一种内循环式反应炉.pdf

本发明公开了一种内循环式反应炉，包括具有炉腔的炉体，炉体的顶部设有反应炉出口管，炉腔内的上部设有内循环部件，内循环部件包括导出内筒、导风筒以及连接于导风筒底部的倒锥形筒，导风筒和倒锥形筒之间形成一内循环腔，导风筒的侧壁上设有多个用于将炉腔中的物料导入内循环腔的导风通道，多个导风通道绕导风筒的轴线均匀间隔布置，各导风通道将物料导入内循环腔的方向与导风筒在该导风通道处的切线之间的夹角为锐角，倒锥形筒的底部设有连通炉腔和内循环腔的连通口，内循环部件还包括用于控制连通口大小的阀门组件。本发明具有可降低反应温度、节能效果更好、能够满足不同粒度物料完全反应所需的时间、反应程度相对可控等优点。

权利要求书
1.  一种内循环式反应炉，包括具有炉腔（11）的炉体（1），所述炉体（1）的底部设有进气口（12），所述炉体（1）的顶部设有反应炉出口管（13），所述炉体（1）的侧壁上靠近底部的位置处设有进料管（14），其特征在于：所述炉腔（11）内的上部设有内循环部件，所述内循环部件包括导出内筒（5）、轴线竖直布置且顶部封闭的导风筒（2）以及连接于导风筒（2）底部的倒锥形筒（3），所述导风筒（2）和倒锥形筒（3）之间形成一内循环腔（4），所述导出内筒（5）的一端与反应炉出口管（13）连通，所述导出内筒（5）的另一端延伸至内循环腔（4）中，所述导风筒（2）的侧壁上设有多个用于将炉腔（11）中的物料导入内循环腔（4）的导风通道（21），多个导风通道（21）绕导风筒（2）的轴线均匀间隔布置，各导风通道（21）将物料导入内循环腔（4）的方向与导风筒（2）在该导风通道（21）处的切线之间的夹角为锐角，所述倒锥形筒（3）的底部设有连通炉腔（11）和内循环腔（4）的连通口（31），所述内循环部件还包括用于控制所述连通口（31）大小的阀门组件（6）。

2.  根据权利要求1所述的内循环式反应炉，其特征在于：所述阀门组件（6）包括阀门机构（61）以及沿竖直方向滑动设置并贯穿内循环腔（4）的控制杆（62），所述控制杆（62）的下端与阀门机构（61）相连并通过上下滑动运动控制阀门机构（61）调节连通口（31）的大小，所述控制杆（62）的上端伸出至炉体（1）的外部并连接有用于调节控制杆（62）上下滑动位置的调节机构。

3.  根据权利要求2所述的内循环式反应炉，其特征在于：所述倒锥形筒（3）的内壁上固设有具有导向孔的导向块（63），所述反应炉出口管（13）上设有位于炉体（1）外部的导向套（64），所述控制杆（62）滑设于导向块（63）的导向孔和导向套（64）中；所述调节机构包括调节法兰（65）以及固设于导向套（64）上的支撑法兰（66），所述调节法兰（65）与控制杆（62）螺纹连接并可沿控制杆（62）调节连接位置，所述调节法兰（65）位于支撑法兰（66）的上方，所述支撑法兰（66）上设有弹性支承于调节法兰（65）下端的伸缩弹簧（67）。

4.  根据权利要求2所述的内循环式反应炉，其特征在于：所述阀门机构（61）为单翻板阀、双翻板阀和V型阀中的一种。

5.  根据权利要求2所述的内循环式反应炉，其特征在于：所述导风筒（2）的轴线、所述倒锥形筒（3）的轴线、所述导出内筒（5）的轴线以及所述控制杆（62）的轴线相互重合。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的内循环式反应炉，其特征在于：所述导风筒（2）的侧壁由多片绕导风筒（2）的轴线均匀间隔布置的导风叶片（22）构成，多片导风叶片（22）之间形成所述导风通道（21）；所述导风叶片（22）呈平板状，平板状的导风叶片（22）的布置方向与导风筒（2）在该导风叶片（22）处的切线之间的夹角为30°~45°。

