专利名称：一种年产30万吨硝酸用氧化炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种化工生产设备，尤其涉及一种能年产30万吨硝酸生产用氧化炉。
背景技术：
目前国内双加压法硝酸装置的单套最大生产能力为年产15万吨规模的装置，其氨氧化炉为硝酸生产中的关键设备，在反应中氧化炉内既需要适当的温度以维持反应的连续运行，同时也必须有效控制炉内温度，过高的温度首先会缩短设备寿命甚至损坏设备，同时高温下钼金网触媒的支撑机构容易变形影响钼金网的使用寿命，大大增加生产成本。而在现有氧化炉中其主要换热降温设备为废热锅炉，现有的废热锅炉无法充分地利用多余的反应热，使炉内温度过高，钼金网寿命短，氧化氨气体出口温度过高，同时也无法实现对其他机组所需过热蒸汽的供给。同时，现有氧化炉换热设备换热效率不高，也带来了设备耗能大，既提高了成本，也不符合环保节能的技术和社会发展方向；而且，一般容器设计在高温时，其壳体内壁基本上采用内衬隔热保温材料的方法来降低壳体壁的壁温，其对壳体的隔热效果不佳，且无法有效的回收热能。另外，随着生产装置的不断进步，要求扩大单套硝酸生产能力的呼声不断，现有的氧化炉已经不能满足人们的需要。
发明内容针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种年产30万吨硝酸用氧化炉，其能更有效地利用多余反应热、延长设备使用寿命、降低成本、扩大了单套设备的生产能力，且环保节能。本实用新型的技术方案是一种年产30万吨硝酸用氧化炉，包括壳体、壳体顶部的气体进口管、壳体内部的反应装置、壳体内壁的隔热层、壳体内部的换热装置和壳体底部的气体出口管，所述隔热层由多组靠近壳体内壁的通水的壁管组构成，所述壁管组为无缝钢管弯制的盘管，每组壁管组的进、出口引管均连接到壳体外的相应汇管上；所述换热装置为多层盘管构成的盘管组，每层盘管其结构均为无缝管按等间距螺旋线方式盘绕制作而成的水平盘管，在各层盘管上分别抽出数量不等的进、出口引管，连接到壳体外的水蒸发器进、出口汇管以及蒸气过热器进、出口汇管上。作为优选，所述壳体由上中下三段组成，上段壳体、中段壳体和下段壳体之间通过法兰连接，上段壳体由上筒体及上封头组成，上封头正中设置有可拆卸的气体进口管；下段壳体由下筒体和下封头组成，下封头下方焊接有气体出口管；所述壁管组分为中段壁管组和下壁管组，分别设置于中段壳体内壁和下段壳体内壁，中段壁管组的盘管分为7组，每组的进、出口引管均连接到壳体外的进口汇管和出口汇管上；下壁管组的盘管分为6组，每组的进、出口引管均连接到壳体外的水蒸发器进、出口汇管上。更进一步地，所述进口汇管包括进口汇管主体，所述进口汇管主体为一直管，其一端设置有法兰平盖，另一端设置有变径段接管法兰，进口汇管主体沿水平方向钻有进水孔，进水孔上焊接有节流孔接头B ；所述出口汇管包括出口汇管主体，所述出口汇管主体为一直管，其一端设置有封头，另一端设置有变径段接管，出口汇管主体上方设置有一排气管， 下方沿水平方向钻有排气孔；所述水蒸发器进口汇管包括圆弧管A，圆弧管A上钻有两排进水孔，进水孔上均焊接有节流孔接头A，圆弧管A两端均设置有法兰和法兰盖，圆弧管A上还焊接有进水口接管和排液接管；所述水蒸发器出口汇管包括圆弧管B，圆弧管B上钻有两排排气孔，圆弧管B的一端焊接椭圆封头，另一端连接外接管道，圆弧管B上焊接有排冷凝液接管和放空接管。作为优选，所述换热装置的盘管组为10层，一共148组，总计有148根进口引管和 148根出口引管，10层盘管组从上往下，第1、2、3、8、9、10层为水蒸发器层盘管，其相应的进、出口引管分别连接到壳体外的水蒸发器进口汇管和水蒸发器出口汇管；第4、5、6、7层为蒸气过热器层盘管，其相应的进、出口引管分别连接到壳体外的蒸气过热器进口汇管和蒸气过热器出口汇管上。作为优选，所述蒸气过热器进口汇管包括圆弧管C，圆弧管C上钻有两排进气孔， 圆弧管C的两端分别焊接椭圆封头，圆弧管C上焊接有蒸气进口接管和排冷凝液接管；所述蒸气过热器出口汇管包括圆弧管D，圆弧管D上钻有两排排气孔，圆弧管D两端分别焊接椭圆封头，圆弧管D上焊接有蒸气出口接管和排冷凝液接管和放空接管。