CN100357691C - 分室炉腔的冷却装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提出旋转火焰炉腔(2)的一冷却方法，所述方法包括在腔(2)内产生一冷却流体流F，且所述流动的至少一部分Fr以大致垂直的方式沿腔(2)壁(2A，2B)的一定表面流动。本发明的目的还在于提出来一可实施所述方法的装置。本发明可极大加快旋转火焰炉腔的冷却速度。

Description

分室炉腔的冷却装置及方法
技术领域
本发明涉及用于烘烤碳块的一所谓“旋转火焰”式分室炉(英文为“ringfurnace”)，尤其是一开口型分室炉。本发明尤其涉及在进行维护、检修前，用于冷却这类炉的方法及装置。
背景技术
开口型旋转火焰式分室炉已为本领域技术人员熟知，尤其在法国专利申请FR 2 600 152(对应美国专利US 4 859 175)及FR 2 535 834(对应英国专利GB 2 129 918)中已描述过。
分室炉包括呈直线排列的一系列室，各室包括许多长形腔，所述腔之间由空心隔热板分隔开。
对某一室来说，碳块的烘烤一周期通常包括：在所述室内装填入生碳块、加热所述室直至到达碳块烘烤温度(一般在1100至1200摄氏度之间)、冷却所述室直至到达可把已烤好的碳块从中取出的温度、所述室冷却至环境温度。旋转火焰的原则在于，通过移动加热装置(如燃烧器喷嘴)及吸气装置，持续对炉室实施加热。
因此，一给定室连续经过预热、烘烤及冷却阶段。一般来说，有十来个室同时“活动”：在所谓冷却区有四个，在所谓加热区有三个，在所谓预热区有三个。所述活动室构成所谓“火焰”。
但取出碳块后，炉腔所需的冷却时间非常长，当必须对炉进行检修如替换隔板时，这会限制炉的生产力，因为出于健康原因，在壁的温度降到30摄氏度之前，不可能让技术员进入腔内作业，所以这就必需一般等待时间，一般长于3天。
因此，本申请人研制了一种简单、易工业化的装置，以加快炉腔的冷却。
发明内容
本发明的目的在于提出一旋转火焰式分室炉腔的冷却方法，其特征在于，它包括在腔内产生一冷却流体流动F；并且所述冷却流体流动F的至少一部分Fr以大致垂直的方式沿腔壁的确定表面流动。
本发明的目的还在于提出旋转火焰炉腔的冷却装置，其特征在于，它包括：
——至少一第一装置，所述装置可在腔内产生冷却流体流动F，例如为一通风装置；
——至少一第二装置，所述装置可使所述冷却流体流动F的至少一部分Fr以大致垂直的方式沿腔壁的确定表面流动，例如为一限制装置。
本发明的目的还在于提出使用本发明装置的旋转火焰炉腔的冷却方法。
本申请人看到，腔壁附近的冷却流体流动呈大致垂直的流动，可极大加快所述腔的冷却速度。因此，在某些情况下，本发明可在工业尺寸炉内，取消火焰室。
附图说明
后文将参照附图详细进行描述，以更好理解本发明。
图1示出了旋转火焰炉部分透视图。
图2示出了旋转火焰炉通道俯视图(沿轴Z)。
图3示出了本发明装置的一实施例，所述装置处于等待位置上，(a)为窄边的侧视图(轴X)及(b)为宽边的侧视图(轴Y)。
图4示出了本发明装置的一实施例，所述装置处于展开位置上，(a)为窄边的侧视图(轴X)及(b)为宽边的侧视图(轴Y)。
图5及6示出了利用本发明装置的最佳实施方式而获得的冷却流的运动。
具体实施方式
如图1、2所示，旋转火焰炉包括串联着的一列室(10，11，12......)。各室包括横向方向上(沿轴Y)的长形腔(2)和纵向方向(沿轴X)上的空心隔热板(3)，它们交替放置。如图所示，图2的虚线(1)确定了一室，并示出了它的若干腔(2)，所述腔平行放置，之间由隔板(3)分隔开。
腔(2)由隔热板(3)、横向墙柱(4)及地板(24)确定。隔热板(3)和横向墙柱(4)形成大致垂直的壁(2A，2B)；地板(24)形成大致水平的底(2C)。隔热板(3)的端部通常包括有孔(6)的横墙(5)。隔热板(3)包括薄的侧壁(9)，所述侧壁通常由隔板(7)、挡板(8)隔开。隔热板(3)装配有进入装置(20)，称为“开口”，所述装置尤其可引入加热装置(如燃烧室喷嘴)(图中未示出)或吸气装置(21，22)。炉的组件(2，3，4，5，24)由耐火材料形成，通常为耐火砖。各腔(2)一般深5米。
图1示出了在烘烤所述碳块过程中，利用一防护粉(32)，碳块(31)堆放在腔(2)内的一种典型方式。
室形成沿火焰方向C上的一条长通道。旋转火焰炉通常有两条平行通道，其长度分别约为一百来米。通道一般由侧墙(23)确定。
