CN103212361B - 易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，包括螺旋式结构的电动送料器 ；一个或一个以上的反应舱段；和可编程逻辑控制装置三个单元。所述螺旋式结构的电动送料器由电机和螺旋式结构送料斗组成；所述反应舱段由螺旋式结构的物料反应容器和放置在该反应容器中心的热源通道中的加热装置组成。所述螺旋式结构的物料反应容器由通过铸造一体成型的带有单头或多头螺旋叶片的管形轴及螺旋叶片外沿管状外套围成的一个或多个金属整体容器组合而成。所述螺旋叶片上有犁形翅片。

Description

易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉

技术领域

本发明涉及工业炉窑技术领域，具体来说是一种易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉。

背景技术

中低品位铝硅镁系等非金属矿物是我国重要的非金属矿资源，利用天然石英、中低品位耐火矾土以及其他含硅铝镁系矿物、尾矿、固体废弃物等量大价廉的非金属矿物和工业固体废弃物为原料,通过碳热还原、碳热还原氮化等技术转型高性能碳氮化物复合耐火材料，不仅可以大幅度降低高性能碳氮化物的生产制造成本，而且可有效地提高硅铝镁系非金属矿物和固体废弃物的产品附加值。上述原料转型高性能碳氮化物一般需要在高温气氛反应炉内实现，但是目前国内能够实现非金属矿转型碳氮化物的高温反应炉仍是空白，因此，如何实现工业化的非金属矿转型碳氮化物高温反应炉技术成为阻碍和制约我国耐火矿物资源转型碳氮化物高性能化利用迅速发展的根本问题。目前，国内关于非金属矿物资源通过碳热还原、碳热还原氮化反应氮化转型高性能碳氮化物的研究和应用主要集中于实验室研究或低温（不超过1200oC）的工业应用阶段。此外，国内高温工业所采用的窑炉大都是在开放的空气气氛条件下使用，很难满足氮气气氛或惰性气氛条件下的非金属矿转型利用，而且现有一般反应炉的炉腔为整体中空结构，这种结构的反应炉无法控制或难以控制物料料位，无法控制或难以控制物料反应温度、反应时间等反应条件，而且能耗高、效率低下。

褐煤是一种煤化程度很低低的矿产煤。由于它富含挥发成份，所以易于燃烧并冒烟。随着我国褐煤生产量的提高，对褐煤的有效洁净利用显得日益重要和突出。褐煤的主要特点是水分含量高，氧含量高，发热量低。根据国内176个井田或勘探区统计资料，褐煤全水分高达20-60%，收到基低位发热量一般为11.71-16.73MJ/kg。由于高水分，高氧含量，发热量低，再加上褐煤易风化和自燃的特性，不适合远距离输送，应用受到很大限制。因此，褐煤干燥提质与褐煤热解提质对提高褐煤综合经济效益，对褐煤有效洁净利用意义重大。褐煤热解（干馏）提质是指在隔绝空气(或在非氧化气氛)条件下将煤加热，发生热解反应，最终得到焦油、煤气和半焦的加工过程（方法）。 现有的褐煤干燥炉与热解炉都存在能耗高、效率低的缺点，严重制约了褐煤的综合利用。

本发明旨在提供一种高效节能、清洁环保、能够实现大型化、工程化、工业化要求的高温反应炉。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉。具体来说，是一种能够精确控制物料反应温度、反应时间、甚至物料反应所需要的压力，同时又能大幅降低能耗、节能环保的工业反应炉。这种反应炉既可整体精铸成型，亦可根据物料反应的各个阶段需要的不同反应温度分体精铸、然后根据不同的工艺要求组合而成。这种反应炉可有效收集物料反应所产生的气体，并有效利用气体所携带的热能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征是：

包括螺旋式结构的电动送料器 ；一个或一个以上的反应舱段；和可编程逻辑控制装置三个单元。所述螺旋式结构的电动送料器由电机和螺旋式结构送料斗组成；所述反应舱段由螺旋式结构的物料反应容器和放置在该反应容器中心的热源通道中的加热装置组成。所述螺旋式结构的物料反应容器由通过铸造一体成型的带有单头或多头螺旋叶片的管形轴及螺旋叶片外沿管状外套围成的一个或多个金属整体容器组合而成。所述螺旋叶片上有犁形翅片。

所述反应舱段垂直放置，所述电动送料器安装于初始反应舱段的上方，物料自电动送料器上端被旋入物料反应容器中，然后借助自身重力在反应容器中翻转螺旋运动，此翻转螺旋运动使物料充分搅拌混合、热交换充分。各反应舱段之间封闭连接成一个整体，包括物料从上段到下段的封闭连接，和物料在各反应容器中反应产生的气体的封闭收集连接。所述可编程逻辑控制装置可根据各种物料、各个阶段反应的工艺参数设置条件，通过温度、压力传感器将各段反应容器内的温度、压力数据传给控制装置，控制装置再根据程序来自动控制加热源或压力阀，从而实现精确控制反应条件的目的。

