CN101381813B - 模块化还原炉 - Google Patents

Abstract

本发明是一种模块化还原炉，包括多个还原炉单元模块，每个还原炉单元模块具有一个炉体，所述的多个炉体沿纵向和/或横向搭接在一起。采用模块化还原炉，扩建时不必拆除原有建筑，可以节约建造成本；而且，由于还原炉单元模块的形状、构造统一，因此可以进行规格化生产，必然导致生产效率提高、产品质量提高以及生产成本的下降；此外，进行规格化生产后，需要建造还原炉的生产企业仅需要将还原炉单元模块的各组成部分进行组装即可，大大缩短了建造工期。

Description

模块化还原炉

技术领域

本发明涉及一种还原炉。

背景技术

某些蒸气压较高的碱金属和碱土金属，如(钡、锡、铅、锑、镁、钙等，可以用硅、铝或它们的合金在真空的条件下用金属热还原法制得。使用金属热还原法，必须要用到还原炉。

一般的企业，由于资金的限制，对资金的投入是分批进行的，先投入部分资金，开始小规模生产，然后通过卖出产品后的盈利以及其它资金的周转，增加资金投入，扩大规模生产，如此循环，渐渐提高企业规模。采用这种发展模式，可以增加资金周转速度，降低生产成本，并降低企业风险。

然而，现有的还原炉的建造，均是一次完成，在建造还原炉之前，即由预计生产量确定了还原炉的规模大小。若预计的生产量与实际需求量差较大，或者由于社会经济环境的改变而需要调整生产量时，重新建造或者改建还原炉都是一项浩大的工程，并且，重复建设不仅带来建筑成本上的浪费，还将由于被迫停工的原因造成工期的延误。

因此，由于现有还原炉的改建困难，并不能很好地适应企业按照上述模式进行发展。

此外，现有还原炉普遍采用蓄热式燃烧技术，通过不断调换进气口与出气口，将从炉体排出的气体所携带的热量予以充分利用，确实可以达到提高加热效率的作用。然而，这种不断调换进气口与出气口的蓄热式燃烧技术，也带来了一些负面影响。例如：存在着换向频繁造成换向阀易损坏；炉膛内燃烧制度(压力、温度与气氛)波动；点火失败引起故障报警等问题。

这些都说明现有还原炉的构造存在其不足之处，还有必要对现有的还原炉的构造进行改进，以符合现代工业生产的需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种模块化还原炉，解决现有还原炉改建困难的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种模块化还原炉，其特征在于：包括多个还原炉单元模块，每个还原炉单元模块具有一个炉体，所述的多个炉体沿纵向和/或横向搭接在一起。

较佳的实施方案中：所述的炉体的外形呈长方形，且任意两个相邻的炉体以其相对面进行搭接。

较佳的实施方案中：所述的还原炉单元模块的炉体内呈矩阵式分布有复数个还原罐，所述的还原罐垂向设置在炉体中。

较佳的实施方案中：所述的炉体连接有至少一个旋转蓄热器，所述的旋转蓄热器呈圆盘状，包括上端盖、下端盖与旋转蓄热体，其中：

所述的上端盖通过一根炉膛烟气管道与一根预热后的空气或燃气管道分别与炉体的烟气出口和进气口连通；

所述的下端盖连接有一根空气或燃气进气管和烟气排出管，所述的空气或燃气进气管与所述的预热后的空气或燃气管道相对设置，所述的烟气排出管与所述的炉膛烟气管道相对设置，所述的烟气排出管连接有引风机；

所述的旋转蓄热体枢接在一根旋转轴上，所述的旋转轴固定在所述的上端盖与下端盖之间，所述的旋转蓄热体在动力机构的驱动下绕旋转轴旋转。

较佳的实施方案中：所述的旋转蓄热体的周缘设置有不透气的外壳，所述的外壳分别与上端盖和下端盖密接。

较佳的实施方案中：所述的旋转蓄热体环绕旋转轴分布有复数个蓄热室，蓄热室之间以绝热材料相隔绝，每个蓄热室内填充有蓄热小球，并以网面将蓄热室上、下表面加以覆盖。

较佳的实施方案中：所述的蓄热小球是高铝蓄热球、刚玉莫来石蓄热球或者锆刚玉蓄热球。

较佳的实施方案中：所述的空气或燃气进气管道均连通到一个总供气管道，所述的烟气排出管均连通到一个总排气管道，所述的引风机安装在所述的总排气管道上。

较佳的实施方案中：在炉膛烟气管道上进一步通过一个空气阀连接有空气压缩机，并在烟气排出管上设置有热电偶或流量计，所述的热电偶或流量计和空气阀均与一个控制系统相连。

较佳的实施方案中：所述的烟气排出管上设置有温度传感器，用来测量烟气排出管内的气体温度，所述的温度传感器与一个控制系统相连，所述的控制系统连接到所述的动力机构，并能够控制旋转蓄热体的转速。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：

