CN104193198B - 低温分解与高温烧结一体炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温分解与高温烧结一体炉，含有上、下两部分炉体，上部为低温分解炉，下部为高温烧结炉，二者通过下料管连通，低温分解炉的顶端设有进料口，上部设有新鲜空气进口和废气出口，中部沿炉壳设有一组周向均布的低温烧嘴，低温烧嘴与第一燃料、助燃空气源连通，高温烧结炉的中部沿炉壳设有一组周向均布的高温烧嘴，底端设有卸料口，高温烧嘴与第二燃料、助燃空气源连通，低温分解炉的下部延伸出朝外凸起的环形腔，环形腔的底面上均布一组炉气进口，炉气进口通过连通炉气管与高温烧结炉的顶部连通。本发明的优点是节约了投资成本，降低了能耗，产生的烧结白云石致密程度更高，能够满足耐火材料生产过程中对烧结球料体积密度的要求。

Description

低温分解与高温烧结一体炉

技术领域

本发明涉及一种高温分解窑炉，尤其是一种低温分解与高温烧结一体炉，属于煅烧设备技术领域。

背景技术

据申请人了解，烧结白云石又称重烧白云石，是一种优良的MgO-CaO质耐火原料，由于白云石中常含有SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃等杂质，导致其烧结球料的致密程度低，其烧后体积密度不能满足耐火材料生产的要求。因此，为了解决上述问题，对于杂质含量较高的白云石，需要通过以下方法进行处理：首先对白云石进行轻烧，其次对轻烧白云石进行消化处理，以除去部分杂质，再次对消化后的轻烧白云石进行烘干分解，然后进行压球成型，最后将压球成型后的轻烧料放入普通高温竖窑内进行重烧，得到烧结白云石。然而，在上述传统的煅烧方法，为了去除白云石中的杂质，具有工艺路线长，压球困难，投资大以及耗能高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种低温分解与高温烧结一体炉，用于将低温分解与高温煅烧集于一体，以完成对杂质含量较高的白云石等原料的重烧过程，进而实现消化白云石的致密烧结，使获得的产品的体积密度能够满足耐火材料生产的要求。

为了达到以上目的，本发明的低温分解与高温烧结一体炉，其改进之处在于，含有上、下两部分炉体，上部为低温分解炉，下部为高温烧结炉，二者通过下料管连通；所述低温分解炉的顶端设有通往低温分解炉中的进料口，所述低温分解炉的上部设有新鲜空气进口和废气出口，中部沿炉壳设有一组周向均布的低温烧嘴，所述低温烧嘴与进入炉内燃烧为炉内物料提供低温分解热能的第一燃料、助燃空气源连通；所述高温烧结炉的中部沿炉壳设有一组周向均布的高温烧嘴，所述高温烧嘴与进入炉内燃烧为炉内物料提供高温烧结热能的第二燃料、助燃空气源连通，所述高温烧结炉的底端设有卸料口；所述低温分解炉的下部沿壳体圆周方向延伸出朝外凸起的环形腔，所述环形腔的底面上均布一组炉气进口，所述炉气进口通过连通炉气管与高温烧结炉的顶部连通。

优选的，低温分解炉的下端具有漏斗状的下料口，且下料口与可伸缩的下料管连接，下料管的下部伸入高温烧结炉的顶部。下料管的长度可调，从而控制了高温烧结炉内的物料高度。

优选的，物料在上部低温分解炉、下部高温烧结炉以及连通上、下炉的下料管内形成一个料柱。由于该一体炉是连续生产的，使得煅烧物料在炉体中部形成料柱，可用于省去中间仓。

优选的，新鲜空气进口与废气出口相对设置在低温分解炉的上部，从新鲜空气进口进入的常温新鲜空气与位于低温分解炉炉体上部的高温废气混合，用以降低废气出口的温度；废气出口与回流管连通，且回流管的出口朝向低温烧嘴，用于将回流的部分废气从炉体中部的低温烧嘴附近送入低温分解炉内，为炉内物料继续提供分解热源并保证低温分解炉内温度稳定。

