CN116026153A - 一种带有可移动式高温取热装置的高温窑炉及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有可移动式高温取热装置的高温窑炉及冷却方法，带有可移动式高温取热装置的高温窑炉包括：炉体；取热管网，设置于所述炉体顶部，能够相对所述炉体升降，所述取热管网包括多个插入管，所述插入管朝向所述炉体设置，所述插入管内设有介质流道，所述介质流道用于与介质源相连通，以供介质流经。能够快速对高温窑炉进行冷却，并对余热进行回收利用，热能利用率更高。而冷却方法能够逐层冷却高温窑炉的顶部保温料，实现保温料的层次冷却，稳定回收利用余热。本发明应用于高温窑炉冷却装置领域。

Description

一种带有可移动式高温取热装置的高温窑炉及冷却方法

技术领域

本发明涉及高温窑炉冷却装置领域，特别涉及一种带有可移动式高温取热装置的高温窑炉及冷却方法。

背景技术

在石墨化炉、碳素炉、焙烧炉、预碳化窑炉、陶瓷窑炉、铝合金熔炉等炉内温度超过600℃的高温窑炉生产过程中，均存在成品或废渣的高温冷却过程，在冷却过程中会放出大量的热，同时冷却周期很长。并且热源大多分布于粉体材料内，常规冷却装置无法耐受该程度高温，通常采用间接接触冷却，且受限于粉体导热系数，取热效率较慢。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，能够快速对高温窑炉进行冷却，并对余热进行回收利用，热能利用率更高。

还提出一种使用上述带有可移动式高温取热装置的高温窑炉的快速冷却方法。

根据本发明第一方面实施例的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，包括：炉体；取热管网，设置于所述炉体顶部，能够相对所述炉体升降，所述取热管网包括多个插入管，所述插入管朝向所述炉体伸出设置，所述插入管内设有介质流道，所述介质流道用于与介质源相连通，以供介质流经。

根据本发明第一方面实施例的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，至少具有如下有益效果：在炉体的顶部设置取热管网，炉体需要冷却时，通过下降取热管网，使得取热管网上的插入管插入至炉体内进行主动散热，无需进行散热时，取热管网悬空在炉体上方，不影响炉体的正常工作；在插入管插入炉体时，介质源输送介质流经插入管的介质流道，介质流经插入管时与炉体内的物料换热带走炉体内物料的热量，实现窑炉内物料的快速降温，并通过介质带走热量，方便实现热量的回收利用，热能利用效率更高。

根据本发明的一些实施例，所述取热管网还包括进水管网和出水管网，所述进水管网与每一所述介质流道相连通，且所述进水管网用于与介质源相连通，所述出水管网与每一所述介质流道相连通，且所述出水管网与介质源或余热利用件相连通。

根据本发明的一些实施例，所述进水管网通过软管与介质源相连通，所述软管为耐受0.2MPa以上压力、200℃以上温度的柔性管道结构。

根据本发明的一些实施例，还包括罩壳，所述罩壳设置于所述炉体顶部，通过升降机构与所述炉体相连，所述取热管网设置于所述罩壳内部，位于所述罩壳朝向所述炉体的一侧。

根据本发明的一些实施例，还包括若干温度检测件，所述温度检测件位于所述炉体顶部，朝向所述炉体设置，且所述温度检测件朝向所述炉体的一端与所述插入管朝向所述炉体的一端相互平齐，能够与所述插入管一同运动。

根据本发明的一些实施例，所述插入管朝向所述炉体伸出的一端设有耐磨头。

根据本发明的一些实施例，所述插入管采用外径为0.02m-0.3m、长度为0.3m-5m、耐受600℃以上温度的管道结构。

根据本发明的一些实施例，所述插入管的插入深度为0～5m。

根据本发明的一些实施例，所述炉体为长方体厢式结构，所述炉体的外周面上设有两相对的电极，所述炉体的料腔被保温外层所包裹，所述插入管能够插入所述保温外层的顶部。

根据本发明的一些实施例，所述插入管呈矩形阵列排布。

根据本发明第二方面实施例的高温窑炉快速冷却方法，包括：本发明第一方面实施例所述的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉。

