專利名稱：年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硝酸用氧化爐，尤其涉及一種年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐。
背景技術(shù)：
到目前為止，國內(nèi)雙加壓法硝酸裝置氧化爐的單套最大生產(chǎn)能力是2006年由我廠設(shè)計制造的日產(chǎn)500噸規(guī)模的氧化爐，即年產(chǎn)15萬噸硝酸的氧化爐，這也是目前國內(nèi)最大的單套硝酸生產(chǎn)用氧化爐。近幾年來，隨著生產(chǎn)裝置的不斷進步，要求擴大單套硝酸生產(chǎn)能力的呼聲不斷。

發(fā)明內(nèi)容
在上述背景下，本申請人在廣泛借鑒吸收國內(nèi)外同類裝置先進技術(shù)的同時，并借鑒參照我廠設(shè)計制造的年產(chǎn)15萬噸和30萬噸的硝酸氧化爐的成功使用經(jīng)驗，努力攻克關(guān)鍵技術(shù)難關(guān)，于2011年7月設(shè)計出年產(chǎn)36萬噸雙加壓法硝酸生產(chǎn)用氧化爐的全套設(shè)計圖紙，目前該氧化爐結(jié)構(gòu)已經(jīng)用戶單位審查認(rèn)可，并正式簽定制造合同，進入生產(chǎn)制造階段。本發(fā)明的目的是提供一種年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，該氧化爐生產(chǎn)能力為年產(chǎn)36萬噸硝酸，能節(jié)省能源、延長設(shè)備使用壽命，且能降低成本。采用的技術(shù)方案一種年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，該氧化爐由上、中、 下三段組成；
所述氧化爐下段包括下段殼體、水蒸發(fā)器進口匯管、水蒸發(fā)器出口匯管、蒸汽過熱器進口匯管、蒸汽過熱器出口匯管、內(nèi)保護筒、下壁管組、盤管組和盤管組支撐件，所述盤管組支撐件為四角架；所述盤管組共10層盤管，總計179根進口引管和179根出口引管，每一層盤管其結(jié)構(gòu)均為無縫管按等間距螺旋線方式盤繞制作而成的水平螺旋盤管，各層盤管盤繞圈數(shù)及盤繞方法均相同，所述進口引管、出口引管全部從各層盤管下方弓丨出，并沿盤管組外邊緣向下至所述四角架下平面以下，再彎制成弓形彎管，最后穿過所述內(nèi)保護筒和下段殼體體壁，引出并焊接到水蒸發(fā)器進口匯管、水蒸發(fā)器出口匯管、蒸汽過熱器進口匯管部和蒸汽過熱器出口匯管上相應(yīng)的位置上，所述下壁管組為冷卻壁管，本身分成六組，采用無縫鋼管彎制成盤管，每圈盤管之間的間隙用扁鋼按一定距離支撐，每組的進出口引管均穿過下段殼體的筒體壁后連接到水蒸發(fā)器進口匯管和水蒸發(fā)器出口匯管上。所述水蒸發(fā)器進口匯管和水蒸發(fā)器出口匯管以及蒸汽過熱器進口匯管、蒸汽過熱器出口匯管設(shè)置在所述下段殼體外；
所述氧化爐中段包括中段殼體、觸媒反應(yīng)裝置、測溫裝置、氣體分布板、分布板支撐架、 中段壁管進口匯管、中段壁管出口匯管和中段壁管組，所述中段壁管進口匯管和中段壁管出口匯管設(shè)置在所述中段殼體外；所述氧化爐上段包括上段殼體、氧化爐點火槍、系統(tǒng)點火管、三層氣體分布板、支撐管、氣體進口管、基座、密封裝置、減速機架、減速機、氫氣進口管和操作平臺。
作為優(yōu)選，所述中段殼體筒體內(nèi)直徑Φ 6400mm，筒體兩端均焊有設(shè)備法蘭，下法蘭外徑Φ 6660mm，上法蘭外徑Φ 6720mm，上法蘭密封圈上焊接有一內(nèi)直徑為Φ 6400mm的短筒
節(jié)法蘭；
作為優(yōu)選，所述中段壁管組分10組，總計10根進口引管和10根出口引管，進口引管、 出口引管穿過中段殼體筒體壁，然后分別連接焊接到中段壁管出口匯管和中段壁管進口匯管上。作為優(yōu)選，所述中段壁管出口匯管和中段壁管進口匯管的布置方式是上下對稱， 左右對稱布置。作為優(yōu)選，所述中段壁管組采用無縫鋼管彎制成螺旋盤管。作為優(yōu)選，所述中段壁管進口匯管包括進口匯管主體，該進口匯管主體由碳素鋼管彎制成圓弧管，進口匯管主體水平位置上方鉆有一排孔，其排孔上焊接有節(jié)流孔接頭，所述進口匯管主體下方設(shè)有一排液管，進口匯管主體兩端為法蘭平蓋，所述進口匯管主體水平中心為進口接管法蘭。作為優(yōu)選，所述中段壁管出口匯管包括出口連接匯管主體，該出口連接匯管主體由碳素鋼管彎制成圓弧管，出口連接匯管主體下方鉆有一排孔，上方設(shè)有排氣管，出口連接匯管主體兩端為封頭，出口連接匯管主體水平中心為出口接管。