CN106422986A - 煅烧装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种煅烧装置，包括：反应器、介质源、换热系统、集热装置以及蓄热与温度调节系统，换热系统包括一级换热器和二级换热器，介质源、一级换热器以及反应器依次连接，使得气相介质经过预热进入反应器，二级换热器位于反应器内，用于对气相介质补热，集热装置、蓄热与温度调节系统、换热系统闭环连接，使得高温热媒进入蓄热与温度调节系统分为第一部分高温热媒和第二部分高温热媒，第一部分高温热媒经过换热系统变为低温热媒，低温热媒与所述蓄热与温度调节系统输出的第二部分高温热媒混合后进入集热装置，使得集热装置提供的高温热媒的温度更稳定，利用二级换热器对气相介质补热热以保持传热推动力，降低了对集热装置提供温度的要求。

Description

煅烧装置

技术领域

本发明涉及化工领域，更具体地，涉及一种煅烧装置。

背景技术

煅烧过程广泛存在于化学工业和矿业中，其需要在一定温度下将固相反应物置于气相介质(如空气)中发生反应，包括各种固体的热分解反应过程，如碳酸盐加热分解制取金属氧化物、卤盐分解制取金属氧化物或碱式盐、水合晶体加热失水、碱土金属氢氧化物加热分解制取金属氧化物等、以及一些晶型转变过程。这类反应通常在固定床(如高温煅烧炉)、移动床(如回转煅烧炉)、流化床、沸腾床等类型的煅烧反应器中，温度从几十度到上千度，加热的方式则包括了热传导、辐射加热和气流对流传热等。由于煅烧过程通常温度高、所需要的热量多、且固体的传热效率低、固体床层的温度分布不均匀，这类反应的耗热量非常大，是一类能耗较高的反应过程。目前，这类反应主要依靠燃烧天然气或电供热，能源消耗高，是二氧化碳排放的重要源头之一。

太阳能高温集热技术是近年来快速发展的热能供给技术。但是，利用太阳能高温集热实现煅烧还存在一些技术难点：如太阳能集热器负荷受自然环境影响严重，热量供应和温度的稳定性，不能满足连续稳定生产的需要；太阳能高温集热器热媒的温度较传统化石燃料较低，较低的温度难以满足反应要求；随温度升高，太阳能集热器的效率下降，成本显著上升。而且，现有的煅烧装置都是按照以天然气或电为能源进行设计的，由于加热媒介和方式不同，现有的煅烧装置也不能直接采用太阳能高温集热供热。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种煅烧装置，该装置的蓄 热与温度调节系统可输出温度和流量更稳定的高温热媒，两级换热系统可以在保持较高传热推动力的前提下降低煅烧需要的气相介质的温度，进而降低对集热装置的要求，保证了生产的连续性和稳定性。

根据本发明提供的一种煅烧装置，包括：

反应器，用于煅烧固相反应物；

介质源，用于提供气相介质；

换热系统，包括一级换热器和二级换热器，所述介质源、所述一级换热器以及所述反应器依次连接，使得所述气相介质经过预热进入所述反应器，所述二级换热器位于所述反应器内，用于对所述气相介质补热；

集热装置，用于将低温热媒加热为高温热媒；

蓄热与温度调节系统，用于对所述高温热媒蓄热并调节温度；

所述集热装置、所述蓄热与温度调节系统、所述换热系统闭环连接，使得所述高温热媒进入所述蓄热与温度调节系统分为第一部分高温热媒和第二部分高温热媒，所述第一部分高温热媒经过所述换热系统变为所述低温热媒，所述低温热媒与所述蓄热与温度调节系统输出的所述第二部分高温热媒混合后进入所述集热装置。

