蓄热式还原炉论文和设计-谭开军

全文摘要

本实用新型公开了蓄热式还原炉，包括炉体、鼓风机和引风机，所述的炉体相对的两侧分别设置有多个风盒，两侧的风盒的数量相等，每个风盒的下方或侧方设置有一个对应的烧嘴，所述的风盒中设置有蓄热体，蓄热体中设置有连通炉体内外的风孔。本实用新型具有如下优点：本装置在炉体两侧分别设置多个风盒，风盒内设置蓄热体，可以分散回收余热，排烟温度降至100℃以下，预热回收率85%，而且可将空气温度预热至1000℃左右，炉子热效率高达50～65%，节能达到35～50%。

主设计要求

1.蓄热式还原炉，其特征在于，包括炉体（1）、鼓风机（2）和引风机（3），所述的炉体（1）相对的两侧分别设置有多个风盒（101），两侧的风盒（101）的数量相等，每个风盒（101）的下方或侧方设置有一个对应的烧嘴（102），所述的风盒（101）中设置有蓄热体（103），蓄热体（103）中设置有连通炉体（1）内外的风孔（104）；炉体（1）一侧的所有风盒（101）都通过管道连通到换向阀（4）的第一阀口（401）上，炉体（1）另一侧的所有风盒（101）都通过管道连通到换向阀（4）的第二阀口（402）上，鼓风机（2）的出风口通过管道连通到换向阀（4）的第三阀口（403）上，引风机（3）的进风口通过管道连通到换向阀（4）的第四阀口（404）上，所述的换向阀（4）包括两种状态，换向阀（4）处于第一状态时，所述第一阀口（401）连通第三阀口（403），所述第二阀口（402）连通第四阀口（404）；换向阀（4）处于第二状态时，所述第一阀口（401）连通第四阀口（404），所述第二阀口（402）连通第三阀口（403）；所述的蓄热体（103）通过安装架（5）安装在风盒（101）中，所述的安装架（5）的大小与风盒（101）匹配，安装架（5）上设置有多个蓄热槽（501），所述的蓄热槽（501）呈方形，蓄热槽（501）朝外端口的下端面设置有第一挡板（502），蓄热槽（501）朝内端口的下端面设置有第二挡板（503），蓄热体（103）即放置于蓄热槽（501）内，蓄热体（103）也呈方形，其长度和宽度与蓄热槽（501）匹配，蓄热体（103）的高度与蓄热槽（501）的高度之间的差值为第一挡板（502）的高度。

设计方案

炉体（1）一侧的所有风盒（101）都通过管道连通到换向阀（4）的第一阀口（401）上，炉体（1）另一侧的所有风盒（101）都通过管道连通到换向阀（4）的第二阀口（402）上，鼓风机（2）的出风口通过管道连通到换向阀（4）的第三阀口（403）上，引风机（3）的进风口通过管道连通到换向阀（4）的第四阀口（404）上，所述的换向阀（4）包括两种状态，换向阀（4）处于第一状态时，所述第一阀口（401）连通第三阀口（403），所述第二阀口（402）连通第四阀口（404）；换向阀（4）处于第二状态时，所述第一阀口（401）连通第四阀口（404），所述第二阀口（402）连通第三阀口（403）；

所述的蓄热体（103）通过安装架（5）安装在风盒（101）中，所述的安装架（5）的大小与风盒（101）匹配，安装架（5）上设置有多个蓄热槽（501），所述的蓄热槽（501）呈方形，蓄热槽（501）朝外端口的下端面设置有第一挡板（502），蓄热槽（501）朝内端口的下端面设置有第二挡板（503），蓄热体（103）即放置于蓄热槽（501）内，蓄热体（103）也呈方形，其长度和宽度与蓄热槽（501）匹配，蓄热体（103）的高度与蓄热槽（501）的高度之间的差值为第一挡板（502）的高度。

2.如权利要求1所述的一种还原炉，其特征在于，所述的蓄热体（103）采用蜂窝砖。

3.如权利要求1所述的一种还原炉，其特征在于，所述的安装架（5）通过螺钉固定在风盒（101）内。

4.如权利要求1所述的一种还原炉，其特征在于，所述的蓄热槽（501）朝内端口的上端面设置有第三挡板（504）。

5.如权利要求4所述的一种还原炉，其特征在于，所述的第三挡板（504）的高度与第一挡板（502）的高度一致。

6.如权利要求1所述的一种还原炉，其特征在于，所述的第二挡板（503）的高度不大于第一挡板（502）的高度。

7.如权利要求1所述的一种还原炉，其特征在于，所述的第一挡板（502）其中的一个侧端与安装架（5）铰接，另一个侧端与安装架（5）螺钉固定。

8.如权利要求1所述的一种还原炉，其特征在于，所述的换向阀（4）的控制端连接到时间继电器（6）上，所述换向阀（4）的控制端被触动一次，即会切换状态。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及化工生产领域，特别涉及到化工生产中的还原炉，具体涉及一种蓄热式还原炉。

