CN111892025A - 一种用于常压法生产硝酸的氨氧化炉及其工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于常压法生产硝酸的氨氧化炉及其工艺方法，燃烧反应部，在常压环境下将反应系统中的铂金层加热至氨气和氧气所需的反应温度；铂金层作为媒介，氨气和氧气能够在反应温度下生成氮氧化物，产生热流；热量回收部，用于回收燃烧反应部产生的热量；热量回收部包括至少两个位于第二空间内的不同高度的沿第二空间的轴向安装的盘管组，至少两个盘管组彼此并联于第一进口汇管和第一出口汇管，第一进口汇管相对固定连接有至少两个节流孔径不同的节流孔接头，至少两个节流孔接头能够按照使得至少两个盘管组内的水量不同的方式分别连接至各自对应的盘管组，以使得盘管组能够根据第二空间内的热量差异来吸收热量。

Description

一种用于常压法生产硝酸的氨氧化炉及其工艺方法

技术领域

本发明涉及硝酸生产设备技术领域，尤其涉及一种用于常压法生产硝酸的氨氧化炉及其工艺方法。

背景技术

氨氧化炉是氨气与氧气经过催化反应生成氮化物的设备。按照不同的生产压力，氨氧化炉生产硝酸可以分为常压法、中压法和高压法。铂网是氨氧化炉氨气和氧气充分反应的媒介。铂的消耗量随着使用压力和温度的增加而增加，氨氧化转化率反而降低。因此，常压法生产硝酸逐渐地取代中压法和高压法。截至目前，我国常压法生产硝酸用氨氧化炉最大生产能力为5万吨每年每套，其结构为上部框式反应器加下部列管式换热器结构，上部框式反应器内衬耐火材料，此结构氨氧化炉存在氨耗高、铂金触媒消耗高、能耗高、热回收率低、使用寿命短、装置产能小等缺点。

例如，公开号为CN204897407U的中国专利公开的氨氧化炉，其特征是，包括进气口、氧化炉主体和出气口，进气口位于氧化炉主体上方，出气口位于氧化炉主体下方，氧化炉主体包括水冷壁管、换热管、挡板、填充丝网和密封筒，挡板的位置位于最底层换热管的下边缘，且在换热管与水冷壁之间空隙环绕一圈，挡板与换热管之间的间隙不超过10mm；所述填充丝网为Cr20Ni80合金丝网，填充丝网对水冷壁管和换热管之间的空隙、换热管和密封筒之间的缝隙填充。通过在膨胀缝之间填充丝网，有效解决了工艺气通过膨胀缝逃逸问题，提高氨氧化炉热回收效率，降低氧化炉出口的工艺气温度，稳定后工序工艺条件。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供一种用于常压法生产硝酸的氨氧化炉，其炉膛内限定出燃烧反应部所需的第一空间和限定出热量回收部所需的第二空间，所述燃烧反应部产生的热流能够从所述第一空间迁移至所述第二空间；其中，所述燃烧反应部，在常压环境下将反应系统中的铂金层加热至氨气和氧气所需的反应温度；所述铂金层作为媒介，氨气和氧气能够在所述反应温度下生成氮氧化物，产生热流；所述热量回收部，用于回收所述燃烧反应部产生的热量；所述热量回收部包括至少两个位于所述第二空间内的不同高度的沿所述第二空间的轴向安装的盘管组，所述至少两个盘管组彼此并联于第一进口汇管和第一出口汇管，所述第一进口汇管相对固定连接有至少两个节流孔径不同的节流孔接头，所述至少两个节流孔接头能够按照使得所述至少两个盘管组内的水量不同的方式分别连接至各自对应的盘管组，以使得所述盘管组能够根据所述第二空间内的热量差异来吸收热量。根据各层盘管在氨氧化炉内的安装位置不同其所受高温的温度也不同，对各层盘管进行分组，安装高度不同，盘管的分组数不同，所吸收的热量也不同。

根据一种优选的实施方式，所述节流孔接头的延伸入所述第一进口汇管的一端具有封板，所述封板上具有能够使得水流能够沿所述第一进口汇管径向流动至所述限流孔的过滤小孔，所述过滤小孔按照限制能够堵塞所述限流孔的固体物质进入所述节流孔接头的方式开设。

根据一种优选的实施方式，每一层盘管组是按照等距螺旋线方式盘绕而成的水平螺旋盘管，相邻的盘管组之间的螺距是不同的。

根据一种优选的实施方式，所述盘管组由外保护筒将其限定于所述第二空间内，所述外保护筒能够将所述热流引导至所述盘管组所在的换热区域。

根据一种优选的实施方式，所述第二空间内通过内保护筒将至少两个水冷壁管组周向保持于炉壁，所述水冷壁管组能够吸收热流的热辐射产生的热量，从而使得所述炉壁在所述水冷壁管组能够副产水蒸气的情况下得以降温。