7.  根据权利要求6所述的内循环式反应炉，其特征在于：所述导风叶片（22）的数量为30~60片。

8.  根据权利要求6所述的内循环式反应炉，其特征在于：所述导风筒（2）的顶部通过连接于多片导风叶片（22）上端的顶板（23）封闭，所述顶板（23）固定连接在炉腔（11）的顶壁上，多片导风叶片（22）的下端还固接有环形连接片（24），所述倒锥形筒（3）连接于所述环形连接片（24）上。

9.  根据权利要求1至5中任一项所述的内循环式反应炉，其特征在于：所述炉体（1）包括由下至上依次连接的下部圆筒段（15）、倒锥形渐扩段（16）和上部圆筒段（17），所述倒锥形渐扩段（16）的锥角为20°~45°。

10.  根据权利要求1至5中任一项所述的内循环式反应炉，其特征在于：所述炉体（1）的内壁设有高温耐火材料浇筑的内衬。

说明书一种内循环式反应炉
技术领域
本发明涉及选矿及冶金技术领域，具体涉及一种内循环式流态化磁化焙烧反应炉。
背景技术
根据反应炉中物料与炉壁的相对运动情况，气固反应状态可分为堆积态反应与流态化反应两种反应形式。与堆积态反应形式相比，流态化反应工艺具有以下特点：1、气固传热传质速度快，细粒物料在悬浮态下的传热、传质系数是堆积态下传热、传质系数的3000～4000倍；2、反应时间短，流态化下反应所需时间相对于堆积态大大缩短；3、反应产品质量均匀。
流态化技术已广泛运用于磁化焙烧领域，近十年国内外研究者提出了多种不同结构的流态化焙烧装置。例如，申请号201010621731.X的中国专利文件公开了一种难选铁矿石粉体磁化焙烧的系统及焙烧工艺，其提出的装置及工艺为：铁矿石粉体经三次旋风预热后进入循环流化床反应器的提升管中进行磁化焙烧反应，反应后的高温焙烧铁矿石粉由循环流化床的料腿排出，在旋风冷却器中与煤气进行热交换后在焙烧矿冷却塔内冷却后形成矿浆，通过渣浆泵送入后续磁选系统，冷却煤气发生热交换后被加热，进入循环流化床反应器内与预热后的矿粉发生反应，反应后的混合气进入到燃烧室内发生燃烧反应。公布号为CN 102363837 A的中国专利文件公开的“一种粉状氧化锰矿流态化低温还原装置及还原方法”，其提出的装置及工艺为：粉状氧化锰矿经悬浮预热后由进料阀加入流态化还原焙烧炉内，在流化状态下与煤气发生还原反应，氧化锰矿转化成一氧化锰矿，冷却至80℃以下后进入产品料仓；由流态化还原焙烧炉出来的还原尾气进入燃烧室内，与补充的煤气和空气发生燃烧，形成700～1000℃的烟气后进入预热器。上述两项专利均运用了外循环流态化技术，反应炉的温度可适当降低，但对所需煤气的发热量要求很高、不能满足快速分离反应、循环设备庞大、热损失和热膨胀过大。公告号为CN 101591731 B的中国专利公开了一种用于高价锰矿物的还原焙烧方法及装置，其提出的装置及工艺为：可燃气体在热风炉中燃烧，使得出热风炉的气体温度达到700～1000℃、还原气氛达到3～10%CO的工艺要求后，将这种气体从流态化焙烧炉的底部和侧面通入至反应炉，高价锰矿物经过四次或者五次悬浮预热后进入反应炉内发生还原反应。该装置热风是从焙烧炉的底部与侧面两个位置加入，焙烧炉中温度较高，且焙烧炉中的固气比只能做到0.2~0.8kg/m3。高泽斌、李永恒将燃料燃烧、回风和还原性气体混合、磁化焙烧三者集成在一起，提出了一种燃烧、混合和焙烧一体炉（专利申请号为：201320236723.2），该炉型中物料在反应炉中的运动可近似看成是气固顺流的活塞流，物料在反应炉中的停留时间有限，一般为几秒至1min，为使物料反应完全，需提高反应炉的温度，从而使得磁化焙烧成本过高。