背景技术

金属镁、钙、锌、锶都需要还原炉这个核心设备进行生产，国内外普遍采用的是外加热卧式还原罐还原炉。传统还原炉一般采用返热加热还原罐的结构。这种传统结构的还原炉中的火焰和烟气翻过挡火墙进入炉膛，自上而下经过还原罐，很快的由过火孔排出炉膛，排烟温度可以高达1200℃左右，不能很好的回收利用，能源浪费严重。此外，传统的还原炉使用原煤作为燃料，燃烧效率低下，污染严重。而且这种燃烧方式导致还原炉炉膛内部温度不均，燃烧温度控制不灵活，造成了还原罐寿命普遍太短，生产出的成品金属品质不高。

蓄热式高温燃烧技术是当今国际上先进的燃烧技术，就是在炉子两侧炉墙上都布置有均匀分配的喷口，当一侧的喷口在作为烧嘴燃烧的时候，另一侧的喷口则作为烟道用来排烟。经过一个换向周期后，通过换向阀的切换，作为烧嘴燃烧的一侧喷口变为烟道用来排烟，而原来用来排烟的另一侧喷口则作为烧嘴燃烧。就这样交替进行，同时完成加热、烟气热量的高效回收及空气的高温预热。排烟侧喷口经高温气体通道进入蓄热室，在蓄热室内通过与蓄热体进行热量交换，其温度可降至150℃以下，然后出蓄热室，经过换向阀、引风机，最后由烟囱排入大气。与此同时，空气进入另一侧已经在上一个换向周期内被高温烟气预热的高温蓄热室，同时被预热到900～1050℃，出蓄热室后经高温气体通道通过炉子侧墙喷口喷出，从喷口喷出的高温空气和燃料在炉膛内边混合边燃烧。

但现在的还原炉两侧各设置一个蓄热室，余热都是集中回收，靠近喷口处的蓄热体会吸收大量的热量，远离喷口的蓄热体吸收的热量即很少，大量的热量集中经过蓄热体，使得该处蓄热体吸收不完热量，导致热量吸收不完整，以及蓄热体利用不高的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供蓄热式还原炉，用以解决现有还原炉因集中回收余热导致的余热回收量较低的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为蓄热式还原炉，包括炉体、鼓风机和引风机，所述的炉体相对的两侧分别设置有多个风盒，两侧的风盒的数量相等，每个风盒的下方或侧方设置有一个对应的烧嘴，所述的风盒中设置有蓄热体，蓄热体中设置有连通炉体内外的风孔；

炉体一侧的所有风盒都通过管道连通到换向阀的第一阀口上，炉体另一侧的所有风盒都通过管道连通到换向阀的第二阀口上，鼓风机的出风口通过管道连通到换向阀的第三阀口上，引风机的进风口通过管道连通到换向阀的第四阀口上，所述的换向阀包括两种状态，换向阀处于第一状态时，所述第一阀口连通第三阀口，所述第二阀口连通第四阀口；换向阀处于第二状态时，所述第一阀口连通第四阀口，所述第二阀口连通第三阀口；

所述的蓄热体通过安装架安装在风盒中，所述的安装架的大小与风盒匹配，安装架上设置有多个蓄热槽，所述的蓄热槽呈方形，蓄热槽朝外端口的下端面设置有第一挡板，蓄热槽朝内端口的下端面设置有第二挡板，蓄热体即放置于蓄热槽内，蓄热体也呈方形，其长度和宽度与蓄热槽匹配，蓄热体的高度与蓄热槽的高度之间的差值为第一挡板的高度。

进一步，所述的蓄热体采用蜂窝砖，蜂窝砖中即设置大量的通孔，这些，炉体内外，通过蜂窝砖的风孔进行连通，鼓风机吸入外部空气，空气经管道连通到风盒，从蜂窝砖的风孔进入炉体内，而引风机吸气后在风盒处产生负压，使得炉体内的空气从蜂窝砖的风孔处进入管道，经引风机排放到外部。