优选地，所述蓄热与温度调节系统包括：

蓄热罐，用于存储所述高温热媒并蓄热；

测温装置，所述测温装置与所述蓄热罐连接，用于检测所述高温热媒的温度；

所述集热装置、所述蓄热罐、所述换热系统依次通过高温管路连接，使得所述第一部分高温热媒进入所述换热系统，所述换热系统与所述集热装置通过低温管路连接，所述蓄热罐与所述低温管路通过循环管路连接，使得所述第二部分高温热媒通过所述循环管路与所述低温管路中的所述低温热媒混合后进入所述集热装置，所述高温管路设有阀门，所述循环管路上设有泵及阀门。

优选地，所述煅烧装置还包括：

低温热媒储罐，所述低温热媒储罐设置在所述低温管路上，位于所述循环管路与所述低温管路连接处的上游。

优选地，所述反应器为流化床反应器。

优选地，所述流化床反应器为多层流化床反应器，所述二级换热器设置在所述多层流化床反应器的层间。

优选地，所述二级换热器为列管式换热器或蛇管式换热器。

优选地，所述集热装置为太阳能集热器。

优选地，所述高温热媒采用高温导热油。

优选地，所述气相介质为空气或惰性气体。

优选地，所述蓄热与温度调节系统内的所述高温热媒的储量是每小时输出量的8至24倍。

优选地，所述二级换热器与所述一级换热器的热负荷之比为0.1∶1至0.5∶1。

根据本发明的煅烧装置，蓄热与温度调节系统可以输出温度和流量更稳定的高温热媒，而高温热媒分为两部分，其中第一部分用于向换热系统提供热量、与所述气相介质进行换热，第二部分则用于与完成换热任务的低温热媒混合以提高低温热媒的温度并共同回流至集热装置进行再次加热并循环利用，从而减小集热装置中低温热媒需要的温升，使得集热装置提供的高温热媒的温度更稳定，提高连续生产的质量。换热系统包括一级换热器和二级换热器，其中二级换热器位于所述反应器内。气体可以通过一级换热器以略低的预热温度进入反应器，在气体温度降低到一定程度时，再次利用二级换热器对其加热以保持传热推动力，从而降低了气体的初始预热温度，也就降低了对集热装置提供温度的要求。

在优选的实施例中，所述煅烧装置采用太阳能集热器作为热源的集热装置，利用了新能源而节省了化石能源，同时避免了使用化石能源带来的二氧化碳的排放，更环保。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本发明具体实施例的煅烧装置的结构图。

图2示出根据本发明具体实施例的煅烧装置中的反应器的截面图。

附图中，101，反应物源；102，介质源；103，一级换热器；104， 反应器；105，低温热媒储罐；106，低温管路；107，集热装置；108，蓄热罐；109，高温管路；110，循环管路；111，测温装置；112，阀门；113，泵；114，二级换热器；115，气固分离装置；116，固体产品；117，气相分离装置；118，气体产品；1041，上层煅烧室；1042，下层煅烧室；1043，层间筛板；1044，固相下降槽。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

图1示出根据本发明具体实施例的煅烧装置的结构图。所述煅烧装置包括：反应器104、介质源102、换热系统、集热装置107以及蓄热与温度调节系统，反应器104用于煅烧固相反应物，介质源102用于提供气相介质，换热系统包括一级换热器103和二级换热器114，介质源102、一级换热器103以及反应器104依次连接，使得气相介质在一级换热器103内经过预热进入反应器104，二级换热器114位于所述反应器104内，用于对气相介质补热。集热装置107用于将低温热媒加热为高温热媒，蓄热与温度调节系统用于对高温热媒蓄热并调节温度。其中，集热装置107、蓄热与温度调节系统、换热系统闭环连接，使得高温热媒进入蓄热与温度调节系统分为第一部分高温热媒和第二部分高温热媒，第一部分高温热媒经过换热系统变为低温热媒，低温热媒与蓄热与温度调节系统输出的第二部分高温热媒混合后进入集热装置107。

