CN103857621A - 用于自然或强制循环锅炉中工业设备的氨氧化燃烧器和2m至7m燃烧器直径的旁路最小化的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自然或强制循环锅炉中具有2m至7m的燃烧器直径的用于工业设备的氨氧化燃烧器的一个燃烧器篮系统，该燃烧器篮系统适合于最小化气体滑移并且最小化包含在该燃烧器篮中的介质的褶皱形成，并且还最小化包含在该燃烧器篮中的介质的损失，其中该燃烧器篮具有一个被锚定在该氨氧化燃烧器中的壁（1）并且该燃烧器篮具有一个被放置在该强制循环锅炉的内部配件上的透气底板（2），其中该壁（1）和该透气底板（2）不被机械地连接至彼此，并且该燃烧器篮的壁（3）以与竖直呈5°至20°的角度朝向该底板成锥形地逐渐变窄，并且在该氨氧化燃烧器的所有工作状态中在该壁（1）与该透气底板（2）之间存在一个在5mm至10mm的范围内的圆周间隙。
Description
本发明涉及一种氨氧化燃烧器中的燃烧器篮系统以及一种方法，该系统适合于最小化气体滑移（Gasschlupf）并且最小化包含在该燃烧器篮中的介质的褶皱形成（Wellenbildung），以及最小化包含在该燃烧器篮中的介质的损失，该方法用于最小化气体滑移并且用于最小化包含在该燃烧器篮中的介质的褶皱形成，以及最小化包含在该燃烧器篮中的介质的损失。这意味着根据本发明的燃烧器篮系统确保针对载体材料（填充材料、催化剂材料）的穿透进行密封。一个另外的目的是最小化由于启动和关闭操作该载体材料的周边区域中的凹槽和脊形成（表面褶皱）的已知现象，而没有在填充床中安装另外的内部部件（Einbauten）的必要性。
硝酸是通过NO2与水和氧气（空气）反应来产生的，其中NO 是由NO的氧化获得的。所要求的NO大部分是在氨氧化燃烧器中由NH3的氧化产生的。
用作催化剂的是，例如，铂/铑网。这些用于该燃烧器内部（可能与捕集系统组合），并且被安排在包含在一个燃烧器篮中的载体材料上。这些载体材料大多是拉西环或鲍尔环（Raschig-oder Pallringe），弧鞍、短鞍或环鞍填料（Berl-,Interlox-oder）和/或具有从约5mm至200mm的尺寸的英特帕克填料体
这些是由粗陶瓷、瓷器、玻璃、催化剂材料或不锈钢制成的并且被提供在支撑栅格上，这些支撑栅格可以例如被设计为穿孔板，这些穿孔板的自由截面是至少等于或大于该填充材料的相对空隙体积。这些支撑栅格构成该燃烧器篮的一个透气底板。这些支撑栅格大部分配备有用于这些载体材料的另外的支撑织物。为了将它们保持在适当的位置，通过夹紧装置将这些催化剂网固定（还大多与另外的支撑织物组合）在该燃烧器篮中。
经常将这些支撑栅格松散地安排在该氨氧化燃烧器内部还提供的其他内部部件上，以便该燃烧器篮的外壁与这些支撑栅格之间不存在机械连接。提供此类其他内部部件大多是因为-实际上-经常使用NH3燃烧器装置与自然循环锅炉或强制循环锅炉（拉蒙（La Mont）废热锅炉）组合来实施操作。这具有的优点是避免所形成的NO的分解，并且因此实现所获得的气体混合物的快速冷却。为此目的，大多在该氨氧化燃烧器中的燃烧器篮的下方提供用于冷却该气体混合物的管盘，在该燃烧器篮上这些支撑栅格可以按一种灵活方式来安排。
在用空气将氨转化为一氧化氮和水蒸汽的过程中的反应温度达到最高950℃并且该工艺达到最高10巴的压力值。其结果是该燃烧器篮相应地膨胀。此类膨胀发生在覆盖有载体材料的地方，即，例如在该透气底板上，当升温按时间延迟方式进行时，具有一点时间延迟。特别在开启和关闭程序过程中当使该燃烧器篮的材料暴露于高应力时，已经以一个单一件制造的燃烧器篮的结构（即，它的外壁被机械地连接到该透气底板上）因此经受极端的磨损。这是为什么努力避免此类构造类型并且将该透气底板松散地安排在提供在该氨氧化燃烧器内部的结构上的原因。
