CN207684908U - 一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉，包括炉体，炉体内插放有多个通过管道串联的换热单元，所述换热单元并排安装在炉体的上部，炉体的下部设置有喷火装置，喷火装置包括喷火管，所述喷火管贯穿炉体的下部，且与换热单元空间垂直，喷火管上均布多个烧嘴，烧嘴用于向炉体内喷火。通过改变烧嘴的布置方式、换热单元的结构和供气方式，克服了传统预热炉结构庞大复杂，造价高，预热效率低，对预热设备要求高等技术问题，有效延长了烧嘴和换热单元的使用寿命，充分利用了能源，精简了预热炉的主体结构，由此降低了预热炉的成本造价，减小了预热炉的运行成本，尤其适合用于需要对气相预热800℃以上的场合。

Description

一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉

技术领域

本实用新型涉及钛白粉制备设备领域，特别涉及一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉。

背景技术

纳米级二氧化钛的制备方法主要包括物理法和化学法，物理法主要包括溅射法、热蒸发法及激光蒸发法，化学法主要包括液相法和气相法，液相法主要包括均匀沉淀法和溶胶-凝胶法，气相法主要包括TiCl₄气相氧化法，目前一般采用TiCl₄气相氧化法来制备纳米二氧化钛。TiCl₄气相氧化法一般是以氮气作为TiCl₄的载气，以氧气作为氧化剂，在高温管式反应器中进行氧化反应，经气固分离，获得纳米级二氧化钛粉体，在此过程中，停留时间和反应温度对二氧化钛的粒径和粒径有影响。反应温度越高，晶界扩散速率越快，烧结驱动力越大，进而导致粒子表面积越小，粒径增大。在实际生产中，氧气需要预加热到800℃以上才能与气相的TiCl₄混合反应，将氧气预热至 800℃以上需要设置一个庞大且复杂的预热系统，传统的预热系统不仅造价高，其预热效率也相对较低，预热时间长，对预热设备要求高，资源利用率较差，需要消耗大量的能源才能将氧气预热至 800℃以上，而且，当需要获得不同的预热温度的氧气时，传统的预热系统只能通过分批次来获得，而不能通过一次性预热作业来获得所需，这就导致传统的预热系统对需求的适应性差，无法针对需求的变换来做出相应的调整。

同时，传统的预热炉的烧嘴一般只有一个，且设置于炉体的一侧，通过烧嘴向炉体内喷火，进而对换热单元进行加热，这种喷火方式存在缺陷，即靠近火焰中心的换热单元所获得热量大于位于火焰两侧的换热单元所获得热量，进而导致每个换热单元所获得的热量不均，氧气在每个换热单元内所获得的预热速率均不一样，其不仅会导致氧气的预热温度不稳定，还会导致靠近火焰中心的换热单元长时间过烧而报废，缩短了换热单元的使用周期。而且，为了使炉体能够获得足够的热量，往往烧嘴需要喷发出热量很高的火焰，以维持炉体内的高温，这就对烧嘴的材质和结构提出了很高的要求，一般用于高温加热的烧嘴均存在过烧的问题，烧嘴的使用周期不及设计使用周期的一半，需要不断更换，而烧嘴的造价又比较昂贵，这无疑增加了预热炉的运行成本。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉，以解决现有技术所存在的不足。

本实用新型采用的技术方案如下：一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉，包括炉体，炉体的一侧设有烟气出口，其特征在于，炉体内插放有多个通过管道串联的换热单元，所述换热单元并排安装在炉体的上部，炉体的下部设置有喷火装置，喷火装置包括喷火管，所述喷火管贯穿炉体的下部，且与换热单元空间垂直，喷火管上均布多个烧嘴，烧嘴用于向炉体内喷火。

由于上述结构的设置，通过设置喷火管，在喷火管上设置多个烧嘴，通过喷火管上的烧嘴向炉体内均匀喷火，使每个换热单元均能获得较均匀的热量，由此解决了换热单元受热不均匀的问题，同时，通过均布多个烧嘴的方式，使烧嘴无需喷发出很高的热量来维持炉体内的高温，这就改善了烧嘴的使用环境，降低了对烧嘴的性能要求，烧嘴的使用寿命得到有效延长，经现场使用得到，本实用新型的烧嘴的结构的使用寿命达到设计使用寿命的4/5，明显优于传统结构的烧嘴的使用寿命，在一定程度上节约了预热炉的运行成本。