进一步，所述的安装架通过螺钉固定在风盒内，安装架可以从风盒中拆卸下来，当安装架中蓄热体出现破碎，碎杂处理不干净，即可拆卸安装架，方便整体清理安装架。

进一步，所述的蓄热槽朝内端口的上端面设置有第三挡板，且所述的第三挡板的高度与第一挡板的高度一致。

空气冲入风盒中，进入蓄热体，经风孔进入炉体内，但蓄热体和蓄热槽的上端面之间还有缝隙，该缝隙会出现漏风，该缝隙使得蓄热体的热交换效果大大降低，所以设置了第三挡板，对该缝隙通过的空气进行阻挡，使得空气只能经风孔进入炉体内，蓄热体与空气的接触面增大，热交换效果得到保证,第三挡板的高度数据不可太大，不然会阻挡空气流通。

进一步，所述的第二挡板的高度不大于第一挡板的高度，第二挡板过高，则有可能会阻塞风孔，与第一挡板的高度一致，或者低于第一挡板的高度最好。

进一步，所述的第一挡板其中的一个侧端与安装架铰接，另一个侧端与安装架螺钉固定，第一挡板上的螺钉取下后，可以打开，方便对蓄热槽中出现的蓄热体的残杂进行清理。

进一步，所述的换向阀的控制端连接到时间继电器上，所述换向阀的控制端被触动一次，即会切换状态，时间继电器会在设定时间内动作一次，从而触动换向阀的控制端，使得换向阀切换状态。

本实用新型具有如下优点：

（1）本装置在炉体两侧分别设置多个风盒，风盒内设置蓄热体，可以分散回收余热，排烟温度降至100℃以下，预热回收率 85%，而且可将空气温度预热至1000℃左右，炉子热效率高达50～65%，节能达到35～50%；

（2）本装置的蓄热体通过安装架设置在风盒内，安装架上的蓄热槽内外侧都设置有挡板，蓄热体可以从外挡板上端进入蓄热槽，落入内外挡板之间，这样鼓风和引风时，蓄热体会由内外挡板夹持，不会出现位移，避免蓄热体掉入炉体的事件发生，而且本装置蓄热体的安装和拆卸的过程非常简单；

（3）本装置在安装架内侧的上端设置一个挡板，使得空气只能从蓄热体的气孔中进入炉体，保证热交换效果。

附图说明

图1 为实施例1的结构示意图；

图2 为实施例1中炉体侧面示意图；

图3 为实施例1中安装架的正面结构示意图；

图4 为实施例1中换向阀处于第一状态时的剖视图；

图5 为实施例1中换向阀处于第二状态时的剖视图；

图6 为实施例2中安装架的背面结构示意图；

图7 为实施例3的安装架的正面结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

如图1-5所示，蓄热式还原炉，包括炉体1、鼓风机2和引风机3，所述的炉体1相对的两侧分别设置有多个风盒101，两侧的风盒101的数量相等，每个风盒101的下方或侧方设置有一个对应的烧嘴102，所述的风盒101中设置有蓄热体103，蓄热体103中设置有连通炉体1内外的风孔104；

炉体1一侧的所有风盒101都通过管道连通到换向阀4的第一阀口401上，炉体1另一侧的所有风盒101都通过管道连通到换向阀4的第二阀口402上，鼓风机2的出风口通过管道连通到换向阀4的第三阀口403上，引风机3的进风口通过管道连通到换向阀4的第四阀口404上，所述的换向阀4包括两种状态，换向阀4处于第一状态时，所述第一阀口401连通第三阀口403，所述第二阀口402连通第四阀口404；换向阀4处于第二状态时，所述第一阀口401连通第四阀口404，所述第二阀口402连通第三阀口403；

所述的蓄热体103通过安装架5安装在风盒101中，所述的安装架5的大小与风盒101匹配，安装架5上设置有多个蓄热槽501，所述的蓄热槽501呈方形，蓄热槽501朝外端口的下端面设置有第一挡板502，蓄热槽501朝内端口的下端面设置有第二挡板503，蓄热体103即放置于蓄热槽501内，蓄热体103也呈方形，其长度和宽度与蓄热槽501匹配，蓄热体103的高度与蓄热槽501的高度之间的差值为第一挡板502的高度。

