交且固定连接，第二膜式水冷壁管62由多根换热管和翅片，翅片与多根换热管交替布置且相互焊接固定，换热管上端与第二上方环形集箱61下部固定连通，换热管的下端与第二下方环形集箱63上部固定连通，第二下方环形集箱63位于装置最底部。
50.上封头4包括工艺气体出口管41、冷却盘管42和锥形壳43，上封头4置于方体形辐射受热面5正上方，锥形壳43下部与第一上方环形集箱53固定连接，锥形壳43上部与工艺气体出口管41固定连接，冷却盘管42包括多根相互平行且同轴设置的半圆状环形管结构，冷却盘管42的多根半圆状环形管结构间隔焊接在锥形壳43外侧且相互连通。
51.在方体形辐射受热面5的四角，下降管2支撑与第一上方环形集箱53固定连接；下降支撑管23与第一下方环形集箱54密封连通，第一上方环形集箱53和第一下方环形集箱54中间分别有一个中间上集箱531和中间下集箱541，第一上方环形集箱53与中间上集箱531相互连通，第一下方环形集箱54与中间下集箱541相互连通，中间密集换热管52上下两端分别与中间上集箱531和中间下集箱541连通。
52.在方体形辐射受热面5的前后辐射受热面的中间，也就是左右两个相通的次方体形受热面之间，下降支撑管23与第一上方环形集箱53固定连接，下降支撑管2与中间上集箱531固定连接，下降支撑管23与第一下方环形集箱54固定连通，下降支撑管23与中间下集箱541固定连通。
53.其中一部分下降管2靠近方体形辐射受热面5四角的内侧，下降管2与第一膜式水冷壁管51之间存在一个120
°
夹角的局部蒸发夹套25，局部蒸发夹套25用封板左右上下密封形成，局部蒸发夹套25的上端通过导汽管3与汽包1连通，局部蒸发夹套25的下端与下降分流管24连通，同时另一部分下降管2位于中间密集换热管52的内侧，下降管2与第一膜式水冷壁管51和中间密集换热管52之间存在一个210
°
夹角的局部蒸发夹套25，并且该局部蒸发夹套25也是用封板左右上下密封形成，局部蒸发夹套25的上端通过导汽管3与汽包1连通，下端与下降分流管24连通。
54.所述汽包1包括壳体11，壳体11上设有往汽包1内补充水的补充水接管13，壳体11底部设有下降接口15，下降接口15处固定连通下降管2，壳体11上设有往汽包1内导入汽水混合物的导汽进口14，导汽进口14与导气管连通，壳体11顶部设有蒸汽出口12。
55.所述磷燃烧器7包括磷喷71及设置在磷喷71上的二次进风管72，二次进风管72是为了方便空气进入并助燃，磷燃烧器7布置在方体形辐射受热面5的下部并向下倾斜放置。
56.上述一种大型化的热法磷酸余热利用装置的汽水流程：
57.汽包1内的水从下降接口15引出的循环水至下降总管21，经下降分管22分流进入下降支撑管23内，一共分为两路：一路由下降支撑管23分配到第一下方环形集箱54中，再由第一下方环形集箱54分配到第一膜式水冷壁管51内，经辐射传热后，吸热后变成汽水混合物，在浮生力产生压差的作用下上升进入第一上方环形集箱53中，再由导汽管3导入汽包1，而另一路由下降分管22分配到第二下方环形集箱63中，再由第二下方环形集箱63分配到第二膜式水冷壁管62内，经辐射传热之后，吸热后变成汽水混合物，在压差的作用下进入第二上方环形集箱61，再由导汽管3导入到汽包1，汽水混合物在汽水分离器内分离，分离出水蒸汽从蒸汽出口12管排出，分离下来饱和水与进水混合后再进入下一水循环。
58.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。