根据一种优选的实施方式，经由所述铂金层反应后的高温气体通过沿所述氨氧化炉轴向布置的且能够将所述铂金层的径向大致与所述氨氧化炉的径向一致的蜂窝状瓷环支撑板大致均匀地分布至所述盘管组。

根据一种优选的实施方式，所述燃烧反应部包括电机组件、点火管、点火枪、氢气进口管和铂金层；其中，所述电机组件用于驱动点火管旋转使得其火焰能够大致均匀地对所述铂金层进行加热，以达到氨气和氧气所需化学反应的温度；所述点火枪将氢气进口管中的氢气点燃，使得所述点火管的水平横管上的喷射燃烧口能够喷出所述火焰。

根据一种优选的实施方式，在所述化学反应的温度稳定的情况下，关闭氢气进口管且关闭减速机电机组件电源，点火管停止工作。

根据一种优选的实施方式，本发明提供一种常压法生产硝酸的工艺方法，S1：电机组件带动点火管在第一空间内转动，点火抢将氢气进口管中的氢气点燃，使得所述点火管的水平横管上的喷射燃烧口能够喷出火焰，将铂金层加热至氨气和氧气所需的化学反应温度；

S2：在其铂金层加热温度达到氨气与空气混合气体的反应温度的情况下，从气体进口管送入氨与空气的混合气体，混合气体在所述铂金层上进行化学反应生成氮氧化物；

S3：反应后的热流往下经过蜂窝状瓷环支撑板，使热流再一次均匀分布并向下顺序通过至少两个盘管组的第二空间，用于将热流与盘管组中的介质进行热量交换；其中，所述至少两个盘管组彼此并联于第一进口汇管和第一出口汇管，所述第一进口汇管相对固定连接有至少两个节流孔径不同的节流孔接头，所述至少两个节流孔接头能够按照使得所述至少两个盘管组内的水量不同的方式分别连接至各自对应的盘管组，以使得所述盘管组能够根据所述第二空间内的热量差异来吸收热量。

根据一种优选的实施方式，所述方法中，在所述化学反应的温度稳定的情况下，关闭氢气进口管且关闭减速机电机组件电源，点火管停止工作。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明三角架的主视图；