一、由于采用上述模块化结构，主要有以下优点：

(1)对需要建造还原炉的生产企业而言，在创业初期可以仅建造一个或者少量的还原炉单元模块，然后在发展阶段陆续增加还原炉单元模块，增加的这部分还原炉单元模块可以轻易地与原有还原炉单元模块搭接，不必拆除原有建筑，可以节约建造成本，而且增加还原炉单元模块的步骤简单，不会因为生产运营的长时间停顿而造成大的影响。

(2)由于还原炉单元模块的形状、构造统一，因此可以进行规格化生产，必然导致生产效率提高、产品质量提高以及生产成本的下降。

(3)进行规格化生产后，需要建造还原炉的生产企业仅需要将还原炉单元模块的各组成部分进行组装即可，缩短了建造工期；甚至于，可以将组装好的还原炉单元模块直接整体运送到其安装地点。

二、与脉冲蓄热式燃烧器相比，采用旋转蓄热燃烧方式有如下优点：

(1)节省了空气和燃气换向调节阀，降低了频繁换向与点火的故障发生率；

(2)燃料的燃烧效率与传统燃烧方式相比，显著提高；

(3)CO₂与NO_X的排放量大大降低；

(4)燃烧器使用数目不受限制；

(5)燃烧系统的运行环境固定，运行方式连续，炉压基本无波动；

(6)连续燃烧可以通过烧嘴调节器，实现炉温的快速响应；

(7)连续的空气或燃气预热及燃烧，避免了蓄热器的加载与卸载过程。

附图说明

图1是本发明的还原炉单元模块纵向搭接示意图；

图2是本发明的还原炉单元模块横向搭接示意图；

图3是本发明的一个还原炉单元模块的结构示意图；

图4是本发明的旋转蓄热器的分解结构示意图；

图5是本发明的蓄热体的剖视图；

图6是本发明的动力机构的结构示意图。

附图标记说明：还原炉单元模块10；炉体11；还原罐12；炉膛烟气管道13；预热后的空气或燃气管道14；烟气出口15；进气口16；旋转蓄热器20；上端盖21；旋转蓄热体22；外壳221；蓄热室222；绝热材料223；蓄热小球224；下端盖23；空气或燃气进气管24；烟气排出管25；旋转轴26；电机30；变速箱31；连轴器32；蜗杆33；齿圈34；空气阀40；空气压缩机41；热电偶或流量计42；控制系统43；温度传感器44。

具体实施方式

如图1、图2所示，是本发明模块化还原炉的一个较佳实施例，如图所示，其包括多个还原炉单元模块10，每个还原炉单元模块10具有一个呈长方形的炉体11，所述的多个炉体11可以沿纵向搭接在一起(如图1)，也可以沿横向搭接在一起(如图2)，当然，还可以纵横交错，任意排列。

从图1、图2中可以看到，由于所述的炉体11的外形呈长方形，所以，任意两个相邻的炉体11均是以其相对面进行搭接。除了将炉体11设置成长方形以外，还可以将炉体11设置成L形、T形或者其它形状，然后像搭积木一样进行组合，都是可行的。

采用上述模块化结构，主要有以下优点：

1、对需要建造还原炉的生产企业而言，在创业初期可以仅建造一个或者少量的还原炉单元模块10，然后在发展阶段陆续增加还原炉单元模块10，增加的这部分还原炉单元模块10可以轻易地与原有还原炉单元模块10搭接，不必拆除原有建筑，可以节约建造成本，而且增加还原炉单元模块10的步骤简单，不会因为生产运营的长时间停顿而造成大的影响。

2、由于还原炉单元模块10的形状、构造统一，因此可以进行规格化生产，必然导致生产效率提高、产品质量提高以及生产成本的下降。

3、进行规格化生产后，需要建造还原炉的生产企业仅需要将还原炉单元模块10的各组成部分进行组装即可，大大缩短了建造工期；甚至于，可以将组装好的还原炉单元模块10直接整体运送到其安装地点。

至于所述的还原炉单元模块10的内部结构，需要参阅图3所示，所述的还原炉单元模块10的炉体11内呈矩阵式分布有复数个还原罐12，所述的还原罐12垂向设置在炉体11中，装料在上罐口，排渣在下罐口，有利于实现装料与排渣机械自动化。

