一种双平行高效预氧化炉的制作方法
本发明涉及预氧化炉的技术领域，尤其涉及一种双平行高效预氧化炉。
背景技术：
在碳纤维生产中，预氧化是至关重要的工序，其功能是将线性分子链结构的原丝转化成耐热的梯形分子结构，该工序不仅与碳纤维的性能密切相关，也与碳纤维的制造成本息息相关。
尽管对原丝的预氧化有固体、液体及气流等方法，目前工业界主流的还是采用热风循环烘箱的方式，其中，水平吹风、垂直吹风、侧吹风、中央到两端吹风是目前工业流行的技术。对于任何吹风方式，都有一些共同的技术要求：如温度均匀、风速均匀、风场均匀、能耗低、排废量小、效率高、处理时间短、散热效率高等。
预氧化的核心功能不是加热，而是快速高效地将原丝预氧化过程中排除的大量热量带走。如果不及时带走热量，原丝的纤维就会热量集中，产生纤维之间的融并，这会导致后续碳化纤维的发脆、性能低下；如果热量聚集更多，丝束会发生起火，处理不当，甚至会导致氧化炉的爆炸。这会带来巨大的人员与财产的重大损失。所以，任何吹风方式，其实现的工艺要点是：保持一定的温度，让纤维高效持续反应，同时快速高效带走纤维化学反应产生的热量，让纤维不融并与起火，反应越快速，需要带走的热量就越多。对设备的要求就越高。
随着碳纤维工业应用的强劲增长，低成本、大丝束碳纤维已经成为工业应用的必要品种。而氧化炉内的处理的纤维数量约大、质量越多，丝束的化学反应热就越多，这会导致纤维融并与起火的几率大幅度增加。当然，可以通过延长反应时间去控制这个剧烈反应，但带来的问题是，反应时间长、能耗增加、成本大幅增加的问题。所以，高载荷(处理纤维数量大)、高效率(快速带走反应热量)，高安全(不融并与起火)，低成本(预氧化时间短)对预氧化炉的设计与制造提出了更高的要求。
由于氧化炉的核心功能是带走激烈化学反应的丝束上的产生的热量，所以，这就要求在丝束面的宽度方向上，必须有均匀的温度及风速，为了更好地带走丝束上产生的热量，这个风还需要是层流风，而不是紊流，紊流是不能迅速带走热量的。而层流性、均匀的风速主要由进风腔决定，在所有平行吹风的方式中，进风腔的风向是平行的，而在进风腔之间(上下相邻的两个进风腔体之间即第一丝束通道)，也存在丝束，进风腔越宽(图8中左右方向)，这些丝束的长度就越大，第一丝束通道内的丝束面上的反应热量就难以及时被带走，形成丝束过热融并甚至起火的风险。
烟囱效应是任何预氧化炉必须面对的自然规律。由于预氧化炉是处理连续纤维丝束面的，所以，炉子只能保持开放状态，以便于丝束面在其中的反复穿行。同时，从工业角度，纤维的预氧化反应会产生大量的hcn、nh3、co、焦油等废气，这些废气必须要及时排出炉膛(预氧化炉)，否则，这些带着可燃成分的气体，一旦因为纤维起火被点燃，会加剧燃烧，甚至爆炸。开放的炉膛，需要及时排除废气，而这些又会导致严重的烟囱效应。由于烟囱效应，在预氧化炉端部的上方进行抽排，在炉端下部的两侧容易进入冷风(预氧化炉外的空气)，即在预氧化炉下部的两侧形成了冷区，这些冷风会通过第二丝束通道进入预氧化炉的内部，而烟囱效应会加长烘箱(预氧化炉)下半部分的冷区，降低烘箱真实的加热长度，大幅度增加了预氧化炉的能耗。冷区加长所带来的问题是：一、焦油冷凝容易滴落在纤维上污染纤维，造成纤维品质下降；二、纤维有效的热处理、化学反应的时间减少，造成品质不稳定。