进一步，喷火管内设置有燃料输送管，燃料输送管与喷火管之间的间隙形成冷却液通道，烧嘴的底部伸入喷火管内与燃料输送管连通。

由于上述结构的设置，为了防止喷火管温度过高而影响燃料输送并杜绝安全隐患，本实用新型并不直接通过喷火管来输送燃料，本实用新型采用双管的结构来更好地实现喷火功能，其积极效果主要有两点：一是可以防止输送燃料的管道本身温度过高，有效降低了对燃料输送的影响；二是喷火管和燃料输送管之间的间隙可用于输送冷却液（冷却水），以同时对燃料输送管、烧嘴和喷火管进行冷却，防止其过烧，由此在杜绝安全隐患的同时，还能有效延长燃料输送管、烧嘴和喷火管的使用寿命。另外，冷却液通道的设置还可以用来检验燃料输送管的密封性，当燃料输送管出现泄漏时，可以及时发现并采取应急措施，达到了良好地积极效果。

进一步，为了更好地实施本实用新型的喷火管结构，燃料输送管的一端为燃料输送口，其另一端为盲端；喷火管的两端敞口形成冷却液进口和冷却液出口。

考虑到在冷却过程中，冷却液会在燃料输送管的外壁结垢的问题，为了防止燃料输送管的外壁受到腐蚀，燃料输送管的外壁涂覆一层聚四氟乙烯层，聚四氟乙烯层的厚度不小于300μm。聚四氟乙烯层的主要作用是防止冷却液在燃料输送管的外壁结垢，由此保护燃料输送管的外壁不受到腐蚀的影响，起到了良好地防腐蚀效果。

进一步，所述换热单元包括换热外管，换热外管内设置有换热内管，换热外管和换热内管之间的密闭空间形成一级换热室，换热内管的腔室构成二级换热室，相邻换热单元间的一级换热室通过一级换热管路串联形成一级换热系统，一级换热系统的首端连接气体缓冲装置，其末端与气体输出装置连接；相邻换热单元间的二级换热室通过二级换热管路串联形成二级换热系统，二级换热系统的首端连接供气装置，其末端与气体缓冲装置连接。

由于上述结构的设置，通过炉体对换热单元进行加热，然后通过供气装置将需要预热的氧气输送至二级换热系统内，在换热单元内，一级换热室的温度大于二级换热室的温度，待预热的氧气经多个二级换热室换热后，待预热的氧气具有了一个初始预热温度，并被输送至气体缓冲装置内，气体缓冲装置对待预热的氧气进行再分配，然后将其输送至一级换热系统内，待预热的氧气经过多个一级换热室换热并达到设计预热温度后，通过一级换热管路输送至气体输出装置并进入下一工序，预热完成。在此过程中，由于有不断地待预热的氧气被输送至换热单元内，因此一级换热室内的氧气和二级换热室内的氧气相互之间会发生热交换。对于二级换热室来说，二级换热室内的氧气可获得一个稳定地温度梯度，二级换热室内的氧气的预热温度均匀上升，避免了过热和不稳定预热的情况出现，其初始预热环境良好；对于一级换热室来说，经均匀预热后的氧气由于具有了一个初始预热温度，因此具备了对其进行快速加热的基础条件，一级换热室内的氧气可获得一个较高的温度梯度，其预热速率明显提高，几经换热单元预热后，其可很快地被预热至设计温度，预热时间被有效缩短，同时，为了防止一级换热室内的氧气过热，通过二级换热室对一级换热室内的氧气进行降温，后期预热环境良好。在整体上，每个换热单元都对带加热的氧气进行了2次预热，其预热次数多于传统的换热单元，可省下传统1倍数量的换热单元的设置，其预热效果相对于传统的直接快速加热的预热效果相比，前者所获得的氧气的温度较均匀，预热过程在较均匀地升温条件下进行，设备的热胀冷缩系数差值较小，设备不易受到氧气侵蚀，因此对设备的要求不高，而后者由于氧气快速升温而使其获得了一个较不稳定的温度，在氧气环境下，设备快冷快热的热胀冷缩系数差值较大，易造成氧气对设备的严重侵蚀，因此对设备的要求较高。因此，本实用新型的预热炉具有换热单元布置少，换热效率高，能源利用率高，无需庞大且复杂的预热系统，对设备的要求低、投入成本较低等特点，克服了传统预热炉的不足。

进一步，为了更好地实施本实用新型的预热炉，换热外管的两端分别设置有一级换热进口和一级换热出口，一级换热进口和一级换热出口分别接通一级换热室，相邻换热单元间的一级气体进口和一级气体出口通过管路串联形成一级换热系统；换热内管的两端分别伸出换热外管的两端形成二级气体进口和二级气体出口，二级气体进口和二级气体出口分别接通二级换热室，相邻换热单元间的二级气体进口和二级气体出口通过管路串联形成二级换热系统。

