一種用于流化床脫硝技術的硝酸鈾酰進料裝置的制作方法
本發明涉及流化床脫硝技術生產三氧化鈾的生產工藝，具體涉及該工藝中用于硝酸鈾酰溶液(UNH)進料的裝置。
背景技術：
目前，在UNH熱解脫硝制備UO3的實際生產中，采用的脫硝反應器主要有罐式脫硝反應器、臥式攪拌床脫硝反應器、流化床脫硝反應器等。其中流化床脫硝反應器因為具有結構簡單、操作方便、易于控制、生產強度大等優點已成為UNH脫硝過程中使用最為廣泛的反應器。
流化床脫硝反應器，主要由反應段、進料裝置、擴大段及內置式過濾器等幾部分組成，可實現氣－液相的逆流接觸，也可建立良好的流化氣分壓分布和轉化率分布，具備較好的傳質、傳熱性能。
生產運行前，應在流化床中先加入一定數量的UO3形成流化態的UO3顆粒構成的床層，
當UNH噴射進入反應器時形成液滴霧化區，處于流化態的UO3顆粒穿過液滴霧化區，UO3顆粒表面會被凝聚的液滴包裹上一層液膜，
在獲取加熱裝置提供的蒸發和脫硝的熱量后，這層液膜轉化為UO3，
UO3顆粒每接觸一次霧化區，就被包覆一層，因此，顆粒逐漸長大。
同時，液滴直接凝結是床層中細顆粒物料的主要來源，這些顆粒充當晶種粒子，作為顆粒長大的核心和原始顆粒。
UNH溶液進入流化床脫硝反應器的裝置是一個霧化噴嘴，它是流化床脫硝反應器的重要部件之一，
霧化噴嘴的設計對流化床內工況和產品的特性有很大影響。因此，噴嘴的合理設計的是設備運行和操作過程的重要因素，直接影響UNH溶液霧化分散、均勻狀態，而UNH溶液霧化分散、均勻分布有利于合理控制流化床脫硝反應器運行狀態和溫度。
目前，國內尚無流化床脫硝反應器噴嘴投入工程化應用成功案例，亟需一種適用于流化床脫硝反應器霧化噴嘴。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是為流化床脫硝反應器提供更為合理的關鍵構件，并將其應用于流化床脫硝反應器，確保其安全、連續、穩定運行，以實現UNH溶液的均勻分布，優化UNH溶液霧化均勻狀態，提高流化床脫硝反應器內UNH溶液脫硝反應速率，確保流化床脫硝反應器穩定運行。
為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是：
一種用于流化床脫硝技術的硝酸鈾酰進料裝置，具體為一種霧化噴嘴結構，其中：
一、確定硝酸鈾酰料液導管
霧化噴嘴硝酸鈾酰料液導管內徑D1：
式中qmf：料液質量流量，kg/h；
ρ1：料液密度；
u1：料液在導管內的流速，根據不同爐型產能決定；
硝酸鈾酰料液導管外徑D10：
D10＝D1+2δ1，δ1為硝酸鈾酰料液導管壁厚；
二、霧化空氣導管
霧化空氣導管內徑D2：
式中qma：霧化空氣質量流量；
D10：料液管外徑；
u2：霧化氣在管道內的流速，取20m/s(壓縮空氣一般取15-30m/s)；
υ2：霧化氣體的比容,壓縮空氣可按狀態方程求得。
霧化氣導管外徑D20：
D20＝D2+2δ2，δ2為霧化氣導管壁厚；
三、料液噴口尺寸計算
1)料液噴口的面積
料液噴口的面積計算公式：
式中qmf：料液質量流量；
μ1：噴口的流量系數，取0.3；
p1：噴口前料液的壓力；
ρ1:料液密度；
2)噴口出口外徑
噴口出口外徑：d10＝d1+2δ3，d1為料液噴口的直徑，根據料液噴口面積計算確定，δ3為噴口出口壁厚；
3)霧化氣噴口面積
式中μ2：氣體通過孔嘴的流量系數；
Φ：臨界截面流量計算系數；
Pa：壓縮空氣的絕對壓力；
υ2：壓縮空氣的比容；
收縮型噴出口內徑：
收縮型噴口出口外徑：d20＝d2+2δ，δ表示收縮型噴口出口的壁厚。
進一步的，如上所述的一種用于流化床脫硝技術的硝酸鈾酰進料裝置，霧化噴嘴分別設液相分布裝置、氣相分布裝置兩部分，以保證UNH溶液以均勻的霧化狀態進入流化床內實現脫硝反應；
進一步的，如上所述的一種用于流化床脫硝技術的硝酸鈾酰進料裝置，UNH溶液濃度高于1000gU/L，霧化氣溫度高于250℃時，連續通入氣相分布裝置。
進一步的，如上所述的一種用于流化床脫硝技術的硝酸鈾酰進料裝置，霧化噴嘴的材料為304L不銹鋼。
進一步的，如上所述的一種用于流化床脫硝技術的硝酸鈾酰進料裝置，霧化噴嘴與脫硝反應器外設置法蘭進行連接，同時方便拆卸、檢修更換。
本發明提供的硝酸鈾酰進料裝置具有如下有益效果：
霧化效果及穿透效果好、結構簡單、安全穩定、操作方便和易于檢修維護等特點，同時有利于合理控制反應區各段溫度分布和反應效果。其具體特點如下：