工作时，将消化轻烧白云石料磨细、压球后，送入本发明的低温分解炉，在炉内受热完成低温分解，低温分解炉的热源主要有三种，一种是来自低温烧嘴的燃料燃烧所产生的化学热能；再一种是自低温分解炉上部的废气出口回流的部分废气，该废气可从低温烧嘴附近送入低温分解炉内，以降低低温烧嘴附近的高温区域的温度，保证炉内温度稳定；另一种是下部高温烧结炉内煅烧产生的废气，该废气经过连通炉气管进入低温分解炉的环形腔，进而参与低温分解炉内的白云石料分解过程，为低温分解炉炉体内的物料提供低温分解热源，并保证低温分解炉内的温度维持在相对稳定的范围内。白云石料在低温分解炉内完成低温分解后，经过下料管进入高温烧结炉，在高温烧结炉内进行高温煅烧。

优选的，废气出口通过排烟管道与烟囱连接，排烟管道中设有风向朝向烟囱的排烟风机，排烟管道中位于排烟风机的前方还设有除尘器。这样，排烟风机与废气出口相连通，不仅能够将炉体内的废气排出炉外，还能将高温烧结炉顶部的高温烟气抽吸到低温分解炉的环形腔内。

优选的，高温烧结炉的下部设有冷却风进口，冷却风进口与为炉内物料提供冷却空气的冷却风机连通，且所述冷却风机提供的冷却空气量大于高温烧嘴引入的燃料燃烧所需的空气量，以保证高温烧结炉内空气充分过剩。

优选的，低温烧嘴、高温烧嘴均采用外界冷却介质进行冷却，以保证烧嘴正常运行。低温烧嘴、高温烧嘴可采用水冷、风冷或油冷等方式进行冷却。

优选的，低温分解炉和高温烧结炉的炉壳内砌筑有耐火材料。

优选的，高温烧结炉顶部的高温烟气通过连通炉气管进入低温分解炉内，高温烟气带入的热量占低温分解炉所需热量的30-95％，低温烧嘴燃烧产生的热量占低温分解炉所需热量的5-70％。

优选的，物料在环形腔内形成具有一定角度α的堆料角，堆料角呈半圆锥形，且堆料角的底面半径要小于所述低温分解炉的内壁与炉气进口之间的垂直距离。即将堆料角的底面半径设为L，并设置环形腔的高度为h，根据公式L＝h/tanα计算所述L值，低温分解炉的内壁与炉气进口之间的距离设为l，满足l≥L，以避免物料进入炉气进口。

本发明的优点是：

1.采用本发明的装置可将消化球料的低温分解过程与高温煅烧过程有机结合，并且上部低温分解炉具有中、下三个热源可保证炉内温度稳定均匀，具体三个热源为燃料燃烧产生的化学热、从废气出口回流的部分废气余热以及下部高温烧结炉高温煅烧产生的废气余热，整个工艺过程的烟气循环利用，提高了热利用效率高，节约了能源；

2.下部高温烧结炉内产生的高温废气经过连通炉气管到达低温分解炉的环形腔内，从而进入低温分解炉内参与物料的低温分解，连通炉气管作为单独的废气通道，可有效避免经过下料管时的物料对废气产生的阻力，而且物料在环形腔内形成一定角度的堆料角，可避免物料进入连通炉气管；

3.低温分解炉内的温度均匀，可实现消化球料在恒温环境下均匀低温分解，从烧结工艺的角度来看，可省略传统工艺过程中的烘干分解工序，整个投资小，缩短了工艺路线，大大提高了整个工艺的效率；

4.低温分解炉、高温烧结炉的炉壳上均布若干烧嘴，且烧嘴采用外界冷却介质进行冷却，以保证烧嘴正常工作温度，燃料经过烧结进入炉内燃烧，满足了球料对分解、煅烧温度的要求，且烧嘴均匀布置可保证炉内热量分布均匀，有利于消化球料的分解、烧结。

总之，本发明将低温分解与高温烧结集于一体，取代了传统工艺方法中烘干分解工序，节约了投资成本，降低了能耗，且与传统高温竖窑相比，煅烧产生的烧结白云石致密程度更高，能够满足耐火材料生产过程中对烧结球料体积密度的要求。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的结构示意图。

图2为环形腔的局部放大图。

图3为堆料角的结构示意图。

图中：1.高温烧结炉，2.低温分解炉，3.低温烧嘴，4.环形腔，5.连通炉气管，6.新鲜空气进口，7.废气出口，8.进料口，9.下料管，10.高温烧嘴，11.冷却风进口，12.卸料口，13.除尘器，14.排烟风机，15.冷却风机，16.烟囱。