作為優(yōu)選，所述上段殼體內(nèi)徑為Φ6450mm。作為優(yōu)選，所述系統(tǒng)點火管M為一倒T字形結(jié)構(gòu)，包括頂端與所述減速機連接帶動轉(zhuǎn)動并伸入上段殼體內(nèi)的中心豎管和垂直固定于其下端的水平橫管，所述水平橫管在橫管水平中心下方15°、30°、45°方位上鉆有三排小孔作為氫氣燃燒時的噴射燃燒口，所述中心豎管上方伸出氣體進口管并穿過所述密封裝置而與所述減速機連接。作為優(yōu)選，所述密封裝置包括密封上段、密封下段和密封墊片，密封上段為中空結(jié)構(gòu)，密封上段外壁上焊接有氫氣進口管，且氫氣進口管與穿過密封裝置中心的系統(tǒng)點火管的豎直管上的進氣口是相通的。發(fā)明原理及有益效果
本氧化爐設(shè)備主體內(nèi)直徑DN6400mm，其封頭直徑已超出現(xiàn)行國家壓力容器容器封頭標(biāo)準(zhǔn)最大直徑DN6000mm的規(guī)定，設(shè)備法蘭尺寸也已遠超出現(xiàn)行國家壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)最大直徑DN2000_的規(guī)定，屬于超大型壓力容器。由于氨氧化反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，其最高反應(yīng)溫度可達870°C -880°C，該氧化反應(yīng)除能維持自身反應(yīng)繼續(xù)進行外，多余的熱量必須要進行回收處理。為此，本氧化爐設(shè)備對所有零部件結(jié)構(gòu)都進行了較大的修改，其中核心部件結(jié)構(gòu)均進行了重大修改，核心部件10層盤管組其盤管的最大外直徑為Φ6170mm，根據(jù)各層盤管在氧化爐內(nèi)的安裝位置不同其所受高溫的溫度也不同，對各層盤管進行分組，安裝高度不同，盤管的分組數(shù)不同，所吸收的熱量也不同，為此基于對氧化爐內(nèi)溫度分布的變化，將10層盤管總計分為179組盤管組，總計由179根進口引管和179根出口引管，分別引出到設(shè)備外的水蒸發(fā)器進、出口匯管和過熱蒸汽進出口匯管上，以實現(xiàn)對氨氧化反應(yīng)熱量的最大回收。同時對10層盤管組的支撐四角架結(jié)構(gòu)進行了創(chuàng)新設(shè)計，以確保在高溫狀態(tài)下能完全支撐10層盤管組的重量而不產(chǎn)生過大的變形，且不影響盤管的通道面積。同樣，核心部件中段壁管組和下段壁管組基于同樣原則，也進行了重大修改。中段壁管組根據(jù)氧化爐內(nèi)不同高度其所受高溫的溫度不同，將中段壁管組分為10組，總計由10根進口引管和10根出口引管，分別引出到設(shè)備外的中段壁管進、出口匯管上，以實現(xiàn)對氨氧化反應(yīng)熱量的最大回收，同時最大限度地保護設(shè)備殼體材料不受高溫侵蝕。中段壁管的進出口引管的布置方式是上下對稱，左右對稱布置，該布置方式也是本設(shè)計的創(chuàng)新設(shè)計。通過這些重大改進，將使本氧化爐回收熱量的能力進一步大幅度提高，能源消耗更低，且氧化爐在生產(chǎn)過程中更加安全平穩(wěn)可靠。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明下壁管組的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明圖2的A向結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明四角架的主視圖； 圖5為本發(fā)明圖4所示的四角架的俯視圖； 圖6為本發(fā)明10層盤管組的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為本發(fā)明10層盤管組的首層的俯視圖； 圖8為本發(fā)明水蒸發(fā)器進口匯管的結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明圖8所示的水蒸發(fā)器進口匯管的進水口接管和節(jié)流孔接頭的結(jié)構(gòu)示意
圖10為本發(fā)明圖8所示的水蒸發(fā)器進口匯管的節(jié)流孔接頭和排液接管的結(jié)構(gòu)示意