更进一步地，还包括设置于壳体内的支撑架，用于支撑盘管组，所述支撑架为一三角架，其由两种断面尺寸的H型钢焊接构成，其中大断面尺寸H型钢首尾连接组成三角形的三角架主支撑架及三角形三角上的三个支脚，小断面尺寸H型钢则水平固定在三脚架主支撑架三角形各边构成辅助悬臂支撑。作为优选，还包括设置于盘管组上方的气体分布板和分布板支撑架，所述分布板支撑架包括型钢制成的支撑架本体、固定于支撑架本体底面的矩形钢板和焊接在支撑架本体上的支撑柱，矩形钢板直接放置在盘管组顶面上；所述气体分布板由内圈分布板和外圈分布板组成，内圈分布板和外圈分布板均各由M块扇形板组成，外圈分布板右下角和内圈分布板左上角分别切成斜角，内圈分布板和外圈分布板上与支撑柱对应的位置均开有组装孔，气体分布板可拆卸的连接于分布板支撑架上。作为优选，所述反应装置包括触媒框、钼金丝网和钼金丝网压圈，所述触媒框由上部连接法兰、短筒节、中间钼金丝网支撑圈和下部的分布板支撑圈组装焊接而成，钼金丝网放置于钼金丝网支撑圈上平面上，钼金丝网压圈压在钼金丝网上面，所述钼金丝网压圈为若干个圆弧板通过连接机构拼接而成的一整圆，所述连接机构包括与圆弧板两端剖面对齐并焊接固定的钢条，以及通过将相邻圆弧板间的钢条相连接而将相邻圆弧板拼接的卡子。作为优选，所述上段壳体上设置有点火系统，所述点火系统包括设置于上段壳体顶端中心的由减速机带动转动的点火系统管，以及设置于上段壳体侧面为点火系统管点火的氧化炉点火枪，所述点火系统管的结构为一倒T字形结构，包括顶端与减速机连接带动转动并伸入壳体内的中心竖管，以及垂直固定于中心竖管下端的水平横管，中心竖管上设置有氢气进口管，水平横管在水平中心下方15°、30°、45°方位上钻有三排氢气喷射燃烧口，所述氧化炉点火枪伸入壳体内并靠近水平横管。更进一步地，所述中心竖管分为两段，中间以螺纹连接，上段轴上设置有密封装置，所述氢气进口管设置在密封装置上，所述密封装置为上下两段结构，上下两段之间为中
5空结构。本实用新型的有益效果是本实用新型壳体内部的换热装置为多层盘管构成的盘管组，盘管组分为水蒸发器层盘管和蒸气过热器层盘管，分别通入水和蒸气后，在氨氧化反应时，可将高温原料气体的温度由由860°C逐步降低到500°C左右，而盘管组中的水蒸发器层盘管通过盘管换热吸收热量后，其管内水温可由常温升高到250°C多，该高温水由水蒸发器出口汇管汇集后输送到汽包内闪蒸成饱和蒸汽供其后工序设备使用。盘管组中的蒸汽过热器层盘管通过盘管换热吸收热量后，其管内的饱和蒸汽被加热成过热蒸气，其过热蒸气的温度可达440°C，该过热蒸气由过热蒸气出口汇管汇集后输送到透平压缩机使用。从触媒框边缘与盘管组边缘泄露出来的部分高温原料气体的热量，被通水的中段壁管组和下壁管组回收并附产蒸气，这部分附产的蒸气也汇集到汽包内供其他设备使用。这样充分利用了多余反应热并维持炉内合适温度，同时降低了壳体的壁温，使壳体壁温控制在壳体材料允许的工作温度以内。且盘管组和壁管组生产成本低，是很好的节能降耗部件。本实用新型是对现有双加压法硝酸生产用氧化炉设计结构的改进，目前我国单台氧化炉的最大生产能力为年产15万吨硝酸，而本实用新型将国产单台氧化炉的年生产能力提高到30万吨，属于世界首例，同时本实用新型仅钼金丝网触媒的年消耗量一年可节省约500万元人民币，且能耗比同类装置可降低约30%左右，其经济效益十分明显。且本实用新型各部分多采用可拆卸连接，方便超大型设备制造、运输、安装和维修的方便。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型下壁管组的结构示意图；图3是图2的A向结构示意图；图4是本实用新型三角架的主视图；图5是图4所示本实用新型三角架的俯视图；图6是本实用新型盘管组的结构示意图；图7是本实用新型盘管组首层的俯视图；图8是本实用新型水蒸发器进口汇管的结构示意图；图9是图8所示水蒸发器进口汇管的进水口接管和排液接管的结构示意图；图10是图8所示水蒸发器进口汇管的节流孔接头A的结构示意图；图11是本实用新型水蒸发器出口汇管的结构示意图；图12是图11