具体实施方式

实施例一

本实施例的低温分解与高温烧结一体炉，其结构如图1和图2所示，含有上、下两部分炉体，其中上部炉体的筒径要小于下部炉体的筒径，上部为低温分解炉2，下部为高温烧结炉1，低温分解炉2和高温烧结炉1的炉壳内均砌筑有耐火材料，低温分解炉2与高温烧结炉1通过下料管9连通。低温分解炉2的顶端设有通往低温分解炉中的进料口8，白云石消化球料经进料口8进入低温分解炉2，且在低温分解炉2的上部相对设置新鲜空气进口6和废气出口7，从新鲜空气进口6进入的常温新鲜空气可与低温分解炉2炉体上部的高温废气混合，以降低废气的温度，从而降低用于排出废气的废气出口7的温度。废气出口7通过除尘器13与排烟风机14连接，排烟风机14通过排烟管道与烟囱16连接，排烟风机14的风向朝向烟囱16，使低温分解炉2内产生的废气依次经过废气出口7、除尘器13、排烟风机14和烟囱16排出炉外。另外，废气出口7与回流管连通，且回流管的出口朝向低温烧嘴3，废气出口7回流的一部分废气经过回流管回流至低温烧嘴3附近，并由低温烧嘴3以及低温烧嘴3附近的空隙送入低温分解炉2内，该回流废气的主要作用是调节低温分解炉2内的温度环境，在炉内温度过高时，通过增加回流废气的量对低温分解炉2进行降温，以保证炉内的温度稳定，同时回流废气可参与炉内预热，为炉内消化球料继续提供分解热源。低温分解炉2的中部沿其炉壳设有一组周向均布的低温烧嘴3，低温烧嘴3与进入炉内燃烧为炉内物料提供低温分解热源的第一燃料、助燃空气源连通，燃料采用燃油或燃气等；低温分解炉2的下部沿其壳体圆周方向延伸出朝外凸起的环形腔4，在环形腔4的底面上均布一组炉气进口，炉气进口通过连通炉气管5与高温烧结炉1的顶部连通，在排烟风机14的抽吸作用下，从高温烧结炉1的顶部抽吸部分高温烟气经过连通炉气管5输送到低温分解炉1的环形腔4内，从而参与低温分解炉2内白云石消化球料的低温分解过程，来自下部高温烧结炉1的高温烟气所带入的热量约占低温分解炉1所需热量的90％，而低温烧嘴3燃烧产生的热量约占低温分解炉1所需热量的10％。连通炉气管5设计成弯管，其目的是便于安装，该弯管的两端采用法兰连接，便于拆卸和更换。连通炉气管5是靠低温分解炉2顶部往外抽气的抽吸力将下部高温烧结炉1内的烟气抽上去的，由于烟气从连通炉气管5内上去遇到的阻力小，而中间下料管9因其内具有物料，遇到的阻力就较大，导致烟气大部分从连通炉气管5向上，连通炉气管5的弯管结构使得烟气上升的路径变长，烟气在弯管内的散热相比直管增大，明显降低了弯管输送烟气的温度，最终避免低温分解炉2下部的温度过高，影响消化球料的分解效果。

堆料角是物料在有限空间内自然形成的堆积角，堆料角呈半圆锥形，将其底面半径记为L，高度记为h，将物料与水平面之间的夹角标记为α角，α角只跟物料的材质和颗粒尺寸有关，当控制堆料角的高度h时，其半径L值也随之发生变化，因此根据公式L＝h/tanα计算得到L值。因此当消化球料在环形腔4中形成了堆料角时，该堆料角的底面半径即设为L，该堆料角的高度h即为环形腔4的高度，α值为堆积物料与环形腔4底面之间的夹角，这样为了保证物料不会掉入并堵住连通炉气管5，可通过设计环形腔4的高度h以及炉气进口与低温分解炉炉2内壁之间的垂直距离l(见图3)，保证l≥L(即l≥h/tanα)来实现。

