CN113353975A - 一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置及方法,该装置包括水雾化装置和汽化单元,水雾化装置中的喷头安装在换热器入口端的蒸汽管线上,用于向蒸汽管线内喷出水雾,所述喷头设置在蒸汽管线上靠近过热蒸汽入口端的位置;所述汽化单元为文丘里管,文丘里管设置在所述喷头下游的蒸汽管线内,用于将水雾汽化与过热蒸汽混合,得到饱和蒸汽;提高四氯化钛精制换热效率的方法将过热蒸汽转换为饱和蒸汽,并降低蒸汽温度。本发明一方面可解决冬季精制产量受外购蒸汽流量波动影响,在低蒸汽压力下满足生产;另一方面可直接节省蒸汽3‑4t/h,实现降本增效。

Description

一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置及方法
技术领域
本发明属于有色金属冶炼装备领域技术,具体涉及一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置及方法。
背景技术
目前,工业化的海绵钛生产主要为高温下液镁还原四氯化钛的方法。该还原反应过程首先将过量液镁加入密闭反应器中,之后不断加入四氯化钛。作为海绵钛生产的重要组成部分,四氯化钛精制生产中需要使用大量的蒸汽作为能源;为了保证四氯化钛进一级蒸馏塔后发生闪蒸和四氯化钛进二级蒸馏塔后发生气化,且能够从一级蒸馏塔和二级蒸馏塔塔顶出来四氯化钛气体,四氯化钛被加热后的温度为140~160℃,由此可以推算出蒸汽温度需要达到173℃即可满足条件。
但是,为了保证输送安全,蒸汽管道中输送的都是过热蒸汽,压力大于1.0MPa、温度超过300℃。过热蒸汽经过精制换热器时不能有效利用蒸汽潜热,出口蒸汽压力仍大于0.4MPa、温度大于160℃,蒸汽利用率极低;而蒸汽压力较低(低于0.8MPa)情况下,精制热负荷不足,产量极低,对生产及质量影响较大。
另外,过热蒸汽在换热器管表面所产生的热应力,会大大缩短换热器使用寿命。持续过量通入过热蒸汽也会造成换热器管焊缝开裂,蒸汽进入四氯化钛中,造成四氯化钛含氧量增高、海绵钛的氧含量波动。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置及方法,该装置及其方法可以在换热器入口的蒸汽管线中将过热蒸汽转化为饱和蒸汽,饱和蒸汽在进入换热器时尽可能的释放热量,从而大大提高蒸汽利用率;同时,所喷出的水也可以转换为了饱和蒸汽,变相增加蒸汽流量,在满足生产需要的同时又可以大大降低蒸汽消耗量。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,包括水雾化装置和汽化单元,水雾化装置中的喷头安装在换热器入口端的蒸汽管线上,用于向蒸汽管线内喷出水雾,所述喷头设置在蒸汽管线上靠近过热蒸汽入口端的位置;所述汽化单元为文丘里管,文丘里管设置在所述喷头下游的蒸汽管线内,用于将水雾汽化与过热蒸汽混合,得到饱和蒸汽。
所述水雾化装置还包括与所述喷头连接的输水管线以及设置在输水管线上的截止阀、水泵、流量调节阀和止回阀。
所述输水管线上流量调节阀的上游设置两条并联管线,每一条并联管线上沿水流方向设置上游截止阀、水泵、下游截止阀。
所述上游截止阀和水泵之间还设有过滤器。
所述水泵和下游截止阀之间设有第二止回阀。
所述流量调节阀的下游管线上设置有第一止回阀。
所述并联管线和流量调节阀之间还设有回流管线,回流管线上安装有节流阀。
所述水泵和流量调节阀分别与控制器连接,由控制器控制水泵和流量调节阀的工作。
所述蒸汽管线上还安装有温度传感器,对蒸汽温度进行测量,温度传感器和控制器信号连接。
一种提高四氯化钛精制换热效率的方法,利用水雾化装置的水泵将输水管线内的水加压,并通过喷头朝蒸汽管线内流动的过热蒸汽喷出水雾,对过热蒸汽降温,水雾和过热蒸汽继续向蒸汽管线下游的文丘里管流动,经文丘里管后水雾汽化进入过热蒸汽形成饱和蒸汽,饱和蒸汽通过蒸汽管线出口进入换热器。
