CN102774880B - 一种沸腾氯化炉连续排渣装置及排渣方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沸腾氯化炉连续排渣装置及排渣方法。所述装置由依次连接的排渣管、排渣阀、水冷螺旋出渣机和渣罐通过管道连接构成。所述排渣阀包括并列设置的立管和排料室；所述排料室通过底部的孔口与立管相连通，其上部设有排料口；所述立管和排料室底部分别设有进气口。本发明通过炉渣在立管中形成料柱实现自动密封，防止沸腾氯化炉内气体外泄，通过氮气流量调节控制排渣速率，实现氯化排渣速率的调控。本发明不用机械阀门实现了沸腾氯化炉的密封、连续、可控排渣，有效防止排渣过程氯化炉内气体外泄。本发明具有密封性能好、操作简单、安全可靠，易于实现自动控制等优点。

Description

一种沸腾氯化炉连续排渣装置及排渣方法

技术领域

本发明涉及化工冶金技术领域，尤其涉及一种沸腾氯化炉连续排渣装置及排渣方法。

背景技术

四氯化钛（TiCl₄）是生产氯化钛白和金属钛的原料，由富钛料（钛精矿、金红石矿、人造金红石等）在高温（850～1100℃）下与Cl₂和焦炭反应制备，该制备反应可用如下反应方程式表示：

TiO₂+2C+2Cl₂=TiCl₄+2CO

TiO₂+C+2Cl₂=TiCl₄+CO₂

富钛料中通常还会含有Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、CaO、MgO、MnO、ZrO₂、Cr₂O₃等杂质。这些杂质也会与Cl₂及焦炭发生氯化反应形成FeCl₂、FeCl₃、AlCl₃、SiCl₄、CaCl₂、MgCl₂、MnCl₂、ZrCl₄、CrCl₃等副产物。这些副产物根据沸点的不同，会对沸腾氯化炉的操作运行有不同的影响。低沸点产物如SiCl₄、AlCl₃、FeCl₃、ZrCl₄等在操作温度下为气态，对氯化炉的运行影响不大，高沸点产物如FeCl₂、MnCl₂、CaCl₂、MgCl₂在氯化炉操作温度下为液态，会粘结氯化炉内的富钛料粉及焦炭粉，当液态物质含量达到一定浓度时会发生死床而无法操作。为了减轻因液相粘结造成的危害，一般要求严格控制原料中易引起粘结杂质（如CaO、MgO、MnO等）的含量，但即使如此，CaCl₂、MgCl₂、MnCl₂等副产物还是会随运行过程不断累积，需要排出才能维持氯化炉的稳定运行。由于炉内为高温Cl₂、CO环境，运行过程的连续排渣一直未能很好地解决。

国内很多沸腾氯化炉采用间歇方式排渣，在运行一段时间，炉内CaCl₂、MgCl₂等液相副产物累积到一定浓度时，将流化气体先切换为氮气，然后再在停止运行后排渣，间歇排渣不仅影响生产的连续性，还因炉内物料量波动大而影响流化质量和气体利用率，并且间歇排渣过程劳动强度大，现场环境恶劣，所以间歇排渣是在缺乏连续排渣技术情况下不得已的办法。氯化炉连续排渣技术一直是国内外攻关的重点。英国专利GB776295和美国专利US2701179公开了一种沸腾氯化炉连续排渣技术，即在沸腾炉下部设一垂直的排渣管，通过一个机械阀门控制排渣速率，排出的渣落入机械阀下与机械阀相连的水平管道内，在水平管道中通入氮气将排出的渣吹走，经旋风分离器气固分离后排出。英国专利GB754915提出通过不断移出炉内物料保持沸腾炉内液态物质含量不高于7%的方式来适应高钙镁原料，但该专利未说明如何连续排出氯化炉内物料。CN101418382A公开了一种氯化炉排渣装置，即在沸腾炉下部设置排渣管及排渣罐，在排渣管上设置两个机械阀门，通过阀门控制排渣过程，排渣罐与抽真空系统相连。CN 201061757Y公开了一种沸腾氯化炉密闭排渣装置，即在氯化炉底部设置一排渣口，该排渣口通过排渣管及储渣罐相连，排渣管上设有机械阀门调节排渣速率，储渣罐下部通过管道与一输送螺旋相连，将储渣罐中炉渣输送至后续处理系统。上述技术都使用机械阀门控制氯化炉排渣过程，但因排渣温度高（850~1000℃），炉渣中还夹带氯气等腐蚀性气体，对阀门材质要求很高，而且粉体容易卡塞机械阀门而影响系统运行的连续性。

