一种热脱硝制备UO3过程中产生尾气的处理装置的制作方法

一种热脱硝制备uo3过程中产生尾气的处理装置
技术领域
1.本发明涉及核工业铀纯化技术领域，尤其是涉及一种热脱硝制备uo3过程中产生尾气的处理装置。


背景技术：

2.在核燃料循环与制备过程中，铀纯化是实现天然铀资源向核能开发应用转化的关键环节之一，铀纯化是以硝酸溶解铀矿浓缩物制备萃原液，经过萃取、反萃取等提纯后得到精制的硝酸铀酰溶液，然后通过脱硝将硝酸铀酰转化为铀氧化物，三氧化铀作(uo3)为铀氧化物的一种，可根据需要进一步氧化还原成二氧化铀或八氧化三铀。
3.目前，工业上常见的铀氧化物制备方法有auc热分解还原法、adu热分解还原法和unh脱硝法，与auc热分解还原法、adu热分解还原法相比，unh脱硝法因无需添加任何沉淀剂而具有流程短、废液产生率低、可实现氮氧化物的循环回收利用等优点，已成为国际铀纯化转化技术重点发展方向之一。
4.unh脱硝法主要是通过脱硝流化床反应器实现硝酸铀酰溶液向固体uo3中间产品的转化，产生的尾气中主要含有空气、氮氧化物和水蒸气等成分，其中氮氧化物的体积分数能达到5-6％左右，为实现脱硝工艺尾气的达标排放，国内现有铀纯化生产线多采用在常压状态下水吸收+尿素吸收的工艺路线，即将脱硝工艺尾气经冷凝冷却后进入多级串联水吸收塔内，经水吸收后的尾气再进入尿素吸收塔内进行还原净化处理，最后通过烟囱排放。
5.然而，采用水吸收+尿素吸收处理脱硝工艺尾气时，存在吸收效率低、尿素消耗大的问题，增加了尾气的处理成本。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种热脱硝制备uo3过程中产生尾气的处理装置，该处理装置操作简单、实用性强，解决了现有工艺路线吸收效率低、成本高的问题，能够在提高对尾气吸收效率的同时，减少辅材的消耗，大大降低了尾气的处理成本。
7.本发明提供一种热脱硝制备uo3过程中产生尾气的处理装置，包括湿壁塔，所述湿壁塔顶部的气相出口通过罗茨风机与气液分离器的进口连通；
8.所述气液分离器底部的液相出口与硝酸储罐连通，所述气液分离器上部的气相出口通过水环式压缩机与缓冲罐的进口连通；
9.所述缓冲罐顶部的气相出口与吸收塔的进口连通，所述吸收塔顶部的气相出口与烟囱连通。
10.进一步地，所述湿壁塔的内部设有竖直设置的换热管束，所述湿壁塔的下部设有冷却水进口，所述湿壁塔的上部设有冷却水出口，所述换热管束的两端分别与所述冷却水进口和所述冷却水出口连通。
11.进一步地，所述换热管束上设有若干块沿其高度方向交错设置的折流板；
12.所述换热管束的上方设有水平设置的第一喷淋管，所述湿壁塔上设有与所述喷淋
循环管、19-采液管、20-换热器、21-第二喷淋管、22-进水口、23-供液管、24-烟囱、25-减压阀、26-尾气进口、27-换热管束、28-折流板、29-冷却水进口、30-冷却水出口、31-吸收液进口、32-液位计口。
具体实施方式
30.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.实施例1
34.由图1和图2所示，一种热脱硝制备uo3过程中产生尾气的处理装置，包括湿壁塔1，湿壁塔1的下部设有尾气进口26，湿壁塔1的内部设有竖直设置的换热管束27，换热管束27为单程结构，湿壁塔1的下部设有冷却水进口29，湿壁塔1的上部设有冷却水出口30，换热管束27的两端分别与冷却水进口29和冷却水出口30连通，换热管束27上设有若干块沿其高度方向交错设置折流板28，换热管束27的上方设有水平设置的第一喷淋管2，湿壁塔1上设有与第一喷淋管2连通的吸收液进口31，湿壁塔1的底部设有湿壁塔液相出口4，湿壁塔液相出口4通过回流管6与吸收液进口31连通，回流管6上设有回流泵5，回流管6上还连通有排液管7，湿壁塔1的下部设有液位计口32。