因此，针对外循环式流态化焙烧炉不能满足快速分离反应、循环设备庞大、热损失和热膨胀过大及普通流态化焙烧炉焙烧温度偏高、物料在焙烧炉中的停留反应时间短等缺陷，研发一种内循环式的流态化反应炉，对流态化焙烧技术的进步具有重要的现实意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种可降低反应温度、节能效果更好、能够满足不同粒度物料完全反应所需的时间、反应程度相对可控的内循环式反应炉。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种内循环式反应炉，包括具有炉腔的炉体，所述炉体的底部设有进气口，所述炉体的顶部设有反应炉出口管，所述炉体的侧壁上靠近底部的位置处设有进料管，所述炉腔内的上部设有内循环部件，所述内循环部件包括导出内筒、轴线竖直布置且顶部封闭的导风筒以及连接于导风筒底部的倒锥形筒，所述导风筒和倒锥形筒之间形成一内循环腔，所述导出内筒的一端与反应炉出口管连通，所述导出内筒的另一端延伸至内循环腔中，所述导风筒的侧壁上设有多个用于将炉腔中的物料导入内循环腔的导风通道，多个导风通道绕导风筒的轴线均匀间隔布置，各导风通道将物料导入内循环腔的方向与导风筒在该导风通道处的切线之间的夹角为锐角，所述倒锥形筒的底部设有连通炉腔和内循环腔的连通口，所述内循环部件还包括用于控制所述连通口大小的阀门组件。
作为本发明的进一步改进：
所述阀门组件包括阀门机构以及沿竖直方向滑动设置并贯穿内循环腔的控制杆，所述控制杆的下端与阀门机构相连并通过上下滑动运动控制阀门机构调节连通口的大小，所述控制杆的上端伸出至炉体的外部并连接有用于调节控制杆上下滑动位置的调节机构。
所述倒锥形筒的内壁上固设有具有导向孔的导向块，所述反应炉出口管上设有位于炉体外部的导向套，所述控制杆滑设于导向块的导向孔和导向套中；所述调节机构包括调节法兰以及固设于导向套上的支撑法兰，所述调节法兰与控制杆螺纹连接并可沿控制杆调节连接位置，所述调节法兰位于支撑法兰的上方，所述支撑法兰上设有弹性支承于调节法兰下端的伸缩弹簧。
所述阀门机构为单翻板阀、双翻板阀和V型阀中的一种。
所述导风筒的轴线、所述倒锥形筒的轴线、所述导出内筒的轴线以及所述控制杆的轴线相互重合。
所述导风筒的侧壁由多片绕导风筒的轴线均匀间隔布置的导风叶片构成，多片导风叶片之间形成所述导风通道；所述导风叶片呈平板状，平板状的导风叶片的布置方向与导风筒在该导风叶片处的切线之间的夹角为30°~45°。
所述导风叶片的数量为30~60片。
所述导风筒的顶部通过连接于多片导风叶片上端的顶板封闭，所述顶板固定连接在炉腔的顶壁上，多片导风叶片的下端还固接有环形连接片，所述倒锥形筒连接于所述环形连接片上。
所述炉体包括由下至上依次连接的下部圆筒段、倒锥形渐扩段和上部圆筒段，所述倒锥形渐扩段的锥角为20°~45°。
所述炉体的内壁设有高温耐火材料浇筑的内衬。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的内循环式反应炉，通过在炉腔中设置内循环部件，使炉腔内的气流和反应物料经过导风通道引导，以接近导风筒的切线方向进入内循环腔中，根据“旋转距不变”原理，气流运动到倒锥形筒后旋转半径逐渐减小，切向速度逐步提高，进而气流向上旋转，经导出内筒排出；反应物料被甩至倒锥形筒的内壁上后因重力作用向下运动，通过连通口再次进入至炉腔进行反应。同时，通过阀门组件调节连通口的大小，可以调节漏风率，进而控制内循环的循环量。
本发明的内循环式反应炉中的物料在炉腔内的停留时间可控范围更广，因而反应温度可适当降低，相对现有流态化焙烧装置更加节能；内循环腔中粗细粒物料的分离效率不同，粗粒级物料容易被捕集，细粒级物料相对容易排出反应炉，因而可实现反应炉内粗粒级物料停留时间长、细粒级物料停留时间短，这与不同粒度物料完全反应所需时间不同的规律性相符，从而使得反应程度相对可控；同时还可通过调节连通口大小来控制整体物料的反应程度。
