本發(fā)明涉及一種可回收余熱的強(qiáng)制對(duì)流鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)還原系統(tǒng)，屬于化工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：遵寶鈦業(yè)有限公司全流程海綿鈦生產(chǎn)工藝采用的是鎂熱還原—真空蒸餾處理TiCl4生產(chǎn)海綿鈦的Kroll法生產(chǎn)工藝，同時(shí)配備鎂電解生產(chǎn)滿足還原—蒸餾工序?qū)V的需求。Kroll法生產(chǎn)海綿鈦實(shí)現(xiàn)了原料Mg-Cl2-MgCl2的閉路循環(huán)，而且由于還原后立即進(jìn)行真空蒸餾，蒸餾物仍處于高溫狀態(tài)，避開了蒸餾物導(dǎo)熱率的降低，從而達(dá)到節(jié)能目的，所以采用聯(lián)合法工藝可以提高蒸餾速率、減少能耗、縮短生產(chǎn)周期。遵寶鈦業(yè)有限公司在生產(chǎn)規(guī)模方面與國(guó)外以達(dá)到相同水平，但在技術(shù)裝備、能耗、產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)控制及管理等方面都與先進(jìn)國(guó)家還有一定的差距。由于鎂熱還原TiCl4是一個(gè)劇烈的放熱反應(yīng)，在生產(chǎn)的初中期，反應(yīng)器的散熱能力成為制約TiCl4加料速度的一個(gè)重要因素，而現(xiàn)目前，海綿鈦還原設(shè)備環(huán)形空腔（還原反應(yīng)釜和加熱器之間的間隙）內(nèi)的空氣自然對(duì)流強(qiáng)度無法滿足大型倒“U”形海綿鈦還原—蒸餾一體化設(shè)備的生產(chǎn)需要，同時(shí)，現(xiàn)目前在還原反應(yīng)熱量散失方面造成的能量損失最大，主要是因?yàn)楝F(xiàn)目前缺乏對(duì)還原反應(yīng)設(shè)備的余熱回收裝置。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于，提供一種可回收余熱的強(qiáng)制對(duì)流鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)還原系統(tǒng)。本發(fā)明能夠滿足大型倒“U”形海綿鈦還原—蒸餾一體化設(shè)備的生產(chǎn)需要，可加快反應(yīng)中期的散熱速度和加料速度，提高生產(chǎn)效率，并且能對(duì)還原設(shè)備反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收，且裝置簡(jiǎn)單，制造成本低，回收效率高。本發(fā)明的技術(shù)方案：一種可回收余熱的強(qiáng)制對(duì)流鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)還原系統(tǒng)，包括有還原反應(yīng)釜，還原反應(yīng)釜的頂部設(shè)有蓋板，還原反應(yīng)釜外設(shè)有筒形加熱器，筒形加熱器與還原反應(yīng)釜之間有間隙，間隙內(nèi)設(shè)有下隔板和上隔板，下隔板和上隔板之間形成環(huán)形冷卻區(qū)域，冷卻區(qū)域下部的筒形加熱器上均布有至少1個(gè)冷空氣入口，冷空氣入口經(jīng)導(dǎo)管連接有強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)機(jī)，導(dǎo)管上設(shè)有第一流量閥，冷卻區(qū)域上部的筒形加熱器上設(shè)有與冷空氣入口對(duì)稱的熱空氣出口，熱空氣出口上分別連接有導(dǎo)氣管，且導(dǎo)氣管的另一端匯總至導(dǎo)氣總管，導(dǎo)氣總管的一端連接有余熱回收裝置，導(dǎo)氣總管上設(shè)有第二流量閥。前述的可回收余熱的強(qiáng)制對(duì)流鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)還原系統(tǒng)，所述冷空氣入口共設(shè)有5-6個(gè)，均勻分布在筒形加熱器的筒壁上。