CN102393140A - 悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉 - Google Patents

Abstract

一种悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉，包括还原炉金属炉体、还原罐、蓄热式燃烧器、悬挂装置，其中：还原炉金属炉体，其一端连接有封头，另一端连接有还原罐固定法兰盘，内部均布有还原罐，圆周上还对称设置有蓄热式燃烧器，重心点或偏重心点还设有万向吊环，在万向吊环上悬挂有悬挂钢丝绳，该悬挂钢丝绳的两端斜拉在悬挂装置上，在靠近封头的还原炉金属炉体上还设有翻转吊环，该翻转吊环经翻转钢丝绳连接电动葫芦，还原炉金属炉体以炉体万向吊环为中心，在翻转钢丝绳的拉动和放松下实现翻转；龙门架，该龙门架上悬挂有还原炉金属炉体、电动葫芦、行走机构和装料机构。

Description

悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉

技术领域

本发明涉及金属还原炉，主要是指一种用于提炼还原有色金属的悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉。

背景技术

传统的炼镁工艺为皮江法(pidgeon)，该法使用的是一种卧式炉，炉体由耐火砖搭砌在地面上，在炉内横置分布有若干还原罐，在还原罐内装填有反应物料球团，以煤或气或油为燃料，燃烧加热采用人工装卸加料方式，以还原罐外反射炉辐射热先加热还原罐，再由还原罐将热量辐射传递给罐内反应物料球团，再由球团互相接力式传递热量，是一种外围式加热。

据实践证明这种由耐火砖搭砌大炉膛燃烧加热方式，因炉膛内空间太大，热辐射传递半径大，高温烟气对流有死角，致使温度均匀性不好、使还原罐容易超温产生热蠕变变形报废，在每一个还原周期需要人工装卸料，不能实现机械化、自动化装卸料，所以由耐火砖搭砌的老式炉存在劳动强度大、能耗大、占地面积大、生产效率低、还原率低、还原罐使用寿命短等缺点，炉体本身是耐火砖搭砌，一般3个月左右进行维修，一年左右进行大修更换，所以炉体使用寿命短。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢结构制作钢壳炉体悬挂式自下料蓄热节能立卧两用还原炉，用钢结构炉体通过整体采用悬挂式结构，炉体部分采用钢制圆形金属炉体，内设多个独立的还原罐，通过翻转即可卧烧，还可立烧，加热部分采用高效燃烧器和高温烟气余热蓄热回收加热常温助燃空气和燃烧蓄热技术，从而改变了砖砌炉体大炉膛加热方式，大大缩小了热辐射半径，使高温烟气在炉体内形成高速紊流，使炉体内温度均匀，达到了升温快、节能、效率高、环保和占地面积小的目的，较好地克服了现有还原炉存在的不足。

实现本发明的技术方案是：这种还原炉包括：还原炉金属炉体、还原罐、蓄热式燃烧器、悬挂装置，其中

还原炉金属炉体，其一端连接有封头，另一端连接有还原罐固定法兰盘，内部均布有还原罐，在封头一侧的还原炉金属炉体内还设有还原罐支承法兰盘，在还原罐固定法兰盘上均布有安装还原罐的固定孔，在还原罐支承法兰盘上均布有还原罐定位孔，还原罐定位孔与还原罐固定孔对应，还原罐上端固定在还原罐固定孔内，还原罐下端固定在还原罐定位孔内，在还原罐上端还设有冷却套，在冷却套内封设有锥体结晶套，在还原炉金属炉体圆周上还对称设置有蓄热式燃烧器，该蓄热式燃烧器的设置方向相同，该蓄热式燃烧器的火焰喷口设置在还原炉金属炉体内，在还原炉的重心点或偏重心点还设有万向吊环，在万向吊环上悬挂有悬挂钢丝绳，该悬挂钢丝绳的两端斜拉在悬挂装置上，在靠近封头的还原炉金属炉体上还设有翻转吊环，该翻转吊环经翻转钢丝绳连接电动葫芦，还原炉金属炉体以炉体万向吊环为中心，在翻转钢丝绳的拉动和放松下实现翻转；

