CN114485173A - 一种多膛炉及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多膛炉及方法，涉及垃圾焚烧及冶金窑炉技术领域，解决了多膛炉能耗高、效率低及气固反应不彻底等技术问题。该多膛炉包括炉体，炉体顶部和底部分别设置进料口和出料口，炉体内腔中通过设置多层多孔布气板以将内腔分隔成多层炉膛，多孔布气板迎向物料一侧设置有出气孔；还包括与每层多孔布气板连通的进气管，以通过多孔布气板在每层炉膛内形成底吹式结构；物料通过重力分力和底吹气体浮力的共同作用由上层炉膛流动向下层炉膛。本发明通过气体底吹方式破解反应生成气体气压对反应过程的抑制作用，强化干燥、焙烧、焙解过程，提高效率和反应的充分性，实现多膛炉更高效率和更低成本的目的。

Description

一种多膛炉及方法

技术领域

本发明涉及垃圾焚烧及冶金窑炉技术领域，尤其是涉及一种多膛炉及方法。

背景技术

多膛炉又称多段炉或机械炉，是一种有机械传动装置的多膛焚烧炉，19世纪中期首先应用于化学工业焙烧硫铁矿。现今，已广泛应用于污泥的焚烧处理及有色金属冶炼等领域。

多段炉的特点是物料在炉内的停留时间长，能挥发较多的水分，适合处理含水率高、热值低的污泥及粉末类物质。可以使用多种燃料进行加热，燃烧效率较高。可以利用任何一层的燃料燃烧器以提高各层炉内温度。因此，多膛炉已经逐步成为有色金属硫化物焙烧的一种重要炉型。

传统多膛炉结构如图1所示。多膛炉是由多层炉膛组成的，一般根据所需要处理的物料特征及工艺安排，有4，6，8，10，12，15，16，17层多膛炉。所加工的物料由多膛炉顶部的进料口2下料进入第一层，并在中心轴300旋转带动的耙齿200作用下，逐步向四周铺开和耙动。在炉腔壁部的加热器以及下部升腾的热气共同输入的热量作用下，物料开始升温，水分开始蒸发；当物料被耙动到周边时，从第一次炉层板中的孔洞跌落第二层。进入第二层物料在反向耙齿的耙动作用下，逐步向中心移动。在第二层物料被继续加热至一定温度，排干其中水蒸气，温度也逐步上升至反应温度点。进入第二层中部的物料再次从第二层中心孔洞400跌入第三层炉膛。一般第三和第四层为彻底干燥或者初始反应层，第五～第八层为持续反应层，第九第十层为精整层。经过第三～第十层之间反复干燥或反应后的物料，在耙齿的作用下进入第十一和十二层逐步降温。离开第十二层后的物料直接进入破碎区，粗破其中的粘连的块体。整个过程中产生的水蒸气或者焙烧产生的SO₂气体沿着物料流动的反方向向上流动，通过气体流动将自身、过程反应热和外加热的热量对流给各个炉腔和物料。并在炉顶排出多膛炉，再经过除尘或者转化SO₂制酸，从而完成整个干燥或者焙烧过程。

多膛炉具有处理能力大，干燥或者焙烧效果好，相对节能等优点，是大型有色焙烧企业首选的火法冶金窑炉。之所以如此，是因为炉膛面积大，气固界面多，物流自上而下与高温气体自下而上逆流热对流交换。

但是由此也产生了新的问题，就是多膛炉各层物料经过干燥/焙烧/焙解产生的气体浓度增加，分压加大，对干燥/焙烧/焙解过程的抑制作用显著增强。有些物料，诸如铅精矿或锌精矿等在焙烧过程中，还会因为SO₂分压的增高，PbO或ZnO产率降低，而PbSO4或ZnSO4增多，进而影响其在后期的还原率。为了消除干燥/焙烧/焙解过程的生成气体分压对反应的抑制，将反应进行彻底。目前的主要做法就是提高温度、增加进气量、延长时间或者减少物料等。而这些因素对产量和成本造成显著影响。随着“双控”和“双碳”政策的出台，有色金属作为节能减排的主要工业领域，面临着严峻的能源和CO2减排的压力。