所示水蒸发器出口汇管的排冷凝液和放空接管的结构示意图；图13是本实用新型蒸气过热器进口汇管的结构示意图；图14是图13所示蒸气过热器进口汇管的蒸气进口接管和排冷凝液接管的结构示意图；图15是本实用新型蒸气过热器出口汇管的结构示意图；图16是图15所示蒸气过热器出口汇管的蒸气出口接管和排冷凝液和放空接管的结构示意图；图17是本实用新型中段壁管组的结构示意图；图18是图17的A向结构示意6[0033]图19是图17的B向结构示意图；图20是沿图17中C-C线的剖视图；图21是本实用新型触媒框的结构示意图；图22是沿图21中A-A线的剖视图；图23是沿图21中B-B线的剖视图；图M是本实用新型钼金丝网压圈的主视图；图25是图M所示钼金丝网压圈的俯视图；图沈是本实用新型分布板支撑架的结构示意图；图27是沿图沈中A-A线的断面图；图28是本实用新型气体分布板的结构示意图；图四是图观所示气体分布板的内圈分布板结构示意图；图30是图观所示气体分布板的外圈分布板结构示意图；图31是本实用新型分布板支撑架和气体分布板的组装结构示意图；图32是本实用新型进口汇管的结构示意图；图33是沿图32中A-A线的剖视图；图34是本实用新型出口汇管的结构示意图；图35是本实用新型点火系统管的结构示意图；图36是沿图35中A-A线的剖视图；图37是图35所示点火系统管的氢气喷射燃烧口的分布示意图；图38是本实用新型密封装置的结构示意图。
具体实施方式
作为本实用新型的一种实施方式，如图1至图38所示，本实用新型设备结构由上、 中、下三段组成，其中一、氧化炉下段氧化炉的下段壳体3内径为Φ 5850mm，由设备法兰、下筒体、下封头组成壳体，下封头为标准椭圆封头。下筒体及下封头材料均为国产奥氏体不锈钢，下封头下方焊接有气体出口管1供后工序设备连接用。下封头与裙座支撑结构2焊接连接作为固定本设备用。 下筒体上端为设备连接法兰，用螺栓与中段壳体15连接，法兰外径Φ6055πιπι，材料为国产 CrMo 钢。下段壳体3内壁上设置有下壁管组4及内保护筒7，下壁管组4为靠近下段壳体 3内壁的通水的冷却壁管，从下封头开始布置直到下筒体直段上，下壁管组4为无缝钢管弯制的盘管，盘管采用碳素钢制造，成本低。每圈盘管之间的间隙用扁钢按一定距离支撑，下壁管组4分为六组，每组的进、出口引管均穿过下段壳体3的筒壁后连接到氧化炉外的水蒸发器进口汇管36和水蒸发器出口汇管8上。其主要作用是保护下段壳体3，避免下段壳体 3内表面承受过高的温度，并附产蒸气。内保护筒7主要是保护下段壳体3内表面，避免下段壳体3内表面承受内部高温气体对壳壁的冲刷。下段壳体3内的内件主要有三角架支座及三角架10，三角架支座组装焊接在下段壳体3内壁上，其上面放置三角架10，三角架10上面放置盘管组11、分布板支撑架17和气体分布板18。三角架10作为盘管组11的支撑架，材料采用国产奥氏体耐热钢制作，结构采用钢板焊制成两种断面尺寸的H型钢1001、1002，然后用H型钢1001、1002组装焊接成本三角架10，大断面尺寸H型钢1001首尾连接组成三角形的三角架10主支撑架及三角形三角上的三个支脚，小断面尺寸H型钢1002则水平固定在三角架10主支撑架三角形各边构成辅助悬臂支撑。该三角架10具有总体结构尺寸大而接触面积小，且抗弯截面模量大，承载能力大，又耐高温的特点，是本实用新型中盘管组11比较好的支撑结构。在本实施例中，三角架10的最大外径尺寸达到Φ 5820mm，承载能力强。三角架10所支撑的盘管组11为本实用新型的换热装置，盘管组11共10层，每一层盘管均为无缝管按等间距螺旋线方式盘绕制作而成的水平盘管，各层盘管盘绕圈数及盘绕方法均相同，其最大外直径为Φ 5672mm，盘管组11共分148组。盘管组11的作用是回收氧化炉内因氧化反应所产生的高热量，按其回收热量不同分为水蒸发器和蒸汽过热器两部分，其中以盘管组11最上面为第1层算起，第1、2、3、8、9、10层为水蒸发器层盘管，材料为碳素钢。第4、5、6、7层为蒸汽过热器层盘管，材料为CrMo钢。根据各层盘管所受到高温的温度不同，在各层盘管上分别抽出数量不等的进、出管口引管，总计148根进口引管和148 根出口引管。