还原罐，包括罐体、冷却套和结晶套，其中罐体的装料口端连接冷却套，该冷却套内设有锥体结晶套，在冷却套上分别设有冷却水进水口、冷却水出水口、抽真空口，其中冷却水进水口经冷却水进水分配器与水泵连接连接，冷却水出水口经冷却水出水集水器与水箱连接，抽真空口经抽真空分配器与真空泵连接，在冷却套的端口封盖有端盖；

蓄热式燃烧器，包括喷嘴，该喷嘴设有点火器、燃料进口、热烟气进口、热烟气出口，其中热烟气进口和热烟气出口分别与蓄热体换热装置连接；

悬挂装置，包括龙门架，该龙门架上悬挂有还原炉金属炉体、电动葫芦、行走机构和装料机构。

该技术方案还包括：

所述蓄热式燃烧器沿还原炉金属炉体圆周切线同一方向设置，使燃烧器喷出的火焰按同一方向旋转燃烧。

所述蓄热式燃烧器为两个一组，包括设置多组，两个蓄热式燃烧器A和B分别经蓄热体A、换向阀和蓄热体B交替工作，蓄热式燃烧器A和蓄热式燃烧器B设有热烟气进口和热烟气出口，蓄热体A和蓄热体B分别设有热烟气进口和热烟气出口，其中蓄热式燃烧器A和蓄热式燃烧器B的热烟气入口和热烟气出口分别经蓄热体A和蓄热体B的热烟气进口和热烟气出口接换向阀。

所述悬挂装置包括两个龙门架组成的双跨龙门结构，在龙门架上设有悬挂吊耳，在两个龙门架之间悬挂有还原炉金属炉体，所述悬挂钢丝绳向上斜拉在龙门架的悬挂吊耳上，在龙门架上设有行走机构，该行走机构悬挂有电动葫芦，该电动葫芦可以通过翻转钢丝绳连接所述还原炉金属炉体上的翻转吊环，该电动葫芦还可以连接装料机构，当该电动葫芦通过翻转钢丝绳拉动或放松翻转吊环时，可实现还原炉金属炉体的180度翻转。

所述龙门架上悬挂有行走机构，该行走机构包括一工字钢，该工字钢上套装有槽钢，该槽钢上设有行走轮，该行走轮跨接在工字钢的下梁上，在槽钢底面设有与电动葫芦连接的吊耳，电动葫芦的吊钩经料斗钢丝绳连接装料机构。

所述装料机构设有装料斗，装料斗下端是卸料口，该卸料口上设有对开式卸料门，该对开式卸料门的两端铰接在卸料口上，对开式卸料门的对开端经卸料门钢丝绳连接在一起，该卸料门钢丝绳经料斗钢丝绳连接电动葫芦。

所述还原炉金属炉体内设有隔热保温材料层。

本发明具有的有益效果：该发明具有机械化智能化，通过PLC编程控制各个工况要点，CRT显示，监视监控。以传统的土建砖砌还原炉相比，建造一个土建砖砌还原炉需要一百多吨耐火材料，采用金属炉体后，其耗材是老式砖砌炉的1/10，老式砖砌炉使用寿命短，平均2-3个月就要维修，大修期不超过一年。采用本发明技术，金属炉体内衬浇铸耐火隔热材料的隔热保温层，其炉体永久不需更换，维护隔热保温层2-3年才一次，而且实现了装卸料机械化，减少2/3人工，节省(油、煤、气)能耗60％，比传统12个小时一炉还原周期提高2-3倍(约4-6小时一个还原周期)，改变了传统土建砖砌还原炉占地面积大、热效率低、生产效率低、无自动化、机械化，工人劳动强度大，环境恶劣等各方面落后状况，达到热法提炼金属镁工艺的机械化、自动化、节能、高效、高产和维修方便的效果。本燃气炉采用金属炉体，实现了工业化批量生产和组装，彻底改变了传统的砖砌土炉结构。