圖11為本發(fā)明水蒸發(fā)器出口匯管的結(jié)構(gòu)示意圖12為本發(fā)明圖11所示的水蒸發(fā)器出口匯管的排冷凝液和放空接管的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖13為本發(fā)明蒸氣過熱器進口匯管的結(jié)構(gòu)示意圖14為本發(fā)明圖13所示的蒸氣過熱器進口匯管的蒸氣進口接管和排冷凝液接管的結(jié)構(gòu)示意圖15為本發(fā)明蒸氣過熱器出口匯管的結(jié)構(gòu)示意圖16為本發(fā)明圖15所示的蒸氣過熱器出口匯管的蒸氣出口接管和排冷凝液和放空接管的結(jié)構(gòu)示意圖17為本發(fā)明中段壁管組的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖18為本發(fā)明圖17的B向結(jié)構(gòu)示意圖； 圖19為本發(fā)明圖17的A向結(jié)構(gòu)示意圖； 圖20為本發(fā)明沿圖17中C-C線剖視圖示意圖； 圖21為本發(fā)明中段壁管進口匯管的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖22為本發(fā)明圖21俯視圖示意圖； 圖23為本發(fā)明圖21A-A剖視圖示意圖； 圖M為本發(fā)明中段壁管出口匯管的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖25為本發(fā)明圖M俯視圖示意圖； 圖26為本發(fā)明圖24A-A線剖視圖示意圖； 圖27為本發(fā)明密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1，本發(fā)明氧化爐分上、中、下三段組成。氧化爐下段
氧化爐的下段殼體3內(nèi)徑為Φ6400πιπι，由設(shè)備法蘭、下筒體、碟形下封頭組成殼體，下筒體、碟形下封頭材料均為國產(chǎn)奧氏體不銹鋼。碟形下封頭下方焊接有氣體出口管1供后工序設(shè)備連接用。碟形下封頭與裙座支撐結(jié)構(gòu)2焊接連接作為固定本設(shè)備用。下筒體上端為設(shè)備連接法蘭，用螺栓與氧化爐中段殼體15連接，法蘭材料為國產(chǎn)CrMo鋼。下段殼體3內(nèi)壁上布置有下壁管組4及內(nèi)保護筒7，下壁管組4為冷卻壁管，本身分成六組，從碟形下封頭開始布置直到下筒體直段上，其作用主要是保護下段殼體3，避免下段殼體3內(nèi)表面承受過高的溫度，并附產(chǎn)蒸汽。內(nèi)保護筒7主要是保護下段殼體3內(nèi)表面，避免下段殼體3內(nèi)表面承受內(nèi)部高溫氣體對下段殼體3殼壁的沖刷。一般容器設(shè)計在高溫時，下段殼體3內(nèi)壁基本上采用內(nèi)襯隔熱保溫材料的方法來降低殼體壁的壁溫，而本發(fā)明采用無縫鋼管彎制盤管靠近殼體內(nèi)壁，并在壁管內(nèi)通水，殼體內(nèi)的高溫氣體通過壁管傳熱加熱盤管內(nèi)的冷卻水，使壁管內(nèi)水溫達到約280°C，并引出氧化爐設(shè)備外送到汽包內(nèi)閃蒸成飽和蒸汽，高溫氣體通過壁管后溫度下降，以此降低殼體的壁溫，使殼體壁溫控制在殼體材料允許的工作溫度以內(nèi)。下壁管組4既能降低氧化爐的殼體壁溫，又能回收熱量附產(chǎn)一定量的飽和蒸汽，且壁管組均為碳素鋼制造，生產(chǎn)成本也不高， 是一個很好的節(jié)能降耗部件，也是一個很好的節(jié)能方法。下壁管組4采用無縫鋼管彎制成盤管，每圈盤管之間的間隙用扁鋼按一定距離支撐，下壁管組4的盤管分為6組，每組的進出口引管均穿過下段殼體3的筒體壁后連接到氧化爐外的水蒸發(fā)器進口匯管8和水蒸發(fā)器出口匯管36上。下段殼體3體內(nèi)的內(nèi)件主要由四角架10及四角架支座部件組成，由于四角架對于盤管的支撐面積更大，氣體有效通道面積也更大，且四角架上外伸梁的外伸長度比原三角架上的外伸梁的外伸長度更短，因此四角架的承載能力更強，四角架支座組裝焊接在下筒體內(nèi)壁上，其上面放置四角架10，四角架10上面放置盤管組11、分布板支撐架17和氣體分布板18。四角架10采用國產(chǎn)奧氏體耐熱不銹鋼制作。四角架10結(jié)構(gòu)采用鋼板焊制成主梁最大斷面尺寸為寬200mm，高350mm，中間T字形梁的斷面尺寸為寬150mm，高250mm，外伸梁最小斷面尺寸為寬150mm，高200mm的H型鋼，然后用H型鋼組裝焊接成本四角架10，大斷面尺寸H型鋼組成四角架10主支撐架，小斷面尺寸H型鋼作為中間T字形梁和輔助懸臂支撐及四個支腳。該四角架10具有總體結(jié)構(gòu)尺寸大而接觸面積小，且抗彎截面模量大，承載能力大，又耐高溫的特點，是盤管組11比較好的支撐結(jié)構(gòu)。四角架10最大外徑尺寸達到 Φ6370mm，承載能力非常強。四角架10確保在高溫狀態(tài)下能完全支撐盤管組11的重量而不產(chǎn)生過大的變形，且不影響盤管的通道面積。