根据本发明第二方面实施例的高温窑炉快速冷却方法，至少具有如下有益效果：通过控制取热管网的升降，以及介质源输入插入管介质管道的流量，实现窑炉的快速降温并通过介质源对热能进行及回收利用，热能利用效率更高。

根据本发明的一些实施例，在窑炉冷却阶段，下降位于炉体顶部的取热管网，直至插入管插入预设深度；检测插入管插入位置的温度，在温度下降至预设温度值时，下降位于炉体顶部的取热管网，控制插入管继续插入预设深度；重复上述温度检测-插入管插入预设深度，直至插入管完全插入。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明一种实施例的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中以水为介质的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉的结构示意图；

图3为本发明一种实施例中以二氧化碳为介质的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉的结构示意图。

附图标号：

炉体100；保温外层110；

取热管网200；插入管210；进水管网220；出水管网230；

罩壳300；升降机构310。

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，涉及到方位描述，例如上、下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。

在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1、图2与图3所示，本发明一种实施例的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，包括：

炉体100；

取热管网200，设置于炉体100顶部，能够相对炉体100升降，取热管网200包括多个插入管210，插入管210朝向炉体100伸出设置，插入管210内设有介质流道，介质流道用于与介质源相连通，以供介质流经。

其中，以供介质流经是指：介质源输送介质进入介质流道的一端后，再自介质流道的另一端流出，介质源与介质流道之间可以形成闭合回路，并且介质在流出介质流道后，可通过换热件与余热利用件进行换热，以转移热量至余热利用件中；也可以是介质源-介质流道-余热利用件的输送管路，直接将带有热量的介质输入至余热利用件中进行利用。

值得理解的是，在炉体100的顶部设置取热管网200，炉体100需要冷却时，通过下降取热管网200，使得取热管网200上的插入管210插入至炉体100内进行主动散热，无需进行散热时，取热管网200悬空在炉体100上方，不影响炉体100的正常工作；在插入管210插入炉体100时，介质源输送介质流经插入管210的介质流道，介质流经插入管210时与炉体100内的物料换热带走炉体100内物料的热量，实现窑炉内物料的快速降温，并通过介质带走热量，方便实现热量的回收利用，热能利用效率更高。

其中，介质源可以为外界的自来水网，且自来水网的水经过水软化除盐装置后，通过水泵输送至介质流道内，介质为经过软化后的自来水。

其中，介质还可以为熔盐、导热油、二氧化碳、氮气或其他气体。

其中，介质流道呈缠绕设置于插入管210外，或者介质流道呈U型管状或双螺旋管状，或同心套管结构，介质流道与插入管210同轴设置，且介质流道位于插入管210内部。

值得理解的是，取热管网200的轮廓可根据炉体100顶面的轮廓进行设置，二者相互对应。

在本实施例中，以石墨化炉为例，炉体100为长方体厢式结构，炉体100的外周面上设有两相对的电极，炉体100的料腔被保温外层110所包裹，插入管210能够插入保温外层110的顶部。

值得理解的是，通过对炉体100的两电极通电，使得料腔内的物料温度升高，实现物料的石墨化。在石墨化炉的加热阶段，料腔内的温度最高可达3000℃，而保温外层110的温度则会低很多，仅有1000℃。在石墨化炉的散热阶段，将插入管210插入保温外层110，对保温外层110进行散热，保温外层110的温度较低，对插入管210的材料耐温性要求也较低，方便对插入管210进行选材，且成本偏低。加快保温外层110的散热，以在保温外层110的温度下降至出料温度时，直接拆除保温层，并取出石墨化炉内的物料。

值得理解的是，根据实际炉体100的尺寸不同、冷却要求的不同、高温窑炉的种类的不同、加工情况的不同等，插入管210采用外径为0.02m-0.3m、长度为0.3m-5m、耐受600℃以上温度的管道结构。插入管210的插入深度为0～5m。插入管210呈矩形阵列排布。