技术特征：

1.一种大型化的热法磷酸余热利用装置，其特征在于：包括汽包(1)、下降管(2)、导汽管(3)、上封头(4)、方体形辐射受热面(5)、锥体形辐射受热面(6)和磷燃烧器(7)，所述上封头(4)设置在锥体形辐射受热面(6)上方，所述锥体形辐射受热面(6)设置在方体形辐射受热面(5)下方，所述磷燃烧器(7)设置在方体形辐射受热面(5)上并用于对方体形辐射受热面(5)和锥体形辐射受热面(6)进行辐射加热，所述汽包(1)位于方体形辐射受热面(5)上方；所述方体形辐射受热面(5)包括若干第一膜式水冷壁管(51)、中间密集换热管(52)、第一上方环形集箱(53)和第一下方环形集箱(54)，若干所述第一膜式水冷壁管(51)相互围合呈封闭的方体形结构，所述第一上方环形集箱(53)和第一下方环形集箱(54)分别设置在方体形结构的两端，所述第一膜式水冷壁管(51)的两端分别与第一上方环形集箱(53)和第一下方环形集箱(54)连通，所述中间密集换热管(52)设置在方体形结构内并将其分隔成两个腔体，所述中间密集换热管(52)的两端分别与第一上方环形集箱(53)和第一下方环形集箱(54)连通；所述锥体形辐射受热面(6)包括若干第二膜式水冷壁管(62)、第二上方环形集箱(61)和第二下方环形集箱(63)，若干所述第二膜式水冷壁管(62)相互围合呈封闭的锥台结构，所述第二上方环形集箱(61)和第二下方环形集箱(63)分别设置在锥台结构的两端，所述第二膜式水冷壁管(62)的两端分别与第二上方环形集箱(61)和第二下方环形集箱(63)连通，所述第二上方环形集箱(61)位于第二下方环形集箱(63)上方，且与第一下方环形集箱(54)底部固定连接；所述下降管(2)的一端与汽包(1)的下降接口(15)连通，所述下降管(2)的另一端分别与第一下方环形集箱(54)和第二下方环形集箱(63)连通，所述第一上方环形集箱(53)和第二上方环形集箱(61)均通过导汽管(3)与汽包(1)的导汽进口(14)连通，所述下降管(2)设置在在方体形辐射受热面(5)上，所述下降管(2)与方体形辐射受热面(5)之间设置有用于防止两者热交换的局部蒸发夹套(25)，所述局部蒸发夹套(25)的一端通过导汽管(3)与汽包(1)连通，所述局部蒸发夹套(25)的另一端通过导汽管(3)与第二下方环形集箱(63)连通。2.根据权利要求1所述的一种大型化的热法磷酸余热利用装置，其特征在于：所述局部蒸发夹套(25)包括若干封板，若干所述封板与下降管(2)之间相互围合并形成局部蒸发夹套(25)，所述局部蒸发夹套(25)设置在下降管(2)靠近方体形辐射受热面(5)的一侧的范围内。3.根据权利要求1所述的一种大型化的热法磷酸余热利用装置，其特征在于：所述第一膜式水冷壁管(51)由多根上升管a(511)和多个翅片交替平行相互固定而成，所述上升管a(511)的上端与第一上方环形集箱(53)连通，所述上升管a(511)的下端与第一下方环形集箱(54)连通，所述翅片的上端与第一上方环形集箱(53)固定连接，所述翅片的下端与第一下方环形集箱(54)固定连接。4.根据权利要求1所述的一种大型化的热法磷酸余热利用装置，其特征在于：所述中间密集换热管(52)由多根紧密排列并相互固定的上升管b(521)组成，所述上升管b(521)的上端呈弯曲状，相邻两所述上升管左右交错设置。5.根据权利要求1所述的一种大型化的热法磷酸余热利用装置，其特征在于：所述汽包
(1)包括壳体(11)，壳体(11)上设有往汽包(1)内补充水的补充水接管(13)，壳体(11)底部设有下降接口(15)，壳体(11)上设有往汽包(1)内导入汽水混合物的导汽进口(14)，壳体(11)顶部设有蒸汽出口(12)。6.根据权利要求1所述的一种大型化的热法磷酸余热利用装置，其特征在于：所述磷燃烧器(7)布置在方体形辐射受热面(5)的下部且倾斜向下放置，所述磷燃烧器(7)包括磷喷(71)与磷喷(71)连通的二次进风管(72)。7.根据权利要求1所述的一种大型化的热法磷酸余热利用装置，其特征在于：所述上封头(4)包括工艺气体出口管(41)、冷却盘管(42)和锥形壳(43)；所述锥形壳(43)下部与第一上方环形集箱(53)固定连接，所述锥形壳(43)上部与工艺气体出口管(41)固定连接，所述冷却盘管(42)包括多根相互平行且同轴设置的环形管结构，多根所述环形管之间间隔固定在锥形壳(43)外侧且相互连通。8.根据权利要求1所述的一种大型化的热法磷酸余热利用装置，其特征在于：还包括底座(8)，所述下降管(2)与方体形辐射受热面(5)相互固定连接，实现下降管(2)对方体形辐射受热面(5)的支撑作用，所述下降管(2)固定连接在底座(8)上，所述方体形辐射受热面(5)位于底座(8)上方。

技术总结

本发明涉及热能的回收与利用技术领域，尤其是涉及一种大型化的热法磷酸余热利用装置，包括汽包、下降管、导汽管、上封头、方体形辐射受热面、锥体形辐射受热面和磷燃烧器，所述上封头设置在锥体形辐射受热面上方，所述锥体形辐射受热面设置在方体形辐射受热面下方，所述磷燃烧器设置在方体形辐射受热面上并用于对方体形辐射受热面和锥体形辐射受热面进行辐射加热，所述汽包位于方体形辐射受热面上方，装置大型化，有利于减少设备数量，降低单位投资，降低了运行成本；在同样的资金投入下，热法磷酸年产量提高，降低了单位成本，减少了排放，既提高了企业年收益，又响应了节能减排的要求。求。求。