本发明涉及磷酸生产领域，具体涉及一种提高热法磷酸生产中低温热能回收利用率的系统和方法。
背景技术：
热法制备磷酸是黄磷经燃烧氧化得到五氧化二磷，然后将五氧化二磷通入水合塔中经过水合吸收制得，该方法制得的磷酸纯度较高，但是黄磷冶炼环节属于高能耗生产，导致热法制备的磷酸成本较高。
由于黄磷燃烧本身为放热反应，且得到的五氧化二磷温度较高，为此，目前本领域已经开发出相关设备用于吸收黄磷燃烧放出的热量和高温五氧化二磷的热量进行利用，以减少热法磷酸加工中所使用的热能。
但是，在磷酸水合(五氧化二磷与水反应形成磷酸)工艺段，传统水合工艺通过对水合塔壁的不断给水降温，控制水合塔的出口酸温不高于80℃，这就造成大量的高温热能被降为低温热量，使得水合工艺段的热能利用率比较低，只能作简单热水使用，难以产生较高的经济价值，同时塔壁降温也需要消耗大量的水，造成水资源的白白浪费。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种提高热法磷酸生产中低温热能回收利用率的系统和方法，能够提高温度较低的磷酸水合工艺段的热能利用率，提高经济价值。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种提高热法磷酸生产中低温热能回收利用率的系统，其用于与水合塔相配合，所述水合塔能够产生高浓度高温磷酸，包括顺次连接的换热机构和稀释器；
所述换热机构中设置有用于交换高浓度高温磷酸中的热量的介质，所述换热机构用于将高浓度高温磷酸转化为高浓度低温磷酸导入稀释器中，所述稀释器用于将高浓度低温磷酸稀释成低浓度磷酸并导入水合塔中。
在上述技术方案的基础上，所述水合塔与换热机构之间设置有一循环槽，所述循环槽一端与水合塔相连，用于接收水合塔产生的高浓度高温磷酸，另一端与换热机构连接，用于将高浓度高温磷酸导入换热机构中。
在上述技术方案的基础上，所述换热机构包括蒸发器，所述蒸发器与循环槽连接，所述介质设置在蒸发器中，用于交换高浓度高温磷酸中的热量。
在上述技术方案的基础上，所述换热机构还包括预热器，所述预热器与设置于所述水合塔与蒸发器之间，用于对介质进行预热；
所述预热器上设有介质进口，介质出口，尾气进口和尾气出口，所述尾气进口与水合塔的出气口相连，用于导入未被水合的五氧化二磷尾气，尾气与介质在预热器进行热交换，实现介质预热；所述介质出口与蒸发器连接，用于将预加热的介质导入蒸发器中，所述尾气出口用于将热交换后的尾气排入后续工艺生产系统如吸收段。
在上述技术方案的基础上，所述水合塔的顶部设置有进酸口和进气口，所述进气口用于将外部的五氧化二磷气体导入水合塔，所述进酸口与稀释器连接，用于将低浓度的磷酸导入水合塔中，与五氧化二磷气体反应生成高浓度磷酸。
在上述技术方案的基础上，所述水合塔的中上部设置有喷淋机构，底部设置有出气口、出酸口，所述的出气口与预热器的尾气进口相连，用于将经过水合塔水合后的尾气导入到预热器中，所述出酸口与循环槽连接，用于用于接收水合塔产生的高浓度高温磷酸。
在上述技术方案的基础上，所述循环槽内设置有酸泵，所述循环槽为一密封罐体且表面设置有保温层。
一种提高热法磷酸生产中低温热能回收利用率的方法，包括以下步骤：
a、向水合塔中同时通入五氧化二磷气体和稀磷酸，稀磷酸吸收五氧化二磷气体后生成高温浓磷酸和含有低位热能的尾气；
b、将含有低位热能的尾气通入预热器中加热介质，得到预热介质，预热介质和高温浓磷酸导入蒸发器中，用于吸收高温浓磷酸的热量，回收的高温热量用于生产。
在上述技术方案的基础上，所述步骤b之后还包括以下步骤：将经过蒸发器后的高温浓磷酸导入稀释器中稀释成稀磷酸并通过进酸口导入水合塔中。
在上述技术方案的基础上，所述从蒸发器出来的磷酸温度大于等于120℃。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提高热法磷酸生产中低温热能回收利用率的系统，包括换热机构，换热机构包括蒸发器和预热器，蒸发器与循环槽连接，用于吸收高浓度高温磷酸中的热量，预热器的一端与水合塔的出气口相连，用于吸收未反应且温度较低的五氧化二磷中的热量，并将该热量用于加热上述加热器中的介质，预热器的另一端与蒸发器相连，将预热的介质导入蒸发器中，在蒸发器中通过吸收高浓度高温磷酸的热量将预热的介质进一步加热为高能介质。
蒸发器为密闭结构，其内部设置有管道，管道之外的腔体为介质容纳空间，预热器中的介质直接通入蒸发器的内部腔体，高浓度高温磷酸通过管道输入，并通过管壁形成热传导与介质不断进行热交换，使得吸热后的介质温度不断升高，最终形成大于等于150℃的含有高位热能的介质载体，该热能能够用于工业生产(如产生压力≥0.7mpa的饱和蒸汽等)，利用价值较高。
(2)本发明提高热法磷酸生产中低温热能回收利用率的系统，使用稀磷酸作为原料进入水合塔中，不仅能够得到目标产品浓磷酸，且能够吸收反应中产生的大量热能，将高浓度高温磷酸作为热源对介质进行加热，能够快速将热能转移至介质中，且由于该部分热能的品质较高，能够将介质形成温度大于等于150℃的含有高位热能的介质载体，如饱和蒸汽，高温导热油等，用于产品生产环节如合成，烘干等工艺段用热，降低生产中的耗能。