前述的可回收余熱的強(qiáng)制對(duì)流鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)還原系統(tǒng)，所述余熱回收裝置包括有換熱殼體，換熱殼體的一側(cè)連接在導(dǎo)氣總管上，換熱殼體的另一側(cè)設(shè)有冷空氣出口，換熱殼體內(nèi)設(shè)有換熱管，換熱管的兩端分別伸出換熱殼體，并在其伸出的一端連接有冷卻水導(dǎo)入管，冷卻水導(dǎo)入管上設(shè)有水泵和第三流量閥，換熱管伸出的另一端連接有熱水導(dǎo)出管，熱水導(dǎo)出管的一端連接有儲(chǔ)水箱，儲(chǔ)水箱上設(shè)有排水管，排水管上設(shè)有第四流量閥。前述的可回收余熱的強(qiáng)制對(duì)流鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)還原系統(tǒng)，所述導(dǎo)氣總管與換熱殼體之間經(jīng)法蘭連接。前述的可回收余熱的強(qiáng)制對(duì)流鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)還原系統(tǒng)，所述換熱管呈蛇形盤曲在所述換熱殼體中。本發(fā)明的有益效果：1、本發(fā)明通過在間隙內(nèi)設(shè)置上下隔板形成冷卻區(qū)域，并通過強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)機(jī)推動(dòng)大量冷空氣進(jìn)入冷卻區(qū)域的下部，然后從上部的熱空氣出口排出，使冷空氣在冷卻區(qū)域內(nèi)形成對(duì)流后與還原反應(yīng)釜發(fā)生熱交換，將反應(yīng)中期產(chǎn)生的熱量快速帶走，加快反應(yīng)釜內(nèi)的冷卻速度，從而加快了反應(yīng)中期的加料速度，提高了生產(chǎn)效率，另外，本發(fā)明通過流量閥精確控制冷空氣進(jìn)入量和進(jìn)入速度，達(dá)到了避免反應(yīng)前期和后期大量冷空氣進(jìn)入帶走過多熱量的目的，因?yàn)榉磻?yīng)前期和反應(yīng)后期還原反應(yīng)放熱量少，需要加熱器輔助加熱促進(jìn)反應(yīng)；此外，本發(fā)明通過將冷卻區(qū)域的熱空氣收集并通入換熱殼體，與換熱管內(nèi)的冷卻水進(jìn)行熱交換，吸熱后的冷卻水升溫變成熱水流入蓄水箱儲(chǔ)存?zhèn)溆?，放熱后的熱空氣通過冷空氣出口排出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海綿鈦生產(chǎn)設(shè)備的余熱回收，雖然整個(gè)余熱回收系統(tǒng)的理論效率可以高達(dá)81.75%，但是實(shí)際應(yīng)用中，整個(gè)余熱回收系統(tǒng)的余熱回收效率僅有31.10%。通常情況下，為了保證熱水的質(zhì)量，低的余熱回收效率是不可避免的。2、本發(fā)明的導(dǎo)氣總管與換熱殼體支架通過法蘭連接，連接方便，且便于制造生產(chǎn)。3、本發(fā)明的換熱管呈蛇形盤曲在換熱殼體中，使在有限的換熱殼體空間中盡可能的增加換熱管的長(zhǎng)度，延長(zhǎng)冷卻水與熱空氣的換熱時(shí)間，提高了換熱效果。為證明本發(fā)明的有益效果，申請(qǐng)人做了如下實(shí)驗(yàn)：加料速度對(duì)比：申請(qǐng)人設(shè)計(jì)兩組反應(yīng)，一組沒有采用本發(fā)明的強(qiáng)制對(duì)流系統(tǒng)和方法，一組采用了本發(fā)明的強(qiáng)制對(duì)流系統(tǒng)和方法，其結(jié)果記錄如表1所示：表1強(qiáng)制散熱方案前后TiCl4的平均加料速度對(duì)比TiCl4的加料速度(kg·h-1)無強(qiáng)制對(duì)流483.36有強(qiáng)制對(duì)流529.80從表1可以看出，強(qiáng)制散熱方案的提出，可以將TiCl4的平均加料速度提高9.61%，這對(duì)于縮短還原周期，降低還原周期電力消耗十分重要的。附圖說明附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本發(fā)明余熱回收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明：1-筒形加熱器，2-還原反應(yīng)釜，3-蓋板，4-下隔板，5-上隔板，6-冷空氣入口，7-強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)機(jī)，8-第一流量閥，9-熱空氣出口，10-導(dǎo)氣總管，11-第二流量閥，12-換熱殼體，13-冷卻水導(dǎo)入管，14-水泵，15-第三流量閥，16-熱水導(dǎo)出管，17-儲(chǔ)水箱，18-排水管，19-冷空氣出口，20-第四流量閥，21-換熱管，22-法蘭。