针对现有多膛炉应用存在的问题，业界人士进行了较多的尝试。比如“多膛炉系统(CN206563499U)”，该系统设置有热风出口和燃气入口，热风出口与燃气入口经热风输送管路相连通。主要解决的是冷却多膛炉中间转轴得到的热风没有得到有效利用。“钼焙烧多膛炉炉床(CN213480991U)”，该系统主要是针对钼冶金领域多膛炉设备使用中，钼焙烧多膛炉消耗能源过大，污染空气环境，而且炉床上的炉底硬度大，耙齿和耙臂受力磨损现象和断裂事故较多，进而造成生产停车，影响企业正常运行等题。解决方式是在炉体的外表增加热风输入系统，使热风出口排出的热风中含有的热量用于提高燃气的温度，同时提供燃气燃烧所需的氧气，这有利于提高热量的利用率以及燃气的燃烧效率，减少钼焙烧多膛炉对能源的消耗，避免对空气环境的污染，以及通过在倾斜式炉床的床底添加炉底垫层，可以减少耙齿和耙臂的受力，增加炉床、耙齿和耙臂使用寿命，避免经济损失。但以上两种方式均只考虑了热风的输入地点对温度的影响，通过热风输入确保炉体内温度均衡，但并不能解决物料在炉体内需要时间长，生成气体分压干燥/焙烧/焙解过程的制约问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多膛炉及方法，以解决现有技术中存在的多膛炉能耗高、效率低及气固反应不彻底的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种多膛炉，包括炉体，所述炉体顶部和底部分别设置进料口和出料口，所述炉体内腔中通过设置多层多孔布气板以将内腔分隔成多层炉膛，所述多孔布气板迎向物料一侧设置有出气孔；还包括与每层所述多孔布气板连通的进气管，以通过所述多孔布气板在每层所述炉膛内形成底吹式结构；物料通过重力分力和底吹气体浮力的共同作用由上层炉膛流动向下层炉膛。

作为本发明的进一步改进，所述进料口和所述出料口正对设置均位于所述炉体中轴线上；所述多孔布气板正对所述进料口设置。

作为本发明的进一步改进，所述多孔布气板包括交替设置在相邻两层所述炉膛内的第一布气板和第二布气板，所述第一布气板为圆锥体结构，所述第二布气板为倒圆台体结构，下部中心位置设置有倒锥台形通孔；且所述第二布气板顶部直径宽度大于所述第一布气板底部宽度；所述第二布气板底部具有供物料进入下一层炉膛的过料口；所述过料口直径小于所述第一布气板底部直径。

作为本发明的进一步改进，所述过料口正对下一层炉膛内所述第一布气板的顶部设置。

作为本发明的进一步改进，所述第一圆锥形布气板的水平夹角不大于物料安息角。

作为本发明的进一步改进，所述第二布气板顶部直径小于或等于所述炉体内腔直径。

作为本发明的进一步改进，所述进气管设置在所述炉体外侧。

作为本发明的进一步改进，还包括设置在所述进气管上的加热元件。

作为本发明的进一步改进，所述加热元件为加热电阻丝。

作为本发明的进一步改进，还包括控制单元，所述控制单元与所有的所述加热元件连接，能够独立控制对应于每层炉膛的所述进气管中的气体温度、气量。

本发明提供的一种干燥、焙解、焙烧、还原、合成方法，其特征在于，利用所述多膛炉进行干燥、焙解、焙烧、还原、合成的方法，包括如下步骤：

步骤S1、物料从炉体顶部的进料口进入第一层炉膛，并与位于进料口下方的多孔布气板接触；

步骤S2、进气管向多孔布气板内吹入气体，气体经多孔布气板的斜壁向外吹出，物料在其自身重力分力和多孔布气板内吹出的气体给予物料的浮力的共同作用下，沿着多孔布气板斜壁向两侧流动，直到流动到圆锥体多孔布气板底部后跌落进入到第二层炉膛内；