这些进、出口引管全部从各层盘管下方引出，并沿盘管组11外边缘向下至三角架10下平面以下，然后再弯制成π形弯管9，最后穿过内保护筒7和下段壳体3筒壁，水蒸发器层盘管的进、出口引管分别焊接到壳体外面的位于90°和270°方位上的水蒸发器进口汇管36和水蒸发器出口汇管8上相应的位置上。蒸汽过热器层盘管的进、出口引管分别焊接到壳体外面的位于0°和180°方位上的蒸汽过热器进口汇管5和蒸气过热器出口汇管6上相应的位置上。π形弯管9的作用是增大盘管组11的连接弹性，避免盘管组11 在高温下产生过大的温差应力。盘管组11的整个外圆周边上同样设置保护筒12，该保护筒12的作用是保证流经盘管组11的高温气体不外流到壳体壁以引起短路，以便最大限度地回收热量。所述水蒸发器进口汇管36包括圆弧管Α3601，圆弧管Α3601采用国产碳素钢管子弯制而成，圆弧管Α3601上钻有两排进水孔3602，分别用于连接水蒸发器层盘管和下壁管组4的进口引管，为了控制各盘管组的吸热量，进水孔3602上均焊接有节流孔接头Α3603， 该节流孔接头Α3603内的内孔根据盘管组11的不同层高，以及下壁管组4各分组的不同位置，其节流孔径的大小不同，使其进入盘管组11及下壁管组4各分组管内的水量不同，以此来控制不同层高不同位置处盘管内的吸热量，从而使氧化炉的热量吸收达到最佳化。圆弧管Α3601两端均设置有法兰和法兰盖，以便于拆开检查和清洗。圆弧管Α3601上焊接有进水口接管3604和排液接管3605。水蒸发器进口汇管36的作用有两个，一是将进入汇管的冷却水分布到盘管组11的水蒸发器层盘管各分组盘管内和下壁管组4各分组盘管内，二是通过节流孔的不同大小控制不同层高不同位置处盘管内的进水量大小，由此控制氧化炉内各盘管组的吸收热量，从而使氧化炉的热量吸收达到最佳化。所述水蒸发器出口汇管8包括圆弧管Β8001，圆弧管Β8001采用国产碳素钢管子弯制而成，圆弧管Β8001上钻有两排排气孔8002，分别用于连接水蒸发器层盘管的出口引管和下壁管组4的出口引管，圆弧管Β8001的一端焊接椭圆封头8003，另一端与外接管道直接连接，圆弧管Β8001上焊接有排冷凝液和放空接管8004。水蒸发器出口汇管8的作用是将盘管组11的水蒸发器层盘管各分组盘管内的蒸气和下壁管组4产生的蒸气收集汇总，然后输送到汽包内闪蒸成饱和蒸气供其后工序设备使用。所述蒸气过热器进口汇管5包括圆弧管C5001，圆弧管C5001采用国产CrMo钢管弯制而成，圆弧管C5001上钻有两排进气孔5002，用于连接蒸气过热器层盘管的进口引管， 圆弧管C5001的两端分别焊接椭圆封头5003，圆弧管C5001上焊接有蒸气进口接管5004和排冷凝液接管5005，蒸气过热器进口汇管5的作用是将进入的蒸气分布到蒸气过热器层盘管的各分组盘管内进行加热。蒸气进口接管5004通过法兰与外接管道连接。所述蒸气过热器出口汇管6包括圆弧管D6001，圆弧管D6001采用国产CrMo钢管弯制而成，圆弧管D6001上钻有两排排气孔6002，分别用于连接蒸气过热器层盘管的出口引管，圆弧管D6001的两端分别焊接椭圆封头6003。圆弧管D6001上焊接有蒸气出口接管 6004和排冷凝液和放空接管6005。蒸气过热器出口汇管6的作用是将蒸气过热器层盘管的各分组盘管内的过热蒸汽收集汇总然后输送到透平压缩机使用。蒸气出口接管6004与外管道直接连接。二、氧化炉中段氧化炉中段内设有触媒反应装置，所述触媒反应装置包括触媒框19，钼金丝网 22，以及钼金丝网压圈20。氧化炉中段主要由中段壳体15、中段壁管组13、中段保护筒14、 测温装置16、分布板支撑架17、气体分布板18、触媒框19、钼金(Pt)丝网(触媒)22、钼金 (Pt)丝网(触媒)压圈20等零部件组成。其中中段壳体15材料为国产CrMo钢，筒体内直径Φ 5850mm，筒体两端均焊有设备法兰，下法兰外径Φ6055πιπι，上法兰外径Φ6115πιπι，且上法兰密封圈上焊接有一内直径为 Φ 5850mm的短筒节法兰部件。上、下法兰分别用螺栓与氧化炉上段壳体23和氧化炉下段壳体3法兰连接。