根據(jù)各層盤管在氧化爐內(nèi)的安裝位置不同其所受高溫的溫度也不同，對各層盤管進行分組，安裝高度不同，盤管的分組數(shù)不同，所吸收的熱量也不同，為此基于對氧化爐內(nèi)溫度分布的變化，盤管組11共10層，總計179根進口引管和179根出口引管，分別引出到設(shè)備外的水蒸發(fā)器進口匯管36、水蒸發(fā)器出口匯管8和過熱蒸汽進口匯管5及過熱蒸汽出口匯管6上，以實現(xiàn)對氨氧化反應(yīng)熱量的最大回收。每一層盤管其結(jié)構(gòu)均為無縫管按等間距螺旋線方式盤繞制作而成的水平螺旋盤管，各層盤管盤繞圈數(shù)及盤繞方法均相同，其最大外直徑為Φ 6170mm。這些進、出口引管全部從各層盤管下方引出，并沿盤管組外邊緣向下至四角架10下平面以下，再彎制成π形彎管，最后穿過內(nèi)保護筒7和下段殼體3體壁，引出并焊接到下段殼體3殼體外面的位于90°和270°方位上的水蒸發(fā)器進口匯管36和水蒸發(fā)器出口匯管8，以及位于0°和180°方位上的蒸汽過熱器進口匯管部5和蒸汽過熱器出口匯管上6相應(yīng)的位置上。盤管組11的作用是回收氧化爐內(nèi)因氧化反應(yīng)所產(chǎn)生的高熱量，按其回收熱量不同分為水蒸發(fā)器和蒸汽過熱器兩部分。盤管組11的10層盤管組的整個外圓周邊上同樣設(shè)置保護筒12，該保護筒12的作用是保證流經(jīng)盤管組11的10層盤管組的高溫氣體不外流到殼體壁以引起短路，以便最大限度地回收熱量。水蒸發(fā)器進口匯管36采用國產(chǎn)碳素鋼管彎制成圓弧管3601，圓弧管3601上鉆有兩排進水孔3602，分別用于連接水蒸發(fā)器盤管和下壁管組4的進口引管，為了控制各盤管組的吸熱量，進水孔3602上均焊有一個特殊的節(jié)流孔接頭3603，該節(jié)流孔3603接頭內(nèi)的內(nèi)孔根據(jù)盤管組11的10層盤管組的不同層高，以及下壁管組各分組的不同位置，其節(jié)流孔徑的大小不同，使其進入盤管組11及下壁管組4各分組管內(nèi)的水量不同，以此來控制不同層高不同位置處盤管內(nèi)的吸熱量，從而使氧化爐的熱量吸收達到最佳化。圓弧管3601兩端均為法蘭和法蘭蓋結(jié)構(gòu)，以便于拆開檢查和清洗。在圓弧管3601上焊接有進水口接管3604 和排液接管3605。水蒸發(fā)器進口匯管36的作用有兩個方面，一是將進入?yún)R管的冷卻水分布到水蒸發(fā)器盤管組11各分組盤管和下壁管組4各分組盤管內(nèi)，二是通過節(jié)流孔的不同大小控制不同層高不同位置處盤管內(nèi)的進水量大小，由此控制氧化爐內(nèi)各盤管組的吸收熱量， 從而使氧化爐的熱量吸收達到最佳化。水蒸發(fā)器出口匯管8采用國產(chǎn)碳素鋼管子彎制成圓弧管8001，圓弧管8001上鉆有兩排排氣孔8002，分別用于連接水蒸發(fā)器盤管的出口引管和下壁管組4的出口引管，水蒸發(fā)器出口匯管8圓弧管8001的一端焊接橢圓封頭8003，另一端與外接管道直接連接，且在圓弧管8001上焊接有排冷凝液和放空用的接管8004。水蒸發(fā)器出口匯管8的作用是將水蒸發(fā)器盤管組11的各分組盤管內(nèi)的飽和水和下壁管組4的飽和水汽收集匯總，然后輸送到汽包內(nèi)閃蒸成飽和蒸汽供其后工序設(shè)備使用。蒸汽過熱器進口匯管5采用國產(chǎn)碳素鋼管子彎制成圓弧管5001，圓弧管5001上鉆有兩排進氣孔5002，用于連接蒸氣過熱器盤管的進口引管，圓弧管5001的兩端分別焊接橢圓封頭5003。且在圓弧管5001上焊接有蒸氣進口接管5004和排冷凝液用的接管5005。 蒸汽過熱器進口匯管部5的作用是將進入的蒸氣分布到蒸氣過熱器盤管的各分組盤管內(nèi)進行加熱。蒸氣進口接管5004通過法蘭與外接管道連接。蒸汽過熱器出口匯管上6采用國產(chǎn)CrMo鋼管子彎制成圓弧管6001，圓弧管6001 上鉆有兩排排氣孔6002，分別用于連接蒸氣過熱器盤管的出口引管，圓弧管6001的兩端分別焊接橢圓封頭6003。且在圓弧管6001上焊接有蒸氣出口接管6004和排冷凝液和放空用的接管6005。蒸汽過熱器出口匯管上6的作用是將蒸氣過熱器盤管的各分組盤管內(nèi)的過熱蒸氣收集匯總?cè)缓筝斔偷酵钙綁嚎s機使用。蒸氣出口接管6004與外部管道直接連接。
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氧化爐中段
氧化爐中段中段內(nèi)設(shè)有觸媒反應(yīng)裝置，該觸媒反應(yīng)裝置包括觸媒框19、鉬金絲網(wǎng)壓圈 20和鉬金(Pt)絲網(wǎng)22。氧化爐中段主要由中段殼體15、中段壁管組13、中段保護筒14、測溫裝置16、氣體分布板18、分布板支撐架17、觸媒框19、鉬金絲網(wǎng)壓圈20、鉬金(Pt)絲網(wǎng)22 等零部件組成。其中