高温热媒用于在换热系统中与气相介质换热，提高气相介质的温度，高温的气相介质在反应器104中与固相反应物混合、加热，使得固相反应物发生反应。其中，蓄热与温度调节系统通过对高温热媒蓄热以及温度调节，可以输出温度和流量更稳定的高温热媒，而高温热媒分为两部分，其中第一部分高温热媒用于向换热系统提供热量、与气相介质进行换热，第二部分高温热媒则用于与完成换热任务的低温热媒混合以提高低温热媒的温度并共同回流至集热装置107进行再次加热，循环利 用，从而减小集热装置107中低温热媒需要的温升，使得集热装置107提供的高温热媒的温度更稳定，提高连续生产的质量。换热系统又包括一级换热器103和二级换热器114，其中二级换热器114位于反应器104内。气相介质可以通过一级换热器103以略低的预热温度进入反应器104，在气相介质温度降低到一定程度时，再次利用二级换热器114对其加热以保持传热推动力，从而降低了气相介质的初始预热温度，也就降低了对集热装置107提供温度的要求。

本实施例的煅烧装置还可以包括：反应物源101，用于提供固相反应物，其与反应器104连接，使得待反应的固相反应物可以进入反应器104中。在反应器104中，固相反应物混合在气相介质中，其中气相介质主要起提供高温环境的作用，可以理解的是，在不同的生产过程中，气相介质可以与固相反应物发生反应，也可以不与固相反应物发生化学反应。

进一步地，本实施例的蓄热与温度调节系统包括：蓄热罐108以及测温装置111，蓄热罐108用于存储高温热媒并蓄热，测温装置111与蓄热罐108连接，用于检测高温热媒的温度，方便对蓄热与温度调节系统输出的高温热媒的温度进行调节。其中，集热装置107、蓄热罐108、以及换热系统依次通过高温管路109连接，使得集热装置107产生的高温热媒进入蓄热罐108，高温热媒依其作用分为两部分，第一部分高温热媒进入换热系统，即进入一级换热器103和二级换热器114中，第一部分高温热媒在换热系统中与气相介质换热变为低温热媒，换热系统与集热装置107通过低温管路106连接，使得低温热媒可以回流至集热装置107内，经过再加热进行循环，蓄热罐108与低温管路106通过循环管路110连接，使得第二部分高温热媒通过循环管路110与低温管路106中的低温热媒混合，提高该低温热媒的温度后共同进入集热装置107。

再进一步地，蓄热与温度调节系统还可以包括：阀门112和泵113，阀门112设置在高温管路109及循环管路112上，泵113设置在循环管路112上。通过设置阀门112以及作为循环泵的泵113，可以更准确地对第一部分高温热媒、第二部分高温热媒的流量进行调节，进而也可以控制蓄热罐108中高温热媒的储量。

优选地，本实施例的煅烧装置还包括：低温热媒储罐105，用于储存来自换热系统的低温热媒，其设置在低温管路106上，位于循环管路110与低温管路106相连接处的上游。

反应器104可以是各种移动床、流化床等形式的煅烧反应器，优选为流化床反应器，再进一步优选地，可以是多层流化床反应器，其中二级换热器114设置在该多层流化床反应器的层间。

图2示出本实施例的煅烧装置中的反应器104的截面图，其中，反应器104包括：上层煅烧室1041、下层煅烧室1042、层间筛板1043以及固相下降槽1044，二级换热器114设置在上层煅烧室1041和下层煅烧室1042的层间。

一级换热器103的形式不限，二级换热器114优选为列管式换热器或蛇管式换热器，以便在反应器104内对气相介质进行补热。二级换热器114与一级换热器103的热负荷之比可以根据不同的生产需要进行设置，优选为0.1∶1至0.5∶1。

