热法磷酸反应塔主要科技创新
创新点1:发明了高效回收黄磷燃烧热副产蒸汽的双区型结构特种燃磷塔,实现了热法磷酸生产余热回收效率的突破。
首次提出并实施了具有辐射与对流换热面的双区型结构燃磷塔,它包括充分燃烧区与强化传热区,黄磷燃烧热的回收先后在燃磷塔的这两个区域完成。其中的充分燃烧区温度在700~2000℃,属高温区域,采用膜式水冷壁结构,主要借助辐射方式传热;而强化传热区温度在700℃以下,为相对低温区域,在圆筒体内布置换热管束,主要借助对流方式传热。采用本项目双区型结构燃磷塔后,高温工艺气体经辐射和对流两级吸热,其出口温度可由原来的700℃下降至450℃左右,从而提高了余热回收的效率,增加了燃磷塔副产蒸汽的能力与产量,满足了磷化工生产企业对副产蒸汽产量的要求,对于磷化工生产企业的节能降耗、降低产品成本具有重要意义。
创新点2:通过结构技术创新,提出了一种热法磷酸生产热电自平衡系统技术,解决了副产蒸汽的产量与品位的协调问题,实现了热法磷酸生产余热利用效率的突破。
热法磷酸生产企业对燃磷塔副产蒸汽具有不同需求,有的要求增加副产蒸汽的产量,有的要求提高副产蒸汽的品位(即蒸汽压力),本项目提出了一种热法磷酸生产热电自平衡系统的技术。通过对燃磷塔的结构技术创新,实现了增加副产蒸汽产量(热)与提高副产蒸汽压力用于发电(电)之间的热电平衡。
创新点3:建立了模拟燃磷塔内流动、燃烧与传热过程相耦合的物理-数学模型,揭示了特种燃磷塔结构与运行参数对其性能的影响规律,实现了对新型特种燃磷塔的参数优化。
在模型验证与完善的基础上,分别模拟研究了不同结构设计参数(包括塔形、塔高、塔径、喷枪高度、喷枪安装角度及其数量)和工艺控制参数(包括燃磷量、空气过剩系数)对燃磷塔内流场、温度场和浓度场的影响规律,并综合权衡设备安全性、余热回收效率、可操可控性、硬件投资、运行经济性、运输条件等,确定了特种燃磷塔典型系列型号的优化方案,从而推动了以增加副产蒸汽产量与提高副产蒸汽品位为导向的热法磷酸生产节能减排专用装备技术的产业化推广。