本装置中，换向阀4时典型的二位四通阀，如图4、图5，换向阀4的状态通过电机转动阀,405来控制，阀芯405每次旋转核定为转动90度，即设定电机的转率就可以保证转动角度，而阀芯405每次转动90度后，就使得阀口连通发生转变，而且只有两种变化，图4为第一状态：所述第一阀口401连通第三阀口403，所述第二阀口402连通第四阀口404；图5为第二状态：所述第一阀口401连通第四阀口404，所述第二阀口402连通第三阀口403，阀芯405不断旋转90度的过程中，换向阀4则只会在这两个状态切换。先将炉体1的连通第一阀口401的一侧设定为A侧，则另一侧为B侧。第一状态时，A侧风盒101连通到鼓风机2，B侧风盒101连通到引风机3，此时，鼓风机2将外部空气吹入A侧风盒101中，经过蓄热体103的风孔104时，空气会与蓄热体103产生热交换，蓄热体103此刻是高温状态，空气升温，A侧蓄热体103降温，然后高温空气进入炉体1中，高温空气与从风盒101边上的烧嘴102进入炉体1的燃料混合燃烧；而此时引风机3抽风，使得B侧风盒101处形成负压，炉体1内的高温空气会从B侧风盒101处流动到外侧，经过B侧蓄热体103的风孔104时，此刻B侧蓄热体103是低温状态，热交换后，B侧蓄热体103升温，高温空气会降温，从引风机3处排出到大气中。第二状态时，A侧风盒101连通到引风机3，B侧风盒101连通到鼓风机2，空气流通过程与第一状态相反。

蓄热体103通过安装架5固定在风盒101中，蓄热体103如直接安放在风盒101中，会被空气流通带动的推力不断的产生位移，蓄热体之间不断摩擦，会产生破碎，生产缝隙，影响到蓄热体的完整性和热交换能力，而且很可能出现蓄热体103跌入到炉体1内的事件，所有本装置设置了安装架5，首先将所有蓄热体103隔离放置在蓄热槽501内，蓄热体103之间不会发生接触以及摩擦，而且蓄热体103被前后的第一挡板502、第二挡板503固定住，空气流通产生的推力对蓄热体103不会产生影响，所以保证了蓄热体103的稳定性。

本装置的蓄热体103采用蜂窝砖，一个风盒101中叠放5层的蜂窝砖，每层有25个蜂窝砖，蜂窝砖通过夹持装置夹持，从第一挡板502的与蓄热槽501之间留下空间进入蓄热槽501，然后安放下来，落入第一挡板502和第二挡板503之间，

本装置为卧式还原炉，长10.65m，宽6.5m，高2.9m。在还原炉宽侧（6.5m）每侧上下两排各安装8个风盒，共安装32个风盒。

本装置的安装架5通过螺钉固定在风盒101内，在安装架5出现损坏后，锦衣方便地对安装架5进行更换修理，因为蜂窝砖在不断的高温低温循环中也会出现破碎，所以可拆卸的方式方便对安装架5进行完全的清理，避免安装架5内残留蜂窝砖残杂，导致蜂窝砖叠放不平整，影响到换热效果。

本装置的第二挡板503的高度不大于第一挡板502的高度。第二挡板503可以低于第一挡板502，只要具有阻挡效果即可，而第二挡板503过高，则会阻挡从外侧通过风孔进入炉体的空气，则使得蓄热体103的通风效果降低，与空气的接触面积降低，热交换效果也相应降低。

本装置换向阀4为气动换向阀，阀杆通过气缸的压缩空气控制，压缩空气通过电磁阀控制，电磁阀的控制端连接到时间继电器6上，所述换向阀4即是气动换向阀、气缸和电磁阀的结合体，换向阀4的控制端就是电磁阀的控制端，换向阀4的控制端被触动一次，即会切换状态。时间继电器6会在没间隔30S启动一次，发送命令到换向阀4，换向阀4就控制阀芯转动90度，从而切换状态。

实施例2

如图6，本实施例与实施例1的结构基本一致，不同之处在于本装置的蓄热槽501朝内端口的上端面设置有第三挡板504第三挡板504的高度与第一挡板502的高度一致。

蓄热体103安放在蓄热槽内，其与蓄热槽顶面留有缝隙，该缝隙的宽度与第一挡板的高度一致，空气通过该缝隙进入炉体内，该缝隙中空气与蓄热体的接触面积大大降低，影响到热交换效果，所以设置了第三挡板504，将该缝隙阻挡住，而第三挡板504也不可太高，以免阻挡住蓄热体103中的风孔。

实施例3

如图7，本实施例与实施例1的结构基本一致，不同之处在所述的第一挡板502其中的一个侧端与安装架5铰接，另一个侧端与安装架5螺钉固定。

蓄热体103采用蜂窝砖，在长期使用过程中，因为冷热循环，蜂窝砖很可能出现破裂，碎片留在蓄热槽501中，不好直接打扫，而将安装架5拆卸下来打扫也太麻烦，所以将第一挡板502设计成可打开，打开第一挡板502后，即可方便地对蓄热槽501进行清理。

设计图

蓄热式还原炉论文和设计

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设计说明书

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