集热装置107可以是任何用来加热热媒的装置，以实际生产需要进行选择，优选地，采用太阳能集热器，其通常可以输出200至600摄氏度温度范围内的高温热媒，但其提供高温热媒的温度的稳定性通常受到太阳能辐射强度变化的干扰。在集热装置107的选择上，若采用通常的单级换热方式，为了保持一定的传热推动力，就需要提高气相介质进入反应器104时的温度来保持传热推动力，因此会对加热气相介质的热源的温度要求较高，即对集热装置107的高温产生能力要求较高，根据本实施例的煅烧装置，采用两级换热器的换热系统使得对集热装置107的高温产生能力要求有所降低，采用太阳能集热器完全可以满足生产要求，当太阳能辐射强度较高时，太阳能集热器得到的高温热媒存储在蓄热罐108中，当太阳能辐射强度降低而导致太阳能集热器负荷下降时，将存储的高温热媒分为两部分，第一部分高温热媒仍然去完成换热任务，而第二部分高温热媒则通过循环管路110进入低温管路106，在低温热媒进入太阳能集热器之前与之混合，以提高低温热媒的温度，从而减小太阳能集热器中要为低温热媒提供的能量，即使在太阳能集热器热负荷变低的情况下，仍能够输出温度稳定的高温热媒，进而使连续性生产的质 量得以提升。当然，采用其他形式的集热装置107，根据本发明的煅烧装置，均能提供更加稳定温度的高温热媒输出。本实施例通过采用太阳能集热器，利用了新能源而节省了化石能源，同时避免了使用化石能源带来的二氧化碳的排放，更环保。

热媒用于传递热量，例如本实施例中高温热媒将热量传递给气相介质，其可以是液体热媒或气体热媒，优选为液体热媒，进一步优选的，采用高温导热油。气相介质可以是空气或惰性气体等。

在优选的实施例中，所述蓄热与温度调节系统内的高温热媒的储量是每小时输出量的8至24倍；通过调节阀门112及泵113，蓄热与温度调节系统内的高温热媒的储量是每小时输出量的8至24倍。

进一步地，本实施例的煅烧装置还包括：气固分离装置115，其与反应器104连接，使得反应器104得到的反应产物通过该气固分离装置115分离为固体产品116和气相产物。再进一步地，所述煅烧装置还包括：气相分离装置117，其与气固分离装置115连接，使得气固分离装置115得到的所述气相产物通过气相分离装置117分离为气体产品118和无害气体，该无害气体可以排放至空气中，即当气相介质为空气时，可以将该无害气体与空气混合进行循环利用。

本实施例的煅烧装置通过设置测温装置111、阀门112以及泵113等可以依据不同反应的生产需要对高温热媒在蓄热罐108中的储量和输出量、第一部分高温热媒和第二部分高温热媒的流量进行设置。以碳酸氢钠的热分解为例，集热装置107采用槽式太阳能集热器，热媒采用导热油，集热装置107输出的高温热媒温度为400摄氏度，输出功率8至16千瓦，蓄热罐108体积为1000升，该蓄热与温度调节系统的高温热媒的最大循环比为40％，则热源输出高温热媒流量为75千克/时,其温度可稳定为336至351摄氏度。一级换热器103采用列管式换热器，气相介质为空气，其能循环使用，气相介质输入一级换热器的温度为160摄氏度，输出温度为290摄氏度。反应器104采用二层流化床煅烧炉，层间设置盘管作为二级换热器114，用于二次加热气相介质，二级换热器113与一级换热器103的热负荷之比为0.2:1。采用该装置进行碳酸氢钠的热分解反应，每小时可产碳酸钠12千克。

