一种用于连续流化反应器的喷射拱及造气流化反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于连续流化反应器的喷射拱及造气流化反应器，该喷射拱和流化反应器尤其适用于高效高温五氧化二磷造气流化反应器，也适用于利用流化反应器制备磷酸的工艺及其装置。
【背景技术】
[0002]磷酸在国民经济中占有重要地位，是生产磷肥和磷酸盐的中间原料，磷酸及其下游产品广泛应用于化工、农业、医药、食品和电子等行业，而五氧化二磷是生产磷酸的原料。
[0003]目前，国内外磷酸工业生产方法分为湿法和热法两种工艺路线。湿法磷酸是通过无机酸(主要是硫酸、盐酸)分解磷矿制得磷酸。湿法磷酸不仅要求磷矿石的品位高、质量好，而且该法制得的磷酸杂质含量较高，磷酸浓度低。当前世界范围内的磷矿资源正在逐步贫化，同时硫酸资源也日益紧缺，磷矿与硫酸的价格攀升，加之该法酸解后要排除大量磷石膏，因此，采用湿法生产磷酸的许多工厂也日益艰难。热法磷酸是以电热法生产的黄磷为原料，经燃烧制得五氧化二磷，五氧化二磷经水合后制得磷酸。热法磷酸纯度高，但是由于电热法生广黄憐能耗极尚，因此广品的成本$父尚。
[0004]中国列入国家统计的磷矿石储量为168亿吨，但大多数磷矿难以选别，含磷量大于30%的富矿只有11.2亿吨，中低品位的磷矿石约占90%，且含磷量洗浴26%的低品位磷矿约占50%。根据中国目前磷矿的消耗速度，富矿将在十年左右逐渐枯竭，磷矿资源面临贫乏。
[0005]为了开发一种能耗较低，并且适用于中低品位磷矿的生产方法，中国专利CN101214939 A公开了一种燃烧动力波制备五氧化二磷的方法。该专利的基本原理是将磷矿、磷矿还原剂和燃料炭等原料以粉体形式悬浮在还原性或弱氧化性气氛空间，进行还原性燃烧反应，在燃烧动力过程中，还原性燃烧的前沿波面向外部空间扩展，外部空间的氧化性流体也在向还原空间方向移动，在接触处形成了一个过渡性介面，呈相对的动态平衡。其基本思想是利用流体燃烧动力过程产生的波面，将还原空间与氧化空间相对隔离，热辐射穿越波面加热还原反应空间，以实现高效还原反应与传热，进而实现磷矿与五氧化二磷的高效转化。该发明与现有技术的五氧化二磷生产工艺相比，可以充分利用中低品位磷矿，以较低的能耗和生产成本生产五氧化二磷，进而生产优质磷酸。但是，该发明在实施过程中存在如下缺陷:
[0006](1)燃烧过程中动力波力量不足，无法将磷矿、磷矿还原剂和燃料炭等原料托起悬浮在还原性或弱氧化性气氛空间；
[0007](2)燃烧动力波界面不明显，不能将还原空间与氧化空间相对隔离；
[0008](3)燃烧过程中沿炉壁粘流的熔融态物质，易造成排渣孔堵塞，不能实现连续式生产。
[0009]另外，该专利技术使用的反应器设计不合理，存在如下设计缺陷:
[0010](1)烧嘴有16个，分上、中、下三层布置，上层烧嘴布置在氧化区，而氧化区为放热反应，是不需要再进行加热的，烧嘴布置在该区域，1650°C的高温极易将烧嘴烧坏，而且造成燃料的浪费；
[0011 ] (2) 二次空气进口管位置不合理，二次空气是用于磷的氧化，将二次空气进口管布置在进料口下方的还原区，难以形成氧化区。
[0012]再有中国专利CN 102616759 A公开了一种利用流化床反应器制备磷酸的工艺及其装置，并具体公开了该流化床反应器包括有外壳、内壳、燃烧室、旋风分离器和水化循环酸吸收装置，外壳的内表面和内壳的外表面构成一个环形的氧化区；内壳的内部设置有气体分布器和流化还原反应区，其中流化还原反应区顶部设置有磷矿混合粒料进料口和还原区反应气体产物出口，底部为靠近气体分布器上方的炉渣出料口 ；燃烧室底部设置有流体介质气体进口、燃料及空气入口和控制阀门和燃烧器喷嘴；旋风分离器上设置有与流化还原反应区相通的吹出物料回流口，其顶部为P2、C0等气体出口 ；外壳的底部设置有P2、C0等气体进口和富氧空气进口，顶部设置有与水化循环酸吸收装置相连的？