CN109780722A - 一种节能氧气加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能氧气加热炉，该加热炉包括辐射室、辐射盘管、燃烧设备、支撑结构、吊挂结构、烟囱、对流室和空气预热系统；辐射盘管的受热部分设置在辐射室内，辐射盘管的上下两端分别通过吊挂结构和支撑结构进行支撑固定；燃烧设备对辐射盘管进行辐射加热，辐射室上方的对流室内设置氧气预热管，氧气预热管与辐射盘管的入口相连，氧气预热管的上方设置水蒸气预热管；空气预热系统实现将环境空气利用烟囱内的热烟气预热后送入辐射室参与燃烧。本发明结构简单，制造方便，能够能满足生产装置大型化的需求。

Description

一种节能氧气加热炉

技术领域

本发明涉及一种氧气加热炉，属于精细化工管式加热炉设备技术领域。

背景技术

世界钛白粉产业中，主要生产工艺有氯化法和硫酸法。随着技术的研发进步，硫酸法已逐渐淘汰。中国钛白行业起步晚、规模小、产量低、成本高、产品质量不稳定。技术来源单一且需要引进国外技术，主要设备全部由国外进口。

氯化法生产工艺主要分为，配料工序、氯化工序、精制工序、氧化工序和后处理工序等五个主要工序。在氧化工序中，把常温氧气加热到设计温度，输送到氧化反应器中与四氯化钛迅速混合，发生反应生产二氧化钛和氯气。氧气加热温度的控制，是本工序最重要的反应参数。氧气加热炉是该工艺装置中最核心的设备，其运行的稳定性直接影响反应深度和产品质量。

但现有技术仍存在以下问题：

1、氧气加热炉结构复杂，应用规模小无法满足大中型生产工艺的需求。

2、结构设计局限性，导致传热盘管单方向受热，工艺介质受热不均匀，盘管局部过热，导致使用寿命低，生产稳定性差，安全存在隐患。

3、未设计合理的换热流程和余热利用系统，热效率偏低，能耗偏高，浪费严重。三废排放量大，易形成温室气体效应，不利于环境保护。

4、盘管支撑系统在炉内受高温烟气冲刷，受力复杂，材质等级高，投资成本上升。

5、管路操作压降大，运行费用高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种节能氧气加热炉，其结构简单，制造方便，能够能满足生产装置大型化的需求。

一种节能氧气加热炉，该加热炉包括辐射室、辐射盘管、燃烧设备、支撑结构、吊挂结构、烟囱、对流室和空气预热系统；

所述辐射盘管的受热部分设置在辐射室内，辐射盘管的上下两端分别通过吊挂结构和支撑结构进行支撑固定；燃烧设备对辐射盘管进行辐射加热，辐射室上方的对流室内设置氧气预热管，氧气预热管与辐射盘管的入口相连，氧气预热管的上方设置水蒸气预热管；空气预热系统实现将环境空气利用烟囱内的热烟气预热后送入辐射室参与燃烧。

进一步地，所述辐射盘管由上集合管、下集合管和炉管组成，上集合管和下集合管水平布置，炉管并列联接在上集合管和下集合管之间，炉管的两端同时与上集合管和下集合管相贯通。

进一步地，所述空气预热系统包括烟气管道、二级空气预热器、空气送风机、和一级空气预热器；

所述烟气送风机将烟囱内的热烟气通过烟气管道引入二级空气预热器，热烟气在二级空气预热器内与经过一级空气预热器预热的环境空气进行热交换，热烟气完成热交换后再次进入烟囱排空，环境空气完成热交换后由空气送风机送入辐射室内参与燃烧设备的燃烧。

进一步地，所述吊挂结构和支撑结构受辐射盘管的重力之比为3:7。

有益效果：

1、本发明的辐射室呈矩形结构设计，结构简单，制造方便。当需要扩大规模时，只要把长度方向延伸设计或镜像设计即可，这种结构设计占地小，主要结构设计不发生改变，方案设计多样化且成熟度高，能满足生产装置大型化的需求。

2、本发明将盘管竖直设置在辐射室中心，单排管双面受热，使介质在管内加热均匀性更优，可解决传统式氧气加热炉，单面受热的不均匀性，避免出现炉管向火面局部热强度高，从而产生的管壁减薄及破裂的情况；此外，燃烧器设置在盘管两侧，实现了炉内供热稳定和烟气温度场分布均匀。

3、本发明通过设置合理的换热流程，利用换热介质不同的入口温度，布置水(或)蒸汽预热管、氧气预热管对介质换热的同时，又降低了烟气出对流室的温度。烟气通过二级空气预热器与空气进行换热，提温后的空气送至燃烧器助燃以减少燃料消耗，提高加热炉整体热效率。