步骤S3、从第一层炉膛跌落的物料进入到第二层炉膛内的多孔布气板上，物料在其自身重力分力和底吹气体对物料给与的浮力共同作用下，沿多孔布气板顶部两端向中心移动集中，并由下部的圆形过料口掉落进入到第三层炉膛；

步骤S4、重复上述步骤，物料完成整个多膛炉的流动过程，从而实现物料的干燥、焙解、焙烧、还原、合成过程；直到多膛炉最底层时，从底部出料口出料；

步骤S5、在上述S1-S4的整个过程中，各层炉膛可以根据工艺需要对进入气体的温度和气量进行独立控制。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明提供的多膛炉，是一种底吹式多膛炉，包括炉体，所述炉体顶部和底部分别设置进料口和出料口，所述炉体内腔中通过设置多层多孔布气板以将内腔分隔成多层炉膛，所述多孔布气板迎向物料一侧设置有出气孔；还包括与每层所述多孔布气板连通的进气管，以通过所述多孔布气板在每层所述炉膛内形成底吹式结构；通过重力分力和底吹气体浮力的共同作用下，物料由上层炉膛流动向下层炉膛，通过气体底吹方式破解反应生成气体气压对反应过程的抑制作用，强化干燥、焙烧、焙解过程，提高效率和反应的充分性，实现多膛炉更高效率和更低成本和反应更彻底的目的。

本发明提供的多膛炉，具有效率高的特点，通过强化传质、传热和传能，加快气固反应或分离速度；能耗低，通过设置加热元件加热气体和炉膛内的多孔布气板，受热材料少，传热效率高；物料干燥/焙烧/焙烧/还原过程充分，由于反应气体产物及时被排出，消除了其对反应速度和生成物成分的影响，提高了生成物质量；多膛炉物料实现无动力输送，结构简单，无需耙臂和耙齿、动力消耗少；由于底吹气体作用，物料与多孔布气板以及相互之间的粘粘减少，团聚少、无需破碎其中粘连块体，成品率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是现有技术中多膛炉的结构示意图；

图2是本发明多膛炉的结构示意图。

图中1、炉体；2、进料口；3、出料口；4、进气管；5、第一布气板；6、第二布气板；7、过料口；8、加热电阻丝；100、炉膛；200、靶齿；300、中心轴；400、中心孔洞。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图2所示，本发明提供了一种多膛炉，包括炉体1，炉体1顶部和底部分别设置进料口2和出料口3，物料从顶部进入第一层炉膛。炉体1内腔中通过设置多层多孔布气板以将内腔分隔成多层炉膛100，多孔布气板迎向物料一侧设置有出气孔；还包括与每层多孔布气板连通的进气管4，以通过多孔布气板在每层炉膛100内形成底吹式结构；物料通过重力分力和底吹气体浮力的共同作用由上层炉膛100流动向下层炉膛100。

本发明提供的多膛炉，物料通过重力分力和底吹气体浮力的共同作用由上层炉膛流动向下层炉膛，通过气体底吹方式破解反应生成气体气压对反应过程的抑制作用，强化干燥、焙烧、焙解过程，提高效率和反应的充分性，实现多膛炉更高效率和更低成本的目的。

进一步的，进料口2和出料口3正对设置均位于炉体1中轴线上；多孔布气板正对进料口2设置，具体的，多孔布气板与进料口2和出料口3均为同轴结构。通过此种结构设置，使得经进料口2进入的物料能在重力作用下直接跌落到多孔布气板上，在本发明中，炉体1内腔中是通过多孔布气板进行的炉膛分层，在没有多孔布气板位置上下炉膛是连通的。

作为本发明的一种可选实施方式，多孔布气板包括交替设置在相邻两层炉膛100内的第一布气板5和第二布气板6，第一布气板5为圆锥体结构，内部为中空，包括斜壁和底壁，斜壁上设置有出气孔；第二布气板6为倒圆台体结构，下部中心位置设置倒锥台形通孔，该通孔用于物料的流通；且第二布气板6顶部直径宽度大于第一布气板5底部宽度，以便于从上层炉膛100内跌落的物料能够全部进入到第二布气板6内；第二布气板6底部具有供物料进入下一层炉膛100的过料口7；过料口7直径小于第一布气板5底部直径。