附图说明
图1为本发明内循环式反应炉的主剖视结构示意。
图2为图1中A—A剖视图。
图3为本发明内循环式反应炉运行时物料的运动轨迹示意图。
图4为本发明内循环式反应炉运行时气流的运动轨迹示意图。
图例说明：
1、炉体；11、炉腔；12、进气口；13、反应炉出口管；14、进料管；15、下部圆筒段；16、倒锥形渐扩段；17、上部圆筒段；2、导风筒；21、导风通道；22、导风叶片；23、顶板；24、环形连接片；3、倒锥形筒；31、连通口；4、内循环腔；5、导出内筒；6、阀门组件；61、阀门机构；62、控制杆；63、导向块；64、导向套；65、调节法兰；66、支撑法兰；67、伸缩弹簧。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明的内循环式反应炉，包括具有炉腔11的炉体1，炉体1的底部设有进气口12，炉体1的顶部设有反应炉出口管13，炉体1的侧壁上靠近底部的位置处设有进料管14，其中，反应炉出口管13用于与气固分离装置相连，经分离后得到反应产品；进料管14用于与给料装置相连，物料通过进料管14给入炉腔11；进气口12用于与燃烧炉相连，反应所需热量及反应气氛由进气口12提供。炉腔11内的上部设有内循环部件，内循环部件包括导出内筒5、导风筒2以及倒锥形筒3，导风筒2的轴线竖直布置且顶部封闭，导风筒2的顶部连接在炉腔11的顶壁上，倒锥形筒3连接于导风筒2底部，导风筒2的内腔和倒锥形筒3的内腔相连通并形成一内循环腔4，导出内筒5的一端与反应炉出口管13连通，导出内筒5的另一端沿竖直方向贯穿导风筒2的顶部并延伸至内循环腔4的中部位置处，导风筒2的侧壁上设有多个用于将炉腔11中的物料导入内循环腔4的导风通道21，多个导风通道21绕导风筒2的轴线均匀间隔布置，各导风通道21将物料导入内循环腔4的方向与导风筒2在该导风通道21处的切线之间的夹角为锐角，倒锥形筒3的底部设有连通炉腔11和内循环腔4的连通口31，内循环部件还包括用于控制连通口31大小的阀门组件6。
该内循环式反应炉在运行时，如图3和图4所示，炉腔11内的气流和反应物料经过导风通道21引导，以接近导风筒2的切线方向进入内循环腔4中，根据“旋转距不变”原理，气流运动到倒锥形筒3后旋转半径逐渐减小，切向速度逐步提高，接近倒锥形筒3底部位置后，旋转气流运动方向发生转向，气流向上旋转，经导出内筒5排出反应炉；除因导出内筒5附近区域的短路流引起的部分细粒反应物料被上升气流直接带入导出内筒5从而排出反应炉外，大部分反应物料被甩至倒锥形筒3的内壁上后因重力作用向下运动，通过连通口31再次进入至炉腔11进行反应，循环几次后也通过导出内筒5排出反应炉。相对而言，细粒级反应物料在反应炉内的循环次数少于粗颗粒反应物料在反应炉内的循环次数，从而达到在反应炉内细粒级物料停留时间短、粗粒级物料停留时间长的目的。同时，通过阀门组件6调节连通口31的大小，可以调节漏风率，进而控制内循环的循环量，通过对反应物料内循环的循环量的控制，可调节反应物料在反应炉内的平均停留时间，进而控制物料的反应程度。
本发明的内循环式反应炉中物料在炉腔11内的停留时间可控范围更广，因而反应温度可适当降低，相对现有流态化焙烧装置更加节能；内循环腔4中粗细粒物料的分离效率不同，粗粒级物料容易被捕集，细粒级物料相对容易排出反应炉，因而可实现反应炉内粗粒级物料停留时间长、细粒级物料停留时间短，这与不同粒度物料完全反应所需时间不同的规律性相符，从而使得反应程度相对可控。
