CN112626642A - 燃气式氧化炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供的燃气式氧化炉包括氧化腔、第一加热装置及第二加热装置；所述第一加热装置与所述氧化腔通过第一循环风道串联连接，以形成第一循环回路；所述第二加热装置与所述氧化腔通过第二循环风道串联连接，以形成第二循环回路；所述第一循环回路与所述第二循环回路并联设置，所述第二循环回路用于给所述氧化腔进行温度补偿。本发明所述燃气式氧化炉采用第一循环回路来提供热风，以实现对碳纤维的预氧化处理；同时，通过设置与第一循环回路并联的第二循环回路来实现对第一循环回路的温度补偿，以防止对碳纤维进行氧化处理的热风的温度波动过大，以提高氧化处理得到的碳纤维的质量。

Description

燃气式氧化炉

技术领域

本发明属于碳纤维热处理设备领域，具体涉及一种氧化干燥碳纤维的燃气式氧化炉。

背景技术

预氧化过程是一种在350℃以下对碳纤维材料进行热处理的过程，其目的是使热塑性的PAN基碳纤维中，线形大分子链转化为非塑性耐热梯形结构，从而使PAN基碳纤维在高温碳化的过程中不熔不燃，依然保持在纤维形态和热力学处于稳定状态，最后转化为具有乱层石墨结构的碳纤维。碳纤维的预氧化过程要求采用热风循环的方式对碳纤维进行热处理，因此，碳纤维的生产过程中常采用预氧化炉来对碳纤维进行氧化。但是，碳纤维的预氧化过程对循环的热风的温度要求较高，其热风温差需控制在10℃以内，因此如何对预氧化炉的热风温度进行控制成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于对碳纤维进行预氧化处理的燃气式氧化炉。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

燃气式氧化炉，包括氧化腔、第一加热装置及第二加热装置；所述第一加热装置与所述氧化腔通过第一循环风道串联连接，以形成第一循环回路；所述第二加热装置与所述氧化腔通过第二循环风道串联连接，以形成第二循环回路；所述第一循环回路与所述第二循环回路并联设置，所述第二循环回路用于给所述氧化腔进行温度补偿。

优选的，所述第一加热装置包括燃气室及与之连接的主换热器，所述主换热器与所述氧化腔连接。

优选的，所述的燃气式氧化炉还包括用于调节所述第一循环回路和所述第二循环回路的进风量的风量调节机构；所述风量调节机构包括第一电阀和第二电阀，所述第一电阀和第二电阀分别连接在所述第一循环回路和所述第二循环回路上。

优选的，所述第一循环回路和/或所述第二循环回路上设有循环风机。

优选的，所述的燃气式氧化炉，还包括主控制器和温度检测装置；所述温度检测装置包括多个温度传感器；所述氧化腔设有进风端和出风端，多个所述温度传感器分别设置在所述氧化腔的进风端和出风端；

所述温度传感器用于检测所述氧化腔的温度变化，并将检测结果反馈给主控制器。

优选的，所述的燃气式氧化炉还包括排气系统；所述排气系统包括排气风道和主排气风机；所述氧化腔、所述燃烧室和所述排气风机通过所述排气风道依次串联连接。

优选的，所述氧化腔的物料入口设有第一空气幕；所述氧化腔的物料出口设有第二空气幕。

优选的，所述燃气式氧化炉还包括第一辅助循环回路及第二辅助循环回路；所述第一加热装置与所述物料入口通过第一气密风道连接以形成所述第一辅助循环回路，用于加热所述物料入口的气温；所述第一加热装置与所述物料出口通过第二气密风道连接以形成所述第二辅助循环回路，用于加热所述物料出口的气温。

优选的，所述第一气密风道上设有第一气密电加热器及第一气密风机；所述第一气密电加热器用于为所述物料入口的气体提供温度补偿；所述第一气密风机用于驱动所述第一辅助循环回路中的气体循环流动；所述第二气密风道上设有第二密电加热器及第二气密风机；所述第二气密电加热器用于为所述物料出口的气体提供温度补偿；所述第二气密风机用于驱动所述第二辅助循环回路中的气体循环流动。