通过以上结构设置，利用位于中间的多孔布气板进行炉膛的分层，多膛炉内不设置中心轴，各层也不设置耙臂及耙齿。物料在炉膛内的运行，依靠物料重力分力和多孔布气板下部吹进气体给予物料浮力的合力作用下，沿着多孔布气板向下移动，直到运行至布气板底部跌落进入下一层炉膛。

进一步的，过料口7正对下一层炉膛100内第一布气板5的顶部设置。

进一步的，第一布气板5水平夹角不大于物料安息角，具体的，第一布气板5水平夹角依据不同物料的安息角确定；优选的，第一布气板5的水平夹角接近物料安息角设置，即保证了物料的流动，还能保证物料流速。

进一步的，第二布气板6顶部直径小于或等于炉体1内腔直径。

作为本发明的一种可选实施方式，进气管4对称设置在炉体1外侧。进气管中吹入的气体为空气、氧气、氩气、氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等。

进一步的，还包括设置在进气管4上的加热元件。

在本实施例中，加热元件为加热电阻丝8。

本发明提供的多膛炉，具有效率高的特点，通过强化传质、传热和传能，加快气固反应或分离速度；能耗低，通过设置加热元件加热气体和炉膛内的多孔布气板，受热材料少，传热效率高；物料干燥/焙烧/焙烧/还原过程充分，由于反应气体产物及时被排出，消除了其对反应速度和生成物成分的影响，提高了生成物质量；多膛炉物料实现无动力输送，结构简单，无需耙臂和耙齿、动力消耗少；由于底吹气体作用，物料与多孔布气板以及相互之间的粘粘减少，团聚少、无需破碎其中粘连块体，成品率高。

进一步的，还包括控制单元，控制单元与所有的加热元件连接，能够控制对应于每层炉膛100的进气管4中的气体温度。

本发明提供的一种干燥、焙解、焙烧、还原、合成方法，利用所述多膛炉进行干燥、焙解、焙烧、还原、合成的方法，包括如下步骤：

步骤S1、物料从炉体顶部的进料口进入第一层炉膛，并与位于进料口下方的多孔布气板接触；

步骤S2、进气管向多孔布气板内吹入气体，气体经多孔布气板的斜壁向外吹出，物料在其自身重力分力和多孔布气板内吹出的气体给予物料的浮力共同作用下，沿着多孔布气板斜壁向两侧流动，直到流动到圆锥体多孔布气板底部后跌落进入到第二层炉膛内；

步骤S3、从第一层炉膛跌落的物料进入到第二层炉膛内的多孔布气板上，物料在其自身重力分力和底吹气体对物料给与的浮力共同作用下，沿多孔布气板顶部两端向中心移动集中，并由下部的圆形过料口掉落进入到第三层炉膛；

步骤S4、重复上述步骤，物料完成整个多膛炉的流动过程，从而实现物料的干燥、焙解、焙烧、还原、合成过程；直到多膛炉最底层时，从底部出料口出料；

步骤S5、在上述S1-S4的整个过程中，各层炉膛可以根据工艺需要对进入气体的温度和气量进行独立控制。

本发明提供的多膛炉，由于存在各层炉膛底部的多孔布气板吹入的气体，进入物料的气体传热给物料，对于焙烧过程还存在传质给物料。物料受热而蒸发的水蒸气及其焙解与焙烧的气体产物，则在底部吹入气体的压力下向上离开物料，从而保证了未处理物料和已处理物料始终处于没有生成气体影响和抑制的气氛环境。由于各层炉膛都存在底部吹进的气体压力作用，因此下部炉膛进入上层炉膛后，始终无法再次与反应过后的物料接触，从而避免了其对各层物料干燥/焙烧/焙烧过程的影响。进而使得各层物料能够持续高效推进过程。