低温分解炉2的底端具有漏斗状的下料口，且下料口与可伸缩的下料管9连接，下料管9的下部伸入高温烧结炉1的顶部，可将完成低温分解的消化球料通过下料管9送入高温烧结炉1内，以便在炉内进行高温煅烧，使得白云石消化球料在上部低温分解炉2、下料管9和下部高温烧结炉1内形成一个料柱，其中下料管9伸入高温烧结炉1的长度可调，从而控制高温烧结炉1内的物料高度。高温烧结炉1的中部沿其炉壳设有一组周向均布的高温烧嘴10，高温烧嘴10与进入炉内燃烧为炉内物料提供高温烧结热源的第二燃料、助燃空气源连通，可采用燃油或燃气等作为燃料。高温烧嘴10的煤气量比低温烧嘴3的煤气量要多很多，因此其尺寸要比低温烧嘴3大，而且低温烧嘴3是为低温热解补充热量的(部分热量有下部烧结烟气和炉顶回流废气提供的)，可根据炉内的温度情况控制高温烧嘴10和低温烧嘴3的燃气量。高温烧结炉1的底端设有卸料口12，高温烧结炉1的下部位于卸料口12的上方设有冷却风进口11，冷却风进口11与为炉内物料提供冷却空气的冷却风机15，冷却风机15将冷却风从高温烧结炉1的冷却风进口11送入炉内，对完成高温烧结的白云石料提供冷却空气进行冷却，并且冷却风对白云石料进行冷却后其温度得到提升，进而参与高温烧结炉1内的燃料的燃烧过程。而且通过调整冷却风机15的送风量即可实现冷却空气的量大于高温烧嘴10引入的燃料燃烧所需的空气量，以保证高温烧结炉1内空气充分过剩。低温烧嘴3、高温烧嘴10均采用外界冷却介质进行冷却，以保证烧嘴正常运行。低温烧嘴3和高温烧嘴10可采用水冷、风冷或油冷等方式进行冷却。

本实施例中白云石的煅烧方法包括以下步骤：

步骤1.布料

对杂质含量高的白云石料进行轻烧得到轻烧料，然后对轻烧料进行消化以去除杂质，消化后的白云石经磨细后直接进行压球得到消化球料，对消化白云石直接压球较为容易。压球后通过上料小车将消化球料送入低温分解炉2顶部的进料口8，经进料口8送入低温分解炉2内进行低温分解。

步骤2.低温分解

低温分解炉2由低温烧嘴3、低温分解炉2顶部回流的部分废气和高温烧结炉1顶部抽吸的部分高温烟气提供热源，通过调节三股热流体的量来保证低温分解炉2内环境温度的稳定。其中，炉顶回流的废气温度是最低的，在掺入新鲜空气之后其温度基本在180℃以内，其次是从下部高温烧结炉1向上通过炉气连通管5进入的烟气，温度大约在700～800℃，这两股流体掺混之后的温度低于600℃，因此还需要利用低温烧嘴3燃气燃烧所产生的热量进行补充。这样，通过温度监测，对低温分解炉2内部的温度进行调节：当低温分解炉2内的温度过低时，通过调整安装在回流管上的阀门适当减少炉顶回流的废气量，或着通过调整低温烧嘴3以适当增加低温烧嘴3的燃气量；当低温分解炉2内的温度过高时，可适当增加炉顶回流的废气量，或适当减少低温烧嘴3的燃气量，最终控制低温分解炉2内温度稳定，使炉温保持在600～1000℃。

消化球料在600～1000℃低温环境下分解2～6小时后，经过下料管9进入高温烧结炉1内进行高温煅烧。

步骤3.煅烧

高温烧结炉1的热源主要来自高温烧嘴10的燃料燃烧所产生化学热，高温烧嘴10附近高温烧结区域的温度为1700～1900℃，燃料与助燃空气混合后进入高温烧嘴10进行燃烧，对高温烧嘴10附近的消化球料进行高温煅烧。为了保证燃料完全燃烧，底部冷却风进口11送入的冷却空气在完成冷却烧结球料后，向上流动在高温烧嘴10附近参与其燃料燃烧。

另外，高温烧嘴10燃烧后产生的高温空气在高温烧结炉1内向上流动，参与炉内上部消化球料的预热，这样可减少高温烧嘴10送入的常温助燃空气量，有利于二次利用烧结球料的物理热，提高了高温煅烧过程中的热利用效率。

消化球料在高温烧结炉1内煅烧由上至下依次划分为分为预热、高温煅烧、冷却三个过程，而物料在整个下部高温烧结炉1内的停留时间为2～3小时。完成高温煅烧以及预热后的废气在高温烧结炉1的顶部，通过连通炉气管5进入低温分解炉2的环形腔4内。

步骤4.冷却

高温煅烧产生后的烧结球料在位于高温烧结炉1下部的冷却带被来自冷却风机15的冷却风冷却，得到体积密度在3.2t/m3以上的烧结球料，冷却风机15是通过提供大量的冷却风来实现高温烧结球料的快速冷却的。冷却后的烧结球料经卸料口12排出。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于：高温烧结炉顶部的高温烟气通过连通炉气管进入低温分解炉内，高温烟气带入的热量约占低温分解炉所需热量的30％，低温烧嘴燃烧产生的热量约占低温分解炉所需热量的70％。