本发明的有益效果是:本发明对过热蒸汽进行喷淋水,利用过热蒸汽实现喷淋水的快速、彻底的雾化,这些更小的水滴可更快地转化成蒸汽并可在汽化单元很低的蒸汽流速下仍然呈悬浮状态,从而彻底地汽化,喷淋水雾化的过程又是对过热蒸汽降温的过程,以降低过热蒸汽在换热器管表面产生的热应力,延长换热器的使用寿命;喷淋水雾化、闪蒸成为饱和蒸汽的过程又可以增加蒸汽流量,从而降低过热蒸汽的需求量。
本发明可以对喷水量进行调节,调节后多余的水可以经回流管线的节流阀流出。
本发明应用到海绵钛四氯化钛生产领域,与传统的精制换热装置相比充分显示了其优越性,主要表现在以下两点:
①投入本装置后,四氯化钛一级精制产能由5~6吨/h提升至6~7.5吨/h。
②蒸汽进换热器蒸汽压力稳定后,温度由230~280℃降低至160~175℃,流量由5~6吨/h减少至2~3t/h。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图中标记:1、过热蒸汽,2、饱和蒸汽,3、蒸汽管线,4、温度传感器,5、控制器,6、第一止回阀,7、流量调节阀,8、节流阀,9、下游截止阀,10、第二止回阀,11、水泵,12、过滤器,13、上游截止阀,14、纯水,15、喷头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明,但并不作为对发明做任何限制的依据。
参照附图所示,一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,包括安装在换热器入口端蒸汽管线3上的水雾化装置和汽化单元,其中的水雾化装置包括输水管线和输水管线末端的喷头15,所述输水管线用于向喷头15输送压力水,所述喷头15用于将压力水向蒸汽管线内喷出,而且喷头15安装在蒸汽管线3的上方;所述汽化单元为文丘里管,文丘里管设置在所述喷头15下游的蒸汽管线3内,用于将水雾汽化与过热蒸汽混合,得到饱和蒸汽。
为了给输水管线的水加压并避免引入杂质,输水管线的前段沿水流方向依次设置上游截止阀13、过滤器12、水泵11、第二止回阀10和下游截止阀9,组成加压单元。为了确保设备的连续运行,所述加压单元设置成两组,分别位于两条并联管线上,使用时采用一开一备的方式,当其中一个加压单元出现堵塞或故障,可以快速切换到另一加压单元。
在加压单元的下游设置用于调节喷水量的流量调节阀7,流量调节阀7的下游设置第一止回阀6,避免水的回流。当流量调节阀7调节流量后,多余的水可以经流量调节阀7和加压单元之间的回流管线流出,回流管线上安装有节流阀8。
所述水泵11、流量调节阀7均由控制器5所控制,而且控制器5还可以设置饱和蒸汽的目标温度,在蒸汽管线3出口端设置温度传感器4,以测量蒸汽管线3后半段内饱和蒸汽的温度值,温度传感器4测量的温度值反馈到控制器5,控制器5根据该温度值对流量调节阀7的流量进行控制,以增大或减小喷水量,进而使得进入换热器的饱和蒸汽的温度可以达到目标温度。
作为优选,所述温度传感器4采用热电阻温度传感器。
本装置在使用时,纯水经上游截止阀13后通过过滤器12过滤出水中可能的杂质,然后被水泵11加压至2.0~4.0Mpa,通过第二止回阀10和下游截止阀9,再由流量调节阀7调节喷水量后,由喷头15喷淋到蒸汽管线3内靠近入口侧的位置,喷出的水快速雾化,并对过热蒸汽降温,然后水雾随过热蒸汽通过文丘里管,经过文丘里管后,水雾中雾化悬浮的小水滴被汽化,并补充到过热蒸汽中形成饱和蒸汽,从蒸汽管线3出口进入换热器。
在此过程中,本装置实现过热蒸汽向饱和蒸汽的转变,使得在四氯化钛的气化换热器中能够充分利用蒸汽潜热,显著强化四氯化钛的气化过程,从而达到提升换热效率的目的。
在某海绵钛生产厂,本发明装置在四氯化钛精制生产中进行了实验应用,与传统的生产装置相比,充分显示了其优越性。