中段壳体15内表面组装有中段壁管组13和中段保护筒14，中段壁管组13由多组靠近中段壳体15内壁的通水的壁管组构成，中段壁管组13为螺旋盘管。作为壳体冷却壁管，并附产蒸汽用。中段壁管组13本身分成7组，布置在中段壳体15内壁上，7组壁管的进、出管口穿过中段保护筒14和中段壳体15的筒壁，然后分别焊接到壳体外面的进口汇管 35和出口汇管34上。中段壁管组13均为碳素钢管子弯制而成，其中从上往下的第8圈盘管外径为Φ 5850mm，用Φ 12圆钢连接直接焊接在中段壳体15的筒体内壁上，第8圈至第 15圈盘管之间的间隙均为全部满焊，其余各圈盘管之间的间隙用扁钢间隔支撑。中段壁管组13的内侧面组装中段保护筒14，该保护筒14主要是保护中段壳体15内表面，避免中段壳体15内表面承受内部高温气体对壳壁的冲刷。在中段壁管组13的内侧还另外增加了一层3mm厚的陶瓷纤维隔热毯覆盖在中段壁管组13的内圆周，以隔阻由于触媒框19和钼金丝网22处因反应高温产生的热辐射，以确保中段壳体15的壁温处于较低的温度。中段壳体15上方内直径为Φ 5850mm的短筒节法兰部件用于支撑触媒框19。该触媒框19的结构由连接法兰1901、短筒节、中间钼金丝网支撑圈1903和下面的分布板支撑圈1904组装焊接而成，钼金丝网22放在中间钼金丝网支撑圈1903上平面上，钼金丝网压圈20压在钼金丝网22上面。钼金丝网22上下两面外圆边缘上均用陶瓷纤维密封带与钼金丝网支撑圈1903和钼金丝网压圈20隔开。触媒框19下方分布板支撑圈1904上平面上设置有分布板支撑架17和气体分布板18，分布板支撑架17放在盘管组11上。气体分布板18与钼金丝网22之间装CDM项目催化剂以减排N20。触媒框19中间的钼金丝网支撑圈 1903以及连接法兰1901和上部短筒节1902采用国产不锈材料，钼金丝网支撑圈1903的内圆面和下圆平面上，用耐高温陶瓷纤维和InconeieOl薄钢板弯制成角保护板压在平面上作为保温层。下部短筒节1905和分布板支撑圈1904采用InconeieOl进口耐热钢材料，钼金丝网支撑圈1903和分布板支撑圈1904均考虑高温下的热变形而沿内圆周开有3mm的伸缩槽1906，结构非常简单，一是即使在高温使用的状态下，也不会产生高温氧化，并且该触媒框19在使用温度下有足够的抗弯截面模量，结构简单、制造难度较小；二是完全满足钼金丝网22安装和新增CDM项目减排N2O用催化剂装填的要求，使钼金丝网22和催化剂运行中处于水平面的最佳状况，保证钼金丝网22和催化剂达到正常的设计使用寿命；三是属于无维修设计，且钼金丝网22的更换非常方便，由此减少系统停车检修时间，降低维修费用。钼金丝网压圈20为若干个圆弧板2001通过连接机构拼接而成的一整圆，所述连接机构包括与圆弧板2001两端剖面对齐并焊接固定的钢条2002，以及通过将相邻圆弧板 2001间的钢条2002相连接而将相邻圆弧板2001拼接的卡子2003。钼金丝网压圈20为依靠自重压紧钼金丝网22的压圈，采用DN5510mm的国产奥氏体耐热钢板卷制成圆筒，然后再均勻剖分成8个圆弧板2001，在每块圆弧板2001的两端用8 X 8mm且一定长度的同质材料的钢条2002与圆弧板2001剖面对齐并焊接牢固，然后用卡子2003连接。将8个圆弧板 2001拼对成一个整圆，用卡子2003卡上即将钼金丝网压圈20连接成一个整体，取下卡子 2003后即可将钼金丝网压圈20 —件一件地取开，更换钼金丝网22时非常方便。钼金丝网压圈20的外圆周上焊接有定位块2004以确保钼金丝网压圈20安装的同心度，作为压钼金丝网22的压重。分布板支撑架17主要用于支撑气体分布板18，由于分布板支撑架17和气体分布板18的位置与钼金丝网22触媒层的空间位置非常近，直接承受由氨气与空气组成的高温混合气体与钼金丝网22触媒层反应所放出的高温(温度最高达860° )热量，同时考虑到设备结构尺寸较大，故对该分布板支撑架17结构进行了特殊设计。所述分布板支撑架17包括采用型钢制成的支撑架本体1701、固定于支撑架本体底面的矩形钢板1702和焊接在支撑架本体上的支撑柱1703，所述支撑架本体1701的型钢由InconeieOl材料压制而成。