为了实现一次预热作业来获得预热温度不同的氧气，换热外管的端部还设有换热气体出口，换热气体出口接通一级换热室。通过设置的换热气体出口来抽取一级换热室内的氧气，进而获得具有一定预热温度的氧气，抽取的一级换热室所在的换热单元的不同，其获得的氧气的预热温度也不同，由此实现通过一次预热作业来获得预热温度不同的氧气，适应了对实际生产的需求。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉，通过改变烧嘴的布置方式、换热单元的结构和供气方式，克服了传统预热炉结构庞大复杂，造价高，预热效率低，对预热设备要求高等技术问题，有效延长了烧嘴和换热单元的使用寿命，充分利用了能源，精简了预热炉的主体结构，由此降低了预热炉的成本造价，减小了预热炉的运行成本，尤其适合用于需要对气相预热800℃以上的场合。

附图说明

图1是本实用新型的一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉结构示意图；

图2是本实用新型的炉体剖视结构示意图；

图3是本实用新型的换热单元剖视结构示意图。

图中标记：1为炉体，101为烟气出口，2为换热单元，3为换热外管，301为一级换热进口，302为一级换热出口，303为换热气体出口，4为换热内管，401为二级气体进口，402为二级气体出口，5为一级换热室，6为二级换热室，7为一级换热管路，8为气体缓冲装置，9为二级换热管路，10为供气装置，11为喷火管，12为烧嘴，13为燃料输送管，1301为盲端，14为冷却液通道。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1至图3所示，一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉，包括炉体1，炉体1的一侧设有烟气出口101，炉体1内插放有多个通过管道串联的换热单元2，所述换热单元2并排安装在炉体1的上部，炉体1的下部设置有喷火装置，喷火装置包括喷火管11，所述喷火管11贯穿炉体1的下部，且与换热单元2空间垂直，喷火管11上均布多个烧嘴12，烧嘴12用于向炉体1内喷火。

通过设置喷火管11，在喷火管11上设置多个烧嘴12，通过喷火管11上的烧嘴12向炉体1内均匀喷火，使每个换热单元2均能获得较均匀的热量，由此解决了换热单元2受热不均匀的问题，同时，通过均布多个烧嘴12的方式，使烧嘴12无需喷发出很高的热量来维持炉体1内的高温，进而改善了烧嘴12的使用环境，降低了对烧嘴12的性能要求，烧嘴12的使用寿命得到有效延长，经现场使用得到，本实用新型的烧嘴12的结构的使用寿命达到设计使用寿命的4/5，明显优于传统结构的烧嘴12的使用寿命，在一定程度上节约了预热炉的运行成本。

进一步地说，喷火管11内设置有燃料输送管13，如图2所示，燃料输送管13与喷火11管之间的间隙形成冷却液通道14，烧嘴12的底部伸入喷火管11内与燃料输送管13连通。为了防止喷火管11温度过高而影响燃料输送，采用双管的结构来更好地实现喷火功能，其积极效果主要有两点：一是可以防止输送燃料的管道本身温度过高，有效降低了对燃料输送的影响；二是喷火管11和燃料输送管13之间的间隙可用于输送冷却液（冷却水），以同时对燃料输送管13、烧嘴12和喷火管11进行冷却，防止其过烧，由此有效延长燃料输送管13、烧嘴12和喷火管11的使用寿命。另外，冷却液通道14的设置还可以用来检验燃料输送管13的密封性，当燃料输送管13出现泄漏时，可以及时发现并采取应急措施，达到了实施检测地积极效果。

进一步地说，为了更好地实施本实用新型的喷火管11的结构，燃料输送管13的一端为燃料输送口（图中未画出），其另一端为盲端1301；喷火管11的两端敞口形成冷却液进口（图中未画出）和冷却液出口（图中未画出）。

考虑到在冷却过程中，冷却液会在燃料输送管13的外壁结垢的问题，为了防止燃料输送管13的外壁受到结垢腐蚀，燃料输送管13的外壁涂覆一层聚四氟乙烯层（图中未画出），聚四氟乙烯层的厚度不小于300μm。聚四氟乙烯层的主要作用是防止冷却液在燃料输送管13的外壁结垢，由此保护燃料输送管13的外壁不受到腐蚀的影响，起到了良好地防腐蚀效果。

在本实用新型的一个实施例中，所述换热单元2包括换热外管3，换热外管3内设置有换热内管4，换热外管3和换热内管4之间的密闭空间形成一级换热室5，换热内管4的腔室构成二级换热室6，相邻换热单元2间的一级换热室5通过一级换热管路7串联形成一级换热系统，一级换热系统的首端连接气体缓冲装置8，其末端与气体输出装置（图中未画出）连接；相邻换热单元2间的二级换热室6通过二级换热管路9串联形成二级换热系统，二级换热系统的首端连接供气装置10，其末端与气体缓冲装置8连接。