附图说明

图1是本发明的总体结构立体示意图。

图2是本发明的还原罐装料口垂直向上示意图。

图3是本发明的还原炉水平立体示意图。

图4是本发明的还原罐装料口垂直向下示意图。

图5是图1的还原炉金属炉体、还原罐和燃烧器组装立体示意图。

图6是图5的俯视图。

图7是图5的横向剖视图。

图8是图5的纵向剖视图。

图9是图1的还原炉金属炉体示意图。

图10是图5的还原罐固定法兰盘示意图。

图11是图5的还原罐支承法兰盘示意图。

图12是图5的还原罐示意图。

图13是图12的罐体示意图。

图14是图12的冷却套示意图。

图15是图12的锥体结晶套示意图。

图16是图12的端盖示意图。

图17是图5的燃烧器示意图。

图18是图1的行走机构示意图。

图19是图1的装料机构示意图。

图20是本发明的蓄热体换热装置示意图。

图21是本发明的蓄热预热助燃空气与节约燃料比率关系曲线图。

图中：1地基、2燃烧器、21点火器、22燃料进口、23热烟气进口、24热烟气出口、25燃烧器法兰、26火焰喷口、3封头、31封头法兰、4万向吊环、5还原炉金属炉体、51还原炉炉体上法兰、52翻转吊环、53还原炉炉体下法兰、6龙门架、61悬挂吊耳、7装料机构、71装料斗、72卸料口、73对开式卸料门、74卸料门钢丝绳、75吊环、8电动葫芦、81电磁阀、82蓄热体A、83鼓风机、84换向阀、85引风机、86排烟管、87蓄热体B、9行走机构、91工字钢、92行走轮、93槽钢、94下梁、95吊耳、12悬挂钢丝绳、13蓄热式还原罐、14抽真空分配器、15冷却水进水分配器、16冷却水出水集水器、17翻转钢丝绳、18耐热材料层、19锥体结晶套、20还原罐固定法兰盘、201还原罐固定孔、30还原罐支承法兰盘、301还原罐定位孔、40冷却套、41抽真空口、42冷却水进水口、43冷却水出水口、44冷却套上法兰、45冷却套下法兰、50罐体、501罐体法兰、502罐体定位柱、60端盖、601螺栓孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图所示，本还原炉为悬挂式，还原炉金属炉体可以翻转，当还原罐口朝上状态时，可用电动葫芦机械装料，当还原罐口朝下时，卸掉端盖，即可自重卸料，既可以水平烧，也可以竖直烧，它主要由还原炉金属炉体、还原罐、燃烧器、悬挂装置、行走机构、装料机构和蓄热体换热装置组成。

如图1-4所示，悬挂装置主要用于悬挂还原炉金属炉体5，其上还设置有上料的行走机构9和装料机构7，它由两个龙门架6组成为双跨龙门结构，龙门架6固定在地基1上，在龙门架6上设有用于悬挂还原炉炉体5的悬挂吊耳61。图1、2表示垂直装料和燃烧还原状态；图3表示水平燃烧还原状态；图4表示还原结束，取出结晶套并倒出废渣状态。