然而，提供在该反应器内的内部部件上的透气底板的松散安排产生在该燃烧器篮的圆周壁（具有根据现有技术的圆柱形设计）与该透气底板之间的一个圆周间隙。一旦该燃烧器篮的圆柱形壁以及该透气底板开始膨胀至不同程度，这就会发生。该载体材料的不可避免的随之发生的下沉将随后导致气体滑移，使得该废热锅炉中的下游冷却不能是立即有效的并且所产生的NO将非常可能经受分解。
此外，存在以下风险：用于这些催化剂网的载体材料通过这个间隙掉落，并且因此该载体材料不再执行它按一种均匀方式支撑这些催化剂网的任务。因此，该载体材料的填料结构被损坏并且填料将显示裂纹和凹槽。已知此类现象与燃料效率损失和氨气滑移一起发生。必要的是出于环境原因而避免氨滑移，并且减少的燃烧效率影响整个工艺的效率，使得最终将产生更少的硝酸。
以下描述了优化现有的氨氧化燃烧器的几种尝试。
DE102008059930A1描述了一种包括至少一种用于替代Pt/Rh网的催化剂的、用于催化的放热气相反应的反应器。这个文献的图8示出一种用于该催化剂的耐高温支撑物，该催化剂被插入该支撑物中。如果使用铂网，从构造观点来看不可能将此类支撑结构用于一种高于该燃烧水平的透气底板。此外，它从工艺观点来看是不可行的，因为通过氨气空气混合物的预点燃，在这些热金属支撑结构上将获得不希望的副产物，这将降低NO生产的效率。
WO00/40329A示出了一种催化剂支撑结构，其中使一个燃烧器篮壁朝向被牢固地连接到这个壁上的底板成锥形地逐渐变小。此类的充分设定尺寸的支撑结构将不可避免地增加压力损失并且将不适合于根据本发明的应用。
因此要求继续优化这些现有的燃烧器篮，以便避免氨氧化燃烧器中以上所述的问题。
因此，本发明的目的是提供具有一个燃烧器篮系统的氨氧化燃烧器，其中该燃烧器篮的壁不被机械地连接到该透气底板上，并且该燃烧器篮减少了气体滑移并且还最小化了包含在该燃烧器篮中的介质（如拉西环）的损失。另一个目的是防止包含在该燃烧器篮中的材料的褶皱形成。本发明的一个另外的目的是提供一种适合该目的的方法。
本发明的目的是通过用于自然或强制循环锅炉中具有2m至7m的燃烧器直径的商业规模设备的氨氧化燃烧器的一个燃烧器篮系统来实现的，该系统适合于最小化气体滑移并且最小化包含在该燃烧器篮中的介质的褶皱形成以及最小化包含在该燃烧器篮中的介质的损失，其中该燃烧器篮配备有一个被锚定到该氨氧化燃烧器上的壁（1），并且配备有一个安排在该自然或强制循环锅炉的另外的内部部件上的透气底板（2），该壁（1）和该透气底板（2）不被机械地连接并且该燃烧器篮的壁（1）以与竖直呈5°至20°的角度朝向该底板成锥形地逐渐变窄，并且在该氨氧化燃烧器的所有工作条件下在该壁（1）与该透气底板（2）之间产生一个在5mm至10mm的范围内的间隙。
这个燃烧器篮系统实现了在所有工作条件下该透气底部与该燃烧器篮壁之间的一个小的圆周间隙，以便防止载体材料或催化剂滑移通过。由于该燃烧器篮壁的锥形设计，将该载体材料的褶皱形成最小化。当冷却该反应器时，由于该燃烧器篮壁的锥形设计，更容易将该载体材料和/或该催化剂材料向上压到初始位置中。通过该壁的锥形设计将由于受限制的热膨胀而作用在这些内部部件上的力减少至这种程度，使得将该燃烧器篮系统的损害减少至合理的程度。
可以如下地实施燃烧篮的壁在该氨氧化燃烧器中的固定，使得将该燃烧器篮悬挂在该氨氧化燃烧器中的适当的装置中，或例如通过经由一个凸缘连接将该燃烧器篮的壁固定到该氨氧化燃烧器上。此外，还可以将该燃烧器篮的壁焊接到该氨氧化燃烧器上。