优选地，所述螺旋式结构送料斗由通过铸造一体成型的带螺旋叶片的中心轴和封闭外罩组成，依靠带螺旋叶片的中心轴在封闭外罩中旋转而推动物料移动。

优选地，所述螺旋式结构送料斗由通过铸造一体成型的带内螺旋叶片的封闭外罩和中心轴组成，依靠带内螺旋叶片的封闭外罩绕中心轴旋转而推动物料移动。

优选地，所述螺旋式结构的物料反应容器为通过铸造一体成型的带有单头或多头螺旋叶片的管形轴及螺旋叶片外沿管状外套围成的一个或多个金属整体容器组合而成，管形轴的中空空间为热源通道。

优选地，所述螺旋式结构的物料反应容器的螺旋叶片与螺旋轴线垂直面的夹角大于14.5°并小于20.5°。

优选地，所述螺旋式结构的物料反应容器的螺旋叶片上交错布置有犁形翅片。

优选地，所述螺旋式结构的物料反应容器的管状外套壁中开有至少一条的气道，并与所述物料反应容器的螺旋叶片外沿下表面处的管状外套内壁上开有的气孔相连。

优选地，所述螺旋式结构的物料反应容器的螺旋叶片外沿下表面处的管状外套内壁上开有至少一个的气孔，并与所述物料反应容器的管状外套壁中开有的气道相连。

优选地，所述螺旋式结构的物料反应容器的管状外套外表面包有陶瓷外套。

优选地，所述螺旋式结构的物料反应容器的管状外套内表面有陶瓷内衬。

优选地，所述螺旋式结构的物料反应容器中间的管形轴的管壁为非实芯结构。

优选地，所述螺旋式结构的物料反应容器中间的管形轴的横截面为蜂窝状。

与现有技术相比，本发明的具有如下优点：

1、螺旋式结构送料斗与螺旋式结构的物料反应容器系铸造整体成型，结构的力学性能好。

本发明主要受力构件螺旋叶片及螺旋叶片上的犁形翅片与其整体结构系铸造一体化成型，相对于焊接工艺，由于焊缝边缘存在焊接影响区（俗称黑区），晶粒与金相组织发生变化，不但存在焊接应力，还弱化了材料力学性能（下降5-20%，甚至20%以上），且变形较大，通过一体化成型消除了螺接、铆接、焊接的“点”、“线”，使结构成为一个整体，从而改变了螺接、铆接、焊接的“点”、“线”传递力的分布缺陷，使结构结合处均为面接触，弱化了受力过程的应力集中点（区），从而使结构坚实耐用，满足反应炉的大型化、工程化、工业化要求。

2、易于控制物料反应温度、反应时间等反应条件。

物料反应都有最佳的温度时间曲线，传统反应炉的炉腔为整体中空结构，这种结构的反应炉无法控制或难以控制物料料位，无法控制或难以控制物料反应温度、反应时间等反应条件，而且能耗高、效率低下。

本发明可根据物料反应的各个阶段需要的不同反应温度，由不同的反应舱段组合完成全部反应，由于各反应舱段有独立的反应容器和加热装置，易于控制温度、时间和压力，物料反应更充分，更趋于达到最佳经济效果。

3、大幅提高热能效率，降低能耗。

由于加热装置或热源位于螺旋式结构的物料反应容器中心，热辐射最大程度地被反应容器中物料吸收，大幅提高了热能效率、节省了能源；同时反应容器内设置了气孔和气道，可有效收集物料反应所产生的气体，并有效利用气体所携带的热能；又由于螺旋式结构的物料反应容器的螺旋叶片上交错布置有犁形翅片，各种物料在重力作用下顺螺旋而下的同时又翻转，从而得以充分搅拌混合、热交换充分，缩短了热传导时间，物料反应也更充分。

4、节省铸造反应容器所需的耐高温贵重材料。

由于本发明可根据物料反应的各个阶段需要的不同反应温度，由不同的反应舱段组合完成全部反应，这样在较低温反应段，用成本较低的普通金属铸造反应容器即可，只有在高温反应段，才需要在高温下能承受一定应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的贵重合金材料，这样就大大节省了反应炉的制造成本。

5、清洁环保。

本发明所述各反应舱段之间封闭连接成一个整体，包括物料从上段到下段的封闭连接，和物料在各反应容器中反应产生的气体的封闭收集连接。这样既避免了粉尘飘散到空气中，又有利于收集物料反应产生的有用气体或对反应所产生的气体进行无害化处理。