如图5-8所示，还原炉金属炉体5为圆筒形，内部有保温层18，两端有还原炉炉体上法兰51和还原炉炉体下法兰53，在还原炉炉体5内还固定有用于支承还原罐13的还原罐支承法兰盘30，在还原罐支承法兰盘30上均布有多个还原罐定位孔301，还原炉金属炉体5前端通过还原炉炉体上法兰51连接还原罐固定法兰盘20，在还原罐固定法兰盘20上均布有多个还原罐固定孔201，孔201与孔301对应，在孔201内固定有多个还原罐13(可根据需要确定数量)，还原罐13底部固定在孔301内，在还原炉金属炉体5圆周表面沿切线、顺时针方向对称设置有多个燃烧器2(可根据需要确定数量)，燃烧器2的火焰喷口26在还原炉炉体5内，沿切线、顺时针方向布置可保证火焰沿同一方向高速旋转，使燃烧更充分，效率更高，加热更均匀，在还原炉金属炉体5的重心点或偏重心点有万向吊环4，万向吊环4上挂接有钢丝绳12，钢丝绳12的两端斜拉在框架62的悬挂吊耳61上，在靠近封头的还原炉金属炉体5表面上还有翻转吊环52，翻转钢丝绳17一端固定在翻转吊环52上，另一端与行走机构9上的电动葫芦8连接，电动葫芦8通过收放翻转钢丝绳17及同时在工字钢91上移动，可使还原炉炉体5实现垂直、水平、垂直的180度翻转(如图1-4所示)。

如图12-15所示，还原罐13由罐体50、冷却套40和锥体结晶套19组成，罐体50前端有罐体法兰501，后端有罐体定位柱502，内部装物料；冷却套40前端有冷却套上法兰44，后端有冷却套下法兰45，在冷却套40表面还有抽真空口41、冷却水进水口42和冷却水出水口43；罐体50和冷却套40之间通过冷却套下法兰45和罐体法兰501连接，锥体结晶套19装在冷却套40内，结晶套19与冷却套40之间留有缝隙，结晶套19内孔为锥形(用于收集结晶体)，罐体50通过罐体法兰501固定在还原罐固定法兰盘20的还原罐固定孔201上，罐体定位柱502插固在孔301内，抽真空口41经抽真空分配器14与真空泵连接，冷却水进水口42经冷却水进水分配器15与水泵连接连接，冷却水出水口43经冷却水出水集水器与水箱连接，环形分配器和集水器上面设有连接孔，冷却水进水口、冷却水出水口、抽真空口通过软管连接在环形分配器和集水器的连接孔上，在冷却套40的冷却套上法兰44上封盖有端盖60。

如图17所示，燃烧器2由点火器21、燃料进口22、热烟气进口23、热烟气出口24、燃烧器法兰25、火焰喷口26组成；燃烧器2(数量应该是2的倍数，分为A、B组)，燃烧器2对罐体50内的还原罐13加热，热烟气进口43和热烟气出口44分别与蓄热体82和蓄热体87的热烟气进口和热烟气出口连接。

如图20所示，蓄热体换热装置由电磁阀81、蓄热体A(82)、鼓风机83、换向阀84、引风机85、排烟管86、蓄热体B(87)组成；燃烧器2分为两组，一组与蓄热体A连接，另一组与蓄热体B连接，还原炉炉体5内产生的热烟气经热烟气出口44分别进入蓄热体A和蓄热体B，在换向阀84的作用下，再经热烟气进口43进入还原炉炉体5内，交替进行，起到助燃节能作用。

如图18所示，行走机构由工字钢91、行走轮92、槽钢93、下梁94、吊耳95和电动葫芦8组成，槽钢93套装在工字钢91上，槽钢93上有两个行走轮92，行走轮92跨接在工字钢91的下梁94上，槽钢93底面有吊耳95，吊耳95接电动葫芦8，槽钢93在工字钢91上行走，电动葫芦8通过钢丝绳连接装料机构7，翻转时，电动葫芦8还可以通过翻转钢丝绳17实现垂直、水平、垂直的180度翻转。

如图19所示，装料机构7由装料斗71、卸料口72、对开式卸料门73、卸料门钢丝绳74、吊环75组成，装料斗71下端是卸料口72，卸料口72上有对开式卸料门73，对开式卸料门73的两端铰接在卸料口72上，对开式卸料门73的对开端经卸料门钢丝绳74连接在一起，卸料门钢丝绳74再经钢丝绳连接电动葫芦8。当钢丝绳拉起时，卸料门93合上，当钢丝绳放松时，在物料重量作用下，卸料门93自动打开，物料流入罐体50内。