当反应器104中的反应为另一化学过程时，蓄热与温度调节系统可以作相应的其他设置，例如在替代的实施例中，反应器104中发生一水合氯化镁的热分解反应，集热装置107仍可采用槽式太阳能集热器，热媒采用导热油，设置集热装置输出的高温热媒温度为450摄氏度，输出功率8至19千瓦；蓄热罐108体积为1000升。蓄热与温度调节系统的高温热媒的最大循环比为60％，则热源输出高温热媒流量为62千克/时,其温度可稳定为385至392摄氏度。一级换热器103仍采用列管式换热器，气相介质仍为空气，设置气相介质输入一级换热器的温度为110摄氏度，输出温度为250摄氏度。反应器104采用二层流化床煅烧炉，层间设置盘管作为二级换热器114，用于二次加热气相介质，二级换热器113与一级换热器103的热负荷之比为0.2:1。采用该装置进行一水合氯化镁的热分解反应，每小时可产碱式氯化镁5千克。若再更改反应器104中的反应类型，上述数据还有不同的设置方式，在此不再赘述。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。但术语一级与二级相关联的实体或操作之间的顺序不可以颠倒，例如上述实施例中气相介质必须先经过一级换热器预热，再利用二级换热器补热。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (12)

1.一种煅烧装置，其特征在于，包括：

反应器，用于煅烧固相反应物；

介质源，用于提供气相介质；

换热系统，包括一级换热器和二级换热器，所述介质源、所述一级换热器以及所述反应器依次连接，使得所述气相介质经过预热进入所述反应器，所述二级换热器位于所述反应器内，用于对所述气相介质补热；

集热装置，用于将低温热媒加热为高温热媒；

蓄热与温度调节系统，用于对所述高温热媒蓄热并调节温度；

所述集热装置、所述蓄热与温度调节系统、所述换热系统闭环连接，所述高温热媒进入所述蓄热与温度调节系统分为第一部分高温热媒和第二部分高温热媒，所述第一部分高温热媒经过所述换热系统变为所述低温热媒，所述低温热媒与所述蓄热与温度调节系统输出的所述第二部分高温热媒混合后进入所述集热装置。

2.根据权利要求1所述的煅烧装置，其特征在于，所述蓄热与温度调节系统包括：

蓄热罐，用于存储所述高温热媒并蓄热；

测温装置，所述测温装置与所述蓄热罐连接，用于检测所述高温热媒的温度；

所述集热装置、所述蓄热罐、所述换热系统依次通过高温管路连接，使得所述第一部分高温热媒进入所述换热系统，所述换热系统与所述集热装置通过低温管路连接，所述蓄热罐与所述低温管路通过循环管路连接，使得所述第二部分高温热媒通过所述循环管路与所述低温管路中的所述低温热媒混合后进入所述集热装置,

所述高温管路设有阀门，所述循环管路上设有泵及阀门。

3.根据权利要求2所述的煅烧装置，其特征在于，还包括：

低温热媒储罐，所述低温热媒储罐设置在所述低温管路上，位于所述循环管路与所述低温管路连接处的上游。

4.根据权利要求1所述的煅烧装置，其特征在于，所述反应器为流化床反应器。

5.根据权利要求4所述的煅烧装置，其特征在于，所述流化床反应器为多层流化床反应器，所述二级换热器设置在所述多层流化床反应器的层间。

6.根据权利要求5所述的煅烧装置，其特征在于，所述二级换热器为列管式换热器或蛇管式换热器。

7.根据权利要求1所述的煅烧装置，其特征在于，所述集热装置为太阳能集热器。

8.根据权利要求1所述的煅烧装置，其特征在于，所述高温热媒采用高温导热油。

9.根据权利要求1所述的煅烧装置，其特征在于，所述气相介质为空气或惰性气体。

10.根据权利要求1所述的煅烧装置，其特征在于，所述蓄热与温度调节系统内的所述高温热媒的储量是每小时输出量的8至24倍。

11.根据权利要求1所述的煅烧装置，其特征在于，所述第二部分高温热媒的流量为所述高温热媒总流量的0至80％。

12.根据权利要求1所述的煅烧装置，其特征在于，所述二级换热器与所述一级换热器的热负荷之比为0.1∶1至0.5∶1。