烘烤操作中，由空气、加热气体、由碳块释放的蒸气或燃烧气体(或最通常的是上述气体的混合)构成的流动，沿炉的长度方向(轴X)，在一串彼此之间相通的空心隔热板(3)内流动。所述气流从活动室上方吹入，在所述室下方被吸进。气体燃烧产生的热传递给腔(2)内的碳块，从而烘烤所述碳块。
本发明的详细描述
根据本发明，旋转火焰炉腔(2)的冷却方法，所述腔包括壁(2A，2B)，其特征在于，它包括在腔(2)内产生一冷却流体流动F；并且所述冷却流体流动F的至少一部分Fr以大致垂直的方式，沿腔(2)壁(2A，2B)的确定表面流动。
腔的内部即烘烤中被碳块(31)、防护粉或“尘”(32)正常占据的空间。
大致垂直流是从一流动延伸出来，对所述流动来说，流动F的垂直分量显然大于水平分量(一般约大十倍)，以使从壁中流出并排到腔外的热能流达到最大。所述流动最好很少紊流，最好大致为层状流。所述垂直流动可以是上升或下降方向。
所述流动F通常为强制流动，所述流动例如由吹入或吸入冷却流而产生的。
所述流动F的所述部分Fr一般在靠近腔壁的所谓“流通”截面S里循环流动，同时所述流体沿大致平行所述壁的方向快速流动。流动Fr最好在所述壁附近的有限空间V内循环流动，这使得通过可接受流体流量(通常在1至10 Nm3/s之间)，可实现所述侧壁热的有效排出。
所述流动F一般有两主要分量，即所述部分Fr——所述部分轻贴腔壁，及部分Fo——所述部分把冷却流引入腔内。在本发明的最佳实施例中，流动Fr和Fo大致平行，沿相反方向流动，如图6所示。Fr和Fo的流量通常大致相等。
冷却流最好为一气体或混合气体。最好使用空气，以节约经营成本，即所述流体含有空气。有利地是，冷却流很湿润，即它含水(通常为蒸气或小水滴状)，以增加其特定热容量。流体的湿度可调节，例如根据腔壁的温度。在本发明的一最佳变型中，所述流体既有空气又湿润。通常地，喷射入腔内的流体为或多或少有一定湿度的常温下的空气。
冷却流可为开放型，即流体在所述腔内流动时吸掉腔壁的部分热后，被排到大气中。
根据本发明，旋转火焰炉腔(2)的冷却装置(100)——所述腔(2)包括壁(2A、2B)及底(2C)——的特征在于，它包括：
——至少一第一装置(101)，所述装置可在所述腔(2)内产生冷却流体流动F；
——至少一第二装置(103)，所述装置可使所述冷却流体流动F的至少一部分Fr大致垂直地沿腔(2)壁(2A，2B)的一定表面流动。
所述第一装置(101)通常为一送风装置如吸气或吹风装置。
有利地是，所述第二装置(103)为一所谓“限制”装置，所述装置可缩小腔壁附近的所述流动F的流通截面S，以使所述流体沿大致平行于所述壁的方向快速流动。因而，流动F在靠近所述壁的有限空间V内循环流动。
流通截面S约等于L×P，其中L为限制宽度，P为所述腔的平均内周长。宽度L最好在5厘米至25厘米之间，最好还在10厘米至20厘米之间。宽度太窄，会导致大量负载损失。宽度太宽，流动速度会非常慢，因而即冷却速度不够。
最好，限制所述流动F还可增加所述流体的流动速度。有利地是，所述冷却流在所述流动F的所述部分Fr内的流动速度在2至20米/秒之间。速度太慢，不会有效缩短腔的冷却时间。相反地，速度太快，则必需昂贵的通风设备，能量消耗量也高。对工业炉来说，所述流动的流体流量一般在1至10立方米3/秒之间。
限制装置(103)一般为一管，如一硬管或软管或一软壳，其第一端连接着所述(所述各)通风装置(101)，其第二端(104)可安放在腔(2)内。在此情况下，通过通风装置(101)而运动的冷却流由管导引，通过所述第二端(104)的至少一孔喷射入腔内(或由后者吸入)。通过强制所述流动在所述管的表面和所述壁(2A，2B)之间流动，管因而限制了所述流体的流通截面S。
有利地是，限制装置(103)可拆卸及/或可收缩，以方便装置的安放。例如，限制装置(103)可为一可拆卸硬管(即可与装置(100)分开的一管)，所述管可安放在腔内，再与所述装置的通风装置(101)相连。
限制装置(103)可通过连接装置(102)与通风装置(101)相连。
在本发明的一最佳实施方式中，限制装置(103)为一可收缩的管状管，所述管至少有一收缩位置(如图3所示)及至少一展开位置(如图4所示)。因而，所述管的长度可改变或可调节。所述实施方式的好处在于可方便装置的安放。