优选的，所述排气系统还包括备用排气风机；所述备用排气风机通过一排气支路与所述主排气风机并联。

相比于现有技术，本发明带来以下技术效果：

本发明所述燃气式氧化炉采用第一循环回路来提供热风，以实现对碳纤维的预氧化处理；同时，通过设置与第一循环回路并联的第二循环回路来实现对第一循环回路的温度补偿，以防止对碳纤维进行氧化处理的热风的温度波动过大，以提高氧化处理得到的碳纤维的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了第一种燃气式氧化炉的示意图。

图2示出了第二种燃气式氧化炉的示意图。

图3示出了A部的放大图。

图4示出了第三种燃气式氧化炉的示意图。

主要元件符号说明：

1-氧化腔；2-第一加热装置；21-主换热器；22-燃气室；23-第一辅换热器；24-第二辅换热器；3-第二电加热装置；4-风量调节机构；41-第一电阀；42-第二电阀；5-循环风机；6-温度检测装置；61-第一温度传感器；62-第二温度传感器；63-第三温度传感器；64-第四温度传感器；7-排气系统；71-主排气风机；72-第一排气电阀；73-第二排气电阀；74-备用排气风机；75-第三排气电阀；81-第一空气幕；82-第二空气幕；83-第一气密电加热器；84-第一气密风机；85-第一气密电加热器；86-第二电密风机；87-第一气密温度传感器；88-第二气密温度传感器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1，本发明提供了燃气式氧化炉，包括氧化腔1、第一加热装置2及第二加热装置3；所述第一加热装置2与所述氧化腔1通过第一循环风道串联连接，以形成第一循环回路；所述第二加热装置3与所述氧化腔1通过第二循环风道串联连接，以形成第二循环回路；所述第一循环回路与所述第二循环回路并联设置，所述第二循环回路用于给所述氧化腔进行温度补偿。本发明提供的燃气式氧化炉通过第一循环回路为氧化腔提供热风，以对碳纤维进行预氧化，通过第二循环回路的温度补偿功能，为碳纤维预氧化工艺提供一个相对恒温的温度环境，进而提高碳纤维的预氧化的效果。具体的，将第一循环回路中热风的温度设定在预氧化温度以下，利用第二循环回路的温度补偿功能，使用预氧化的热风的温度达到预氧化温度。

请参阅图1，作为优选的实施方式，所述第一加热装置2包括燃气室22及与之连接的主换热器21，所述主换热器21与所述氧化腔1连接。所述第二加热装置3为循环电加热器。所述氧化腔1与所述主换热器21通过所述第一循环风道连接，形成第一循环回路；所述氧化腔1与所述循环电加热器通过所述第一循环风道连接，形成与所述第一循环回路并联的第二循环回路。所述燃烧室22与所述主换热器21连接，所述主换热器21将所述燃烧室22产生的热风的能量传递给所述第一循环回路中的热风。碳纤维是一种易燃品。由于燃气燃烧过程中，会存在可燃气体的残留，该高温可燃气体会将碳纤维点燃。因此，燃气燃烧产生的热风不可用来直接对碳纤维进行预氧化热处理。本发明采用上述间接加热的方式，利用主换热器21将燃烧室22产生的热风的热量交换至第一循环回路内的气体，再由第一循环回路内的气体对碳纤维进行预氧化处理，从而避免碳纤维了的燃烧。由于燃气燃烧本身非常不易控制，因此，燃气燃烧产生的热风的温度波动幅度较大。同时主换热器21的热交换效率也会随着使用时间的延长而发生变化，从而导致第一循环回路中的热风的温度存在较大波动。因此，有必要在采用第一循环回路提供的热风的基础上，通过设置与第一循环回路并联的第二循环回路来实现对第一循环回路的温度补偿，以防止对碳纤维进行氧化处理的热风的温度波动过大，从而提高预氧化处理得到的的碳纤维的质量。所述第二循环风道与所述第一循环风道可共用部分风道，以缩短风道的长度，节约成本。作为进一步优选的方案，所述氧化腔1中间恒温加热碳纤维的部分的腔壁上沿物料前进方向设有进风端和出风端，所述第一循环风道依次将所述出风端、主换热器21和进风端连接，形成第一循环回路。所述出风端和所述主换热器21之间的第一循环风道上分出作为第二循环风道的支路，该支路连接所述第二加热装置3后，并入所述第一加热装置2的下风向的所述第一循环风道，从而使所述出风端、第二加热装置3和进风端连接，形成第二循环回路，并且使所述第一加热装置2和所述第二加热装置3并联。