图3为本发明图2所示的三角架的俯视图；

图4为本发明17层盘管组的结构示意图；

图5为本发明17层盘管组的首层的俯视图；

图6为本发明盘管组出口汇管的结构示意图；

图7为本发明图6所示的盘管组出口汇管的盘管出水引出管和检修管接头的结构示意图；

图8为本发明图6所示的盘管组出口汇管的盘管出水引出管和检修管接头的结构示意图；

图9为本发明图6所示的盘管组出口汇管的排液接管的结构示意图；

图10为本发明盘管组进口汇管的结构示意图；

图11为本发明图10所示的盘管组进口汇管的盘管进水引出管节流孔接头的连接结构示意图；

图12为本发明图10所示的盘管组进口汇管的盘管进水引出管节流孔接头的连接结构示意图；

图13为本发明图10所示的盘管组进口汇管的排液接管的结构示意图；

图14为本发明图10所示的盘管组进水引出管节流孔接头的结构示意图；

图15为本发明水冷壁管组的结构示意图；

图16为本发明图15水冷壁管组展开布置的结构示意图；

图17为本发明水冷壁管进口汇管的结构示意图；

图18为本发明图17所示的水冷壁管进口汇管的进水引出管节流孔接头的连接结构示意图；

图19为本发明图17所示的水冷壁管进口汇管的排液接管的结构示意图；

图20为本发明水冷壁管出口汇管的结构示意图；

图21为本发明蜂窝状瓷环支撑板的结构示意图；

图22为本发明触媒支撑框的结构示意图；

图23为本发明上段气体分布器的结构示意图；

图24为本发明系统点火管的结构示意图；

图25为本发明图24系统点火管喷射燃烧口的分布结构示意图。

附图标记列表

1：气体出口管 6004：检修管接头

2：裙座支撑结构 6005：出口引管

3：下段壳体 6006：检修管接头

6：第一出口汇管 6007：排冷凝液接管

8：三脚架 3403：第二圆弧管

9：盘管组 3404：第一节流孔接头

10：外保护筒 3405：第二节流孔接头

11：水冷壁管组 3406：进水口接管

12：内保护筒 3407：排液接管

13：蜂窝状瓷环支撑板 25：支撑管

15：下段壳体大法兰 27：氢气进口管

16：测温装置 29：减速机架

18：触媒支撑框 30：减速机电机组件

19：铂金层 31：气体进口管

20：铂金丝网压圈 32：第二出口汇管

21：氨氧化炉点火枪 33：第二进口汇管

22：上段壳体 34：第一进口汇管

23：点火管 6001：椭圆封头

24：三层气体分布板 6002：第一圆弧管

6003：出口引管 3404a：封板

3403b：过滤小孔 3404c:节流孔

具体实施方式

下面结合附图1-25进行详细说明。

实施例1

本实施例公开一种用于常压法生产硝酸的氨氧化炉。该氨氧化炉，其炉膛内限定出燃烧反应部所需的第一空间和限定出热量回收部所需的第二空间。燃烧反应部产生的热流能够从第一空间迁移至第二空间。

燃烧反应部，在常压环境下将反应系统中的铂金层19加热至氨气和氧气所需的反应温度(常压环境下：一般为500摄氏度左右)。铂金层19作为媒介，氨气和氧气能够在反应温度下生成氮氧化物。由于氨气和氧气的化学反应属于强放热反应，因此在生成氮氧化物之后会产生热流。热量回收部，用于回收燃烧反应部产生的热流的热量，以节约能耗和降低高温对氨氧化炉安全性和可靠性的影响。

优选地，热量回收部包括至少两个位于第二空间内的不同高度的沿第二空间的轴向安装的盘管组9。至少两个盘管组9彼此并联于第一进口汇管34和第一出口汇管6。优选地，第一进口汇管34相对固定连接有至少两个节流孔径不同的节流孔接头，至少两个节流孔接头能够按照使得至少两个盘管组9内的水量不同的方式分别连接至各自对应的盘管组9，以使得盘管组9能够根据第二空间内的热量差异来吸收热量。优选地，根据各层盘管在氨氧化炉内的安装位置不同其所受高温的温度也不同，对各层盘管进行分组，安装高度不同，盘管的分组数不同，所吸收的热量也不同，为此基于对氨氧化炉内温度分布的变化，盘管组9共17层，总计83根进口引管和83根出口引管，分别引出到设备外的第一进口汇管34、第一出口汇管6上，以实现对氨氧化反应热量的最大回收。每一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螺旋盘管，各层盘管盘绕圈数及盘绕方法均相同，其最大外直径为φ2833mm。优选地，不同层的无缝管的螺旋间距可以是不同的，具体地间距可以是按照热流的流动方向逐渐变大。即：越靠近第一空间的盘管组的螺旋间距越小；而越远离第一空间的盘管组的螺旋间距越大。这些进、出口引管全部从各层盘管下方引出，并沿盘管组外边缘向下至三角架8下平面以下，再弯制成π形弯管，最后穿过下段壳体3体壁，引出并焊接到下段壳体3壳体外面的位于90°和270°方位上的第一进口汇管34和第一出口汇管6相应的位置上。盘管组9的作用是回收氨氧化炉内因氧化反应所产生的高热量，其回收热量全部转化成水蒸汽。

优选地，盘管组9的17层盘管组的整个外圆周边上设置外保护筒10，该外保护筒10的作用是保证工艺气体强制流经盘管组9的17层盘管组，防止高温工艺气走短路，以便最大限度地回收热量。

优选地，第一出口汇管6采用国产碳素钢管子弯制成第一圆弧管6002，第一圆弧管6002上钻有两排贯通出水孔，分别用于连接水蒸发器盘管的出口引管6003、6005和检修管接头6004、6006，第一出口汇管6第一圆弧管6002的一端焊接椭圆封头6001，另一端与外接管道直接连接，且在第一圆弧管6002上焊接有排冷凝液的接管6007。第一出口汇管6的作用是将水蒸发器盘管组9的各分组盘管内的过饱和水汽收集汇总，然后输送到汽包内闪蒸成饱和蒸汽供系统后工序设备使用。

优选地，第一进口汇管34采用国产碳素钢管弯制成圆弧管3403，圆弧管3403上钻有两排进水孔，用于连接水蒸发器盘管的进口引管，为了控制各盘管组的吸热量，进水孔上均焊有一个特殊的第一节流孔接头3404、第二节流孔接头3405，该第一、第二节流孔接头(3404、3405)内的内孔根据盘管组9的17层盘管组的不同层高，其节流孔径的大小不同，使其进入盘管组9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，从而使氨氧化炉的热量吸收达到最佳化。圆弧管3403两端均为法兰和法兰盖结构，以便于拆开检查和清洗。在圆弧管3603上焊接有进水口接管3406和排液接管3407。第一进口汇管34的作用有两个方面，一是将进入汇管的冷却水分布到水蒸发器盘管组9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，由此控制氨氧化炉内各盘管组的吸收热量，从而使氨氧化炉的热量吸收达到最佳化。