参照图1所示，取热管网200还包括进水管网220和出水管网230，进水管网220与每一介质流道相连通，且进水管网220用于与介质源相连通，出水管网230与每一介质流道相连通，且出水管网230与介质源或余热利用件相连通。

值得理解的是，进水管网220连通介质流道和介质源，通过进水管网220将介质源输送的介质输入至每一介质流道内，输送快捷方便；再通过出水管网230将介质流道内与物料换热后的介质导出，并通过出水管网230导回介质源内，以重新进行取热，或者直接导出至余热利用件内，对换热后介质的热量直接进行利用。

其中，余热利用件可以锅炉或储热设备。

值得理解的是，进水管网220并联每一介质流道，出水管网230并联每一介质流道。使得每一介质流道内流入介质的温度一致，每一介质流道的介质取热更加均匀，使得窑炉能够均匀散热冷却；而串联的介质流道，每经过一介质流道，介质的温度都会有一定的上升，影响后续介质流道的取热，造成取热不均，使得窑炉的散热不均，不利于窑炉的散热。

参照图2与图3所示，进水管网220通过软管与介质源相连通，软管为耐受0.2MPa以上压力、200℃以上温度的柔性管道结构。

值得理解的是，软管直接与介质源相连通时，软管的长度需要大于等于进水管网220和介质源之间的最大距离，使得进水管网220在升降过程中移动至此最大距离时，软管整体不会受到过大绷紧力，以避免软管损坏，且软管在进水管网220升降时，软管通过自身的柔性进行调节，以保持管路畅通，方便传输介质至进水管网220内。

值得理解的是，软管间接与介质源相连通时，软管也可以仅连接进水管网220与炉体100，并在炉体100上设置连接接口，介质源通过硬管或软管与炉体100上的连接接口相连通。

此外，出水管网230也通过软管与介质源或余热利用件相连通，出水管网230软管的设计与进水管网220软管的设计相同，在此不再进行赘述。

在本实施例中，以水为介质时，软管为耐受0.4MPa以上压力、200℃以上温度的柔性管道结构；以熔盐为介质时，软管为耐受0.2MPa以上压力、420℃以上温度的柔性管道结构。

参照图1所示，还包括罩壳300，罩壳300设置于炉体100顶部，通过升降机构310与炉体100相连，取热管网200设置于罩壳300内部，位于罩壳300朝向炉体100的一侧。

值得理解的是，罩壳300直接设置在炉体100的顶部，能够减少炉体100内热量以热辐射形式消散，使得更多的热量被取热管网200内的介质所带走，热量利用率更高。且取热管网200通过罩壳300的升降实现相对炉体100的升降，罩体对取热管网200形成支撑，取热管网200不易因为升降机构310提供的升降力而变形。

其中，升降机构310可以为液压升降装置。

其中，罩壳300的形状与炉体100顶面的形状相对应。

在本发明的一些具体实施例中，还包括若干温度检测件，温度检测件位于炉体100顶部，朝向炉体100设置，且温度检测件朝向炉体100的一端与插入管210朝向炉体100的一端相互平齐，能够与插入管210一同运动。

值得理解的是，通过温度检测件与插入管210一同运动，且温度检测件与插入管210朝向炉体100的一端相互对齐，在插入管210插入炉体100内时，温度检测件也将插入炉体100内，实现插入管210插入深度的炉体100温度检测，方便在插入管210插入管210位的温度下降至一定值时，控制升降机构310将插入管210插入至炉体100内的更深处，实现炉体100的逐层冷却，并且，方便控制取热管网200的取热量在一定范围内，便于持续输出稳定地带有一定热量的介质。

其中，温度检测件为热电偶，热电偶可以直接设置在罩壳300上，朝向炉体100一侧伸出设置。

在本发明的一些具体实施例中，插入管210朝向炉体100伸出的一端设有耐磨头。

值得理解的是，耐磨头能够在插入管210插入炉体100内时，提供更好的耐磨性能，提高插入管210插入炉体100内的次数，有效延长插入管210的使用寿命，使用更加可靠。