这些另外的内部部件可以是，如上所述的，该废热锅炉的管盘。然而，可能的是使用用于承载该透气底板的任何类型的另外的内部部件，如另外的支撑结构。在此情况下，不将该底板机械地连接到其他内部部件上，而是松散地放置在它们上。
在透气底板的给定直径下，由于该燃烧器篮壁（1）的锥形形状，可以从最开始将在该透气底板与该壁之间形成的间隙最小化，并且可以实现针对载体材料或催化剂的滑移通过的足够的密封作用。此外，如以下所示可以通过提供该燃烧器篮的内部部件来采取另外的措施，以便进一步优化该密封作用。然而，与具有圆柱形壁的常规燃烧器篮相比，即使没有另外的内部部件也可以实现显著的密封作用。
有利地，在该透气底板（2）上存在一种另外的透气结构（3）。在此情况下，该另外的透气结构（3）优选在该壁（1）与透气底板（2）之间的间隙上延伸。在一个优选的实施例中，该另外的透气结构（3）具有小于该透气底板（2）的网格大小。该另外的透气结构可以是例如一种网格织物。
该透气底板优选是一种蜂窝状结构的栅格、一种网板、一种筛板、一种栅格板或一种穿孔板。特别优选的是使用一种蜂窝状结构的栅格，由于经验显示这种类型的底板设计最好地满足氨氧化燃烧气器的这些要求。
本发明进一步包括一种方法，用于在自然或强制循环锅炉中具有2m至7m的燃烧器直径的用于商业规模设备的氨氧化燃烧器的一个燃烧器篮中最小化气体滑移，并且最小化包含在该燃烧器篮中的介质的褶皱形成，以及最小化包含在该燃烧器篮中的介质的损失，其中该燃烧器篮配备有一个被锚定到该氨氧化燃烧器上的壁（1），并且配备有一个安排在该自然或强制循环锅炉的另外的内部部件上的透气底板（2），其中该壁（1）和该透气底板（2）不被机械地连接并且在透气底板（2）与壁（1）之间产生一个圆周间隙（4），并且其中该燃烧器篮的壁（1）以与竖直呈5°至20°的角度朝向该底板成锥形地逐渐变窄，该间隙的宽度在该氨氧化燃烧器的操作过程中膨胀时扩大至最大10mm。
按照根据本发明的方法的一个实施例，将一种另外的透气织物（3）安排在该透气底板（2）上以进一步进行密封，该织物在该间隙上方延伸并且具有小于该透气底板（2）的网格大小。
通过图1a至图1c更详细地解释本发明。
图1a根据现有技术的一种常规燃烧器篮的示意图。
图1b具有锥形燃烧器篮壁的根据本发明的一个燃烧器篮的示意图。
图1c具有锥形燃烧器篮壁和另外的透气结构的根据本发明的一个燃烧器篮的示意图。
图1a给出了根据现有技术的一种常规燃烧器篮的示意图。在透气板2与壁1之间产生一个间隙4，通过该间隙气体的滑移可能发生。其次，存在以下问题：由透气底板2承载的载体材料（未示出）如例如拉西环可能通过这个间隙4掉落并且因此损坏该载体材料的填料结构并且导致裂缝和凹槽的形成。这要被避免以实现该氨氧化燃烧器中的有效反应。
现在通过根据本发明锥形地而不是如图1a中所示的圆柱形地设计的壁1来减少间隙4的尺寸。如图1b中所示的，将该燃烧器篮的壁1以与竖直呈5°至20°的角度朝向该底板成锥形地逐渐变窄。根据本发明的设计提供一个在5mm与10mm之间范围内的在壁1与透气底板2之间的间隙。与该燃烧器篮的壁1的圆柱形式相比，这个措施已经能够显著改进该密封作用。
图1c示出了如何通过将一种另外的透气结构安排在底板2上来进一步优化根据本发明的燃烧器篮系统。该透气结构，在大多情况下以金属丝网的形式来设计，按一种示例性模式在间隙4上方延伸开并且有利地具有小于透气底板2的网格大小。这允许实现对于可以被包含在该燃烧器篮中的材料（未示出）的改进的密封作用。