事实上，多膛炉所能实现的干燥/焙烧/焙解功能，之所以受生成气体分压影响大，是因为所干燥/焙烧/焙解的物料自上而下始终存在生成气体之中。无法存在没有生成气体或者生成气体能及时脱离干燥/焙烧/焙解物料表面的环境中。本发明的目的就是依据多膛炉干燥/焙解/焙烧原理及其对过程影响因素的分析，从原理入手，同时借鉴现有多膛炉结构设计的优点，提出一种底吹式多膛炉及干燥/焙解、焙烧方法。其核心是通过气体底吹气体方式破解反应生成气体分压对反应过程的抑制作用，强化干燥/焙烧/焙解过程，提高效率和反应的充分性，实现多膛炉更高效率和更低成本的目的。

这里首先需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。

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1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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，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，除非另有明确的限定。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。

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。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多膛炉，其特征在于，包括炉体，所述炉体顶部和底部分别设置进料口和出料口，所述炉体内腔中通过设置多层多孔布气板以将内腔分隔成多层炉膛，所述多孔布气板迎向物料一侧设置有出气孔；还包括与每层所述多孔布气板连通的进气管，以通过所述多孔布气板在每层所述炉膛内形成底吹式结构；物料通过重力分力和底吹气体浮力的共同作用由上层炉膛流动向下层炉膛。

2.根据权利要求1所述的多膛炉，其特征在于，所述进料口和所述出料口正对设置均位于所述炉体中轴线上；所述多孔布气板正对所述进料口设置。

3.根据权利要求2所述的多膛炉，其特征在于，所述多孔布气板包括交替设置在相邻两层所述炉膛内的第一布气板和第二布气板，所述第一布气板为圆锥体结构，所述第二布气板为倒圆台体结构，中心位置设置倒锥台形通孔；且所述第二布气板顶部直径宽度大于所述第一布气板底部宽度；所述第二布气板底部具有供物料进入下一层炉膛的过料口；所述过料口直径小于所述第一布气板底部直径。

4.根据权利要求3所述的多膛炉，其特征在于，所述过料口正对下一层炉膛内所述第一布气板的顶部设置。

5.根据权利要求3所述的多膛炉，其特征在于，所述第一布气板水平夹角不大于物料安息角。

6.根据权利要求3所述的多膛炉，其特征在于，所述第二布气板顶部直径小于或等于所述炉体内腔直径。

7.根据权利要求1所述的多膛炉，其特征在于，所述进气管设置在所述炉体外侧。

8.根据权利要求1所述的多膛炉，其特征在于，还包括设置在所述进气管上的加热元件。

9.根据权利要求8所述的多膛炉，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元与所有的所述加热元件连接，能够控制对应于每层炉膛的所述进气管中的气体温度。

10.一种干燥、焙解、焙烧、还原、合成方法，其特征在于，利用如权利要求1-9中任一项所述的多膛炉进行干燥、焙解、焙烧、还原、合成的方法，包括如下步骤：

步骤S1、物料从炉体顶部的进料口进入第一层炉膛，并与位于进料口下方的多孔布气板接触；

步骤S2、进气管向多孔布气板内吹入气体，气体经多孔布气板的斜壁向外吹出，物料在其自身重力分力和多孔布气板内吹出的气体给予物料的浮力共同作用下，沿着多孔布气板斜壁向两侧流动，并直到流动到圆锥体多孔布气板底部后跌落进入到第二层炉膛内；

步骤S3、从第一层炉膛跌落的物料进入到第二层炉膛内的多孔布气板上，物料在其自身重力分力和底吹气体对物料给与的浮力共同作用下，沿多孔布气板顶部两端向中心移动集中，并由下部的圆形过料口掉落进入到第三层炉膛；

步骤S4、重复上述步骤，物料完成整个多膛炉的流动过程，从而实现物料的干燥、焙解、焙烧、还原、合成过程；直到多膛炉最底层时，从底部出料口出料；

步骤S5、在上述S1-S4的整个过程中，各层炉膛可以工艺需要对进入气体的温度和气量进行独立控制。

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