其中，耐磨头呈钻头状，在插入管210插入过程中，钻头状耐磨头的插入效果更好，方便插入炉体100内的保温料中，保温料多为粉状物堆叠。

参照图1所示，根据本发明第二方面实施例的高温窑炉快速冷却方法，包括：本发明第一方面实施例的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉。

值得理解的是，通过控制取热管网200的升降，以及介质源输入插入管210介质管道的流量，实现窑炉的快速降温并通过介质源对热能进行及回收利用，热能利用效率更高。

参照图1所示，在窑炉冷却阶段，下降位于炉体100顶部的取热管网200，直至插入管210插入预设深度；检测插入管210插入位置的温度，在温度下降至预设温度值时，下降位于炉体100顶部的高温取热装置，控制插入管210继续插入预设深度；重复上述温度检测-插入管210插入预设深度，直至插入管210完全插入。

其中，预设深度是指：通过在升降机构310内预设多个下降深度，每一下降深度即为插入管210在对应位置的预设深度，须理解的是，每一次下降时的下降深度的具体数值可以是相同的，也可以是不同的，例如，在插入保温外层110的深度越深时，保温外层110的温度越高，插入管210每一次下降的深度可以逐渐降低，以维持取热量的稳定。预设温度值可根据取热管网200的取热量、炉体100下降温度进行取值。

值得理解的是，在插入管210插入的过程中，插入管210仅插入预设深度，使得插入管210与保温料的接触面积固定，而保温料作为保温材料，其热传递性能较低，在外层保温料的温度迅速降低时，其内层的温度依然会处于较高数值，内层温度变化小。故当插入管210自保温外层110的外侧插入其内侧的过程中，插入管210每一插入后所冷却的保温料，仅仅是插入深度附近的保温料，不易对更深处的保温料产生加大的影响，使得插入管210每一次插入时，所能自保温料取走的热量接近，而在取热的热量固定时，可通过调节介质在介质管道内的流量，进而调节介质的温度变化值；例如，在初始插入时，保温料的温度较高，调大介质的流速，使得介质的流量增大，缩短与保温料的换热时间，减小介质的取热量，避免介质在保温料温度较高时，温度骤然升高；在插入一段时间后，保温料温度下降至较低状态，调小介质的流速，使得介质的流量减小，增大与保温料的换热时间，增大介质的取热量，避免介质在温度较低时，温度上升过慢。在介质流经介质管道的温度在较小范围内波动时，能够将热量稳定地输送至余热利用件中，方便余热利用件对热量进行利用。

下面以水为介质的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉的石墨化炉为例进行示例性说明，须理解的是，以下内容不构成对本发明的具体限制。

石墨化炉设有炉体100，炉体100四周为耐火砖构成的炉墙，炉体100的左右两端设置电极。炉体100的前后两侧炉墙设置保温料构成的保温外层110，炉体100顶部及底部也设置保温料构成的保温外层110，以整体包覆料腔。其中，先在炉体100底部铺设保温料，再将炉体100料腔的粉料与两侧的保温料一同填充，最后，将保温料铺设在料腔和周边保温料的顶部，保温料形成保温外层110。

罩壳300内密布取热管网200，整体布有一根进水总管、一根出水总管、多个进口联箱、多个出口联箱、多根进水支管和多根出水支管，多个进水联箱与一根进水总管相连通，每一进水联箱与每一进水支管一一对应，多个出水联箱与一根出水总管相连通，每一出水联箱与每一出水支管一一对应，进水总管布置有电动调节阀，出水总管布置有电动截止阀；多根插入管210共用一根进水支管，多根插入管210共用一根出水支管，每根进水支管和出水支管上布置电动截止阀。

罩壳300两侧布置有4个液压机构，液压机构布置在底部钢梁上，液压辅助设备布置在液压机构旁，4个液压机构同步顶升。

插入管210采用外径0.15m的耐600℃高温圆管，取热管长度2m，取热前插入管210通过支撑机构及罩壳300支撑，以悬空在炉体100上方，取热阶段根据炉体100内的粉体温度控制取热深度，最大进入粉体深度1.5m。