35.将含有氮氧化物、水蒸气和空气的脱硝尾气从尾气进口26送至湿壁塔1的内部，使脱硝尾气沿换热管束27上升，并通过冷却水进口29向湿壁台1的壳程输送冷却水，对脱硝尾气进行冷凝冷却，使脱硝尾气中的水蒸气被冷凝成液体，而换热后的冷却水从冷却水出口30排出，实现冷却水的循环利用，同时通过第一喷淋管2向下喷淋吸收液，吸收液为去离子水或稀硝酸，使吸收液与脱硝尾气逆流接触，初步吸收脱硝尾气中的部分氮氧化物，并产生硝酸，与冷凝形成的液体一起沿换热管束27下降至湿壁塔1的底部，并通过回流泵5将其输送至第一喷淋管2内，作为吸收液循环使用，同时，采用液位计从液位计口32监测湿壁塔1底部硝酸的液位，当硝酸的液位达到一定高度时，通过排液管7将湿壁塔1内的硝酸排出，以维持湿壁塔1内硝酸的液位稳定，此外，吸收液下降过程中，与脱硝尾气逆流接触，可进一步冷
却脱硝尾气，从而提高对脱硝尾气的冷凝冷却效果。
36.湿壁塔1顶部设有湿壁塔气相出口3，湿壁塔气相出口3通过罗茨风机8与气液分离器9的进口连通，气液分离器9底部的液相出口与硝酸储罐10连通，气液分离器9上部的气相出口通过水环式压缩机11与缓冲罐12的进口连通，缓冲罐12顶部的气相出口与吸收塔的进口连通，气液分离器9为挡板分离器或旋风分离器。
37.经湿壁塔1冷凝冷却后的脱硝尾气中夹带部分酸液，通过罗茨风机8将其送至气液分离器9内进行气液分离，一方面能够减少对水环式压缩机11的腐蚀，另一方面能够提高吸收塔对脱硝尾气中氮氧化物的吸收效率，分离出的酸液从气液分离器9底部的液相出口排出，并收集至硝酸储罐10内，而分离出的脱硝尾气则从气液分离器9上部的气相出口排出，经水环式压缩机11增压后送至缓冲罐12内，经缓冲罐12缓冲后送至吸收塔内，通过吸收塔对脱硝尾气中的氮氧化物进行吸收，相较于传统的常压吸收方式，通过水环式压缩机11为脱硝尾气进行增压处理后，再将其送至吸收塔内，能够加强吸收塔对氮氧化物吸收反应过程中的压力，从而在提高对氮氧化物吸收效率的同时，减少辅材(如尿素等)的消耗，大大降低了脱硝尾气的处理成本，此外，罗茨风机8的结构紧凑、体积小、高效节能，由不锈钢材料制成，适用于输送大流量的含腐蚀性介质的气体，采用罗茨风机8输送脱硝尾气，还能为脱硝流化床提供必需的负压。
38.吸收塔为四级串联，第一级吸收塔13的进口与缓冲罐12顶部的气相出口连通，第二、三、四级吸收塔的进口分别与对应的前一级吸收塔顶部的气相出口连通，第四级吸收塔16顶部的气相出口与烟囱24连通，第四级吸收塔16顶部的气相出口与烟囱24之间设有减压阀25，相邻两级吸收塔的塔釜之间通过供液管23连通，第四级吸收塔16的塔釜上设有进水口22，每级吸收塔的内部均设有金属波纹板规整填料，金属波纹板规整填料的上方设有两级槽式液体分布器(图中未显示出来)，每级吸收塔内两级槽式液体分布器的上方均设有水平设置的第二喷淋管21，每级吸收塔底部的液相出口均通过循环管18与第二喷淋管21连通，每级吸收塔的循环管18上均设有循环泵17和换热器20，换热器20为板式换热器，第一级吸收塔13的循环管18上还连通有采液管19。