优选地，节流孔接头(第一节流孔接头3404、第二节流孔接头3405)的延伸入第一进口汇管34的一端具有封板3404a，封板3404a上具有能够使得水流能够沿第一进口汇管34径向流动至限流孔3404c的过滤小孔3404b，过滤小孔3404b按照限制能够堵塞限流孔3404c的固体物质进入节流孔接头1的方式开设。水流中的杂质容易导致限流孔3404c堵塞，因此有必要对流经限流孔的水流的杂质进行限制。为此，本发明提出一种新型的进水节流孔接头：节流孔接头的延伸入第一进口汇管34的一端具有封板3404a。封板3404a安装在节流孔接头的某一截面上，优选地，封板3404a的径向也是节流孔接头的径向。并且封板3404a上开设有若干过滤孔3404b，并且这些过滤孔3404b能够使得水流能够沿第一进口汇管34的径向(节流孔接头的轴向)流动至限流孔3404c。过滤小孔3404b的孔径小于限流孔3404c的孔径，为此过滤小孔3404b能够将大于限流孔3404c孔径的杂质拦截在封板3404a外，防止杂质堵塞限流孔3404c。过滤小孔3404b可以采用阵列的方式开设于封板3404a上，比如矩形阵列、圆形阵列、蜂窝状等形式。

本发明盘管组(或水冷壁管组，)节流孔接头(限流孔接头)能有效的控制进入盘管(或壁管)的水流量，由于在限流孔下方管壁设置了密布的过滤小孔，能够解决氨氧化炉运行过程中锅炉水杂质堵塞限流孔的情况，能更有效地保障氨氧化炉盘管组(或壁管组)进水换热，防止了盘管组(或壁管组)由于进水限流孔堵塞造成干烧的情况，减少不必要的停车检修，提升作业效率，能更好的适用于常压法年产10万吨硝酸用氨氧化炉。并且，还能提升氨氧化炉的可靠性和安全性，降低事故率或故障率。

实施例2

本实施例可以是对实施例1的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

如图1所示，本实施例的氨氧化炉分上、下两段组成。

氨氧化炉下段：其内主要限定了用于安装部分燃烧系统、反应系统和热量回收系统的炉内空间，其对应于第二空间。

氨氧化炉下段主要由下段壳体3、三角架8、盘管组9、、下段壳体大法兰15、测温装置16、蜂窝状瓷环支撑板13、触媒支撑框18、铂金层19、铂金层压圈20等零部件组成组成。下段壳体3内径为φ3550mm，下筒体、碟形下封头材料均为国产奥氏体不锈钢，碟形下封头下方焊接有气体出口管1供后工序设备连接用。碟形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，用螺栓与氨氧化炉中段壳体15连接，法兰材料为国产15CrMo钢锻件。

下段壳体3筒体部分内壁上布置有水冷壁管组11及内保护筒12，水冷壁管组11为冷却壁管，本身分成五组，布置在下筒体直段上，其作用主要是保护下段壳体3，避免下段壳体3内表面承受过高的温度，并附产蒸汽。内保护筒12主要是保护水冷壁管组11表面，避免水冷壁管组表面承受内部高温气体直接辐射加热。

一般容器设计在高温时，下段壳体3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，而本发明采用无缝钢管弯制盘管靠近壳体内壁，并在壁管内通水，壳体内的高温气体通过壁管传热加热盘管内的冷却水，使壁管组11内水温达到约195℃，并引出氨氧化炉设备外送到汽包内闪蒸成饱和蒸汽，高温气体通过壁管后温度下降，以此降低壳体的壁温，使壳体壁温控制在壳体材料允许的工作温度以内。水冷壁管11共38圈，每圈采取等间距螺旋向上盘绕制造而成，总计5根进口引管、5根出口引管，水冷壁管组进出口引管穿过下段壳体，引出并焊接到第二进口汇管33、第二出口汇管32相应的位置上。水冷壁管组11既能降低氨氧化炉的壳体壁温，又能回收热量附产一定量的饱和蒸汽，且壁管组均为碳素钢无缝钢管制造，是一个很好的节能降耗部件，也是一个很好的节能方法。