插入管210及罩壳300在液压机构的带动下，自悬空状态插入炉体100顶部的保温外层110中，以对保温外层110进行降温。

使用水作为介质，水的比热容大，所能带走的热量多，换热性能好。

下面以二氧化碳为介质的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉的石墨化炉为例进行示例性说明，须理解的是，以下内容不构成对本发明的具体限制。

石墨化炉设有炉体100，炉体100四周为耐火砖构成的炉墙，炉体100的左右两端设置电极。炉体100的前后两侧炉墙设置保温料构成的保温外层110，炉体100顶部及底部也设置保温料构成的保温外层110，以整体包覆料腔。其中，先在炉体100底部铺设保温料，再将炉体100料腔的粉料与周边的保温料一同填充，最后，将保温料铺设在料腔和周边保温料的顶部，保温料形成保温外层110。

罩壳300内密布取热管网200，整体布有一根进气总管、一根出气总管、一个进口联箱、一个出口联箱、多根进气支管和多根出气支管，进气联箱与进气总管相连通，进气联箱与每一进气支管均相连通，出气联箱与出气总管相连通，出气联箱与每一出气支管均相连通，多根插入管210共用一根进气总管，多根插入管210共用一根出气总管，进气总管布电动调节阀，出口总管布电动截止阀。

罩壳300两侧布置有4个液压机构，液压机构布置在底部钢梁上，液压辅助设备布置在液压机构旁，4个液压机构同步顶升。

插入管210采用外径0.2m的耐600℃高温圆管，取热管长度2.5m，取热前插入管210通过支撑机构及罩壳300支撑，以悬空在炉体100上方，取热阶段根据炉体100内的粉体温度控制取热深度，最大进入粉体深度2m。

使用二氧化碳作为介质，其性能稳定，使用温区广，且泄漏风险低，结构简单。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，其特征在于，包括：

炉体；

取热管网，设置于所述炉体顶部，能够相对所述炉体升降，所述取热管网包括多个插入管，所述插入管朝向所述炉体伸出设置，所述插入管内设有介质流道，所述介质流道用于与介质源相连通，以供介质流经。

2.根据权利要求1所述的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，其特征在于：所述取热管网还包括进水管网和出水管网，所述进水管网与每一所述介质流道相连通，且所述进水管网用于与介质源相连通，所述出水管网与每一所述介质流道相连通，且所述出水管网与介质源或余热利用件相连通。

3.根据权利要求2所述的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，其特征在于：所述进水管网通过软管与介质源相连通，所述软管为耐受0.2MPa以上压力、200℃以上温度的柔性管道结构。

4.根据权利要求1所述的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，其特征在于：还包括罩壳，所述罩壳设置于所述炉体顶部，通过升降机构与所述炉体相连，所述取热管网设置于所述罩壳内部，位于所述罩壳朝向所述炉体的一侧。

5.根据权利要求1所述的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，其特征在于：还包括若干温度检测件，所述温度检测件位于所述炉体顶部，朝向所述炉体设置，且所述温度检测件朝向所述炉体的一端与所述插入管朝向所述炉体的一端相互平齐，能够与所述插入管一同运动。

6.根据权利要求1所述的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，其特征在于：所述插入管朝向所述炉体伸出的一端设有耐磨头。

7.根据权利要求1所述的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，其特征在于：所述插入管采用外径为0.02m-0.3m、长度为0.3m-5m、耐受600℃以上温度的管道结构。

8.根据权利要求1至7任一项所述的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉，其特征在于：所述炉体为长方体厢式结构，所述炉体的外周面上设有两相对的电极，所述炉体的料腔被保温外层所包裹，所述插入管能够插入所述保温外层的顶部。

9.一种高温窑炉快速冷却方法，其特征在于，包括：权利要求1至8任一项所述的带有可移动式高温取热装置的高温窑炉。

10.根据权利要求9所述的高温窑炉快速冷却方法，其特征在于：

在窑炉冷却阶段，下降位于炉体顶部的取热管网，直至插入管插入预设深度；

检测插入管插入位置的温度，在温度下降至预设温度值时，下降位于炉体顶部的取热管网，控制插入管继续插入预设深度；

重复上述温度检测-插入管插入预设深度，直至插入管完全插入。

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