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于：高温烧结炉顶部的高温烟气通过连通炉气管进入低温分解炉内，高温烟气带入的热量约占低温分解炉所需热量的50％，低温烧嘴燃烧产生的热量约占低温分解炉所需热量的50％。

实施例四

本实施例与实施例一的不同之处在于：高温烧结炉顶部的高温烟气通过连通炉气管进入低温分解炉内，高温烟气带入的热量约占低温分解炉所需热量的70％，低温烧嘴燃烧产生的热量约占低温分解炉所需热量的30％。

实施例五

本实施例与实施例一的不同之处在于：高温烧结炉顶部的高温烟气通过连通炉气管进入低温分解炉内，高温烟气带入的热量约占低温分解炉所需热量的95％，低温烧嘴燃烧产生的热量约占低温分解炉所需热量的5％。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种低温分解与高温烧结一体炉，其特征是：含有上、下两部分炉体，上部为低温分解炉，下部为高温烧结炉，二者通过下料管连通；所述低温分解炉的顶端设有通往低温分解炉中的进料口，所述低温分解炉的上部设有新鲜空气进口和废气出口，中部沿炉壳设有一组周向均布的低温烧嘴，所述低温烧嘴与进入炉内燃烧为炉内物料提供低温分解热能的第一燃料、助燃空气源连通；所述高温烧结炉的中部沿炉壳设有一组周向均布的高温烧嘴，所述高温烧嘴与进入炉内燃烧为炉内物料提供高温烧结热能的第二燃料、助燃空气源连通，所述高温烧结炉的底端设有卸料口；所述低温分解炉的下部沿壳体圆周方向延伸出朝外凸起的环形腔，所述环形腔的底面上均布一组炉气进口，所述炉气进口通过连通炉气管与高温烧结炉的顶部连通。

2.根据权利要求1所述的低温分解与高温烧结一体炉，其特征是：所述低温分解炉的下端具有漏斗状的下料口，所述下料口与可伸缩的下料管连接，所述下料管的下部伸入高温烧结炉的顶部。

3.根据权利要求1所述的低温分解与高温烧结一体炉，其特征是：所述物料在上部低温分解炉、下部高温烧结炉以及连通上、下炉的下料管内形成一个料柱。

4.根据权利要求1所述的低温分解与高温烧结一体炉，其特征是：所述新鲜空气进口与废气出口相对设置在低温分解炉的上部，从新鲜空气进口进入的常温新鲜空气与位于低温分解炉炉体上部的高温废气混合用于降低废气出口的温度；所述废气出口与回流管连通，且所述回流管的出口朝向低温烧嘴，用于将回流的部分废气从中部低温烧嘴附近送入低温分解炉内，为炉内物料继续提供分解热源并保证低温分解炉内温度稳定。

5.根据权利要求4所述的低温分解与高温烧结一体炉，其特征是：所述废气出口通过排烟管道与烟囱连接，所述排烟管道中设有风向朝向烟囱的排烟风机，所述排烟管道中位于排烟风机的前方还设有除尘器。

6.根据权利要求1所述的低温分解与高温烧结一体炉，其特征是：所述高温烧结炉的下部设有冷却风进口，所述冷却风进口与为炉内物料提供冷却空气的冷却风机连通，且所述冷却风机提供的冷却空气量大于高温烧嘴引入的燃料燃烧所需的空气量。

7.根据权利要求1所述的低温分解与高温烧结一体炉，其特征是：所述低温烧嘴、高温烧嘴均采用外界冷却介质进行冷却，以保证烧嘴正常运行。

8.根据权利要求1所述的低温分解与高温烧结一体炉，其特征是：所述低温分解炉和高温烧结炉的炉壳内砌筑有耐火材料。

9.根据权利要求1所述的低温分解与高温烧结一体炉，其特征是：所述高温烧结炉顶部的高温烟气通过连通炉气管进入低温分解炉内，所述高温烟气带入的热量占低温分解炉所需热量的30-95%，所述低温烧嘴燃烧产生的热量占低温分解炉所需热量的5-70%。

10.根据权利要求3所述的低温分解与高温烧结一体炉，其特征是：所述物料在环形腔内形成具有一定角度的堆料角，且所述堆料角的底面半径要小于所述低温分解炉的内壁与炉气进口之间的垂直距离。