第二进口汇管33上至少具有两个沿其轴向布置的钻孔。钻孔的轴向是第二进口汇管33的径向。因此，在限流孔接头密封连接至钻孔时，水流能够以汇管主体的径向为流出方向排出第二进口汇管33，而后排入壁管组内。由于氨氧化炉的氨氧反应室位于上部，因此，氨氧化炉的壳体具有不同的温度，且大致呈上部温度高，下部温度低的趋势。因此，在氨氧化炉内设置有至少两组壁管组，每一个壁管组分别与一个限流孔接头密封连通。而且，限流孔接头用于控制进入水冷壁管各分组管内的水流量。比如，靠近氨氧化炉的氨氧反应室的壁管组内的水流量大于远离氨氧化炉的氨氧反应室的壁管组内的水流量，以此使得靠近氨氧化炉的氨氧反应室的壁管组吸收的热量大于远离氨氧化炉的氨氧反应室的壁管组内吸收的热量，进一步使得不同位置的炉壁的温度尽量均匀，有效的控制氨氧化炉的壳体壁温，减小温差产生的温度应力，从而提高氨氧化炉的可靠性和安全性。

第二进口汇管33安装于与其通过壁管组连通的用于将吸收热量后的水流收集的第二出口汇管34的下侧。即：在安装于氨氧化炉时，第二出口汇管34的安装高度高于第二进口汇管33。由于第二出口汇管34内产生的是过热水蒸气，第二出口汇管34处附近的空气被加热，从而具有向上流动的趋势；如果第二出口汇管34安装于下侧，那么第二进口汇管33会被热流加热，从而降低降温效率。

优选地，限流孔接头和节流孔接头的结构形式是一致的。

优选地，下段壳体3体内的内件主要由三角架8及三角架支座部件组成，三角架支座组装焊接在下筒体内壁上，其上面放置三角架8，三角架8上面放置盘管组9、蜂窝状瓷环支撑板13。三角架8采用耐热不锈钢制作。三角架8结构采用钢板焊制成主梁最大断面尺寸为宽200mm，高200mm，外伸梁最小断面尺寸为宽150mm，高150mm的H型钢，然后用H型钢组装焊接成本三角架8，大断面尺寸H型钢组成三角架8主支撑架，小断面尺寸H型钢作为辅助悬臂支撑。该三角架8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，是盘管组9较好的支撑结构。三角架8最大外径尺寸达到φ3230mm，承载能力好。三角架8确保在高温状态下能完全支撑盘管组9的重量而不产生过大的变形，且不影响盘管的通道面积。

优选地，下段壳体大法兰15上方内直径为φ3550mm的短筒节法兰部件用于连接触媒支撑框18，该触媒支撑框18的结构由半圆管、上短筒节、中间铂金层支撑圈和下短筒节组装焊接而成。铂金层19(触媒)放在中间铂金层支撑圈上平面上，铂金层压圈20压在铂金层19上面。铂金层19上下两面外圆边缘上均用陶瓷纤维密封带与铂金层支撑圈和铂金层压圈20隔开。

优选地，铂金层压圈20由耐热不锈钢板卷制成圆筒后，分切为10块，用圆钢卡子连接后放到内件框内，铂金层压圈20外圆周上焊接有定位块以确保压圈安装的同心度，作为铂金层19的压重。

优选地，经由铂金层19反应后的高温气体通过沿氨氧化炉轴向布置的且能够将铂金层19的径向大致与氨氧化炉的径向一致的蜂窝状瓷环支撑板13大致均匀地分布至盘管组9。蜂窝状瓷环支撑板13由支撑骨架和蜂窝孔板组焊而成，蜂窝孔板结构全部是正六边形形状。蜂窝状瓷环支撑板13的材料全部采用了Inconel601国产耐热钢材料，且在结构上充分考虑了高温下材料的热胀冷缩影响。在该处设置蜂窝状瓷环支撑板13主要用途是支撑堆积的瓷环，确保铂金网19平铺在瓷环上，同时对高温气体进行再分布，以使高温气体均匀分布到整个17层盘管组9的空间内，以保证17层盘管组9均匀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。

氨氧化炉上段：其内主要限定了用于安装部分燃烧系统的炉内空间，其对应于第一空间。

优选地，氨氧化炉上段主要由上段壳体22、氨氧化炉点火枪21、系统点火管23、三层气体分布板24、支撑管25、氢气进口管27、减速机架29、减速机电机组件30、工艺气体进口管31等部件组成。

优选地，上段壳体22由上筒体及上封头组成，其内径为φ3600mm。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，设备连接法兰材料为国产15CrMo钢锻件，该设备连接法兰用螺栓与下段大法兰15连接。在上封头正中焊接有气体进口管31，该气体进口管31是氨氧化炉设备的主要进物料接口。