人们也在探索不采用机械阀门的沸腾氯化炉连续排渣技术。CN 102230732A公开了一种沸腾氯化炉排渣装置，在沸腾炉中部设置排渣管，排渣管分倾斜段与垂直段，垂直段下部连接一个中间料仓，中间料仓下部设排料管与下部料仓相连。该技术不采用机械阀门，通过两段料封，避免炉内氯气等气体外泄。该排渣技术存在如下问题：(1)由于排渣管设置在沸腾炉中部，炉内下部存在的大颗粒炉渣无法排出，累积一定时间，还是需要停炉间歇排渣；(2)排渣采用自动溢流方式，缺乏可操控性；(3)炉渣中夹带的氯气等有害气体还是会排出到环境中。CN 102399977A公开了一种沸腾氯化炉排渣装置，在氯化炉的中部设一排渣口，炉渣经排渣管排入中间罐，再排入接渣罐中，在中间罐通入氮气对中间罐中气体进行稀释，稀释后气体经接渣罐出气口排入氯化炉尾气系统，该技术同样缺乏对排渣速率的调控手段。CN 201857414U公开了一种氯化炉排渣装置，为了防止排渣过程氯气等外泄及扬尘，将炉渣通过一排渣管引入一个密封罩内，密封罩下接渣桶，用于接收排出的炉渣，密封罩上部设有排气口，该排气口与废气处理系统相连；排渣管上设有可旋转的套管，套管尾端在密封罩内，套管尾端设有排渣口，不排渣时排渣口向上，排渣时旋转套管使排渣口向下实现排渣。该技术适合间歇排渣，若采用该装置进行连续排渣，由于内（氯化炉）外（密封罩）压差较大，氯化炉内物料会在压差的推动下大量进入密封罩，难以实现排渣速率调控。

综上所述，现有氯化炉的排渣速率控制大部分还依赖于机械阀门，缺乏不采用机械阀门实现氯化炉密封、可控、连续的排渣技术。

本发明正是针对上述现有氯化炉排渣技术的不足，提出一种沸腾氯化炉密封可控连续排渣的排渣装置及排渣方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不采用机械阀门实现沸腾氯化炉密封可控连续的排渣装置及排渣方法。

本发明不用机械阀门实现了沸腾氯化炉的密封、连续、可控排渣，有效防止排渣过程氯化炉内气体外泄。本发明具有密封性能好、操作简单、安全可靠，易于实现自动控制等优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种沸腾氯化炉连续排渣装置，包括排渣阀，所述排渣阀包括并列设置的立管和排料室；所述排料室通过底部的孔口与立管相连通，其上部设有排料口；所述立管和排料室底部分别设有进气口。本发明所述排渣装置与沸腾氯化炉的底部排渣口相连通，用于排出沸腾氯化炉运行过程中产生的炉渣。本发明所述的排渣阀不同于现有技术采用的机械阀，不会产生堵塞和腐蚀等问题。本领域技术人员可以根据公知常识和经验对排渣阀的具体形式、排渣阀的后续设备等进行选择、设计，本发明并无特殊限制。

以下为本发明的优选形式。

本发明所述立管的一侧可以为斜面或垂直面，均可实现本发明目的，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。本发明所述立管一侧为斜面时，立管斜面与水平面的夹角α为60~80°，例如可选择60.2~79.5°，66~73°，68.5~72°，70°等，皆可用于实施本发明。

本发明所述立管一侧为斜面时，立管的面积上大下小。优选地，立管顶部面积与底部面积的比值为1.5~3.0，例如可选择1.52~2.86，1.8~2.5，1.95~2.3，2.2等。

本发明所述进气口上方设有气体分布板。气体分布板的作用是均匀分布气体，使气体均匀地流入排渣阀中。

本发明所述排渣装置由依次连接的排渣管、排渣阀、水冷螺旋出渣机和渣罐构成，所述的排渣管连接沸腾氯化炉的底部排渣口。

所述的排渣管连接沸腾氯化炉的排渣口和所述排渣阀的立管顶部，排渣阀的排料口通过管道与水冷螺旋出渣机的进料口相连，水冷螺旋出渣机的出料口与渣罐的进料口相连。

所述的水冷螺旋出渣机设有冷却水进口和出口，渣罐底部设有排渣口，排渣口用于排出渣罐中的渣料，渣罐上部设有排气口，该排气口通过管道与尾气处理系统相连，对尾气进行处理后排放。

