CN204421605U - 金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉。目前，皮江法炼金属镁降低了生产效率。实用新型的目的是研制一种金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉。结构：由上中下三个部分组成，中间部分炉壳内固定还原內罐(8)和还原外罐(7)，还原外罐(7)外侧固定还原罐外加热组合烧嘴(15)，还原內罐(8)和还原外罐(7)之间空腔装有还原球料(4)；炉体的上部分，还原內罐(8)球顶上方有挡火板(9)，双层挡火板(9)中有通孔；炉体的下部分，还原內罐(8)下端与燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴(2)相通。优点：实现高效节能与深度环保的粗镁冶竖罐结构技术，以及空气、燃气连续换向蓄热内外同时加热式燃烧金属镁还原炉结构技术。

Description

金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉

一、技术领域

本实用新型涉及金属镁生产行业的竖罐内外蓄热式加热还原炼镁新装备，专指金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉。

二、背景技术

目前，金属镁冶炼技术主要有两大类：一是电解法炼金属镁工艺，这种工艺原料来源较稀缺，制取工艺较复杂，电耗较大，产品成本高，不被采用。二是横罐式外热还原法，亦称皮江法炼金属镁，此法采用金属镁矿石为原料，煅烧后主要成分为氧化镁，在高温和真空状态下用硅铁还原出金属镁，金属镁蒸气再结晶，取得粗镁。球状还原料放在密闭的耐热钢还原罐中，通过煤气为热源进行外加热还原金属镁。国内应用的金属镁还原炉的炉型较多，根据所用燃料的不同，大体上可分为：煤气、重油、天然气为三种，不管是用哪一种燃料，还原炉还原罐工作室与燃烧室的温度为1200℃-1250℃，皮江法炼金属镁对环境污染较严重，工作人员工作环境恶劣，劳动强度较大，还不利于工艺过程实现机械化、自动化，大量消耗国家的稀有金属，还原罐中Cr占24～28％，Ni占7～9％，另外由于受耐热钢还原罐耐温限制，还原温度不能过高，从而使还原速度太慢，大大降低了炼金属镁的生产效率。金属镁冶炼还原炉是镁生产的核心设备，现行工艺国内外普遍采用的是外加热卧式还原罐还原炉。

三、实用新型内容

本实用新型的目的是研制一种新的金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉，克服上述现有技术中的不足；实现高效节能与深度环保的粗镁冶竖罐结构技术，以及空气、燃气连续换向蓄热内外同时加热式燃烧金属镁还原炉结构技术；针对传统皮江法还原罐内传热缓慢，解决还原周期长的缺点，达到节约燃料、降低成本、提高传热效率、炉内温度场更趋均匀、能量利用率高、提高炉子热效率的目的。

本实用新型的技术方案：为了方便理解整个技术内容，请对照附图，图中标号置于括号内。

金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉，由上中下三个部分组成，其特征是：炉体的中间部分从里向外看，炉壳内固定还原内罐(8)和还原外罐(7)，还原外罐(7)外侧固定还原罐外加热组合烧嘴(15)，组成还原炉外加热蓄热体(6)，还原内罐(8)和还原外罐(7)之间空腔装有还原球料(4)，即金属镁矿石为原料作为还原球料(4)，还原球料(4)下方设置还原渣排放阀门(3)，还原外罐(7)外侧与还原炉保护层(6)之间的空腔为还原管外加热区(5)，热源来自还原罐外加热组合烧嘴(15)组成的还原炉外加热蓄热体(6)；炉体的上部分从下向上看，还原内罐(8)球顶上方有挡火板(9)，挡火板(9)固定在机架上，双层挡火板(9)中有通孔，上下通孔联通，挡火板(9)上方固定粗镁结晶器(10)，粗镁结晶器(10)上方镶嵌还原冷端内外水套(12)，粗镁结晶器(10)外侧周围是还原粗镁结晶冷端装置(11)，还原冷端内外水套(12)与冷水管相通，粗镁结晶器(10)和还原粗镁结晶冷端装置(11)之间空腔有一个真空抽气口(13)，连通外界的真空泵，粗镁结晶器(10)和还原粗镁结晶冷端装置(11)之间真空空腔与下方的还原球料(4)相通；炉体的下部分从上向下看，还原内罐(8)下端与燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴(2)相通，采用燃气辐射管取得还原内罐(8)内热腔热源和还原管外加热区(5)热腔，构成内外热源，在横向燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴(2)方向上，燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴(2)和还原内罐加热燃气烧嘴(18)相连通，与还原内罐空、烟气管道接口(17)一起组成还原内罐加热蓄热体(16)。