请参阅图1，作为优选的方案，所述的燃气式氧化炉还包括用于调节所述第一循环回路和所述第二循环回路的进风量的风量调节机构4。优选的，所述风量调节机构4包括分别连接在所述第一循环回路和所述第二循环回路上的第一电阀41和第二电阀42。具体的，第一循环风道分出第二循环风道后，紧接着连接主换热器21，然后连接所述第一电阀41，最后与第二循环回路合并；第二循环风道从第一循环风道分出后，紧接着连接所述第二电阀42然后连接所述循环电加热器，最后第二循环回路并入第一循环回路。当第一循环回路中的热风的温度降低时，风量调节机构4可调低第一循环回路的进风量，调高第二循环回路的进风量，以维持氧化腔1风温度恒定。当第一循环回路中的热风的温度升高时，风量调节机构4可调高第一循环回路的进风量，调低第二循环回路的进风量，以维持氧化腔1风温度恒定。

请参阅图1，作为优选的方案，所述第一循环回路和/或所述第二循环回路上设有循环风机5。所述循环风机用于驱动循环回路中的热风循环流动。可以理解的是，本领域技术人员还可根据本发明的宗旨，将所述循环风机5设置在所述第一循环回路和所述第二循环回路上，可实现驱动循环回路中的热风循环流动的功能。所述循环风机也可以只设置在所述第一循环回路或所述第二循环回路上，也可实现驱动循环回路中的热风循环流动的功能。作为最优选的实施方案，所述循环风机5设在所述第一加热装置2和所述第二加热装置3的下风向、且位于所述第一循环风道和所述第二循环风道的共用部分，使所述循环风机可同时驱动所述第一循环风路和所述第二循环风路中热风在所述氧化腔1和所述第一加热装置2和所述第二加热装置3之间循环流动，从而简化了设计，提高了燃气式氧化炉的可靠性。

请参阅图1，还包括主控制器(图未示)和温度检测装置6；所述温度检测装置6包括多个温度传感器；所述氧化腔1设有进风端和出风端，多个所述温度传感器分别设置在所述氧化腔1的进风端和出风端；所述温度传感器用于检测所述氧化腔的温度变化，并将检测结果反馈给主控制器。具体的，所述主换热器31与所述循环风机5之间的第一循环风道和第二循环风道的共用部分设有第一温度传感器61；所述循环电加器和所述第二电阀之间设有第二温度传感器62，以及安装在所述氧化腔1的中部恒温区域的温度传感器(图未示)。所述主控制器在接收到所述温度传感器的反馈数据后，可根据反馈的数据控制所述第一电阀41和所述第二电阀42的开启角度，进而控制所述第一循环回路和所述第二循环回路的进风量。同时主控制器还和所述循环电加热器电连接，因此，主控制器可根据所述温度传感器反馈的数据控制所述循环加热器的加热功率，从而控制第二循环回路中的热风的温度，进而实现所述氧化腔1内热风温度的进一步的精细补偿。

请参阅图2和图3，作为优选的实施方案，所述燃气式氧化炉还包括排气系统7；所述排气系统7包括排气风道和主排气风机71；所述氧化腔1、所述燃烧室22和所述排气风机71通过所述排气风道依次串联连接。所述主排气风机71可使所述氧化腔1内形成负压，从而碳纤维在被氧化过程中产生的有毒有害有机物不会通过氧化腔1的物料出入口直接排放到大气中，而是被吸入燃烧室22充分燃烧后才通过主排气风机71排入大气。作为进一步优选的方案，所述氧化腔1的腔壁上开有排气孔，所述排气风道依次将排气孔、燃烧室22、主换热器21和主排气风机71连接。所述排气孔和所述燃烧室22之间的排气管道上还安装有阀门。所述主排气风机71与所述燃烧室22之间安装有第一排气电阀72，用于控制主排气风机71是否连接所述氧化腔1，以为所述氧化腔1提供负压。同时，通过控制第一排气电阀72的开闭大小，还可调节所述氧化腔1内的负压大小。