中段殼體15材料均為國產(chǎn)CrMo鋼，筒體內(nèi)直徑Φ6400mm，筒體兩端均焊有設(shè)備法蘭，下法蘭外徑Φ6660πιπι，上法蘭外徑Φ6720πιπι，且上法蘭密封圈上焊接有一內(nèi)直徑為 Φ6400mm的短筒節(jié)法蘭部件。上、下法蘭分別用螺栓與氧化爐下段殼體3法蘭和氧化爐上段殼體23法蘭連接。中段殼體15內(nèi)表面組裝有中段壁管組13和中段保護筒14。中段壁管組13為螺旋盤管，作為殼體冷卻壁管，并附產(chǎn)蒸汽用。中段壁管組13本身分成10組，總計10根進口引管和10根出口引管。10組壁管的進、出引管穿過中段殼體 15筒體壁，然后分別連接焊接到殼體外面的中段壁管出口匯管34和中段壁管進口匯管35 上。中段壁管組13的進出、口引管和與之相連接的中段壁管出口匯管34和中段壁管進口匯管35的布置方式是上下對稱，左右對稱布置，是年產(chǎn)36萬噸硝酸氧化爐的的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計。中段壁管組13的內(nèi)側(cè)面組裝中段保護筒14，該中段保護筒14主要是保護殼體內(nèi)表面，避免殼體內(nèi)表面承受內(nèi)部高溫氣體對殼壁的沖刷。一般容器設(shè)計在高溫時，其殼體內(nèi)壁基本上采用內(nèi)襯隔熱保溫材料的方法來降低殼體壁的壁溫，而本發(fā)明中段壁管組13采用無縫鋼管彎制成螺旋盤管靠近殼體內(nèi)壁，并在壁管內(nèi)通水，殼體內(nèi)的高溫氣體通過壁管傳熱加熱盤管內(nèi)的冷卻水，使壁管內(nèi)水溫達到約^(TC，并引出氧化爐設(shè)備外送到汽包內(nèi)閃蒸成飽和蒸汽，高溫氣體通過壁管后溫度下降，以此降低殼體的壁溫，使殼體壁溫控制在殼體材料允許的工作溫度以內(nèi)。該部件即能降低氧化爐的殼體壁溫，又能回收熱附產(chǎn)一定量的飽和蒸汽，且壁管組均為碳素鋼制造，生產(chǎn)成本也不高，是一個很好的節(jié)能降耗部件，也是一個很好的節(jié)能方法。中段壁管組13每圈盤管之間的間隙用扁鋼按一定距離支撐。中段壁管組13的內(nèi)側(cè)還另外增加了一層3mm厚的陶瓷纖維隔熱毯覆蓋在中段壁管組13管的內(nèi)圓周，以隔阻由于觸媒框19和鉬金絲網(wǎng)22處因反應(yīng)高溫產(chǎn)生的熱輻射，以確保中段殼體 15的壁溫處于較低的溫度。中段殼體15上方內(nèi)直徑為Φ6400πιπι的短筒節(jié)法蘭部件用于支撐觸媒框19，該觸媒框19的結(jié)構(gòu)由連接法蘭、短筒節(jié)、中間鉬金絲網(wǎng)支撐圈和下面的分布板支撐圈組裝焊接而成。鉬金絲網(wǎng)22 (觸媒)放在中間鉬金絲網(wǎng)支撐圈上平面上，鉬金絲網(wǎng)壓圈20壓在鉬金絲網(wǎng)22上面。鉬金絲網(wǎng)22上下兩面外圓邊緣上均用陶瓷纖維密封帶與鉬金絲網(wǎng)支撐圈和鉬金絲網(wǎng)壓圈20隔開。觸媒框19下方分布板支撐圈上平面上組裝有氣體分布板18和分布板支撐架17，分布板支撐架17放在10層盤管組11上，氣體分布板18與鉬金絲網(wǎng)22之間裝CDM項目催化劑以減排Ν02。觸媒框19采用奧氏體不銹鋼和hcone1601耐熱鋼材料， 一是即使在高溫使用狀態(tài)下，也不會產(chǎn)生高溫氧化，并且該觸媒框19在使用溫度下有足夠的抗彎截面模量，結(jié)構(gòu)簡單、制造難度較??；二是完全滿足鉬金絲網(wǎng)22安裝和新增CDM項目減排N20用催化劑裝填的要求，使鉬金絲網(wǎng)22和催化劑運行中處于水平面的最佳狀況，保證鉬金絲網(wǎng)22和催化劑達到正常的設(shè)計使用壽命；三是屬于無維修設(shè)計，且鉬金絲網(wǎng)22的更換非常方便，由此減少系統(tǒng)停車檢修時間，降低維修費用。鉬金絲網(wǎng)壓圈20由奧氏體不銹鋼板卷制成圓筒后，分切為12塊，用卡子連接后放到內(nèi)件框內(nèi)，鉬金絲網(wǎng)壓圈20外圓周上焊接有定位塊以確保壓圈安裝的同心度，作為鉬金絲網(wǎng)22的壓重。氣體分布板18由分布板支撐架17、內(nèi)圈分布板和外圈分布板兩圈組成，該氣體分布板18的材料全部采用了 hconeieOl進口耐熱鋼材料，且在結(jié)構(gòu)上充分考慮了高溫下材料的熱脹冷縮影響，在該處設(shè)置氣體分布板18主要考慮對高溫氣體進行再分布，以使高溫氣體均勻分布到整個10層盤管組11的空間內(nèi)，以保證10層盤管組11均勻吸收反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，從而達到最大限度地回收熱量的目的。