本实施例中，阀门组件6包括阀门机构61以及控制杆62，控制杆62沿竖直方向滑动设置并贯穿内循环腔4，可对内循环腔4内的气流进行导向，使的内循环腔4内的气流旋转更规整，气固分离效率更高。阀门机构61为位于连通口31下方的V型阀块，该V型阀块为一倒锥体结构，其可以将连通口31封闭。控制杆62的下端与V型阀块固接，控制杆62的上端伸出至炉体1的外部并连接有用于调节控制杆62上下滑动位置的调节机构。上述控制杆62的滑动设置具体是，在倒锥形筒3的内壁上固设一具有导向孔的导向块63，反应炉出口管13上设有位于炉体1外部的导向套64，控制杆62沿竖直方向滑设于导向块63的导向孔和导向套64中；上述调节机构包括调节法兰65和支撑法兰66，调节法兰65与控制杆62螺纹连接并可沿控制杆62调节在控制杆62上的连接位置，调节法兰65固接在控制杆62伸出导向套64的上端，支撑法兰66固接在导向套64上，使调节法兰65位于支撑法兰66的上方，支撑法兰66上设有弹性支承于调节法兰65下端的伸缩弹簧67。在正常情况下，伸缩弹簧67的弹性支承作用使调节法兰65和控制杆62保持在一定高度不变，控制杆62使V型阀块与连通口31保持一定距离，保证连通口31具有一定的开口程度。在需要调节连通口31大小时，通过改变调节法兰65在控制杆62上的连接位置，可调节控制杆62的上下滑动位置，进而改变V型阀块与连通口31之间的间距，达到控制连通口31的大小的目的。
上述导风筒2的轴线、倒锥形筒3的轴线、导出内筒5的轴线以及控制杆62的轴线相互重合。这样，控制杆62正好布置在内循环腔4的轴线上，对内循环腔4内的气流导向效果更好。
在其他实施例中，阀门机构61还可以采用配合安装在连通口31处的单翻板阀或双翻板阀，同样可以实现控制连通口31大小的目的，单翻板阀或双翻板阀可由控制杆62上下滑动来控制，也可以采用其他的驱动机构来控制。
本实施例中，导风筒2的侧壁由45片绕导风筒2的轴线间隔布置的导风叶片22构成，45片导风叶片22之间形成45个导风通道21；各导风叶片22呈平板状，平板状的导风叶片22的布置方向与导风筒2在该导风叶片22处的切线之间的夹角为30°。在其他实施例中，导风叶片22的数量也可以为30~60个之间的任意数量，导风叶片22的布置方向与导风筒2在该导风叶片22处的切线之间的夹角也可以设置成30°~45°之间的任意角度，通过调整导风叶片22的数量和各导风叶片22的布置方向，可以控制内循环的物料量。
本实施例中，导风筒2的顶部通过连接于多片导风叶片22上端的顶板23封闭，顶板23固定连接在炉腔11的顶壁上，多片导风叶片22的下端还固接有环形连接片24，倒锥形筒3连接在该环形连接片24上。
本实施例中，炉体1包括由下至上依次连接的下部圆筒段15、倒锥形渐扩段16和上部圆筒段17，其中，倒锥形渐扩段16的锥角为30°，在竖直方向上，倒锥形渐扩段16的上端与倒锥形筒3的上端高度一致，倒锥形渐扩段16的下端高于倒锥形筒3的下端，也即倒锥形渐扩段16的下端的高度与倒锥形筒3的中部位置相对应。在其他实施例中，倒锥形渐扩段16的锥角也可以是20°~45°之间的任意角度。
本实施例中，炉体1的内壁设有高温耐火材料浇筑的内衬。
将本实施例的内循环式反应炉在某一试验条件下进行试验，经导风通道21引导后的气流速度为15m/s，与传统不带内循环部件的反应炉在相同试验条件下的试验结构相比，本实施例的内循环式反应炉中物料的平均停留时间延长30%，反应温度可降低50℃。
将本实施例中导风叶片22的布置方向改为与导风筒2在该导风叶片22处的切线之间的夹角为45°后，在上述试验条件不变的情况下，经导风叶片22之间的导风通道21引导后的气流速度为18m/s，与传统不带内循环部件的反应炉在该试验条件下的试验结果相比，内循环式反应炉中物料的平均停留时间延长40%，反应温度可降低80℃。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。