优选地，上段壳体22内件主要安装有三层气体分布板24，三层气体分布板24的锥体用支撑管25吊装支撑，其作用是将气体进口管31内进入的氨与空气混合气体再次混合并均匀分布到下段内的铂金网19上，让氨氧化反应更均匀充分。

优选地，上段壳体22中心组装有系统点火管23，系统点火管23的结构为一倒T字形结构，包括顶端与减速机电机组件30连接带动转动并伸入壳体内的中心竖管和垂直固定于其下端的水平横管，水平横管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喷射燃烧口。中心竖管上方伸出气体进口管31并穿过密封装置29而与减速机电机组件30连接，可在减速机电机组件30带动下以约6转/每分钟的转速转动。

在上段壳体22的筒体上安装有点火系统的点火枪21，点火枪21的安装位置在系统点火管23水平管上方80mm，且与水平横管旋转区域相交约80mm。在点火枪21伸进壳体的端部管下方90°范围有三排喷火孔，点火枪21为电子点火，氢气燃烧喷火。

实施例3

本实施例还公开了一种工艺方法，该方法可以由本发明的系统和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的系统中的各个零部件实现本发明的方法。

该方法包括：

生产中，氨氧化炉的工作过程：

1、首先减速机电机组件30通电转动，带动系统点火管23以每分钟6转的转速在氨氧化炉内转动，然后从氢气进口管27通入氢气，再从点火枪21点火，点燃的火焰通过点火枪21下方的喷火孔喷出点燃系统点火管23水平横管上的喷射燃烧口，并由水平横管的端部迅速燃烧至整个横管长度上，然后点火枪21停止工作。

2、系统点火管23在燃烧的同时旋转，其火焰直接均匀加热铂金层19，及整个触媒支撑框18内铂金层19下方的触媒。当其铂金层19和铂金层19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℃左右)后，从气体进口管31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24均匀分布到整个氨氧化炉上段空间，然后向下均匀分布在整个铂金层19触媒面上与铂金网19接触并发生氧化反应，其反应过程如下：

4NH₃+5O₂＝4NO+6H₂O △H＝-907.28 KJ (1)

2NO+O₂＝2NO₂ △H＝-112.6 KJ (2)

3NO₂+H₂O＝2HNO₃+NO △H＝-136.2 KJ (3)

NH₃接触铂金层触媒氧化反应生成HNO3的总反应为：

NH₃+2O₂＝HNO₃+H₂O △H＝-470.508 KJ (4)

氧化反应得到的NO即为生产硝酸所需的原料气体，该原料气体还需在其后的工序设备中进一步反应转化成NO₂，再用水吸收生成硝酸并提纯以达到产品所需的浓度。由于氨的氧化是强放热反应，反应所放出的热量将使反应温度继续升高，其最高反应温度可达850℃-880℃，该氧化反应除能维持自身反应继续进行外，多余的热量必须要进行回收处理。当氧化反应达到稳定反应后，关闭氢气进口管27且同时关闭减速机电机组件30电源，系统点火管23停止工作。

3、氨氧化反应所放出的热量，除一部分热量用于维持氧化反应的继续进行外，其余热量主要通过盘管组9吸收。反应后的高温气体往下首先通过蜂窝状瓷环支撑板13，使高温气体再一次均匀分布并向下顺序通过盘管组9的空间范围，并在此进行热量交换，使高温原料气体的温度由860℃逐步降低到280℃左右，然后由氨氧化炉下方气体出口管1排出并进入后工序。盘管组9中的蒸发器层盘管通过盘管换热吸收热量后，其管内饱和水温度达到195℃，该高温水由蒸发器出口汇管6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。

实施例4

本实施例进一步公开一种氨氧化炉，能够年产10吨硝酸。其在不造成技术方案矛盾的基础上，可以是实施例1、2、3的补充。

一种常压法硝酸生产工艺年产10万吨硝酸的氨氧化炉，该氨氧化炉由上、下两段组成。氨氧化炉下段包括下段壳体、盘管组支撑件、盘管组、第一进口汇管、第一出口汇管、盘管组保护筒、触媒支撑框、测温装置、蜂窝状瓷环支撑板、水冷壁管组、第二进口汇管、第二出口汇管、水冷壁管保护筒。盘管组支撑件8为三角架。盘管组9共17层盘管，总计83根进口引管和83根出口引管，每层盘管其结构均为无缝管按等间距渐开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，盘管组进口引管、盘管组出口引管全部从各层盘管下方引出，并沿盘管组外边缘向下至三角架下平面以下，再弯制成弓形弯管，最后穿过内保护筒和下段壳体，引出并焊接到第一进口汇管、第一出口汇管相应的位置上。第一进口汇管、第一出口汇管均设置在下段壳体外。氨氧化炉上段包括上段壳体、系统点火管、氨氧化炉点火枪、气体分布器、支撑管、气体进口管、减速机架、减速机、电动机、氢气进口管和填料密封装置。