205、0)2等气体出口 ；P2、CO等气体出口和P2、CO等气体进口通过外部保温管路连接。该发明虽然在对比文件1的基础之上将氧化区和还原区通过内壳相对隔离，明确划分了氧化区和还原区，解决了窑法磷酸工艺中分区难的问题；将流态化技术应用于磷矿的还原反应，避免了还原区因局部温升过快，出现物料烧融结圈、赌料现象，导致设备不能连续运转的问题。但是该发明仍然存在以下缺陷:首先，对比文件2需要依靠不断通入氮气来实现流化作用，才能将还原区的气体产物送至氧化区，不能通过装置固有的结构特征实现流化，而且氮气的通入无疑增加了成本。其次，为了将还原反应区生成的反应气体产物P2、C0和吹出的颗粒物料进行分离，还在还原区顶部专门设置旋风分离器，增加了装置的复杂程度，同时也增加了成本。再者，该专利的气体分布器呈平面结构，若在气体分布器上沉积了较多的固体颗粒，平面状的气体分布器难以承受其重力而易造成断裂，并且炉渣口设置在气体分布器上方，平面结构的气体分布器也不利于炉渣的顺利排出，而且，燃烧过程中通过平面状的气体分布器的动力不足，难以将还原反应区的矿石托起而均匀分散在整个还原区，使得进入的矿石大多沉积在还原反应区的中下部，还原效果不理想，并且进入的矿石容易对气体分布器造成堵塞，影响反应的连续进行。最后，根据该发明说明书附图2或3的记载，炉渣出料口设置在气体分布器的上方，十分不利于炉渣的顺利排出，容易在气体分布器上堆积。
[0013]中国专利CN 101214939 A和中国专利CN 102616759 A及其结合均没有给出一种在不需要设置额外构件和流体介质、仅通过反应炉本身就够就实现连续性生产的、结构简单、成本低、反应效果好的连续式流化反应器。
【发明内容】
[0014]针对现有技术之不足，本发明一方面提供了一种用于连续流化反应器的喷射拱，其特征在于，所述喷射拱以将所述流化反应器分隔成分别用于燃料燃烧和物料反应的两个腔室的方式设置在所述流化反应器内，所述喷射拱的表面布置有至少一个用于将燃烧气体从所述燃烧腔高速喷入所述反应腔的长条形喷流通道，所述至少一个喷流通道在所述喷射拱表面的整体分布形态以形成喷射出的燃烧气体在中心区域流速高、周侧区域流速低的方式设置，使得高温高流速燃烧气体将物料以悬浮状态托举在反应腔内反应，并且在燃烧气体通过所述喷射拱喷出后外界空气自然地从所述燃烧腔底部吸入，从而实现连续式生产。
[0015]根据一个优选实施方式，所述喷射拱以与所述流化反应器的燃烧头构成所述燃烧腔且所述喷射拱与所述燃烧头之间的间距满足燃烧腔内燃烧火焰的外焰大致处于所述喷射拱附近的方式设置。所述燃烧头的表面上设置有多个均匀布置的喷孔，使得燃料气体与进入到所述燃烧腔内的空气均匀混合。
[0016]根据一个优选实施方式，所述喷射拱设置在所述流化反应器的约1/3位置处，使得通过所述喷射拱划分出的反应腔内能形成至少两个反应区。
[0017]根据一个优选实施方式，所述喷射拱凸出的最高部分为一个点或一条线，并且所述喷射拱与所述流化反应器的腔体结构保持形状匹配。
[0018]根据一个优选实施方式，至少一个喷流通道在所述喷射拱表面所占的总面积和每个喷流通道的尺寸大小以燃烧腔内燃料和空气燃烧膨胀后所需燃烧气体的流速进行设置。
[0019]根据一个优选实施方式，至少一个喷流通道设置在所述喷射拱中间的凸起部分，所述凸起部分的几何中心线与所述流体反应器的轴线重合，并且所述至少一个喷流通道的整体分布形状与所述喷射拱的形状相匹配。
[0020]根据一个优选实施方式，所述喷射拱为表面曲率均匀的拱形结构，并且所述喷射拱各处厚度均一；或者，所述喷射拱为表面曲率非均匀的拱形结构，并且所述喷射拱各处厚度均一；或者，所述喷射拱为表面曲率均匀的拱形结构，并且所述喷射拱各处厚度非均一；或者，所述喷射拱为表面曲率非均匀的拱形结构，并且所述喷射拱各处厚度非均一。
[0021]根据一个优选实施方式，所述喷射拱一体成型在所述流化反应器的内壁上并且所述喷射拱以耐火砖或耐火材料以预制拱的方式制成，并且在所述喷射拱与所述流化反应器内壁的交界处设置有排渣口，所述排