本发明还提供了一种利用如上述的沸腾氯化炉连续排渣装置进行排渣的方法，通过炉渣在立管中形成料柱实现自动密封，防止氯化炉内气体外泄；通过向形成的料柱中通入氮气置换排出炉渣中夹带的氯气等气体，避免氯气等气体带出炉外；通过氮气流量调节控制排渣速率，实现氯化排渣速率的调控。

排渣方法具体如下：炉渣由沸腾氯化炉下部排渣口经排渣管进入排渣阀的立管，氮气从立管底部进气口经气体分布板进入，使立管下部渣料处于流化状态，上部的渣料处于非流化状态；通入的氮气一部分向上流动，与渣料中夹带的气体一起经沸腾氯化炉排渣口进入氯化炉，另一部分经孔口流入排料室；另一股氮气从排料室底部进气口经气体分布板进入，使排料室内的渣料处于流化状态，渣料在压差的推动下由立管经孔口流向排料室，当渣料的膨胀高度超过排料口时，实现自动溢流排料。

渣料从排渣阀的排料口流出后经连接管道进入水冷螺旋出渣机，在水冷螺旋出渣机中冷却，最后由水冷螺旋出渣机排出进入渣罐，渣料从渣罐底部的排渣口排出，渣料中夹带的气体从上部的排气口排出，经处理后排放。

所述立管底部的操作气速为渣料起始流化速度的1~2倍。所述渣料起始流化速度为渣料流化所需的最小速度，可由本领域技术人员确定。

所述排料室底部的操作气速为渣料起始流化速度的3~10倍。通过调节排料室流化风速，可调节排料室中渣料的膨胀高度，从而实现对排料速率的调控。

在排渣阀的立管中向下流动的渣料与向上流动的气体起到自动料封作用，避免氯化炉内气体在排渣过程中外泄。

与现有的沸腾氯化炉排渣技术相比，本发明具有如下优点：

（1）不使用机械阀门实现了氯化炉渣的密封、连续、可控排渣，不使用机械转动部件，可避免因机械转动部件卡死而影响系统运行的连续性，大幅提升排渣系统的可靠性和可操作性。

（2）排渣阀可采用普通碳钢加耐火材料制作，避免使用昂贵的英科镍合金（Incoloy800），降低排渣阀投资成本。

（3）操作简单，安全可靠，整个排渣过程仅需调节排料室的流化风速，操作简单，易于控制。

附图说明

图1是本发明立管一侧为斜面的结构示意图。

图中：1-沸腾氯化炉；2-排渣管；3-排渣阀；4-水冷螺旋出渣机；5-渣罐；6-立管；7-排料室；8-孔口；9-气体分布板；10-排料口；11-排气口；12-排渣口。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的权利范围以权利要求书为准。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

如图1所示，一种沸腾氯化炉连续排渣装置，所述装置由依次连接的排渣管2、排渣阀3、水冷螺旋出渣机4和渣罐5构成；所述的排渣管2连接沸腾氯化炉1的底部排渣口。所述排渣阀3包括并列设置的立管6和排料室7；所述排料室7通过底部的孔口8与立管6相连通，其上部设有排料口10；所述立管6一侧为斜面；所述立管6和排料室7底部分别设有进气口，进气口上方设有气体分布板9。所述的渣罐5底部设有排渣口12，上部设有排气口11，排气口11与尾气处理系统相连。

所述立管6斜面与水平面的夹角α为60~80°，立管6顶部面积与底部面积的比值为1.5~3.0。

各单元间具体的连接方式为：排渣阀3的立管6与排渣管2相连，排渣阀3的排料口10与水冷螺旋出渣机4的进料口相连，水冷螺旋出渣机4的出料口与渣罐5的进料口相连，所述的水冷螺旋出渣机4设有冷却水进口和出口。

在本发明中，排渣管与排渣阀均采用碳钢外壳内衬耐火材料制造，紧邻钢壳的外层为硅酸铝保温材料，中间层为耐火粘土砖，最内层为磷酸盐混凝土耐火材料。排渣管的内径为250mm。排渣阀的立管下部为尺寸200×200mm²，斜面与水平面的夹角α为70°，立管高度为1100mm，立管上部尺寸为400×200mm²；孔口尺寸为200×200mm²；排料室截面积为200×200mm²，高度为1100mm；与排渣阀排料口相连的排料管内径为250mm。水冷螺旋为采购的标准设备，尺寸为2500mm×15000mm。渣罐由普通碳钢制作，内径5000mm，圆柱段高度6000mm，上下锥角60°，进料口内径为300mm²，出渣口尺寸为400×400mm²，排气管尺寸为内径250mm管道。