1)流化床脫硝反應器霧化噴嘴，采用氣相夾帶液相的方式實現UNH溶液的霧化均勻分布。霧化效果可根據不同進料量進行霧化氣調節、氣相液相間距調節，能夠根據實際工況調節霧化狀態達到最佳。根據床層高度、流化氣流速等調節霧化氣的氣源壓力，可以滿足穿透流化物料層的技術要求，符合生產實際。對于霧化噴嘴關鍵參數氣液比控制，可根據實際生產情況進行，以適用于不同工況。
2)脫硝流化床霧化噴嘴在設計時，充分考慮了UNH溶液熱解脫硝條件，合理規避故障點，設計合理。噴嘴前端與反應器壁平齊，在氣液比控制合適的情況下，基本不會出現料液UNH溶液沿爐壁下流造成物料燒結。霧化噴嘴氣相、液相分開設計僅在噴嘴處交匯，霧化氣壓力大于流化氣壓力，熱氣體無法進入噴嘴空間熱解脫硝，堵塞噴嘴。經實際應用表明，霧化噴嘴運行穩定，安全，連續運行性能好。
3)流化床脫硝反應器霧化噴嘴結構簡單，為實現其安全連續穩定運行提供了有利條件。
4)可通過調節閥門控制霧化氣氣速及氣液比，方便地實現對霧化效果的控制。
5)安裝簡便，便于拆卸檢修更換。
附圖說明
圖1為硝酸鈾酰進料裝置霧化噴嘴整體示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案進行詳細說明。
如圖1所示，本發明一種用于流化床脫硝技術的硝酸鈾酰進料裝置，具體為一種霧化噴嘴結構，其中：
一、確定硝酸鈾酰料液導管
霧化噴嘴硝酸鈾酰料液導管內徑D1：
式中qmf：料液質量流量，kg/h；
ρ1：料液密度；
u1：料液在導管內的流速，根據不同爐型產能決定；
硝酸鈾酰料液導管外徑D10：
D10＝D1+2δ1，δ1為硝酸鈾酰料液導管壁厚；
二、霧化空氣導管
霧化空氣導管內徑D2：
式中qma：霧化空氣質量流量；
D10：料液管外徑；
u2：霧化氣在管道內的流速，在本實施例中取20m/s(壓縮空氣一般取15-30m/s)；
υ2：霧化氣體的比容,壓縮空氣可按狀態方程求得。
霧化氣導管外徑D20：
D20＝D2+2δ2，δ2為霧化氣導管壁厚；
三、料液噴口尺寸計算
1)料液噴口的面積
料液噴口的面積計算公式：
式中qmf：料液質量流量；
μ1：噴口的流量系數，取0.3；
p1：噴口前料液的壓力；
ρ1:料液密度；
2)噴口出口外徑
噴口出口外徑：d10＝d1+2δ3，d1為料液噴口的直徑，根據料液噴口面積計算確定，δ3為噴口出口壁厚；
3)霧化氣噴口面積
式中μ2：氣體通過孔嘴的流量系數；
Φ：臨界截面流量計算系數；
Pa：壓縮空氣的絕對壓力；
υ2：壓縮空氣的比容；
收縮型噴出口內徑：
收縮型噴口出口外徑：d20＝d2+2δ，δ表示收縮型噴口出口的壁厚。
為了保證UNH溶液能夠以均勻的霧化狀態進入流化床內實現脫硝反應，霧化噴嘴分別設液相分布裝置、氣相分布裝置兩部分，以保證UNH溶液以均勻的霧化狀態進入流化床內實現脫硝反應；
因熱解脫硝為吸熱反應，為了保證脫硝熱量的提供，則應減小液體沸騰蒸發所需熱量，則需控制UNH溶液濃度高于1000gU/L，霧化氣溫度高于250℃時，連續通入氣相分布裝置。
霧化噴嘴與脫硝反應器外設置法蘭進行連接，同時方便拆卸、檢修更換。
UNH溶液含有一定硝酸，而且熱解脫硝反應后會產生氮氧化物，在流化床運行過程中噴嘴前端處于氮氧化物氛圍中，因此霧化噴嘴應分別考慮硝酸、氮氧化物的腐蝕性。并且為了霧化效果良好，霧化氣必須以維持一定壓力(約0.3MPa)，因此霧化噴嘴在設備材質選擇方面應考慮耐壓、耐高溫、耐硝酸、氮氧化物腐蝕要求。另外，為降低對霧化噴嘴多次檢修的人力投入和經費投入，選擇的設備材質應價格低廉，具備隨時更換檢修的條件。
為保障流化床脫硝反應器霧化噴嘴的使用壽命，需選擇耐腐蝕材料作為霧化噴嘴的設備材質，不能選用一般鋼材。稀硝酸及氮氧化物對普通鋼材具有腐蝕作用。現在市場上耐稀硝酸腐蝕的金屬材料很多，奧氏不銹鋼、304L不銹鋼、鋯鉭等合金等都具有很好的耐稀硝酸腐蝕效果。在保證設備耐蝕性能能夠滿足生產需求前提下，設備材質選擇應該常見、價格合理，因此選用304L不銹鋼。該不銹鋼綜合性能良好，適用于需要焊接的場所，其本身碳含量低，在靠近焊縫的熱影響區域析出的碳化合物最少，同時其具有良好的機械性能。同時易于采購，價格合理，可以作為霧化噴嘴選擇的最佳材料。
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