如图3、4所示，可收缩管状管可为一伸缩筒状(一般当截面大致为圆形或椭圆形时)或一折叠式(一般当截面大致为矩形或正方形时)，这样可方便其展开。所述管还可有其它结构，如由几管段以滑移方式一个插在另一个内形成的套管筒式结构。管(103)可借助展开装置(106，107)如发动机或缆绳收缩起或展开。
最好是这样的管(103)：它可展开直至离腔底(2C)只有很短的一距离D，所述距离D最好小于约50厘米。距离D一般约为20厘米。
管的尺寸最好这样：所述管与腔壁之间的平均距离E在5至25厘米之间，最好还在10至20厘米之间。距离太短，会导致大量负载损失，这样可能会造成严重障碍。距离太长，流动速度则会太慢，因此即冷却速度不够。约15厘米的距离足够了。
在本发明的一变型中，所述第一装置(一般为通风装置)可在所述管或所述各管内产生一下降流，沿腔(2)的壁(2A，2B)产生一垂直上升流。在本发明的另一变型中，所述第一装置可在所述管或所述各管内产生一上升流，沿腔(2)的壁(2A，2B)产生一下降垂直流。
通风装置(101)为鼓风装置，如想产生沿壁(2A，2B)的一上升流时，为一通风机，当想产生沿壁(2A，2B)的一下降流，为一吸气装置。
最好，当所述垂直流为沿腔(2)壁(2A，2B)的上升流时(因此即在管内下降的)，所述(各)管(103)的所谓“开口”端(104)可装配一导流器(108)，所述导流器可有利于通过所述端从管中流出的流体流朝上偏斜。有利地是，导流器可降低(各)管(103)的所谓开口端(104)的负载损失。
最好，管由一高模量的软材料构成，所述材料可耐低于或等于约250℃的温度、和可耐鼓风压力，如为一芳香聚酰胺纤维(如Kevlar)。所述材料可为一合成物，如多层物。所述材料最好还是密封的，以尤其降低沿所述管的负载损失。为此，例如，所述材料可为多层复合物，所述多层复合物包括一软织物(如Kevlar织物)的及一密封层(如一铝层)。使用包括一软层和一铝层(管的外表面)的多层结构，还可反射来自腔壁的热辐射，因此可避免对所述下面邻接的软层的过度重新加热。
本发明的装置(100)最好是可拆卸的。有利地是，它包括若干支承件(105)，所述支承件可对它进行操作，将其放在腔内。
利用根据本发明的装置，可实施本发明的冷却方法。
根据本发明的装置可用于冷却一旋转火焰炉腔(2)，并且主要应用在旋转火焰炉腔(2)的一冷却方法中，它包括：
—安放本发明的冷却装置(100)；
—在所述腔(2)内产生一冷却流体流动。
特别是，本发明的装置可应用于旋转火焰炉腔(2)的冷却方法中，该方法包括：
—安放本发明的冷却装置(100)；
—展开限制装置(103)——尤其在所述腔(2)的内部；
—利用通风装置(101)在所述腔(2)的内部产生冷却流体流动。
正常情况下，都是把已烘烤好的碳块取出并把腔中灰尘清理干净后，才实施所述操作。
管的展开可根据一确定连续动作进行，或根据可测量参数如腔壁温度控制。
测试
旋转火焰炉腔的冷却测试已采用和图3、4中所示相似的本发明一装置来实施。在这些测验中，腔深4.76米，内截面小于23.7平方米。冷却流为或多或少带点湿度的空气。流动速度一般为5至10米/秒。空气流量为每通风机约3立方米/秒(因此共6立方米/秒)。腔壁和管(103)之间的平均距离E为约15厘米。流动在管内下降，沿腔壁上升。
腔的冷却可通过嵌在腔壁上的热电偶来测量。根据在火焰方向里的位置，腔底的初始温度约为130至200℃。
没有冷却装置，使腔底温度下降至20℃一般必需40小时的时间。而采用本发明的装置，这个时间可缩短到约10小时。
测试证明，本发明的装置噪音小。

Claims (26)

1.旋转火焰炉腔(2)的冷却方法，所述腔(2)包括壁(2A，2B)，其特征在于，它包括在所述腔(2)内产生一冷却流体流动F；并且所述冷却流体流动的至少一部分Fr以垂直的方式沿所述腔(2)的壁(2A，2B)的确定表面流动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流动F是强制的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述强制流动由所述冷却流吹入或吸入而产生。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述流动F的所述部分Fr内的所述流体流动速度在2至20米/秒之间