中段壁管進口匯管35作為中段壁管組13各分組盤管的進口連接匯管，該中段壁管進口匯管35包括進口匯管主體3501，該進口匯管主體3501由碳素鋼管彎制成圓弧管，進口匯管主體3501水平位置上方鉆有一排孔3502，其排孔3502上焊接有節(jié)流孔接頭，該節(jié)流孔接頭用于限制進中段壁管組13各分組管內(nèi)的水量，以此來控制不同位置處盤管內(nèi)的吸熱量，從而使氧化爐的熱量吸收達到最佳化。進口匯管主體3501下方設(shè)有一排液管3504， 進口匯管主體3501兩端為法蘭平蓋3505，可折開檢查和清洗進口匯管主體3501內(nèi)部，進口匯管主體3501水平中心為進口接管法蘭3506，用于與外部管道連接。中段壁管出口匯管34作為中段壁管組13各分組盤管的出口連接匯管，該中段壁管出口匯管34包括出口連接匯管主體3401，該出口連接匯管主體3401由碳素鋼管彎制成圓弧管，出口連接匯管主體3401下方鉆有一排孔3402，上方設(shè)有排氣管3403，出口連接匯管主體3401兩端為封頭3404，出口連接匯管主體3401水平中心為出口接管3405，與外接管道直接連接。中段壁管出口匯管34的作用是將中段壁管組13的各分組盤管內(nèi)的蒸氣收集匯總?cè)缓筝斔偷狡鼉?nèi)閃蒸成飽和蒸汽供其后工序設(shè)備使用。氧化爐上段
氧化爐上段由上段殼體23、氧化爐點火槍21、系統(tǒng)點火管M、三層氣體分布板25、支撐管沈、氣體進口管27、基座觀、密封裝置四、減速機架30、減速機31、氫氣進口管32、操作平臺33等部件組成。上段殼體23由上筒體及上封頭組成，其內(nèi)徑為Φ6450πιπι。上筒體及上封頭材料均為國產(chǎn)奧氏體不銹鋼，上筒體下端為設(shè)備連接法蘭，設(shè)備連接法蘭材料為國產(chǎn)CrMo鋼，該設(shè)備連接法蘭用螺栓與中段殼體15的上法蘭連接。在上封頭正中焊接有氣體進口管27，該氣體進口管27是氧化爐設(shè)備的主要進物料接口，考慮到設(shè)備尺寸超高，從方便運輸?shù)囊罂紤]，在氣體進口管27與上封頭之間增加一對凸緣法蘭螺栓連接結(jié)構(gòu)，可在運輸或安裝時將氣體進口管拆下分開運輸或安裝。在上封頭上方安裝有操作平臺33，操作平臺33也為可拆卸結(jié)構(gòu)。上段殼體23內(nèi)件主要安裝有三層氣體分布板25，三層氣體分布板25的錐體用支撐管沈吊裝支撐，其作用是將氣體進口管27內(nèi)進入的氨與空氣混合氣體均勻分布到整個殼體內(nèi)。上段殼體23中心組裝有系統(tǒng)點火管Μ，系統(tǒng)點火管M的結(jié)構(gòu)為一倒T字形結(jié)構(gòu)， 包括頂端與減速機31連接帶動轉(zhuǎn)動并伸入殼體內(nèi)的中心豎管和垂直固定于其下端的水平橫管，水平橫管在橫管水平中心下方15°、30°、45°方位上鉆有三排小孔作為氫氣燃燒時的噴射燃燒口。中心豎管上方伸出氣體進口管27并穿過密封裝置四而與減速機31連接， 可在減速機31帶動下以約5. 5轉(zhuǎn)/每分鐘的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。考慮到設(shè)備超高運輸?shù)姆奖?，在中心豎管設(shè)置了可拆卸連接結(jié)構(gòu)。在上段殼體23的筒體上安裝有點火系統(tǒng)的點火槍21，點火槍21的安裝位置在系統(tǒng)點火管M水平管上方50mm，且與水平橫管旋轉(zhuǎn)區(qū)域相交約100mm。在點火槍21伸進殼體的端部管下方90°范圍有三排噴火孔，點火槍21為電子點火，氫氣燃燒噴火。減速機架由原焊接結(jié)構(gòu)改為可拆卸結(jié)構(gòu)且結(jié)構(gòu)更簡單，以便于運輸及安裝。在生產(chǎn)使用過程中，曾發(fā)現(xiàn)原密封結(jié)構(gòu)使用一段時間后，將系統(tǒng)點火管的進氣口堵塞導(dǎo)致不能點火的問題出現(xiàn)。本發(fā)明的密封裝置四包括密封上段四01、密封下段四02 和密封墊片2903，密封上段四01為中空結(jié)構(gòu)，密封上段外壁上焊接有氫氣進口管32，且氫氣進口管32與穿過密封裝置中心的系統(tǒng)點火管M上的進氣口是相通的。密封墊片四03 的材料為聚四氟乙稀。生產(chǎn)中，氧化爐的工作過程