请参阅图1，作为优选的实施方案，所述氧化腔1的物料入口设有第一空气幕81；所述氧化腔1的物料出口设有第二空气幕82。在氧化腔1成负压的情况下，并不能保证碳纤维预氧化过程中产生的有毒有害气体被直接排入大气，因此，通过所述第一空气幕81和所述第二空气幕82的设置，对所述氧化腔1进行气封，阻止氧化腔1内的热风排出至大气，从而进一步防止有毒有害气体被直接排入大气。同时，由于热风不能排出至大气，这也有助于所述氧化腔1内的热风温度保持相对恒定。

请参阅图4，作为优选的实施方案，所述燃气式氧化炉还包括第一辅助循环回路及第二辅助循环回路；所述第一加热装置2与所述物料入口通过第一气密风道连接以形成所述第一辅助循环回路，用于加热所述物料入口的气温；所述第一加热装置2与所述物料出口通过第二气密风道连接以形成所述第二辅助循环回路，用于加热所述物料出口的气温。由于氧化腔1内呈负压，新风会由所述物料出口和所述物料入口补入所述氧化腔1，所述第一辅助循环回路和第二辅助循环回路可加热补入氧化腔1内的新风，防止新风对氧化腔1的热风的温度产生的影响过大，从而导致氧化腔1内温度大幅波动。作为进一步优选的实施方式，所述第一加热装置2与所述第一空气幕81通过第一气密风道连接以形成所述第一辅助循环回路，所述第一加热装置2与所述第二空气幕82通过第一气密风道连接以形成所述第二辅助循环回路，这样可以直接借用空气幕对新风进行加热，从而简化了设计，节约了成本。具体的，所述第一辅助循环回路和所述第二辅助循环回路的连接方式有多种。其中一种连接方式为，所述主换热器21通过第一气密风道与所述第一空气幕81形成第一辅助循环回路；所述主换热器21通过第二气密风道与所述第二空气幕82形成第二辅助循环回路。其中另一种连接方式为，设置第一辅换热器23和第二辅换热器24，所述第一辅换热器23通过第一气密风道与所述第一空气幕81形成第一辅助循环回路；所述第二辅换热器24通过第二气密风道与所述第二空气幕82形成第二辅助循环回路；所述第一辅换热器23和所述第二辅换热器24分别与所述主换热器21连接。其中第三种连接方式为，设置第一辅换热器23和第二辅换热器24；所述第一辅换热器23通过第一气密风道与所述第一空气幕81形成第一辅助循环回路；所述第二辅换热器24通过第二气密风道与所述第二空气幕82形成第二辅助循环回路；所述第一辅换热器23和第二辅换热器24分别与所述燃烧室22连接。

请参阅图4，作为优选的实施方案，所述第一气密风道上设有第一气密电加热器83和第一气密风机84；所述第一气密电加热器83用于为物料入口的气体提供温度补偿；所述第一气密风机84用于驱动所述第一辅助循环回路中的气体循环流动；所述第二气密风道上设有第二气密电加热器85和第二气密风机86；所述第二气密电加热器16用于为物料出口的气体提供温度补偿；所述第二气密风机86用于驱动所述第二辅助循环回路中的气体循环流动。具体的，第一气密风道依次将第一气密风机84，第一辅换热器23、第一气密电加热器83和第一空气幕81串联。第一气密电加热器83和第一空气幕81之间还设有第一气密温度传感器87。第一气密温度传感器8可将第一辅助循环回路中的气体的温度数据反馈给主控制器，主控制器依据得到的数据控制第一气密电加热器83对物料入口的气体提供温度补偿。第二气密风道依次将第二气密风机86，第二辅换热器24、第二气密电加热器85和第二空气幕82串联。第二气密电加热器85和第二空气幕82之间还设有第二气密温度传感器88。所述第二气密温度传感器88可将第二辅助循环回路中的气体的温度数据反馈给主控制器，主控制器依据得到的数据控制第二气密电加热器85对物料出口的气体提供温度补偿。所述主换热器21和所述第一辅换热器23之间还设有第三温度传感器63。所述主换热器21和所述第二辅换热器24之间还设有第四温度传感器64。所述第三温度传感器63和所述第四温度传感器64可将进入所述第一辅换热器23和所述第二辅换热器24的热风的温度数据反馈给所述主控制器，从而使主控制能够更精密地控制所述第一气密电加热器83和所述第二气密电加热器85的加热功率。