如图21所示，为本发明的是蓄热预热助燃空气与节约燃料比率关系表，其中数字10-70表示燃烧节能率％，数字200-1400表示蓄热预热助燃空气温度℃，图中曲线表示未蓄热回收排出的烟气温度曲线。

工作原理：

本发明适用1200℃以下各工艺需求的加热温度段内加热恒温需求，热法炼镁及其它金属矿料的加热、烘干、热释解、热分解，根据工艺要求进行常压或负压吸附式0.013/kpa，1200℃以下内有色金属及其他需负压吸附式还原工艺的提炼和热分解，该炉采用燃烧器和蓄热体加热方式，燃烧器喷出的火焰在炉体内旋转燃烧，使还原罐内物料受热加温迅速升温，最大限度合理高效地利用热、对流、传导对还原罐体内的物料进行均匀升温加热。

本发明直接在金属炉体上设置燃烧器，由内向外辐射、传导、对流、加热，同时设有外加热辅助燃烧、蓄热、回收预热助燃空气，控制实现高温低过量空气系数的燃烧，达到最佳燃烧加热效果。

可燃性气体或燃油经过燃烧器将燃料和空气预混喷射入炉体内燃烧，燃烧后产生的高温烟气经蓄热体再进入燃烧器循环利用，对燃烧助燃空气和可燃气体作预热加热，将可燃气体和助燃空气从常温加热到800-1000℃，燃烧后的废气经过蓄热体换热后，变成≤150℃烟气向外排放(传统老式炉排燃温度达1000-1100℃)见附图21″预热空气温度与燃料节约率关系表″。

本炉的炉体部分为分体结构，即由炉体、还原罐和封头组成，这种结构方便内部还原罐的安装和拆卸，当更换还原罐时，放下炉体，松开连接法兰，取出还原罐并更换新的或进行维修即可，这样可使炉体部分不报废而继续使用，可延长设备的使用寿命。

蓄热式燃烧器的工作原理(如图20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B后，在经过蓄热式燃烧器B(陶瓷球或蜂窝体)时被加热，在极短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(2～2096)状态下实现燃烧；与此同时，炉体内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式燃烧器A排入大气，炉体内高温热烟气通过蓄热式燃烧器A时，将显热储存在蓄热式燃烧器A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30～200秒。

工作过程：

放松钢丝绳17，使还原炉金属炉体5在重力作用下竖直，这时还原罐13的装料口朝上，将卸料口72对准装料口并将物料倒入管体50进行装料，然后装入结晶套19，再把端盖60封盖上，开始点火加温，当还原结束时，拉动钢丝绳17，使原炉炉体5开始朝下翻转，当炉体5处于水平状态或向下倾斜时，卸掉端盖60，取出结晶套，再继续翻转到180度，这时还原罐13的装料口朝下，将还原后的废渣倒出运走，然后再放松钢丝绳，在重力作用下，使原炉金属炉体5重新竖直，进行第二轮装料、加热，如此循环。原炉金属炉体5也可以在水平状态时点火加温。

本发明还可以通过厂房的天吊来给还原罐装料，以及通过厂房的天吊来完成还原炉的翻转。

Claims (7)

1.一种悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉，其特征是包括还原炉金属炉体、还原罐、蓄热式燃烧器、悬挂装置，其中