1、首先減速機31通電轉(zhuǎn)動，帶動系統(tǒng)點火管M以每分鐘5. 5轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速在氧化爐內(nèi)轉(zhuǎn)動，然后從氫氣進口管32通入氫氣，再從點火槍21點火，點燃的火焰通過點火槍21下方的噴火孔噴出點燃系統(tǒng)點火管M水平橫管上的噴射燃燒口，并由水平橫管的端部迅速燃燒至整個橫管長度上，然后點火槍21停止工作。2、系統(tǒng)點火管M在燃燒的同時旋轉(zhuǎn)，其火焰直接均勻加熱鉬金絲網(wǎng)22，及整個觸媒框19內(nèi)鉬金絲網(wǎng)22下方的觸媒。當(dāng)其鉬金絲網(wǎng)22和鉬金絲網(wǎng)22下方的觸媒加熱溫度達到氨與空氣混合氣體的反應(yīng)溫度(約500°C左右)后，從氣體進口管27送入氨與空氣的高溫混合氣體，高溫混合氣體首先通過三層氣體分布板25均勻分布到整個氧化爐上段空間，然后向下在整個鉬金絲網(wǎng)22觸媒面上與鉬金網(wǎng)22接觸并產(chǎn)生氧化反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下
4NH3 + 502 = 4N0 + 6Η20 ΔΗ = -907. 28 KJ (1) 2Ν0 + O2 = 2Ν02ΔΗ = -112.6 KJ (2)
3Ν02 + H2O = 2ΗΝ03 + NO ΔΗ = -136. 2 KJ (3) NH3接觸氧化生成HNO3的總反應(yīng)為 NH3 + 202 = HNO3 + H2O ΔΗ = -470. 508 KJ (4) 氧化反應(yīng)得到的NO即為生產(chǎn)硝酸所需的原料氣體，該原料氣體還需在其后的工序過程中進一步反應(yīng)轉(zhuǎn)化成NO2，再用水吸收生成硝酸并提純以達到產(chǎn)品所需的濃度。由于氨的氧化是強放熱反應(yīng)，反應(yīng)所放出的熱量將使反應(yīng)溫度繼續(xù)升高，其最高反應(yīng)溫度可達 8700C -880°C，該氧化反應(yīng)除能維持自身反應(yīng)繼續(xù)進行外，多余的熱量必須要進行回收處理。當(dāng)氧化反應(yīng)達到穩(wěn)定反應(yīng)后，關(guān)閉氫氣進口管32且同時關(guān)閉減速機31電源，系統(tǒng)點火管M停止工作。3、氨氧化反應(yīng)所放出的熱量，除一部分熱量用于維持氧化反應(yīng)的繼續(xù)進行外，其余熱量主要通過盤管組11吸收。反應(yīng)后的高溫氣體往下首先通過氣體分布板18，使高溫氣體再一次均勻分布并向下順序通過盤管組11的空間范圍，并在此進行熱量交換，使高溫原料氣體的溫度由870°C逐步降低到480°C左右，然后由氧化爐下方氣體出口管1排出并進入后工序。盤管組11中的蒸發(fā)器層盤管通過盤管換熱吸收熱量后，其管內(nèi)飽和水溫度達到 280°C，該高溫水由蒸發(fā)器出口匯管8匯集后輸送到汽包內(nèi)閃蒸成飽和蒸汽供其后工序設(shè)備使用。盤管組11中的蒸汽過熱器層盤管通過盤管換熱吸收熱量后，其管內(nèi)的飽和蒸汽被加熱成過熱蒸氣，其過熱蒸氣的溫度可達450°C，該過熱蒸氣由過熱蒸氣出口匯管6匯集后輸送到透平壓縮機使用。 除去盤管組11回收高溫原料氣體多余熱量以外，通過觸煤框19邊緣與盤管組11 邊緣泄漏出來的部分高溫原料氣體，還將通過盤管組11及中段壁管組13以及下壁管組4 之間的縫隙向下流動，這一部分高溫原料氣體的熱量，以及觸媒框19和盤管組11所產(chǎn)生的輻射熱量，均由中段壁管組13以及下壁管組4回收并附產(chǎn)蒸汽，這部分附產(chǎn)的蒸汽也匯集到汽包內(nèi)供其他設(shè)備使用。
權(quán)利要求
1.一種年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，該氧化爐由上、中、下三段組成；所述氧化爐下段包括下段殼體、水蒸發(fā)器進口匯管、水蒸發(fā)器出口匯管、蒸汽過熱器進口匯管、蒸汽過熱器出口匯管、內(nèi)保護筒、下壁管組、盤管組和盤管組支撐件，其特征在于所述盤管組支撐件為四角架；所述盤管組共10層盤管，總計179根進口引管和179根出口引管，每一層盤管其結(jié)構(gòu)均為無縫管按等間距螺旋線方式盤繞制作而成的水平螺旋盤管，各層盤管盤繞圈數(shù)及盤繞方法均相同，所述進口引管、出口引管全部從各層盤管下方弓I出，并沿盤管組外邊緣向下至所述四角架下平面以下，再彎制成弓形彎管，最后穿過所述內(nèi)保護筒和下段殼體體壁，引出并焊接到水蒸發(fā)器進口匯管、水蒸發(fā)器出口匯管、蒸汽過熱器進口匯管部和蒸汽過熱器出口匯管上相應(yīng)的位置上；所述水蒸發(fā)器進口匯管和水蒸發(fā)器出口匯管以及蒸汽過熱器進口匯管、蒸汽過熱器出口匯管設(shè)置在所述下段殼體外；所述氧化爐中段包括中段殼體、觸媒反應(yīng)裝置、測溫裝置、氣體分布板、分布板支撐架、中段壁管進口匯管、中段壁管出口匯管和中段壁管組，所述中段壁管進口匯管和中段壁管出口匯管設(shè)置在所述中段殼體外；所述氧化爐上段包括上段殼體、氧化爐點火槍、系統(tǒng)點火管、三層氣體分布板、支撐管、 