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對(duì)本發(fā)明限制的依據(jù)。本發(fā)明的實(shí)施例：一種可回收余熱的強(qiáng)制對(duì)流鎂熱法海綿鈦生產(chǎn)還原系統(tǒng)，如附圖1-2所示，包括有還原反應(yīng)釜2，還原反應(yīng)釜2的頂部設(shè)有蓋板3，還原反應(yīng)釜2外設(shè)有筒形加熱器1，筒形加熱器1與還原反應(yīng)釜2之間有間隙，間隙內(nèi)設(shè)有下隔板4和上隔板5，下隔板4和上隔板5之間的間距根據(jù)還原反應(yīng)釜2和筒形加熱器1的直徑大小而定（如還原反應(yīng)釜2的外徑為2.265m、筒形加熱器1的內(nèi)徑為2.69m時(shí)，下隔板4和上隔板5之間的間距為1.192m），下隔板4和上隔板5之間形成環(huán)形冷卻區(qū)域（形成單獨(dú)的冷卻區(qū)域的目的是將冷卻段和保溫段分開，使溫度控制更加方便有效），冷卻區(qū)域下部的筒形加熱器1上均布有至少1個(gè)冷空氣入口6，冷空氣入口6經(jīng)導(dǎo)管連接有強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)機(jī)7，導(dǎo)管上設(shè)有第一流量閥8，冷卻區(qū)域上部的筒形加熱器1上設(shè)有與冷空氣入口6對(duì)稱的熱空氣出口9，熱空氣出口9上分別連接有導(dǎo)氣管，且導(dǎo)氣管的另一端匯總至導(dǎo)氣總管10，導(dǎo)氣總管10的一端連接有余熱回收裝置，導(dǎo)氣總管10上設(shè)有第二流量閥11。所述冷空氣入口6優(yōu)選為5-6個(gè)，均勻分布在筒形加熱器1的筒壁上。所述余熱回收裝置包括有換熱殼體12，換熱殼體12的一側(cè)連接在導(dǎo)氣總管10上，換熱殼體12的另一側(cè)設(shè)有冷空氣出口19，換熱殼體12內(nèi)設(shè)有換熱管21，換熱管21的兩端分別伸出換熱殼體12，并在其伸出的一端連接有冷卻水導(dǎo)入管13，冷卻水導(dǎo)入管13上設(shè)有水泵14和第三流量閥15，換熱管21伸出的另一端連接有熱水導(dǎo)出管16，熱水導(dǎo)出管16的一端連接有儲(chǔ)水箱17，儲(chǔ)水箱17上設(shè)有排水管18，排水管18上設(shè)有第四流量閥20。所述導(dǎo)氣總管10與換熱殼體12之間經(jīng)法蘭22連接。所述換熱管21呈蛇形盤曲在所述換熱殼體12中。工作原理：通過在筒形加熱器1與還原反應(yīng)釜2之間的間隙內(nèi)設(shè)置下隔板4和上隔板5，使其圍成封閉的環(huán)形冷卻區(qū)域，并在冷卻區(qū)域下部的筒形加熱器1上設(shè)置冷空氣入口6，冷空氣入口6通過導(dǎo)管連接強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)機(jī)7以后，強(qiáng)行的將冷空氣送入冷卻區(qū)域形成對(duì)流，在冷卻區(qū)域內(nèi)完成熱交換以后，將熱量通過冷卻區(qū)域上部的熱空氣出口9排出，排出的熱空氣匯入導(dǎo)氣總管10并送入換熱殼體12中，同時(shí)，通過水泵14將冷卻水從冷卻水導(dǎo)入管13中注入換熱管21內(nèi)，使其與換熱器殼體12中的熱空氣進(jìn)行熱交換，吸熱后的冷卻水升溫變成熱水，并從熱水導(dǎo)出管16導(dǎo)出，流入儲(chǔ)水箱17進(jìn)行儲(chǔ)存，使用時(shí)，打開排水管18上的第四流量閥20即可，而放熱后的熱空氣變成冷空氣，從冷空氣出口19排出，同時(shí)，通過第一流量閥8控制冷空氣進(jìn)入的量和速度。所述強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)機(jī)7在還原反應(yīng)初期處于停止?fàn)顟B(tài)，在還原反應(yīng)進(jìn)行到2-3段時(shí)開始強(qiáng)制鼓風(fēng)，在還原反應(yīng)后期停止鼓風(fēng)。大量的冷空氣從均布在所述冷卻區(qū)域下部的5-6個(gè)冷空氣入口6進(jìn)入，熱交換以后迅速的從熱空氣出口9排出。當(dāng)前第1頁1 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