还原炉金属炉体，其一端连接有封头，另一端连接有还原罐固定法兰盘，内部均布有还原罐，在封头一侧的还原炉金属炉体内还设有还原罐支承法兰盘，在还原罐固定法兰盘上均布有安装还原罐的固定孔，在还原罐支承法兰盘上均布有还原罐定位孔，还原罐定位孔与还原罐固定孔对应，还原罐上端固定在还原罐固定孔内，还原罐下端固定在还原罐定位孔内，在还原罐上端还设有冷却套，在冷却套内封设有锥体结晶套，在还原炉金属炉体圆周上还对称设置有蓄热式燃烧器，该蓄热式燃烧器的设置方向相同，该蓄热式燃烧器的火焰喷口设置在还原炉金属炉体内，在还原炉的重心点或偏重心点还设有万向吊环，在万向吊环上悬挂有悬挂钢丝绳，该悬挂钢丝绳的两端斜拉在悬挂装置上，在靠近封头的还原炉金属炉体上还设有翻转吊环，该翻转吊环经翻转钢丝绳连接电动葫芦，还原炉金属炉体以炉体万向吊环为中心，在翻转钢丝绳的拉动和放松下实现翻转；

还原罐，包括罐体、冷却套和结晶套，其中罐体的装料口端连接冷却套，该冷却套内设有锥体结晶套，在冷却套上分别设有冷却水进水口、冷却水出水口、抽真空口，其中冷却水进水口经冷却水进水分配器与水泵连接连接，冷却水出水口经冷却水出水集水器与水箱连接，抽真空口经抽真空分配器与真空泵连接，在冷却套的端口封盖有端盖；

蓄热式燃烧器，包括喷嘴，该喷嘴设有点火器、燃料进口、热烟气进口、热烟气出口，其中热烟气进口和热烟气出口分别与蓄热体换热装置连接；

悬挂装置，包括龙门架，该龙门架上悬挂有还原炉金属炉体、电动葫芦、行走机构和装料机构。

2.如权利要求1所述的悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉，其特征是所述蓄热式燃烧器沿还原炉金属炉体圆周切线同一方向设置，使燃烧器喷出的火焰按同一方向旋转燃烧。

3.如权利要求1或2所述的悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉，其特征是所述蓄热式燃烧器为两个一组，包括设置多组，两个蓄热式燃烧器A和B分别经蓄热体A、换向阀和蓄热体B交替工作，蓄热式燃烧器A和蓄热式燃烧器B设有热烟气进口和热烟气出口，蓄热体A和蓄热体B分别设有热烟气进口和热烟气出口，其中蓄热式燃烧器A和蓄热式燃烧器B的热烟气入口和热烟气出口分别经蓄热体A和蓄热体B的热烟气进口和热烟气出口接换向阀。

4.如权利要求1所述的悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉，其特征是所述悬挂装置包括两个龙门架组成的双跨龙门结构，在龙门架上设有悬挂吊耳，在两个龙门架之间悬挂有还原炉金属炉体，所述悬挂钢丝绳向上斜拉在龙门架的悬挂吊耳上，在龙门架上设有行走机构，该行走机构悬挂有电动葫芦，该电动葫芦可以通过翻转钢丝绳连接所述还原炉金属炉体上的翻转吊环，该电动葫芦还可以连接装料机构，当该电动葫芦通过翻转钢丝绳拉动或放松翻转吊环时，可实现还原炉金属炉体的180度翻转。

5.如权利要求1所述的悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉，其特征是所述龙门架上悬挂有行走机构，该行走机构包括一工字钢，该工字钢上套装有槽钢，该槽钢上设有行走轮，该行走轮跨接在工字钢的下梁上，在槽钢底面设有与电动葫芦连接的吊耳，电动葫芦的吊钩经料斗钢丝绳连接装料机构。

6.如权利要求1所述的悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉，其特征是所述装料机构设有装料斗，装料斗下端是卸料口，该卸料口上设有对开式卸料门，该对开式卸料门的两端铰接在卸料口上，对开式卸料门的对开端经卸料门钢丝绳连接在一起，该卸料门钢丝绳经料斗钢丝绳连接电动葫芦。

7.如权利要求1所述的悬挂式自下料立卧两用蓄热节能还原炉，其特征是所述还原炉金属炉体内设有隔热保温材料层。

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