本实用新型的技术方案还包括：

所述的金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉，其特征是：炉体的中间部分中，还原内罐(8)内腔形成上方一个封闭的球顶圆柱状高温气体过渡区(14)，还原内罐(8)内腔中下部圆柱状空腔分为两个左右区，还原内罐(8)内腔上顶球腔互相使其联通。

所述的金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉，其特征是：炉体的下部分中，能够使空气与燃气气流斜交混合的燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴(2)和还原内罐加热燃气烧嘴(18)均采用陶瓷蜂窝体作为蓄热体。

本实用新型的优点和效果：

1、采用蓄热式的热回收燃烧系统，充分利用烟气的显热预热，使空气、燃气以达到节约燃料、降低成本的目的，竖罐内外加热有效提高了炉子的热效率，是一种结构合理、维修方便、实现集约化生产化、使用寿命长的新的金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉。

2、本实用新型的结构针对传统皮江法还原平罐、竖罐内传热距离130-150mm左右热量传递缓慢镁蒸汽压力反应低、还原周期长(现行工艺12h/周期)的缺点有改进，设想在还原罐内设置内外发热体，以缩小传热距离90-100mm，加快传热速度，提高反应效率及提高镁的蒸汽压。通过计算机模拟罐(炉)内外同时的传热传质规律；内外热法炼镁技术的创新点在于：以内外同时加热代替传统外加热、内外同时加热使传热效率大幅度提高，炉内温度场更趋均匀，能量利用率高。显著提高了反应速度，缩短了还原时间8h/周期，提高了镁收率。用内外加热还原罐，还实现了集约化生产；立式炉体和自动化装卸料系统可实现粗镁半连续式还原，提高生产效率，降低劳动强度，减少乃至消除粉尘污染。实现清洁生产。

3、内外同时加热法炼镁新工艺有望解决我国目前传统皮江法工艺诸多缺陷，我国横罐皮江法炼镁的装备水平很差，技术也很落后，为了增加产量横罐还原炉炉型很多有单面单排，单面双排，双面双排，虽然炉体改变了，虽然炉体改变了但没有改变生产模式。工人劳动强度很大，劳动环境极差，操作环境依然差，用工难，操作工人多，生产成本高，工作效率低，生产效益低，环境污染严重。列为野蛮生产。

4、从根本上提升我国金属镁冶炼行业的技术水平。此技术的开发与应用，是我国金属镁生产行业的一项突破性技术进展，是该行业可持续发展的一项重大贡献，是一项创建节能、清洁、低碳工厂的创新项目，符合我国产业发展要求，它的实施和推广必将带来显著的经济效益和深远的社会效益。

四、附图说明

图1是整体结构示意图。图中标号说明：

1-还原渣排放口，2-燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴，3-还原渣排放阀门，4-还原球料，5-还原管外加热区，6-还原炉外加热蓄热体，7-还原外罐，8-还原内罐，9-挡火板，10-粗镁结晶器，11-还原粗镁结晶冷端(整套)，12-还原冷端内外水套，13-真空抽气口，14-高温气体过渡区，15-还原罐外加热组合烧嘴，16-还原内罐加热蓄热体，17-还原内罐空、烟气管道接口(换向阀切换时空气与烟气交换)，18-还原内罐加热燃气烧嘴。

五、具体实施方式

参看图1，整个炉体呈立式金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉，分为上中下三个部分，中间部分从里向外看，炉壳内固定还原内罐8和还原外罐7。还原外罐7外侧固定还原罐外加热组合烧嘴15，组成还原炉外加热蓄热体6。其中还原内罐8内腔形成上方一个封闭的球顶圆柱状高温气体过渡区14，还原内罐8内腔中下部圆柱状空腔分为两个左右区，还原内罐8内腔上顶球腔互相使其联通；还原内罐8和还原外罐7之间空腔装有还原球料4，即金属镁矿石为原料作为还原球料4，还原球料4下方设置还原渣排放阀门3。还原外罐7外侧与还原炉保护层6之间的空腔为还原管外加热区5，热源来自还原罐外加热组合烧嘴15组成的还原炉外加热蓄热体6。

炉体的上部分从下向上看，还原内罐8球顶上方有挡火板9，挡火板9固定在机架上，双层挡火板9中有通孔，上下通孔联通，挡火板9上方固定粗镁结晶器10，粗镁结晶器10与挡火板9之间形成拱形球顶空腔作为挡火板支架(在还原罐内壁焊个支架即可)，粗镁结晶器10上方镶嵌还原冷端内外水套12，粗镁结晶器10外侧周围是还原粗镁结晶冷端装置11，还原冷端内外水套12与冷水管相通，其流动的冷水作为降温水源。粗镁结晶器10和还原粗镁结晶冷端装置11之间空腔有一个真空抽气口13，连通外界的真空泵，粗镁结晶器10和还原粗镁结晶冷端装置11之间真空空腔与下方的还原球料4相通。

