CN106834746A - 一种可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统包括有还原反应釜和筒形加热器，筒形加热器与还原反应釜之间的间隙内经下隔板和上隔板分隔成环形冷却区域，冷却区域下部设有至少1个冷空气入口，冷空气入口经导管连接有强制对流风机，导管上设有第一流量阀，冷却区域上部设有热空气出口，热空气出口上分别连接有导气管，导气管汇总至导气总管，导气总管的一端连接有余热回收装置，导气总管上设有第二流量阀。本发明能够满足大型倒“U”形海绵钛还原—蒸馏一体化设备的生产需要，可加快反应中期的散热速度和加料速度，提高生产效率，并且能对还原设备反应时产生的热量进行回收，且装置简单，制造成本低，回收效率高。

Description

一种可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统
技术领域
本发明涉及一种可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，属于化工领域。
背景技术
遵宝钛业有限公司全流程海绵钛生产工艺采用的是镁热还原—真空蒸馏处理TiCl4生产海绵钛的Kroll法生产工艺，同时配备镁电解生产满足还原—蒸馏工序对精镁的需求。Kroll法生产海绵钛实现了原料Mg-Cl2-MgCl2的闭路循环，而且由于还原后立即进行真空蒸馏，蒸馏物仍处于高温状态，避开了蒸馏物导热率的降低，从而达到节能目的，所以采用联合法工艺可以提高蒸馏速率、减少能耗、缩短生产周期。遵宝钛业有限公司在生产规模方面与国外以达到相同水平，但在技术装备、能耗、产品质量以及生产控制及管理等方面都与先进国家还有一定的差距。
由于镁热还原TiCl4是一个剧烈的放热反应，在生产的初中期，反应器的散热能力成为制约TiCl4加料速度的一个重要因素，而现目前，海绵钛还原设备环形空腔（还原反应釜和加热器之间的间隙）内的空气自然对流强度无法满足大型倒“U”形海绵钛还原—蒸馏一体化设备的生产需要，同时，现目前在还原反应热量散失方面造成的能量损失最大，主要是因为现目前缺乏对还原反应设备的余热回收装置。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统。本发明能够满足大型倒“U”形海绵钛还原—蒸馏一体化设备的生产需要，可加快反应中期的散热速度和加料速度，提高生产效率，并且能对还原设备反应时产生的热量进行回收，且装置简单，制造成本低，回收效率高。
本发明的技术方案：一种可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，包括有还原反应釜，还原反应釜的顶部设有盖板，还原反应釜外设有筒形加热器，筒形加热器与还原反应釜之间有间隙，间隙内设有下隔板和上隔板，下隔板和上隔板之间形成环形冷却区域，冷却区域下部的筒形加热器上均布有至少1个冷空气入口，冷空气入口经导管连接有强制对流风机，导管上设有第一流量阀，冷却区域上部的筒形加热器上设有与冷空气入口对称的热空气出口，热空气出口上分别连接有导气管，且导气管的另一端汇总至导气总管，导气总管的一端连接有余热回收装置，导气总管上设有第二流量阀。
前述的可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，所述冷空气入口共设有5-6个，均匀分布在筒形加热器的筒壁上。
前述的可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，所述余热回收装置包括有换热壳体，换热壳体的一侧连接在导气总管上，换热壳体的另一侧设有冷空气出口，换热壳体内设有换热管，换热管的两端分别伸出换热壳体，并在其伸出的一端连接有冷却水导入管，冷却水导入管上设有水泵和第三流量阀，换热管伸出的另一端连接有热水导出管，热水导出管的一端连接有储水箱，储水箱上设有排水管，排水管上设有第四流量阀。
前述的可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，所述导气总管与换热壳体之间经法兰连接。
前述的可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，所述换热管呈蛇形盘曲在所述换热壳体中。
本发明的有益效果：
1、本发明通过在间隙内设置上下隔板形成冷却区域，并通过强制对流风机推动大量冷空气进入冷却区域的下部，然后从上部的热空气出口排出，使冷空气在冷却区域内形成对流后与还原反应釜发生热交换，将反应中期产生的热量快速带走，加快反应釜内的冷却速度，从而加快了反应中期的加料速度，提高了生产效率，另外，本发明通过流量阀精确控制冷空气进入量和进入速度，达到了避免反应前期和后期大量冷空气进入带走过多热量的目的，因为反应前期和反应后期还原反应放热量少，需要加热器辅助加热促进反应；此外，本发明通过将冷却区域的热空气收集并通入换热壳体，与换热管内的冷却水进行热交换，吸热后的冷却水升温变成热水流入蓄水箱储存备用，放热后的热空气通过冷空气出口排出，实现了对海绵钛生产设备的余热回收，虽然整个余热回收系统的理论效率可以高达81.75%，但是实际应用中，整个余热回收系统的余热回收效率仅有31.10%。通常情况下，为了保证热水的质量，低的余热回收效率是不可避免的。
2、本发明的导气总管与换热壳体支架通过法兰连接，连接方便，且便于制造生产。
3、本发明的换热管呈蛇形盘曲在换热壳体中，使在有限的换热壳体空间中尽可能的增加换热管的长度，延长冷却水与热空气的换热时间，提高了换热效果。
为证明本发明的有益效果，申请人做了如下实验：
加料速度对比：
申请人设计两组反应，一组没有采用本发明的强制对流系统和方法，一组采用了本发明的强制对流系统和方法，其结果记录如表1所示：
表1 强制散热方案前后TiCl4的平均加料速度对比
无强制对流 483.36
有强制对流 529.80
从表1可以看出，强制散热方案的提出，可以将TiCl4的平均加料速度提高9.61%，这对于缩短还原周期，降低还原周期电力消耗十分重要的。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明余热回收装置的结构示意图。
附图标记说明：1-筒形加热器，2-还原反应釜，3-盖板，4-下隔板，5-上隔板，6-冷空气入口，7-强制对流风机，8-第一流量阀，9-热空气出口，10-导气总管，11-第二流量阀，12-换热壳体，13-冷却水导入管，14-水泵，15-第三流量阀，16-热水导出管，17-储水箱，18-排水管，19-冷空气出口，20-第四流量阀，21-换热管，22-法兰。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例：一种可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，如附图1-2所示，包括有还原反应釜2，还原反应釜2的顶部设有盖板3，还原反应釜2外设有筒形加热器1，筒形加热器1与还原反应釜2之间有间隙，间隙内设有下隔板4和上隔板5，下隔板4和上隔板5之间的间距根据还原反应釜2和筒形加热器1的直径大小而定（如还原反应釜2的外径为2.265m、筒形加热器1的内径为2.69m时，下隔板4和上隔板5之间的间距为1.192m），下隔板4和上隔板5之间形成环形冷却区域（形成单独的冷却区域的目的是将冷却段和保温段分开，使温度控制更加方便有效），冷却区域下部的筒形加热器1上均布有至少1个冷空气入口6，冷空气入口6经导管连接有强制对流风机7，导管上设有第一流量阀8，冷却区域上部的筒形加热器1上设有与冷空气入口6对称的热空气出口9，热空气出口9上分别连接有导气管，且导气管的另一端汇总至导气总管10，导气总管10的一端连接有余热回收装置，导气总管10上设有第二流量阀11。
所述冷空气入口6优选为5-6个，均匀分布在筒形加热器1的筒壁上。
所述余热回收装置包括有换热壳体12，换热壳体12的一侧连接在导气总管10上，换热壳体12的另一侧设有冷空气出口19，换热壳体12内设有换热管21，换热管21的两端分别伸出换热壳体12，并在其伸出的一端连接有冷却水导入管13，冷却水导入管13上设有水泵14和第三流量阀15，换热管21伸出的另一端连接有热水导出管16，热水导出管16的一端连接有储水箱17，储水箱17上设有排水管18，排水管18上设有第四流量阀20。
所述导气总管10与换热壳体12之间经法兰22连接。
所述换热管21呈蛇形盘曲在所述换热壳体12中。
工作原理：通过在筒形加热器1与还原反应釜2之间的间隙内设置下隔板4和上隔板5，使其围成封闭的环形冷却区域，并在冷却区域下部的筒形加热器1上设置冷空气入口6，冷空气入口6通过导管连接强制对流风机7以后，强行的将冷空气送入冷却区域形成对流，在冷却区域内完成热交换以后，将热量通过冷却区域上部的热空气出口9排出，排出的热空气汇入导气总管10并送入换热壳体12中，同时，通过水泵14将冷却水从冷却水导入管13中注入换热管21内，使其与换热器壳体12中的热空气进行热交换，吸热后的冷却水升温变成热水，并从热水导出管16导出，流入储水箱17进行储存，使用时，打开排水管18上的第四流量阀20即可，而放热后的热空气变成冷空气，从冷空气出口19排出，同时，通过第一流量阀8控制冷空气进入的量和速度。所述强制对流风机7在还原反应初期处于停止状态，在还原反应进行到2-3段时开始强制鼓风，在还原反应后期停止鼓风。大量的冷空气从均布在所述冷却区域下部的5-6个冷空气入口6进入，热交换以后迅速的从热空气出口9排出。