4、本发明的辐射盘管整体重量由布置在辐射盘管上、下的集合管支撑。由于集合管设置在炉外，温度较低，支撑结构选材可用碳钢材料，节省高合金钢的用量，降低工程造价。

5、本发明的辐射盘管支撑结构采用“上吊下支”结构设计，使辐射盘管重量以3:7的比例合理分配，受力结构简单，保证支撑结构的安全性、稳定性，且可在不停炉的情况下，对支撑结构进行巡检和维护。结构布置简洁，便于维护6、本发明的辐射盘管采用“竖琴”形式布置，可多管路并联使用，炉管与上下集合管直插结构设计，减少由弯头产生的阻力降。从而降低系统输入压力，减少运行费用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1辐射室中辐射盘管的A向视图。

其中，1-辐射室、2-辐射盘管、3-燃烧设备、4-支撑结构、5-吊挂结构、6-烟囱、7-对流室、8-水蒸气预热管、9-氧气预热管、10-烟气管道、11-二级空气预热器、12-空气送风机、13-烟气送风机、14-一级空气预热器、21-上集合管、22-下集合管、23-炉管。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种节能氧气加热炉，该加热炉包括辐射室1、辐射盘管2、燃烧设备3、支撑结构4、吊挂结构5、烟囱6、对流室7、烟气管道10、二级空气预热器11、空气送风机12、烟气送风机13和一级空气预热器14。

如附图2所示，辐射盘管2由上集合管21、下集合管22和炉管23组成，上集合管21和下集合管22水平布置，炉管23并列联接在上集合管21和下集合管22之间，炉管23的两端同时与上集合管21和下集合管22相贯通。

辐射盘管2中的炉管23位于辐射室1内，辐射盘管2的上端通过上集合管21与吊挂结构5连接，辐射盘管2的上端通过下集合管22由支撑结构4进行支撑。燃烧设备3对炉管23进行辐射加热，辐射室1上方的对流室7内设置氧气预热管9，氧气预热管9与辐射盘管2的上集合管21相连，氧气预热管9的上方设置水蒸气预热管8，水蒸气预热管8内注入循环水，用于降低对流室7中烟气的温度。

烟气送风机13将烟囱6内的热烟气通过烟气管道10引入二级空气预热器11，热烟气在二级空气预热器11内与经过一级空气预热器14预热的环境空气进行热交换，热烟气完成热交换后再次进入烟囱6排空，环境空气完成热交换后由空气送风机12送入辐射室1内参与燃烧设备的燃烧。

工作原理：常温氧气输入氧气预热管9内，由于氧气预热管9位于对流室内，因此常温氧气在氧气预热管9内实现预热，预热后的氧气随后进入辐射盘管2的上集合管21中，上集合管21将氧气分流到并列的炉管23内，炉管23接受燃烧设备3的辐射热，炉管23内的氧气升温到设定温度后由炉管23汇集到下集合管22内向外输出。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种节能氧气加热炉，其特征在于，该加热炉包括辐射室、辐射盘管、燃烧设备、支撑结构、吊挂结构、烟囱、对流室和空气预热系统；

所述辐射盘管的受热部分设置在辐射室内，辐射盘管的上下两端分别通过吊挂结构和支撑结构进行支撑固定；燃烧设备对辐射盘管进行辐射加热，辐射室上方的对流室内设置氧气预热管，氧气预热管与辐射盘管的入口相连，氧气预热管的上方设置水蒸气预热管；空气预热系统实现将环境空气利用烟囱内的热烟气预热后送入辐射室参与燃烧。

2.如权利要求1所述的节能氧气加热炉，其特征在于，所述辐射盘管由上集合管、下集合管和炉管组成，上集合管和下集合管水平布置，炉管并列联接在上集合管和下集合管之间，炉管的两端同时与上集合管和下集合管相贯通。

3.如权利要求2所述的节能氧气加热炉，其特征在于，所述空气预热系统包括烟气管道、二级空气预热器、空气送风机、和一级空气预热器；

所述烟气送风机将烟囱内的热烟气通过烟气管道引入二级空气预热器，热烟气在二级空气预热器内与经过一级空气预热器预热的环境空气进行热交换，热烟气完成热交换后再次进入烟囱排空，环境空气完成热交换后由空气送风机送入辐射室内参与燃烧设备的燃烧。

4.如权利要求3所述的节能氧气加热炉，其特征在于，所述吊挂结构和支撑结构受辐射盘管的重力之比为3:7。