请结合图3所示，所述的炉体11连接有一个旋转蓄热器20(也可以是两个或者更多旋转蓄热器20)，旋转蓄热器20的数量由燃烧方式决定，若采用空气单蓄热方式，炉体11至少配一个旋转蓄热器20；若采用空、燃气双蓄热方式，则炉体11须配两个或多个成对旋转蓄热器20(视炉体11需要)。

再结合图3、图4所示，所述的旋转蓄热器20呈圆盘状，包括上端盖21、下端盖23与旋转蓄热体22，其中：

所述的上端盖21通过一根炉膛烟气管道13与一根预热后的空气或燃气管道14分别与炉体11的烟气出口15和进气口16连通；

所述的下端盖23连接有一根空气或燃气进气管24和烟气排出管25，所述的空气或燃气进气管24与所述的预热后的空气或燃气管道14相对设置，所述的烟气排出管25与所述的炉膛烟气管道13相对设置，且所述的烟气排出管25还连接有引风机(未予图示)，利用引风机产生的负压，将炉体11内的烟气排出；

所述的旋转蓄热体22枢接在一根旋转轴26上，所述的旋转轴26固定在所述的上端盖21与下端盖23之间，使得旋转蓄热体22能够在动力机构的驱动下绕旋转轴26旋转。为了防止气体泄漏，旋转蓄热体22的周缘设置有不透气的外壳221，所述的外壳221分别与上端盖21和下端盖23密接。

至于所述的旋转蓄热体22的结构，请结合图4、图5所示，所述的旋转蓄热体22环绕旋转轴26分布有复数个蓄热室222(在本实施例中，蓄热室222呈扇形分布)，蓄热室222之间以绝热材料223相隔绝，每个蓄热室222内填充有蓄热小球224，然后用网面225将蓄热室222上、下表面加以覆盖。所述的蓄热小球224，优选采用新型高效陶瓷小球，例如：高铝蓄热球、刚玉莫来石蓄热球、锆刚玉蓄热球等。

至于本实施例中所述的动力机构，如图6所示，包括一个电机30，所述的电机30与一个变速箱31动力连接，所述的变速箱31的动力输出轴通过一个连轴器32与一根蜗杆33连接，在所述的旋转蓄热体22的一个圆形表面的周缘则设有一圈齿圈34，所述的齿圈34与所述的蜗杆33啮合传动。

当然，还可以有很多不同的方式驱动旋转蓄热体22转动，例如，在旋转蓄热体22上设置齿圈34，然后利用由电机30驱动的齿轮来啮合所述的齿圈34，也是可行的。

当一个还原炉设有复数个还原炉单元模块10时，每个还原炉单元模块10时都设有至少一根空气或燃气进气管道24和至少一根烟气排出管25，这时，可以将所有的空气或燃气进气管道24均连通到一个总供气管道(未予图示)，并将所有的烟气排出管25均连通到一个总排气管道(未予图示)，从而有利于将复数个还原炉单元模块10的供气与排烟进行统一分配和管理。补充一点：所述的引风机可以安装在所述的总排气管道上。

采用上述旋转蓄热器20进行连续加热的过程如下：

1.当旋转蓄热器20的蓄热室222旋转至炉膛烟气管道13处，炉膛内高温烟气通过炉膛烟气管道13被引风机吸出对蓄热小球224加热，高温烟气的显热贮存于蓄热小球224中，烟气排出管25将温度低于150℃的烟气经引风机从烟囱排出；

2.旋转蓄热器20在动力机构的驱动下旋转，当吸收了烟气热量的蓄热室222转到空气或燃气进气管24处时，空气或燃气被加热，同时蓄热小球224被冷却，加热后的空气或燃气在炉膛内混合燃烧。由于蓄热器有多个蓄热室222，所以可进行连续的热量转换(余热回用)，旋转蓄热器20下端盖23中有隔离装置(图中未示)，将烟气排出管25与空气或燃气进气管24相互分隔开；