优选地，第一进口汇管和第一出口汇管的布置方式是左右对称，前后对称布置。

优选地，第一出口汇管包括出口连接汇管主体，该出口连接汇管主体由碳素钢无缝钢管弯制成圆弧管，出口连接汇管主体上方和下方各钻有两排孔，上方两排孔与盘管组引出管相连，下方两排孔焊接接管和管帽，第一出口汇管下方设有排液管。盘管组出口连接汇管一端为封头，另一端为敞口与外部管道焊接连接。

优选地，第一进口汇管包括进口连接汇管主体、节流孔接头、端部法兰和端部法兰盖，该进口连接汇管主体由碳素钢无缝钢管弯制成圆弧管，出口连接汇管主体上方钻有两排孔，两排孔焊接连接节流孔接头，节流孔接头上部再与盘管组引出管相连，汇管主体下方设有排液管。盘管组进口连接汇管两端为法兰，进口连接汇管两端采用法兰盖密封。盘管组进口连接汇管主体水平中心为进口接管。

优选地，下段壳体3筒体内直径φ3550mm，筒体上端焊有下段壳体大法兰，法兰外径φ3828mm，法兰密封圈上焊接有一内直径为φ3550mm的短筒节法兰，筒体下端焊有标准碟形封头。

优选地，水冷壁管组11共38圈，采用无缝钢管螺旋向上盘制成盘管，每圈盘管之间的间隙用圆钢按一定距离相连支撑，水冷壁管组总计5根进口引管、5根出口引管，水冷壁管组进出口引管穿过下段壳体，引出并焊接到水冷壁管进、出口汇管相应的位置上。第二进口汇管、第二出口汇管均设置在下段壳体外。

优选地，第二进口汇管包括进口汇管主体，该进口汇管主体采用碳素钢无缝钢管，进口汇管主体水平位置上方钻有一排孔，其排孔上焊接有水冷壁节流孔接头接头，进口汇管主体下方设有一排液管，进口汇管主体一端为法兰平盖，进口汇管主体另一端为法兰与外部管道连接。

优选地，第二出口汇管包括出口连接汇管主体，该出口连接汇管主体采用碳素钢无缝钢管，出口连接汇管主体上方钻有一排孔，排孔与水冷壁管组引出管相连，下方设有排液管。出口连接汇管一端为封头，另一端为敞口与外部管道焊接连接。

优选地，蜂窝状瓷环支撑板13包括支撑板主体、支撑条、外包边扁钢环，蜂窝状瓷环支撑板外直径为φ3160mm。支撑板主体采用耐高温双相合金钢材料，其结构为六角形蜂窝状结构，六角对边尺寸为40mm。支撑条的结构为L字形结构，与蜂窝状支撑板焊接连接。

优选地，触媒支撑框18包括支撑框主体、下筒体、尾部加强短节、上筒体和半圆管，触媒支撑框下筒体内直径为φ3200mm，上筒体内直径为φ3328mm。支撑框主体采用耐高温双相合金钢材料，其结构为旋转90°Z字结构，由锻件车削加工制作成形。撑框主体上下均焊接连接筒体，上筒体上端面焊接连接半圆管。

优选地，上段壳体22筒体内直径φ3600mm，筒体焊有标准椭圆形封头，下端焊有下段壳体大法兰，法兰外径φ3828mm。

优选地，上段气体分布器24包括三层孔板，该气体分布器主体采用不锈钢钢板制作，气体分布器钢板规则分布钻有相同直径的孔，气体分布器孔板分三层布置在上段壳体内，采用支撑管固定。

优选地，系统点火管23为一倒T字形结构，包括顶端与电机减速机带动转动并伸入上段壳体内的中心竖管和垂直固定于其下端的水平横管，水平横管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喷射燃烧口，中心竖管上方伸出气体进口管并穿过密封装置而与减速机连接。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种用于常压法生产硝酸的氨氧化炉，其炉膛内限定出燃烧反应部所需的第一空间和限定出热量回收部所需的第二空间，所述燃烧反应部产生的热流能够从所述第一空间迁移至所述第二空间；其中，

所述燃烧反应部，在常压环境下将反应系统中的铂金层(19)加热至氨气和氧气所需的反应温度；所述铂金层(19)作为媒介，氨气和氧气能够在所述反应温度下生成氮氧化物，产生热流；