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流动的流体流量在1至10Nm3/s之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垂直流为上升的。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垂直流为下降的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述流动F包括一部分Fo，所述部分Fo大致平行于所述部分Fr，并沿一相反方向流动。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述流体内含有空气。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流体含有水。
11.旋转火焰炉腔(2)的冷却装置(100)，所述腔(2)包括壁(2A，2B)和一底(2C)，其特征在于，它包括：
——至少一第一装置(101)，所述装置可在所述腔(2)内产生冷却流体流动；
——至少一第二装置(103)，所述装置可使所述流动F的至少一部分Fr以大致垂直的方式沿所述腔(2)的壁(2A，2B)的确定表面流动。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一装置为一通风装置。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二装置为一限制装置，所述限制装置可缩小腔壁附近的所述流动F的流动截面S，以使所述流体沿大致平行于所述壁的方向快速流动。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述限制装置(103)是可拆卸的。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述限制装置(103)是可收缩的。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，它包括展开装置(106，107)，以展开或收缩所述限制装置(103)。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的装置，其特征在于，所述限制装置(103)为一管，其第一端连接着所述的或所述各个第一装置(101)，其第二端(104)可安放在所述腔(2)内。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述管为一伸缩筒状或一折叠式。
19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述管的尺寸是这样的：所述管与所述腔(2)的壁(2A，2B)之间的平均距离E在5至25厘米之间。
20.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第一装置可在所述管或所述各管内产生一下降流动，以及沿所述腔(2)的壁(2A，2B)产生一垂直上升流动。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第二端(104)装配有一导流器(108)，所述导流器有利于经由所述第二端流出所述管的流体流动朝上偏转。
22.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第一装置可在所述管或所述各管内产生一上升流动，和沿所述腔(2)的壁(2A，2B)产生一下降垂直流动。
23.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述或所述各管(103)是这样的：它可展开直至离所述腔底(2C)小于约50厘米的一距离D。
24.冷却装置的使用，其特征在于，所述冷却装置为根据权利要求11至23中任一项所述的冷却装置(100)，所述冷却装置用于冷却一旋转火焰炉腔(2)。
25.冷却装置的使用，其特征在于，所述冷却装置为根据权利要求11至23中任一项所述的冷却装置(100)，所述冷却装置用于实施权利要求1至10中任一项所述的冷却方法。
26.旋转火焰炉腔(2)的冷却方法，其特征在于，所述方法包括：
—安放根据权利要求11至23中任一项所述的冷却装置；
—在所述腔(2)内产生一冷却流体流动。
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