通过炉体对换热单元2进行加热，然后通过供气装置10将需要预热的氧气输送至二级换热系统内，在换热单元2内，一级换热室5的温度大于二级换热室6的温度，待预热的氧气经多个二级换热室6换热后，待预热的氧气具有了一个初始预热温度，并被输送至气体缓冲装置8内，气体缓冲装置8对待预热的氧气进行再分配，然后将其输送至一级换热系统内，待预热的氧气经过多个一级换热室5换热并达到设计预热温度后，通过一级换热管路7输送至气体输出装置并进入下一工序，预热完成。在此过程中，由于有不断地待预热的氧气被输送至换热单元2内，因此一级换热室5内的氧气和二级换热室6内的氧气相互之间会发生热交换。对于二级换热室6来说，二级换热室6内的氧气可获得一个稳定地温度梯度，二级换热室6内的氧气的预热温度均匀上升，避免了过热和不稳定预热的情况出现，其初始预热环境良好；对于一级换热室5来说，经均匀预热后的氧气由于具有了一个初始预热温度，因此具备了对其进行快速加热的基础条件，一级换热室5内的氧气可获得一个较高的温度梯度，其预热速率明显提高，几经换热单元预热后，其可很快地被预热至设计温度，预热时间被有效缩短，同时，为了防止一级换热室5内的氧气过热，通过二级换热室6对一级换热室5内的氧气进行降温，后期预热环境良好。

在本实用新型的一个实施例中，为了更好地实施本实用新型的预热炉，换热外管3的两端分别设置有一级换热进口301和一级换热出口302，一级换热进口301和一级换热出口302分别接通一级换热室5，相邻换热单元2间的一级气体进口301和一级气体出口302通过管路串联形成一级换热系统；换热内管4的两端分别伸出换热外管3的两端形成二级气体进口401和二级气体出口402，二级气体进口401和二级气体出口402分别接通二级换热室6，相邻换热单元2间的二级气体进口401和二级气体出口402通过管路串联形成二级换热系统。

在本实用新型的一个实施例中，为了实现一次预热作业来获得预热温度不同的氧气，换热外管3的端部还设有换热气体出口303，换热气体出口303接通一级换热室5。通过设置的换热气体出口303来抽取一级换热室5内的氧气，进而获得具有一定预热温度的氧气，抽取的一级换热室5所在的换热单元2的不同，其获得的氧气的预热温度也不同，由此实现一次预热作业来获得预热温度不同的氧气，适应了对实际生产的需求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于生产纳米二氧化钛的预热炉，包括炉体，炉体的一侧设有烟气出口，其特征在于，炉体内插放有多个通过管道串联的换热单元，所述换热单元并排安装在炉体的上部，炉体的下部设置有喷火装置，喷火装置包括喷火管，所述喷火管贯穿炉体的下部，且与换热单元空间垂直，喷火管上均布多个烧嘴，烧嘴用于向炉体内喷火。

2.如权利要求1所述的用于生产纳米二氧化钛的预热炉，其特征在于，喷火管内设置有燃料输送管，燃料输送管与喷火管之间的间隙形成冷却液通道，烧嘴的底部伸入喷火管内与燃料输送管连通。

3.如权利要求2所述的用于生产纳米二氧化钛的预热炉，其特征在于，燃料输送管的一端为燃料输送口，其另一端为盲端；喷火管的两端敞口形成冷却液进口和冷却液出口。

4.如权利要求2所述的用于生产纳米二氧化钛的预热炉，其特征在于，燃料输送管的外壁涂覆一层聚四氟乙烯层，聚四氟乙烯层的厚度不小于300μm。

5.如权利要求1所述的用于生产纳米二氧化钛的预热炉，其特征在于，所述换热单元包括换热外管，换热外管内设置有换热内管，换热外管和换热内管之间的密闭空间形成一级换热室，换热内管的腔室构成二级换热室，相邻换热单元间的一级换热室通过一级换热管路串联形成一级换热系统，一级换热系统的首端连接气体缓冲装置，其末端与气体输出装置连接；相邻换热单元间的二级换热室通过二级换热管路串联形成二级换热系统，二级换热系统的首端连接供气装置，其末端与气体缓冲装置连接。

6.如权利要求5所述的用于生产纳米二氧化钛的预热炉，其特征在于，换热外管的两端分别设置有一级换热进口和一级换热出口，一级换热进口和一级换热出口分别接通一级换热室，相邻换热单元间的一级气体进口和一级气体出口通过管路串联形成一级换热系统；换热内管的两端分别伸出换热外管的两端形成二级气体进口和二级气体出口，二级气体进口和二级气体出口分别接通二级换热室，相邻换热单元间的二级气体进口和二级气体出口通过管路串联形成二级换热系统。

7.如权利要求6所述的用于生产纳米二氧化钛的预热炉，其特征在于，换热外管的端部还设有换热气体出口，换热气体出口接通一级换热室。