支撑柱1703用于固定气体分布板18，支撑柱1703与气体分布板18的组装孔1803之间留有较大的间隙，在与气体分布板18连接的上下两面采用大尺寸垫圈及活动连接方式，支撑架本体1701底面的矩形钢板1702直接安放到盘管组11顶面上，当盘管组11顶面不平时，可以通过在矩形钢板1702的下面加薄垫板来调整组装水平度。这样的结构设计对于消除气体分布板18在高温下的膨胀变形非常有效，能充分保证气体分布板18在高温工作状态下板面平整不变形，同时使气体分布板18的组装拆卸都非常方便。所述气体分布板18由内圈分布板1801和外圈分布板1802组成，内圈分布板1801 和外圈分布板1802均各由24块扇形板组成，外圈分布板1802右下角和内圈分布板1801 左上角分别切成斜角，内圈分布板1801和外圈分布板1802上与支撑柱对应的位置均开有组装孔1803，气体分布板18可拆卸的连接于分布板支撑架17上。由于与反应装置的空间位置很近，将直接承受反应放出的最高达860°的高温度，故该气体分布板18的材料全部采用InconeieOl进口耐热钢，且在结构上充分考虑了高温下材料的热胀冷缩影响。在该处设置气体分布板18的主要作用是对高温气体进行再分布，以使高温气体均勻分布到整个盘管组11的空间内，以保证盘管组11均勻吸收反应产生的热量，从而达到最大限度地回收热量的目的。所述进口汇管35作为中段壁管组13各分组盘管的进口连接汇管，其包括进口汇管主体3501，进口汇管主体3501为碳素管制作的直管，进口汇管主体3501沿水平方向钻有进水孔3502，进水孔3502上焊接有节流孔接头B3503，该节流孔接头B3503用于限制进入中段壁管组13各分组管内的水量，以此来控制不同位置处盘管内的吸热量，从而使氧化炉的热量吸收达到最佳化。进口汇管主体3501下方设置有一排液管3504，进口汇管主体 3501其中一端设置有法兰平盖3505，方便拆开检查和清洗进口汇管35内部，另一端设置有变径段接管法兰3506，用于与外部管道连接。所述出口汇管34作为中段壁管组13各分组盘管的出口连接汇管，其包括出口汇管主体3401，出口汇管主体3401为碳素钢管制作的直管，出口汇管主体3401下方沿水平方向钻有排气孔3402，上方设置有一排气管3403，出口汇管主体3401 —端设置有封头3404， 另一端设置有变径段接管3405，用于与外接管道直接连接。出口汇管34的作用是将中段壁管组13的各分组盘管内的蒸气收集汇总然后输送到汽包内闪蒸成饱和蒸气供其后工序设备使用。三、氧化炉上段氧化炉上段内部设置有点火系统，点火系统包括设于壳体顶端中心由减速机31 带动转动的点火系统管24，以及设于壳体侧面为点火系统管M点火的氧化炉点火枪21。氧化炉上段由上段壳体23、氧化炉点火枪21、点火系统管M、三层气体分布板25、支撑管沈、 气体进口管27、基座观、密封装置四、减速机架30、减速机31、氢气进口管32和平台33等部件组成。其中上段壳体23由上筒体及上封头组成，其内径为Φ5900πιπι。上筒体及上封头材料均为国产奥氏体不锈钢，上筒体下端为设备连接法兰，法兰材料为国产CrMo钢，法兰外径Φ6115πιπι，用螺栓与中段壳体15的上法兰连接。在上封头正中设置有气体进口管 27，该气体进口管27是氧化炉设备的主要进物料接口，考虑到设备尺寸超高，从方便运输的要求考虑，气体进口管27与上封头之间用凸缘法兰螺栓连接结构可拆卸的连接，在运输时可以将气体进口管27拆下分开运输。在上封头上方设置有可拆卸的操作平台33。上段壳体23内件主要安装有三层气体分布板25，三层气体分布板25的锥体用支撑管沈吊装支撑，其作用是将气体进口管27内进入的氨与空气的混合气体均勻分布到整个壳体内。上段壳体23中心组装有点火系统管24，点火系统管M的结构为一倒T字形结构， 包括顶端与减速机31连接带动转动并伸入壳体内的中心竖管2401，以及垂直固定于其下端的水平横管2402，中心竖管MOl上设有氢气进口管32，下方水平横管Μ02在横管水平中心下方15°、30°、45°方位上钻有三排小孔作为氢气燃烧时的氢气喷射燃烧口 2403。 