在所有示出的图中，将透气底板2松散地安排在该废热锅炉的内部部件如管盘上。这些内部部件还可以用于支承可以承载透气底板2的另外的支撑结构。
由本发明的创造的优点是：
-就商业规模应用而言，成本有效地对处于NO产物气体的气体滑移形式进行旁路最小化（Bypass-Minimierung），这些NO产物气体因此可以经受经由该透气底板的直接冷却，几乎完全防止了NO的分解。
-对放置在该透气底板上的催化剂网载体材料进行最小化旁路。以此方式，确保了这些载体材料的填料结构的保留，并且因此防止了裂缝和凹槽的形成（这同样可能导致气体例如氨气的滑移）。
-与该圆柱形设计相比，由于该篮的锥形形状，最小化了在启动和关闭工作过程中由于受限制的热膨胀作用在这些篮部件上的力。
参考标号清单：
1 壁
2 透气底板
3 透气结构
4 间隙
Claims (7)
1.氨氧化燃烧器的燃烧器篮系统，用于自然或强制循环锅炉中具有2m至7m的燃烧器直径的商业规模设备，该系统适合于最小化气体滑移并且最小化包含在该燃烧器篮中的介质的褶皱形成，以及最小化包含在该燃烧器篮中的介质的损失，
其中该燃烧器篮配备有一个被锚定到该氨氧化燃烧器上的壁（1），并且该燃烧器篮配备有一个安排在该自然或强制循环锅炉的内部部件上的透气底板（2），该壁（1）和该透气底板（2）不被机械地连接，并且该燃烧器篮的壁（1）以与竖直呈5°至20°的角度朝向该底板成锥形地逐渐变窄，并且在该氨氧化燃烧器的所有工作条件下在该壁（1）与该透气底板（2）之间产生一个在5mm至10mm的范围内的圆周的间隙。
2.根据权利要求1所述的用于自然或强制循环锅炉中具有2m至7m的燃烧器直径的商业规模设备的氨氧化燃烧器的燃烧器篮系统，其特征在于，在该透气底板（2）上存在一种另外的透气结构（3）。
3.根据权利要求2所述的用于自然或强制循环锅炉中具有2m至7m的燃烧器直径的商业规模设备的氨氧化燃烧器的燃烧器篮系统，其特征在于，该另外的透气结构（3）在该壁（1）与透气底板（2）上之间的空隙上方延伸。
4.根据权利要求2或3所述的用于自然或强制循环锅炉中具有2m至7m的燃烧器直径的商业规模设备的氨氧化燃烧器的燃烧器篮系统，其特征在于，该另外的透气结构（3）具有小于该透气底板（2）的网格大小。
5.根据以上权利要求之一所述的用于自然或强制循环锅炉中具有2m至7m的燃烧器直径的商业规模设备的氨氧化燃烧器的燃烧器篮系统，其特征在于，该透气底板是一种蜂窝状结构的栅格、一种网板、一种筛板、一种栅格板或一种穿孔板。
6.用于在自然或强制循环锅炉中提供的具有2m至7m的燃烧器直径的商业规模设备的氨氧化燃烧器的燃烧器篮中最小化气体滑移并且用于最小化包含的介质的褶皱形成以及最小化包含在该燃烧器篮的介质的损失的方法，
其中该燃烧器篮配备有一个锚定到该氨氧化燃烧器上的壁（1），并且该燃烧器篮配备有一个安排在该自然或强制循环锅炉的内部组件上的透气底板（2），该壁（1）和该透气底板（2）不被机械地连接，并且在透气底板（2）与壁（1）之间产生一个圆周的间隙（4），并且
该燃烧器篮的壁（1）以与竖直呈5°至20°的角度朝向该底板成锥形地逐渐变窄，其中该间隙的宽度在该氨氧化燃烧器的工作过程中在膨胀时扩大至最大10mm。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将一种另外的透气织物（3）安排在该透气底板（2）上以进一步施加密封，该织物在该间隙上方延伸并且具有小于该透气底板（2）的网格大小。
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