工作过程为：炉渣由沸腾氯化炉1下部排渣口经排渣管2进入排渣阀3的立管6，氮气从立管6底部进气口经气体分布板9进入，使立管6下部渣料处于流化状态，上部的渣料处于非流化状态；通入的氮气一部分向上流动，与渣料中夹带的气体一起经沸腾氯化炉1排渣口进入沸腾氯化炉，另一部分经孔口8流入排料室7；另一股氮气从排料室7底部进气口经气体分布板9进入，使排料室7内的渣料处于流化状态，渣料在压差的推动下由立管6经孔口8流向排料室7，当渣料的膨胀高度超过排料口10时，实现自动溢流排料。渣料从排渣阀3的排料口10流出后经连接管道进入水冷螺旋出渣机4，在水冷螺旋出渣机4中冷却至200℃以下，从水冷螺旋出渣机4的出料口排入渣罐5。渣料从渣罐5底部的排渣口12排出，渣料中夹带的气体从上部的排气口11排出，经处理后排放。

运行时，炉渣由沸腾氯化炉下部的排渣口经排渣管进入排渣阀立管，氮气从立管底部进气口经气体分布板进入立管，操作气速为渣料起始流化速度的1.5倍，当排料室流化气速为渣料起始流化速度4倍时，该排渣阀排渣能力为2000kg/h；当排料室流化气速为渣料起始流化速度7倍时，该排渣阀排渣能力为4000kg/h；当排料室流化气速为渣料起始流化速度10倍时，该排渣阀排渣速度为5000kg/h，通过调节排料室流化气速可很好地实现排渣速率的调控，从而适应不同的操作状态。

最后应说明的是：以上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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种沸腾氯化炉连续排渣装置，所述装置由依次连接的排渣管(2)、排渣阀(3)、水冷螺旋出渣机(4)和渣罐(5)构成；所述的排渣管(2)连接沸腾氯化炉(1)的底部排渣口，其特征在于，所述排渣阀(3)包括并列设置的立管(6)和排料室(7)；所述排料室(7)通过底部的孔口(8)与立管(6)相连通，其上部设有排料口(10)；所述立管(6)和排料室(7)底部分别设有进气口，所述进气口上方设有气体分布板(9)；所述立管(6)一侧为斜面。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述立管(6)斜面与水平面的夹角α为60～80°。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，立管(6)顶部面积与底部面积的比值为1.5～3.0。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的渣罐(5)底部设有排渣口(12)，上部设有排气口(11)。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，排气口(11)与尾气处理系统相连。

6.一种利用如权利要求1-5之一所述的沸腾氯化炉连续排渣装置进行排渣的方法，其特征在于，通过炉渣在立管(6)中形成料柱实现自动密封，防止沸腾氯化炉(1)内气体外泄；通过向形成的料柱中通入氮气置换排出炉渣中夹带的氯气气体，避免氯气气体带出炉外；通过氮气流量调节控制排渣速率，实现氯化排渣速率的调控。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，炉渣由沸腾氯化炉(1)下部排渣口经排渣管(2)进入排渣阀(3)的立管(6)，氮气从立管(6)底部进气口经气体分布板(9)进入后，一部分向上流动，与渣料中夹带的气体一起经沸腾氯化炉(1)排渣口进入沸腾氯化炉，另一部分经孔口(8)流入排料室(7)；另一股氮气从排料室(7)底部进气口经气体分布板(9)进入，使排料室(7)内的渣料处于流化状态，渣料在压差的推动下由立管(6)经孔口(8)流向排料室(7)，当渣料的膨胀高度超过排料口(10)时，实现自动溢流排料。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，渣料从排渣阀(2)的排料口(10)流出后经连接管道进入水冷螺旋出渣机(4)，在水冷螺旋出渣机(4)中冷却，最后由水冷螺旋出渣机(4)排出进入渣罐(5)，渣料从渣罐(5)底部的排渣口(12)排出，渣料中夹带的气体从上部的排气口(11)排出，经处理后排放。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述立管(6)底部的操作气速为渣料起始流化速度的1～2倍。

10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述排料室(7)底部的操作气速为渣料起始流化速度的3～10倍。