附图说明

图1为易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉整体示意图。（标注1、2、3）

图2为螺旋式结构的电动送料器示意图。

图3为反应舱段示意图。

图4为反应舱段上段纵剖面示意图。

图5为反应舱段中段纵剖面示意图。

图6为反应舱段下段纵剖面示意图。

图7为反应容器横截面示意图。

图8为犁形翅片放大示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例

本实施例是一种易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的褐煤热解提质的节能反应炉，参见图1至图8。

包括螺旋式结构的电动送料器1 ；一个或一个以上的反应舱段2；和可编程逻辑控制装置3三个单元。所述螺旋式结构的电动送料器由电机11和螺旋式结构送料斗12组成；所述反应舱段由螺旋式结构的物料反应容器和放置在该反应容器中心的热源通道中的加热装置22组成；所述螺旋式结构的物料反应容器由通过铸造一体成型的带有单头螺旋叶片2111的管形轴及螺旋叶片外沿管状外套围成的三个金属独立的整体容器211 、212和213组合而成；所述管形轴具有蜂窝状横截面2114；所述螺旋叶片上有犁形翅片21111，图8为犁形翅片的放大图；所述螺旋式结构的物料反应容器的管状外套壁中开有至少一条的气道2112，并与所述物料反应容器的螺旋叶片外沿下表面处的管状外套内壁上开有的气孔2113相连。

所述反应舱段垂直放置，所述电动送料器安装于初始反应舱段的上方，物料自电动送料器上端被旋入物料反应容器中，然后借助自身重力在反应容器中翻转螺旋运动，此翻转螺旋运动使物料充分搅拌混合、热交换充分。各反应舱段之间封闭连接成一个整体，包括物料从上段到下段的封闭连接，和物料在各反应容器中反应产生的气体的封闭收集连接。所述可编程逻辑控制装置可根据各种物料、各个阶段反应的工艺参数设置条件，通过温度、压力传感器将各段反应容器内的温度、压力数据传给控制装置，控制装置再根据程序来自动控制加热源或压力阀，从而实现精确控制反应条件的目的。

以上对本发明进行了详细介绍，文中应用具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (14)

1.一种易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，包括螺旋式结构的电动送料器；一个或一个以上的反应舱段；和可编程逻辑控制装置三个单元；所述螺旋式结构的电动送料器由电机和螺旋式结构送料斗组成；所述反应舱段由螺旋式结构的物料反应容器和放置在该反应容器中心的热源通道中的加热装置组成；

所述可编程逻辑控制装置用于控制各个反应舱段的反应条件。

2.如权利要求1所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构送料斗由通过铸造一体成型的带螺旋叶片的中心轴和封闭外罩组成，依靠带螺旋叶片的中心轴在封闭外罩中旋转而推动物料移动。

3.如权利要求1所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构送料斗由通过铸造一体成型的带内螺旋叶片的封闭外罩和中心轴组成，依靠带内螺旋叶片的封闭外罩绕中心轴旋转而推动物料移动。

4.如权利要求1所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构的物料反应容器为通过铸造一体成型的带有单头或多头螺旋叶片的管形轴及螺旋叶片外沿管状外套围成的一个或多个金属整体容器组合而成，管形轴的中空空间为热源通道。

5.如权利要求4所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构的物料反应容器的螺旋叶片与螺旋轴线垂直面的夹角大于0°并小于90°。

6.如权利要求4所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构的物料反应容器的螺旋叶片与螺旋轴线垂直面的夹角大于14.5°并小于20.5°。

7.如权利要求4所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构的物料反应容器的螺旋叶片上交错布置有至少一个的犁形翅片。

8.如权利要求7所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述犁形翅片上下层的翻转方向相反，即：若上层犁形翅片向内翻转，其相邻下层犁形翅片则向外翻转，反之亦然。

9.如权利要求4所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构的物料反应容器的管状外套壁中开有至少一条的气道，并与所述物料反应容器的螺旋叶片外沿下表面处的管状外套内壁上开有的气孔相连。

10.如权利要求4所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构的物料反应容器的螺旋叶片外沿下表面处的管状外套内壁上开有至少一个的气孔，并与所述物料反应容器的管状外套壁中开有的气道相连。

11.如权利要求4所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构的物料反应容器的管状外套外表面包有陶瓷外套。

12.如权利要求4所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构的物料反应容器的管状外套内表面有陶瓷内衬。

13.如权利要求4所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构的物料反应容器中间的管形轴的管壁为非实芯结构。

14.如权利要求4所述的易于控制反应条件的非整体中空螺旋式结构的节能反应炉，其特征在于，所述螺旋式结构的物料反应容器中间的管形轴的管壁横截面为蜂窝状。