炉体的下部分从上向下看，还原内罐8下端与燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴2相通，还原内罐8内热腔热源是采用燃气辐射管技术取得，还原管外加热区5为同样热腔，这种内外热源是本实用新型的结构特点。在横向燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴2方向上，燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴2和还原内罐加热燃气烧嘴18相连通，和还原内罐空、烟气管道接口17一起组成还原内罐加热蓄热体16，这种烧嘴采用陶瓷蜂窝体作为蓄热体，空气与燃气气流斜交混合。起到蓄热节能作用。

蓄热式燃烧系统工作原理：新型蓄热式烧嘴又称单预热蓄热式燃气烧嘴。这种烧嘴采用陶瓷蜂窝体作为蓄热体，空气与燃气气流斜交混合。其工作原理如图1所示，从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进入蓄热式燃烧器左后，在经过蓄热式烧嘴左陶瓷球时被加热，在极短的时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉温低50-100℃)，被加热的高温热空气进入炉膛后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气)，燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式烧嘴右排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热式烧嘴右时，将显热储存在蓄热式烧嘴内，然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热交替工作状态，从而达到节能和降低NOx排放量等目的，常用的切换周期为60-120秒。如此周而复始变换，通过蓄热体这一媒介，排出的烟气余热绝大部分转换成燃烧介质的物理热，被充分回收利用。

整个工艺流程原理：该技术工艺流程为还原炉料(原料)→装布料器→机械化装料→自动控温→还原罐内抽真空5-10Pa→开启粗镁结晶器冷却水→机械取结晶镁→自动化排渣→热能利用→渣滓利用。

控制原理：当系统确定接到“打开切断阀”和“启动系统”指令后进入运行准备状态，当确认点火工作正常，按设定温度要求，通过手动调节控制温度。在运行过程中，若出现空气压力或燃气压力低于设定值，系统将自动切断燃气发出报警信号，从而保证还原炉的安全运行。等空气、燃气压力恢复正常后由人工解锁恢复运行。空气-烟气换向阀控制由PLC(仪表)按给定时间间隔同步切换，并且任一行程开关在阀动作3-4秒后仍无到位信号均有报警信号输出与显示，同时停止整个系统待故障排除后才能投入工作。

Claims (3)

1.金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉，由上中下三个部分组成，其特征是：炉体的中间部分从里向外看，炉壳内固定还原內罐(8)和还原外罐(7)，还原外罐(7)外侧固定还原罐外加热组合烧嘴(15)，组成还原炉外加热蓄热体(6)，还原內罐(8)和还原外罐(7)之间空腔装有还原球料(4)，即金属镁矿石为原料作为还原球料(4)，还原球料(4)下方设置还原渣排放阀门(3)，还原外罐(7)外侧与还原炉保护层(6)之间的空腔为还原管外加热区(5)，热源来自还原罐外加热组合烧嘴(15)组成的还原炉外加热蓄热体(6)；炉体的上部分从下向上看，还原內罐(8)球顶上方有挡火板(9)，挡火板(9)固定在机架上，双层挡火板(9)中有通孔，上下通孔联通，挡火板(9)上方固定粗镁结晶器(10)，粗镁结晶器(10)上方镶嵌还原冷端内外水套(12)，粗镁结晶器(10)外侧周围是还原粗镁结晶冷端装置(11)，还原冷端内外水套(12)与冷水管相通，粗镁结晶器(10)和还原粗镁结晶冷端装置(11)之间空腔有一个真空抽气口(13)，连通外界的真空泵，粗镁结晶器(10)和还原粗镁结晶冷端装置(11)之间真空空腔与下方的还原球料(4)相通；炉体的下部分从上向下看，还原內罐(8)下端与燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴(2)相通，采用燃气辐射管取得还原內罐(8)内热腔热源和还原管外加热区(5)热腔，构成内外热源，在横向燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴(2)方向上，燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴(2)和还原内罐加热燃气烧嘴(18)相连通，与还原内罐空、烟气管道接口(17)一起组成还原内罐加热蓄热体(16)。

2.根据权利要求1所述的金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉，其特征是：炉体的中间部分中，还原內罐(8)内腔形成上方一个封闭的球顶圆柱状高温气体过渡区(14)，还原內罐(8)内腔中下部圆柱状空腔分为两个左右区，还原內罐(8)内腔上顶球腔互相使其联通。

3.根据权利要求1所述的金属镁竖罐内外加热蓄热式还原炉，其特征是：炉体的下部分中，能够使空气与燃气气流斜交混合的燃气内罐加热左、右蓄热组合烧嘴(2)和还原内罐加热燃气烧嘴(18)均采用陶瓷蜂窝体作为蓄热体。