水平横管Μ02由圆钢制作成的支撑架Μ04支撑加固其水平横管Μ02的抗弯曲能力。中心竖管MOl分为两段，中间以螺纹连接，并用六角螺栓锁紧，上段轴上设置有密封装置29， 所述氢气进口管32设置在密封装置四上，所述密封装置四为上下两段密封结构，在上下两段密封结构之间的中间部位全部留空，只有点火系统管M的进气孔和氢气进口管32，采用这样的结构，可以避免点火系统管M的进气孔堵塞。点火系统管M顶端为与减速机联轴器连接端。中心竖管MOl上方伸出气体进口管27并穿过密封装置四而与减速机31连接，可在减速机31带动下以约5. 5转/每分钟的转速转动。在上段壳体23的上筒体上安装有点火系统的氧化炉点火枪21，且氧化炉点火枪21的安装位置在点火系统管24水平横管2402上方50mm，且与水平横管2402旋转区域相交约80mm。在氧化炉点火枪21伸进上段壳体23的端部管下方90°范围有三排喷火孔，氧化炉点火枪21为电子点火，天然气燃烧喷火。减速机架30可拆卸的连接于点火系统管24与减速机31连接的部分的外部，其作用是支撑减速机31，采用可拆卸的结构，便于运输及安装。氧化炉的工作过程如下1、首先减速机31通电转动，带动点火系统管24以每分钟5. 5转的转速在氧化炉内转动，然后从氢气进口管32通入氢气，再从氧化炉点火枪21点火，点燃的火焰通过氧化炉点火枪21下方的喷火孔喷出点燃点火系统管24水平横管上的氢气喷射燃烧口 2403，并由水平横管2402的端部迅速燃烧至整个水平横管2402长度上，然后氧化炉点火枪21停
止工作。2、点火系统管24在燃烧的同时旋转，其火焰直接均勻加热钼金丝网22，及整个触媒框19内钼金丝网22下方的触媒。当其钼金丝网22和钼金丝网22下方的触媒加热温度达到氨与空气混合气体的反应温度(约500°C左右)后，从气体进口管27送入氨与空气的高温混合气体，高温混合气体首先通过三层气体分布板25均勻分布到整个氧化炉上段空间， 然后向下在整个钼金丝网22触媒面上与钼金丝网22接触并产生氧化反应，其反应过程如下
权利要求1.一种年产30万吨硝酸用氧化炉，包括壳体、壳体顶部的气体进口管、壳体内部的反应装置、壳体内壁的隔热层、壳体内部的换热装置和壳体底部的气体出口管，其特征在于 所述隔热层由多组靠近壳体内壁的通水的壁管组构成，所述壁管组为无缝钢管弯制的盘管，每组壁管组的进、出口引管均连接到壳体外的相应汇管上；所述换热装置为多层盘管构成的盘管组，每层盘管其结构均为无缝管按等间距螺旋线方式盘绕制作而成的水平盘管， 在各层盘管上分别抽出数量不等的进、出口引管，连接到壳体外的水蒸发器进、出口汇管以及蒸气过热器进、出口汇管上。
2.根据权利要求1所述的一种年产30万吨硝酸用氧化炉，其特征在于所述壳体由上中下三段组成，上段壳体、中段壳体和下段壳体之间通过法兰连接，上段壳体由上筒体及上封头组成，上封头正中设置有可拆卸的气体进口管；下段壳体由下筒体和下封头组成，下封头下方焊接有气体出口管；所述壁管组分为中段壁管组和下壁管组，分别设置于中段壳体内壁和下段壳体内壁，中段壁管组的盘管分为7组，每组的进、出口引管均连接到壳体外的进口汇管和出口汇管上；下壁管组的盘管分为6组，每组的进、出口引管均连接到壳体外的水蒸发器进、出口汇管上。
3.根据权利要求2所述的一种年产30万吨硝酸用氧化炉，其特征在于所述进口汇管包括进口汇管主体，所述进口汇管主体为一直管，其一端设置有法兰平盖，另一端设置有变径段接管法兰，进口汇管主体沿水平方向钻有进水孔，进水孔上焊接有节流孔接头B ；所述出口汇管包括出口汇管主体，所述出口汇管主体为一直管，其一端设置有封头，另一端设置有变径段接管，出口汇管主体上方设置有一排气管，下方沿水平方向钻有排气孔；所述水蒸发器进口汇管包括圆弧管A，圆弧管A上钻有两排进水孔，进水孔上均焊接有节流孔接头A， 圆弧管A两端均设置有法兰和法兰盖，圆弧管A上还焊接有进水口接管和排液接管；所述水蒸发器出口汇管包括圆弧管B，圆弧管B上钻有两排排气孔，圆弧管B的一端焊接椭圆封头， 另一端连接外接管道，圆弧管B上焊接有排冷凝液接管和放空接管。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种年产30万吨硝酸用氧化炉，其特征在于所述换热装置的盘管组为10层，一共148组，总计有148根进口引管和148根出口引管，10层盘管组从上往下，第1、2、3、8、9、10层为水蒸发器层盘管，其相应的进、出口引管分别连接到壳体外的水蒸发器进口汇管和水蒸发器出口汇管；第4、5、6、7层为蒸气过热器层盘管，其相应的进、出口引管分别连接到壳体外的蒸气过热器进口汇管和蒸气过热器出口汇管上。