Claims (5)

1.一种可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，其特征在于：包括有还原反应釜（2），还原反应釜（2）的顶部设有盖板（3），还原反应釜（2）外设有筒形加热器（1），筒形加热器（1）与还原反应釜（2）之间有间隙，间隙内设有下隔板（4）和上隔板（5），下隔板（4）和上隔板（5）之间形成环形冷却区域，冷却区域下部的筒形加热器（1）上均布有至少1个冷空气入口（6），冷空气入口（6）经导管连接有强制对流风机（7），导管上设有第一流量阀（8），冷却区域上部的筒形加热器（1）上设有与冷空气入口（6）对称的热空气出口（9），热空气出口（9）上分别连接有导气管，且导气管的另一端汇总至导气总管（10），导气总管（10）的一端连接有余热回收装置，导气总管（10）上设有第二流量阀（11）。
2.根据权利要求1所述的可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，其特征在于：所述冷空气入口（6）共设有5-6个，均匀分布在筒形加热器（1）的筒壁上。
3.根据权利要求1所述的可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，其特征在于：所述余热回收装置包括有换热壳体（12），换热壳体（12）的一侧连接在导气总管（10）上，换热壳体（12）的另一侧设有冷空气出口（19），换热壳体（12）内设有换热管（21），换热管（21）的两端分别伸出换热壳体（12），并在其伸出的一端连接有冷却水导入管（13），冷却水导入管（13）上设有水泵（14）和第三流量阀（15），换热管（21）伸出的另一端连接有热水导出管（16），热水导出管（16）的一端连接有储水箱（17），储水箱（17）上设有排水管（18），排水管（18）上设有第四流量阀（20）。
4.根据权利要求3所述的可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，其特征在于：所述导气总管（10）与换热壳体（12）之间经法兰（22）连接。
5.根据权利要求3所述的可回收余热的强制对流镁热法海绵钛生产还原系统，其特征在于：所述换热管（21）呈蛇形盘曲在所述换热壳体（12）中。
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