一方面可解决冬季精制产量受外购蒸汽流量波动影响,在低蒸汽压力下满足生产;另一方面本装置投运可直接节省蒸汽3-4t/h,实现降本增效。具体效果如下:
(1)每小时节省蒸汽3-4t/h,蒸汽160元/吨,因此可以年节约蒸汽成本420万元。
(2)冬季受外购蒸汽流量影响,同等蒸汽压力、流量下,一级产量提高3t/h,四氯化钛增产2000吨/月。避免外购四氯化钛及海绵钛生产车间的生产等待,减少成本损失200万/月。
(3)四氯化钛精制的稳定运行,保证了氯化炉稳定运行,避免停炉保温造成额外的生产成本增加。
(4)避免库存大量粗钛,降低生产安全隐患。
(5)过热蒸汽经减温转换为饱和蒸汽后,消除了过热蒸汽在换热器管表面所产生的热应力,在延长换热器使用寿命的同时,避免了水分进入四氯化钛中造成的氧含量的增加。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制,所属领域的普通技术人员应当理解,参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,其特征在于:包括水雾化装置和汽化单元,水雾化装置中的喷头安装在换热器入口端的蒸汽管线上,用于向蒸汽管线内喷出水雾,所述喷头设置在蒸汽管线上靠近过热蒸汽入口端的位置;所述汽化单元为文丘里管,文丘里管设置在所述喷头下游的蒸汽管线内,用于将水雾汽化与过热蒸汽混合,得到饱和蒸汽。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,其特征在于:所述水雾化装置还包括与所述喷头连接的输水管线以及设置在输水管线上的截止阀、水泵、流量调节阀和止回阀。
3.根据权利要求2所述的一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,其特征在于:所述输水管线上流量调节阀的上游设置两条并联管线,每一条并联管线上沿水流方向设置上游截止阀、水泵、下游截止阀。
4.根据权利要求3所述的一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,其特征在于:所述上游截止阀和水泵之间还设有过滤器。
5.根据权利要求3或4所述的一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,其特征在于:所述水泵和下游截止阀之间设有第二止回阀。
6.根据权利要求5所述的一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,其特征在于:所述流量调节阀的下游管线上设置有第一止回阀。
7.根据权利要求5所述的一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,其特征在于:所述并联管线和流量调节阀之间还设有回流管线,回流管线上安装有节流阀。
8.根据权利要求2所述的一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,其特征在于:所述水泵和流量调节阀分别与控制器连接,由控制器控制水泵和流量调节阀的工作。
9.根据权利要求2所述的一种用于提高四氯化钛精制换热效率的装置,其特征在于:所述蒸汽管线上还安装有温度传感器,对蒸汽温度进行测量,温度传感器和控制器信号连接。
10.一种提高四氯化钛精制换热效率的方法,其特征在于:利用水雾化装置的水泵将输水管线内的水加压,并通过喷头朝蒸汽管线内流动的过热蒸汽喷出水雾,对过热蒸汽降温,水雾和过热蒸汽继续向蒸汽管线下游的文丘里管流动,经文丘里管后水雾汽化进入过热蒸汽形成饱和蒸汽,饱和蒸汽通过蒸汽管线出口进入换热器。
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