5.根据权利要求4所述的一种年产30万吨硝酸用氧化炉，其特征在于所述蒸气过热器进口汇管包括圆弧管C，圆弧管C上钻有两排进气孔，圆弧管C的两端分别焊接椭圆封头， 圆弧管C上焊接有蒸气进口接管和排冷凝液接管；所述蒸气过热器出口汇管包括圆弧管D， 圆弧管D上钻有两排排气孔，圆弧管D两端分别焊接椭圆封头，圆弧管D上焊接有蒸气出口接管和排冷凝液接管和放空接管。
6.根据权利要求4所述的一种年产30万吨硝酸用氧化炉，其特征在于还包括设置于壳体内的支撑架，用于支撑盘管组，所述支撑架为一三角架，其由两种断面尺寸的H型钢焊接构成，其中大断面尺寸H型钢首尾连接组成三角形的三角架主支撑架及三角形三角上的三个支脚，小断面尺寸H型钢则水平固定在三脚架主支撑架三角形各边构成辅助悬臂支撑。
7.根据权利要求6所述的一种年产30万吨硝酸用氧化炉，其特征在于还包括设置于盘管组上方的气体分布板和分布板支撑架，所述分布板支撑架包括型钢制成的支撑架本体、固定于支撑架本体底面的矩形钢板和焊接在支撑架本体上的支撑柱，矩形钢板直接放置在盘管组顶面上；所述气体分布板由内圈分布板和外圈分布板组成，内圈分布板和外圈分布板均各由24块扇形板组成，外圈分布板右下角和内圈分布板左上角分别切成斜角，内圈分布板和外圈分布板上与支撑柱对应的位置均开有组装孔，气体分布板可拆卸的连接于分布板支撑架上。
8.根据权利要求7所述的一种年产30万吨硝酸用氧化炉，其特征在于所述反应装置包括触媒框、钼金丝网和钼金丝网压圈，所述触媒框由上部连接法兰、短筒节、中间钼金丝网支撑圈和下部的分布板支撑圈组装焊接而成，钼金丝网放置于钼金丝网支撑圈上平面上，钼金丝网压圈压在钼金丝网上面，所述钼金丝网压圈为若干个圆弧板通过连接机构拼接而成的一整圆，所述连接机构包括与圆弧板两端剖面对齐并焊接固定的钢条，以及通过将相邻圆弧板间的钢条相连接而将相邻圆弧板拼接的卡子。
9.根据权利要求8所述的一种年产30万吨硝酸用氧化炉，其特征在于所述上段壳体上设置有点火系统，所述点火系统包括设置于上段壳体顶端中心的由减速机带动转动的点火系统管，以及设置于上段壳体侧面为点火系统管点火的氧化炉点火枪，所述点火系统管的结构为一倒T字形结构，包括顶端与减速机连接带动转动并伸入壳体内的中心竖管，以及垂直固定于中心竖管下端的水平横管，中心竖管上设置有氢气进口管，水平横管在水平中心下方15°、30°、45°方位上钻有三排氢气喷射燃烧口，所述氧化炉点火枪伸入壳体内并靠近水平横管。
10.根据权利要求9所述的一种年产30万吨硝酸用氧化炉，其特征在于所述中心竖管分为两段，中间以螺纹连接，上段轴上设置有密封装置，所述氢气进口管设置在密封装置上，所述密封装置为上下两段结构，上下两段之间为中空结构。
专利摘要本实用新型公开了一种年产30万吨硝酸用氧化炉，涉及一种化工生产设备，包括壳体、壳体顶部的气体进口管、壳体内部的反应装置、壳体内壁的隔热层、壳体内部的换热装置和壳体底部的气体出口管，所述隔热层由多组靠近壳体内壁的通水的壁管组构成，每组壁管组的进、出口引管均连接到壳体外的相应汇管上；所述换热装置为多层盘管构成的盘管组，在各层盘管上分别抽出数量不等的进、出口引管，连接到壳体外的水蒸发器进、出口汇管以及蒸气过热器进、出口汇管上。本实用新型能更有效地利用多余反应热、延长设备使用寿命、降低成本、扩大了单套设备的生产能力且环保节能。
文档编号C01B21/38GK201971639SQ20112009178
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者杨炎 申请人:四川久源机械制造有限公司