所述热量回收部，用于回收所述燃烧反应部产生的热量；

其特征在于，

所述热量回收部包括至少两个位于所述第二空间内的不同高度的沿所述第二空间的轴向安装的盘管组(9)，所述至少两个盘管组(9)彼此并联于第一进口汇管(34)和第一出口汇管(6)之间，

所述第一进口汇管(34)相对固定连接有至少两个节流孔径不同的节流孔接头，所述至少两个节流孔接头能够按照使得所述至少两个盘管组(9)内的水量不同的方式分别连接至各自对应的盘管组(9)，以使得所述盘管组(9)能够根据所述第二空间内的热量差异来吸收热量。

2.根据权利要求1所述的氨氧化炉，其特征在于，所述节流孔接头的延伸入所述第一进口汇管(34)的一端具有封板(3404a)，所述封板(3404a)上具有能够使得水流能够沿所述第一进口汇管(34)径向流动至所述限流孔(3404c)的过滤小孔(3404b)，所述过滤小孔(3404b)按照限制能够堵塞所述限流孔(3404c)的固体物质进入所述节流孔接头的方式开设。

3.根据权利要求1或2所述的氨氧化炉，其特征在于，每一层盘管组(9)是按照等距螺旋线方式盘绕而成的水平螺旋盘管，相邻的盘管组(9)之间的螺距是不同的。

4.根据权利要求3所述的氨氧化炉，其特征在于，所述盘管组(9)由外保护筒(10)将其限定于所述第二空间内，所述外保护筒(10)能够将所述热流引导至所述盘管组(9)所在的换热区域。

5.根据权利要求1或4所述的氨氧化炉，其特征在于，所述第二空间内通过内保护筒(12)将至少两个水冷壁管组(11)周向保持于炉壁，所述水冷壁管组(11)能够吸收热流的热辐射产生的热量，从而使得所述炉壁在所述水冷壁管组(11)能够副产水蒸气的情况下得以降温。

6.根据权利要求5所述的氨氧化炉，其特征在于，经由所述铂金层(19)反应后的高温气体通过沿所述氨氧化炉轴向布置的且能够将所述铂金层(19)的径向大致与所述氨氧化炉的径向一致的蜂窝状瓷环支撑板(13)大致均匀地分布至所述盘管组(9)。

7.根据权利要求1所述的氨氧化炉，其特征在于，所述燃烧反应部包括电机组件(30)、点火管(23)、点火枪(21)、氢气进口管(27)和铂金层(19)；

其中，所述电机组件(30)用于驱动点火管(23)旋转使得其火焰能够大致均匀地对所述铂金层(19)进行加热，以达到氨气和氧气所需化学反应的温度；

所述点火枪(21)将氢气进口管(27)中的氢气点燃，使得所述点火管(23)的水平横管上的喷射燃烧口能够喷出所述火焰。

8.根据权利要求7所述的氨氧化炉，其特征在于，在所述化学反应的温度稳定的情况下，关闭氢气进口管(27)且关闭减速机电机组件(30)电源，点火管(23)停止工作。

9.一种常压法生产硝酸的工艺方法，其特征在于，

S1：电机组件(30)带动点火管(23)在第一空间内转动，点火抢(21)将氢气进口管(27)中的氢气点燃，使得所述点火管(23)的水平横管上的喷射燃烧口能够喷出火焰，将铂金层(19)加热至氨气和氧气所需的化学反应温度；

S2：在其铂金层(19)加热温度达到氨气与空气混合气体的反应温度的情况下，从气体进口管(31)送入氨与空气的混合气体，混合气体在所述铂金层(19)上进行化学反应生成氮氧化物；

S3：反应后的热流往下经过蜂窝状瓷环支撑板(13)，使热流再一次均匀分布并向下顺序通过至少两个盘管组(9)的第二空间，用于将热流与盘管组(9)中的介质进行热量交换；其中，所述至少两个盘管组(9)彼此并联于第一进口汇管(34)和第一出口汇管(6)，所述第一进口汇管(34)相对固定连接有至少两个节流孔径不同的节流孔接头，所述至少两个节流孔接头能够按照使得所述至少两个盘管组(9)内的水量不同的方式分别连接至各自对应的盘管组(9)，以使得所述盘管组(9)能够根据所述第二空间内的热量差异来吸收热量。

10.根据权利要求9所述的工艺方法，其特征在于，在所述化学反应的温度稳定的情况下，关闭氢气进口管(27)且关闭减速机电机组件(30)电源，点火管(23)停止工作。

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