3.旋转蓄热体22在动力机构的驱动下继续旋转，并重复上述过程；

4.排烟温度与炉膛压力是一对相互影响的控制量，其控制是通过调节总排气管道上的排烟阀(图中未示)的开度来实现。

与脉冲蓄热式燃烧器相比，旋转蓄热燃烧器有如下特点：

(1)节省了空气和燃气换向调节阀，降低了频繁换向与点火的故障发生率；

(2)燃料的燃烧效率与传统燃烧方式相比，显著提高；

(3)CO₂与NO_X的排放量大大降低；

(4)燃烧器使用数目不受限制；

(5)燃烧系统的运行环境固定，运行方式连续，炉压基本无波动；

(6)连续燃烧可以通过烧嘴调节器，实现炉温的快速响应；

(7)连续的空气或燃气预热及燃烧，避免了蓄热器的加载与卸载过程。

为了防止蓄热室222由于烟气中的粉尘而堵塞，如图6所示，还可以在炉膛烟气管道13上通过一个空气阀40连接有空气压缩机41，并在烟气排出管25上设置热电偶或流量计42，用来监测烟气排出管25内烟气的质量流量(注：热电偶通过对温度的测量，间接检测烟气的质量流量)，所述的热电偶或流量计42和空气阀40均与一个控制系统43相连。通过监测排出废烟气的质量流量，如需清洗则打开压缩空气阀40，空气压缩机41喷出的压缩空气流和前述引风机共同作用吹扫蓄热小球224中积淀的粉尘至过滤器(未图示)，从而达到自动清洗蓄热室222的目的。

仍如图6所示，预热后的烟气排出管25上安装了温度传感器44(优选热电偶温度传感器)，温度传感器44连接还原炉的控制系统43，控制系统43再与电机的控制器电连接。由于排烟温度的变化与被加热的空气或燃气温度有一定的比例关系，就可以根据烟气温度参数的变化，控制系统43相应改变旋转蓄热器20的转速，对被加热的空气或燃气温度进行准确调整。即：蓄热体转速快，则被炉膛烟气加热的时间短，蓄热体吸收的热量少，被预热空气或燃气温度低；反之，则被预热空气或燃气温度高。

旋转蓄热燃烧器无论采用何种燃料(热值高的天然气、焦炉煤气或是需要预热的发生炉冷煤气)都要根据炉内温度对热能的需要，合理配比空气、燃气流通量。通过控制空气/燃气既可以使燃料充分的燃烧，又可以达到最大的热量产出，同时减少烟气有害物质的含量。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种模块化还原炉，其特征在于：包括多个还原炉单元模块，每个还原炉单元模块具有一个炉体，所述的炉体的外形呈长方形，所述的多个炉体沿纵向和横向搭接在一起，且任意两个相邻的炉体以其相对面进行搭接；所述的炉体连接有至少一个旋转蓄热器，所述的旋转蓄热器呈圆盘状，包括上端盖、下端盖与旋转蓄热体，其中：所述的上端盖通过一根炉膛烟气管道与一根预热后的空气或燃气管道分别与炉体的烟气出口和进气口连通；

所述的下端盖连接有一根空气或燃气进气管和烟气排出管，所述的空气或燃气进气管与所述的预热后的空气或燃气管道相对设置，所述的烟气排出管与所述的炉膛烟气管道相对设置，所述的烟气排出管连接有引风机；

所述的旋转蓄热体枢接在一根旋转轴上，所述的旋转轴固定在所述的上端盖与下端盖之间，所述的旋转蓄热体在动力机构的驱动下绕旋转轴旋转；

所述的空气或燃气进气管道均连通到一个总供气管道，所述的烟气排出管均连通到一个总排气管道，所述的引风机安装在所述的总排气管道上；

在炉膛烟气管道上进一步通过一个空气阀连接有空气压缩机，并在炉膛烟气管道上设置有热电偶或流量计，所述的热电偶或流量计和空气阀均与一个控制系统相连；

所述的烟气排出管上设置有温度传感器，用来测量烟气排出管内的气体温度，所述的温度传感器与所述的控制系统相连，所述的控制系统连接到所述的动力机构，并能够控制旋转蓄热体的转速。

2.根据权利要求1所述的模块化还原炉，其特征在于：所述的还原炉单元模块的炉体内呈矩阵式分布有复数个还原罐，所述的还原罐垂向设置在炉体中。

3.根据权利要求1所述的模块化还原炉，其特征在于：所述的旋转蓄热体的周缘设置有不透气的外壳，所述的外壳分别与上端盖和下端盖密接。

4.根据权利要求1所述的模块化还原炉，其特征在于：所述的旋转蓄热体环绕旋转轴分布有复数个蓄热室，蓄热室之间以绝热材料相隔绝，每个蓄热室内填充有蓄热小球，并以网面将蓄热室上、下表面加以覆盖。

5.根据权利要求4所述的模块化还原炉，其特征在于：所述的蓄热小球是高铝蓄热球、刚玉莫来石蓄热球或者锆刚玉蓄热球。

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