同时，将经过水合塔后未反应且温度较低的尾气作为另一个热源，用于预热介质，并将含有一定热能的预热介质导入蒸发器，用于吸收高浓度高温磷酸的热量，不仅有效利用了尾气中的热能，且对介质进行了预热，提高了热效率与热能利用率。
(3)本发明提高热法磷酸生产中低温热能回收利用率的系统，通过对水合塔内高浓度高温磷酸热能的直接回收利用，取消原磷酸水合工艺中使用循环冷却水对水合塔的塔壁降温，节约水资源的消耗，同时降低生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例中提高热法磷酸生产中低温热能回收利用率的系统的结构示意图。
图中：1-水合塔，2-循环槽，3-换热机构，4-稀释器，5-蒸发器，6-预热器，7-进酸口，8-进气口，9-出气口，10-出酸口，11-介质入口，12-介质出口，13-尾气进口，14-尾气出口，15-喷淋机构，16-酸泵。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种提高热法磷酸生产中低温热能回收利用率的系统，其用于与水合塔1相配合，包括顺次连接的循环槽2、换热机构3和稀释器4，循环槽2内设置有酸泵16，循环槽2为一密封罐体且表面设置有保温层，且本发明中的循环槽2、换热机构3、稀释器4、酸泵16均采用耐腐蚀材料制成。
循环槽2一端与水合塔1相连，用于接收水合塔1产生的高浓度高温磷酸，另一端与换热机构3连接，换热机构3中设置有介质(介质可以是水、油或者其他能够进行换热的物质)，介质能够能够吸收高浓度高温磷酸中的热量，并将生成的高浓度低温磷酸导入稀释器4中，稀释器4用于将高浓度磷酸稀释成低浓度磷酸并导入水合塔1中。
本实施例中的水合塔1，其顶部设置有进酸口7和进气口8，进气口8用于将外部的五氧化二磷气体导入水合塔1，进酸口7与稀释器4连接，用于将稀释器4中稀释后的低浓度磷酸导入水合塔1中，低浓度磷酸在水合塔中与五氧化二磷气体反应生成高浓度磷酸，由于低浓度磷酸中的水与五氧化二磷气体结合为放热反应，使得高浓度磷酸的温度较高，本实施例中，高浓度磷酸的温度高于200℃。
水合塔1的中上部设置有喷淋机构15，底部设置有出酸口10和出气口11，出酸口10与循环槽2连接，用于将高温高浓度磷酸导入循环槽2中，出气口11与换热机构3连接，用于将未反应的五氧化二磷通入换热机构3中。
其中，本实施例的换热机构3包括蒸发器5和预热器6，预热器6上设有介质进口11，介质出口12，尾气进口13和尾气出口14，尾气进口13与水合塔1的出气口9相连，用于导入未被水合的五氧化二磷尾气，对预热器6中的介质进行预热；介质出口12与蒸发器5连接，用于将预加热的介质导入蒸发器5中，尾气出口14用于将热交换后的尾气排入后续工艺生产系统如吸收段。
蒸发器5与循环槽2连接，用于交换高浓度高温磷酸中的热量，将预热介质进一步加热，本实施例中的介质选用水，在蒸发器5中，预热后的水被加热形成饱和蒸汽。
蒸发器5为密闭结构，其内部设置有管道(可以将管道设置蛇形或者折线形)，管道之外的腔体为介质容纳空间，预热器6中的水直接通入蒸发器腔体内，高浓度高温磷酸进入蒸发器5的管道内部，通过管壁的热传导对水进行加热，使得水不断吸热后，形成温度大于等于150℃的饱和蒸汽(本实施例中，饱和蒸汽的温度为170℃左右)，能够用于工业生产，利用价值较高。
在实际生产中，蒸发器5的结构可以根据实际需要进行设计，不限制于本申请的结构，且可以将介质通入管道内，将高浓度高温磷酸通入容纳空间中，若采用此设计，且介质为水的条件下，需要设置一汽包用于收集饱和蒸汽。
本发明使用稀磷酸作为原料进入水合塔1中，不仅能够得到目标产品浓磷酸，且能够吸收反应中产生的大量热能，将高浓度高温磷酸作为热源对介质进行加热，能够快速将热能转移至介质中，且由于该部分热能的品质较高，能够将水变为温度大于等于150℃的饱和蒸汽，用于生产合成或者烘干等环节，有效降低生产中的耗能。
同时，将经过水合塔1后未反应且温度较低的尾气(主要成分为五氧化二磷气体)作为另一个热源，用于加热水，并将得到的热水作为水原料导入蒸发器5，用于吸收高浓度高温磷酸的热量，有效利用了尾气中的低温热能，对水进行了预热，同时提高了产生饱和蒸汽的产量和热能综合利用率。
本发明还提供一种提高热法磷酸生产中低温热能回收利用率的方法，包括以下步骤：
a、向水合塔1中同时通入五氧化二磷气体和稀磷酸，稀磷酸吸收五氧化二磷气体后生成高温浓磷酸和含有低位热能的尾气。
b、将含有低位热能的尾气通入预热器6中加热介质(本实例中选用水作为介质)，得到热水，将热水和高温浓磷酸导入蒸发器5中，高温浓磷酸将热水不断加热，最终形成饱和蒸汽，饱和蒸汽的温度大于等于150℃。
将经过蒸发器5后的高温浓磷酸导入稀释器4中稀释成稀磷酸并通过进酸口7导入水合塔1中，采用本发明的方法，每生产一吨磷酸产生压力为0.7～1.0mpa饱和蒸汽量为300kg，饱和蒸汽可以用于生产用热，有效提高了温度较低的磷酸水合工艺段的热能综合利用率，提高经济价值。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。