热法磷酸燃磷塔现状及其与普通工业锅炉的比较蒋家羚刘宝庆黄海军(浙江大学化机所,杭州,310027)摘要热法磷酸燃磷塔的节能改造是目前磷化工行业的一个重要课题。本文在介绍国内外燃磷塔现状的基础上,将新型燃磷塔与普通工业锅炉进行了比较。比较结果表明,两者在本体机构、传热特性及设计目的等方面存在着差别,这些差别对燃磷塔的优化设计具有一定参考价值。关键词燃磷塔,锅炉,节能,改造TQ052.7文献标识码A1000-6613(2002)03-0228-03近年来,随着工业的发展和人民生活水平的提高,热法磷酸的需求量越来越大。然而目前的热法磷酸生产,不仅对磷燃烧产生的热量没有进行合理利用,反而要配置庞大换热器及额外的蒸汽锅炉以冷却循环水和熔化固态磷。这一方面会造成能源的浪费,导致高的生产成本;另一方面对环境也会产生热污染。因此,从节能和环保角度考虑,有必要将磷的氧化反应器改造成燃磷锅炉。有关这方面的研究已越来越受到国内外磷化工行业的重视。本文在介绍燃磷塔现状的基础上,结合最近设计的一台新型燃磷塔,与普通工业锅炉进行了比较,旨在为设计最佳燃磷塔提供参考。1国内外燃磷塔现状1.1国内燃磷塔国内的热法磷酸生产,基本上没有进行有效的余热利用。由于燃磷塔内P2O5烟气具有极强的腐蚀性,且随着温度的升高腐蚀加剧,所以为降低燃磷塔内高温烟气的温度以达到减轻腐蚀的目的。国内现有燃磷塔的周壁布置了上下两个水冷夹套(如图1所示),进口水温约为35～40℃,出口水温约为50～55℃。这样低温的余热在工业上不但无法利用,反而要配置附加设备来冷却循环水。1.2国外燃磷塔国外对热法磷酸生产中的热能利用研究1相对较早,如欧洲专利出版署的No.0064865专利及图1国内燃磷塔示意图日本的No.SHO541997-84890专利,此外还有图2国外燃磷塔示意图美国No.4309394专利等。他们的研究涉及磷酸凝液处理、炉内温度控制及余热利用装置的布局结构等一整套理论和方法。其中国外最典型的燃磷塔装置如图2所示,液态磷由喷嘴进入燃烧腔,与由收稿日期2001-09-18。第一作者简介蒋家羚(1943—),男,教授,博士生导师。电话0571-87952729。工艺装备第3期蒋家羚等:热法磷酸燃磷塔现状及其与普通工业锅炉的比较·229·空气吸入管进入的空气混合燃烧,生成的P2O5烟气最后经出气口排出。整个磷燃烧火焰都被腔内环状分布的竖直管束所包围,这些管束作为辐射吸热元件,与其他部件一起组成了一个能够产生蒸汽的燃磷特种锅炉。1.3新型燃磷塔针对云南省磷化工中试基地在用的一台燃磷塔(见图1),对其进行了改造,具体结构见图3。其周壁布置有一定数量的抗磷酸腐蚀的不锈钢管,作为辐射受热面来回收热量。比较发现,新型燃磷塔具有以下几个特点。(1)新塔的燃烧室与老塔形状相同,体积相近;燃磷塔结构及燃烧器与燃烧室的相对安装位置不变。因此新塔能保证完成磷的燃烧,并产生足量的P2O5烟气。(2)将水冷夹套换成辐射受热面后,实现了对热法磷酸生产过程的余热回收,有效热利用率大大提高。如果按燃磷量240kg/h、空气过剩系数α=1.4计算,燃烧室内理论燃烧温度可达2380℃,烟气排放温度约730℃,辐射面有效吸热量则达3.78×106kJ/h,相当于每小时副产0.5MPa饱和水蒸气1.42t,有效热利用率超过60%。(3)整个燃磷塔重量可由裙座支撑或用钢架悬吊。工作时炉体的热膨胀可向上或向下自由伸展;集汽管两端与汽包及上集箱的连接、下降管两端与汽包及下集箱的连接都设计有弯头,可作为热补偿22.1新型燃磷塔与普通工业锅炉比较本体结构新型燃磷塔呈立式圆筒状,周壁布置有竖直管束,形似一火管锅炉。然而特殊的物料性质使得它在结构及选材方面又区别于普通工业锅炉2。具体表现在以下几个方面。(1)新型燃磷塔都是立式结构,燃烧和换热均在燃烧室内进行。而普通工业锅炉则一般是卧式的,燃烧和换热往往由不同的单元组件完成。(2)燃磷塔的燃烧器是从底部侧面斜向布置,锅炉则从端部垂直设置。(3)由于燃磷塔内P2O5烟气极易同水蒸气结合,形成腐蚀性很强的焦磷酸附着在管壁上,因此受热面管子选用了抗磷酸腐蚀的316L不锈钢管。而普通工业锅炉在腐蚀性相对较小的情况下,出于经济角度考虑,一般只采用碳钢无缝钢管。2.2传热特性在传热特性方面,热法磷酸燃磷塔与普通工业锅炉3也有一...