请参阅图2和图3，作为优选的实施方案，所述排气系统7还包括备用排气风机74；所述备用排气风机74通过一排气支路与所述主排气风机71并联。所述排气支路的设置是为了提高所述燃气式氧化炉的可靠性。因为当主排气风机71因为日常维护、或发生故障时，如果没有备用排气风机74，氧化腔1内的有毒有害气体就会被直接排至大气，从而污染环境。具体的，所述排气风道串联设置第一排气电阀72与第二排气电阀73和主排气风机71，第一排气电阀72与第二排气电阀73之间分出一排气支路，将第三排气电阀75备用排气风机74串联，然后并入排气风道，使备用排气风机74与主排气风机71并联。工作时，主排气风机71开启，第一排气电阀72和第二排气电阀73开启，第三排气电阀75关闭。当主排气风机71关闭时，第一排气电阀72和第三排气电阀75开启，第二排气电阀73关闭。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.燃气式氧化炉，其特征在于，包括氧化腔、第一加热装置及第二加热装置；

所述第一加热装置与所述氧化腔通过第一循环风道串联连接，以形成第一循环回路；

所述第二加热装置与所述氧化腔通过第二循环风道串联连接，以形成第二循环回路；

所述第一循环回路与所述第二循环回路并联设置，所述第二循环回路用于给所述氧化腔进行温度补偿。

2.如权利要求1所述的燃气式氧化炉，其特征在于：

所述第一加热装置包括燃气室及与之连接的主换热器，所述主换热器与所述氧化腔连接。

3.如权利要求2所述的燃气式氧化炉，其特征在于：

还包括用于调节所述第一循环回路和所述第二循环回路的进风量的风量调节机构；

所述风量调节机构包括第一电阀和第二电阀，所述第一电阀和第二电阀分别连接在所述第一循环回路和所述第二循环回路上。

4.如权利要求1所述的燃气式氧化炉，其特征在于：

所述第一循环回路和/或所述第二循环回路上设有循环风机。

5.如权利要求3所述的燃气式氧化炉，其特征在于：

还包括主控制器和温度检测装置；所述温度检测装置包括多个温度传感器；

所述氧化腔设有进风端和出风端，多个所述温度传感器分别设置在所述氧化腔的进风端和出风端；

所述温度传感器用于检测所述氧化腔的温度变化，并将检测结果反馈给主控制器。

6.如权利要求2所述的燃气式氧化炉，其特征在于：

还包括排气系统；所述排气系统包括排气风道和主排气风机；

所述氧化腔、所述燃烧室和所述排气风机通过所述排气风道依次串联连接。

7.如权利要求6所述的燃气式氧化炉，其特征在于：

所述氧化腔的物料入口设有第一空气幕；

所述氧化腔的物料出口设有第二空气幕。

8.如权利要求7所述的燃气式氧化炉，其特征在于：

所述燃气式氧化炉还包括第一辅助循环回路及第二辅助循环回路；

所述第一加热装置与所述物料入口通过第一气密风道连接以形成所述第一辅助循环回路，用于加热所述物料入口的气温；

所述第一加热装置与所述物料出口通过第二气密风道连接以形成所述第二辅助循环回路，用于加热所述物料出口的气温。

9.如权利要求8所述的燃气式氧化炉，其特征在于：

所述第一气密风道上设有第一气密电加热器及第一气密风机；所述第一气密电加热器用于为所述物料入口的气体提供温度补偿；所述第一气密风机用于驱动所述第一辅助循环回路中的气体循环流动；

所述第二气密风道上设有第二密电加热器及第二气密风机；所述第二气密电加热器用于为所述物料出口的气体提供温度补偿；所述第二气密风机用于驱动所述第二辅助循环回路中的气体循环流动。

10.如权利要求6所述的燃气式氧化炉，其特征在于：

所述排气系统还包括备用排气风机；所述备用排气风机通过一排气支路与所述主排气风机并联。

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