39.将增压后的脱硝尾气送至第一级吸收塔13内，使其沿塔上升，同时通过第一级吸收塔13内的第二喷淋管21向下喷淋吸收液，吸收液为去离子水或稀硝酸，使吸收液与增压后的脱硝尾气逆流接触，将脱硝尾气中的氮氧化物转化为硝酸，下降至第一级吸收塔13的底部，而经第一级吸收塔13处理后的脱硝尾气从第一级吸收塔13顶部的气相出口排出，进入第二级吸收塔14内，与第二级吸收塔14内的吸收液逆流接触，继续将脱硝尾气中的氮氧化物转化为硝酸，并下降至第二级吸收塔14的底部，而经第二级吸收塔14处理后的脱硝尾气从第二级吸收塔14顶部的气相出口排出，进入第三级吸收塔15内，与第三级吸收塔15内的吸收液逆流接触，继续将脱硝尾气中的氮氧化物转化为硝酸，并下降至第三级吸收塔15的底部，而经第三级吸收塔15处理后的脱硝尾气从第三级吸收塔15顶部的气相出口排出，进入第四级吸收塔16内，与第四级吸收塔16内的吸收液逆流接触，继续将脱硝尾气中的氮氧化物转化为硝酸，并下降至第四级吸收塔16的底部，经第四级吸收塔16处理后的脱硝尾气从第四级吸收塔16顶部的气相出口排出，经减压阀25减压后输送至烟囱24，通过四级吸收塔实现对氮氧化物的逐步吸收，同时每一级吸收塔底部的硝酸均从吸收塔底部的液相出口排出，经换热器20冷却后送至每级吸收塔内的第二喷淋管21内，作为吸收液循环利用，此
外，当第一级吸收塔13内的吸收液达到一定浓度时，通过采液管19将部分吸收液排出，同时通过进水口22向第四级吸收塔16的塔釜内补充去离子水，并通过供液管23使各级吸收塔的塔釜液位重新达到平衡，除此之外，在每级吸收塔的内部设置金属波纹板规整填料，因其空隙率高、比表面积大，故具有很高的传质效率，能够提高吸收液对脱硝尾气中氮氧化物的吸收效率，同时通过两级槽式液体分布器使第二喷淋管21喷淋的吸收液均匀分布，以确保其能够与脱硝尾气充分接触。
40.由图3所示，一种热脱硝制备uo3过程中产生尾气的处理方法，包括以下步骤：
41.步骤s1.将含有氮氧化物、水蒸气和空气的脱硝尾气送至湿壁塔1内，通过换热管束27将脱硝尾气中的水蒸汽冷凝成液体，同时通过第一喷淋管2向下喷淋吸收液，使吸收液与脱硝尾气逆流接触，初步吸收脱硝尾气中的部分氮氧化物形成硝酸，与冷凝形成的液体一同下降至湿壁塔1的底部，并通过回流泵5将其输送至第一喷淋管2内，作为吸收液循环使用，同时，采用液位计从液位计口32监测湿壁塔1底部硝酸的液位，当硝酸的液位达到800mm时，通过排液管7将湿壁塔1内的硝酸排出，控制湿壁塔1内硝酸的液位在200-800mm之间，以维持湿壁塔1内硝酸的液位稳定；
42.步骤s2.经换热管束27冷凝冷却后的脱硝尾气从湿壁塔气相出口3排出，通过罗茨风机8将其送至气液分离器9内进行气液分离，分离出的酸液从气液分离器9底部的液相出口排出，并收集至硝酸储罐10内，分离出的脱硝尾气从气液分离器9上部的气相出口排出，经水环式压缩机11增压至0.4-0.5mpa后送至缓冲罐12内；
43.步骤s3.经缓冲罐12缓冲后的脱硝尾气从缓冲罐12上部的气相出口排出，进入第一级吸收塔13内，并沿塔上升，同时通过第一级吸收塔13内的第二喷淋管21向下喷淋吸收液，使吸收液与增压后的脱硝尾气逆流接触，将脱硝尾气中的氮氧化物转化硝酸，并下降至第一级吸收塔13的底部；
44.步骤s4.经第一级吸收塔13处理后的脱硝尾气从第一级吸收塔13顶部的气相出口排出，进入第二级吸收塔14内，与第二级吸收塔14内的吸收液逆流接触，继续将脱硝尾气中的氮氧化物转化为硝酸，并下降至第二级吸收塔14的底部；