氣體進口管、基座、密封裝置、減速機架、減速機、氫氣進口管和操作平臺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，其特征在于所述中段殼體筒體內(nèi)直徑Φ 6400mm，筒體兩端均焊有設(shè)備法蘭，下法蘭外徑Φ 6660mm，上法蘭外徑Φ6720πιπι，上法蘭密封圈上焊接有一內(nèi)直徑為Φ6400πιπι的短筒節(jié)法蘭；所述中段壁管組分10組，總計10根進口引管和10根出口引管，進口引管、出口引管穿過中段殼體筒體壁， 然后分別連接焊接到中段壁管出口匯管和中段壁管進口匯管上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，其特征在于所述下壁管組為冷卻壁管，本身分成六組，采用無縫鋼管彎制成盤管，每圈盤管之間的間隙用扁鋼按一定距離支撐，每組的進出口引管均穿過下段殼體的筒體壁后連接到水蒸發(fā)器進口匯管和水蒸發(fā)器出口匯管上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，其特征在于所述中段壁管出口匯管和中段壁管進口匯管的布置方式是上下對稱，左右對稱布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，其特征在于所述中段壁管組采用無縫鋼管彎制成螺旋盤管。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，其特征在于所述中段壁管進口匯管包括進口匯管主體，該進口匯管主體由碳素鋼管彎制成圓弧管，進口匯管主體水平位置上方鉆有一排孔，其排孔上焊接有節(jié)流孔接頭，所述進口匯管主體下方設(shè)有一排液管，進口匯管主體兩端為法蘭平蓋，所述進口匯管主體水平中心為進口接管法蘭。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，其特征在于所述中段壁管出口匯管包括出口連接匯管主體，該出口連接匯管主體由碳素鋼管彎制成圓弧管， 出口連接匯管主體下方鉆有一排孔，上方設(shè)有排氣管，出口連接匯管主體兩端為封頭，出口連接匯管主體水平中心為出口接管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，其特征在于所述上段殼體內(nèi)徑為Φ 6450mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，其特征在于所述系統(tǒng)點火管M為一倒T字形結(jié)構(gòu)，包括頂端與所述減速機接帶動轉(zhuǎn)動并伸入上段殼體內(nèi)的中心豎管和垂直固定于其下端的水平橫管，所述水平橫管在橫管水平中心下方15°、30°、 45°方位上鉆有三排小孔作為氫氣燃燒時的噴射燃燒口，所述中心豎管上方伸出氣體進口管并穿過所述密封裝置而與所述減速機連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，其特征在于所述密封裝置包括密封上段、密封下段和密封墊片，密封上段為中空結(jié)構(gòu)，密封上段外壁上焊接有氫氣進口管，且氫氣進口管與穿過密封裝置中心的系統(tǒng)點火管的豎直管上的進氣口是相通的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種年產(chǎn)36萬噸的雙加壓法硝酸用氧化爐，屬于化工設(shè)備，由上、中、下三段組成，下段包括盤管組和盤管組支撐件，盤管組支撐件為四角架，盤管組共10層盤管，總計179根進口引管和179根出口引管，每一層盤管其結(jié)構(gòu)均為無縫管按等間距螺旋線方式盤繞制作而成的水平螺旋盤管，各層盤管盤繞圈數(shù)及盤繞方法均相同，進、出口引管全部從各層盤管下方引出，并沿盤管組外邊緣向下至四角架下平面以下，再彎制成弓形彎管，最后穿過內(nèi)保護筒和下段殼體體壁，引出并焊接到水蒸發(fā)器進、出口匯管、蒸汽過熱器進和出口匯管上相應(yīng)的位置上。本發(fā)明所保護的氧化爐生產(chǎn)能力為年產(chǎn)36萬噸硝酸，能節(jié)省能源、延長設(shè)備使用壽命，且能降低成本。
文檔編號C01B21/38GK102424370SQ20111028804
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者楊炎, 謝強 申請人:四川久源機械制造有限公司