45.步骤s5.经第二级吸收塔14处理后的脱硝尾气从第二级吸收塔14顶部的气相出口排出，进入第三级吸收塔15内，与第三级吸收塔15内的吸收液逆流接触，继续将脱硝尾气中的氮氧化物转化为硝酸，并下降至第三级吸收塔15的底部；
46.s6.经第三级吸收塔15处理后的脱硝尾气从第三级吸收塔15顶部的气相出口排出，进入第四级吸收塔16内，与第四级吸收塔16内的吸收液逆流接触，继续将脱硝尾气中的氮氧化物转化为硝酸，并下降至第四级吸收塔16的底部；
47.s7.经第四级吸收塔16处理后的脱硝尾气从第四级吸收塔16顶部的气相出口排出，经减压阀25减压至0.1mpa后，送至烟囱24；
48.s8.每级吸收塔内的硝酸均从其底部的液相出口排出，经换热器20冷却后送至第二喷淋管21内，作为吸收液循环使用；
49.s9.当第一级吸收塔1内吸收液的浓度达到8mol/l时，通过采液管19将第一级吸收塔13内的部分吸收液排出，吸收液排出后，第一级吸收塔13的塔釜液位不低于100mm，同时通过进水口22向第四级吸收塔16内补充去离子水，并通过供液管23使各级吸收塔的塔釜液位重新达到平衡，维持在200-600mm之间。
50.工作原理：开启湿壁塔1冷却水进出口阀门，向湿壁塔1内补充200-600mm液位的去离子水或稀硝酸(浓度≤2mol/l)，启动回流泵5；
51.开启换热器20冷却水进出口阀门、第四级吸收塔16的进水口22阀门和各级吸收塔之间供液管23阀门，向各级吸收塔内补充200-600mm液位的去离子水，启动循环泵17；
52.开启水环式压缩机11的水循环系统；
53.检查处理装置各处阀门的开关状态，检查罗茨风机8的油位适宜；
54.启动罗茨风机8，调节罗茨风机8的风速，维持脱硝流化床出口压力为零下10-零下5kpa，并将产生的脱硝尾气引入至湿壁塔1内；
55.启动水环式压缩机11，设定压缩后的压力为0.45mpa，观察缓冲罐12的压力上升情况，当缓冲罐12的压力上升至0.45mpa后，缓慢开启缓冲罐12上部气相出口的阀门；
56.观察各级吸收塔内的压力上升情况，当各级吸收塔内的压力上升至0.45mpa，减压阀25处有明显气流声，代表处理装置正常运行；
57.调整湿壁塔1冷却水进出口阀门的开度，维持湿壁塔1顶部气相出口处的温度为40-50℃，调整回流泵5的出口阀门，维持吸收液的流量为20-25m3/h；
58.维持湿壁塔1内硝酸的液位为200-800mm，当硝酸的液位达到800mm时，通过排液管7将湿壁塔1内的硝酸采出；
59.维持硝酸储罐10内硝酸的液位在适宜范围，当液位达到上限时，将硝酸采出；
60.调节水环式压缩机11的功率，维持缓冲罐12内的压力在0.4-0.5mpa；
61.调节换热器20冷却水进出口阀门的开度，维持各级吸收塔内的温度≤35℃；
62.调节循环泵17的出口阀门，维持吸收液的流量为20-25m3/h；
63.取样分析第一级吸收塔13内吸收液的浓度，当吸收液的浓度达到8mol/l时，通过采液管19进行将第一级吸收塔13内的部分吸收液排出，吸收液排出后，第一级吸收塔13的塔釜液位不得低于100mm，同时通过进水口22向第四级吸收塔16内补充去离子水，并通过供液管23使各级吸收塔的塔釜液位重新达到平衡，维持在200-600mm之间。
64.采用本技术处理装置处理后的脱硝尾气中，no
x
≤100mg/m3，远低于排放标准(no
x
《240mg/m3)，且氮氧化物的回收率可达99％以上。
65.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。