既然烟囱效应是不可避免的，如何去利用它，把它变成对预氧化有利的一个事物。这是很多预氧化炉设备制造企业在反复研究的课题。其中最广泛采用的技术是“阻挡”思维，利用各类的气密装置，试图封锁冷气的灌入。从工程实践看，这些措施对于“烟囱效应”的防范功能是微弱的，并未有显著的效益，氧化炉依然是一个“漏风”的炉子，能耗依然高。
进入预氧化炉的丝束质量越多，工作速度越快，起火的风险就显著增加，目前的预氧化炉基本带有简易的消防水喷淋系统，主要问题是：小问题触发消防系统的启动，炉膛炉内一片混乱，清洁与重新开机需要大量的时间；消防系统启动不及时或者不充分，导致火焰从炉端的丝束通道喷出，对人员导致重大烧伤。甚至整个炉膛发生爆炸，对财产与人员导致重大的伤害。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种双平行高效预氧化炉，可以实现高载荷、高效率、高安全、低成本等工业界对预氧化设备及工艺的要求。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双平行高效预氧化炉，包括保温框架和对称设置在保温框架上的两套热风循环设备；每一套热风循环设备包括至少一套热风循环系统，同一套热风循环设备里的所有热风循环系统依次叠放在一起；
每一套热风循环系统均包括循环风机、与循环风机输出端连接的进风管道、与进风管道出口相通的吹风机构、预氧化腔、回风机构、回风管道；进风管道、吹风机构、预氧化腔、回风机构、回风管道均位于保温框架内；
沿着风的循环路径，风依次经过循环风机、进风管道、吹风机构、预氧化腔、回风机构、回风管道；
吹风机构有多个，每个吹风机构均包括进风腔体、位于进风腔体内的吹风喷嘴、位于进风腔体内的导风斜板；所有的吹风机构依次排列，相邻两个进风腔体之间形成第一丝束通道，吹风喷嘴包括孔板和蜂窝板，沿着风的循环路径，风依次经过导风斜板、孔板和蜂窝板；
进风腔体内划分有预氧化风腔和丝束通道风腔，吹风喷嘴位于预氧化风腔内，丝束通道风腔设有匀风通道，匀风通道与第一丝束通道相通。
进一步的是：回风机构包括回风腔体、位于回风腔体内的至少一个抽风喷嘴、位于回风腔体内的至少一块导风斜板；抽风喷嘴为孔板，所有的孔板依次排列，孔板上设有缝隙或者相邻两块孔板之间存在间隙，沿着风的循环路径，风依次经过孔板和导风斜板；导风斜板上设有缝隙或者相邻两块导风斜板之间存在间隙；
或者，回风机构有多个，每个回风机构均包括回风腔体、位于回风腔体内的抽风喷嘴、位于回风腔体内的导风斜板；抽风喷嘴为孔板，所有的回风机构依次排列，相邻两个回风腔体之间存在间隙，沿着风的循环路径，风依次经过孔板和导风斜板。
进一步的是：进风腔体的顶部和/或底部上设有匀风孔，匀风通道为进风腔体上的匀风孔。
进一步的是：进风腔体内设有分流板和水平整流板；分流板将进风腔体分为预氧化风腔和丝束通道风腔，预氧化风腔和丝束通道风腔之间具有连通通道，分流板上设有分流孔，分流孔为连通通道，水平整流板位于预氧化风腔内，水平整流板上设有匀风孔；丝束通道风腔内设有垂直调整板，垂直调整板将丝束通道风腔分为上风腔和下风腔，分流板的分流孔有多个，其中一些分流孔与上风腔相通，其中一些分流孔与下风腔相通，进风腔体的顶部和/或底部上设有匀风孔。
进一步的是：回风机构有多个，每个回风机构均包括回风腔体，所有的回风腔体从下往上依次排列，上下相邻的两个回风腔体之间形成第二丝束通道；
预氧化炉的端部设有炉端设备，炉端设备包括设有补充新热风的补充腔体、设有抽排废气的抽排腔体；补充腔体位于预氧化炉的下部，抽排腔体位于预氧化炉的上部，补充腔体上设有吹风口，抽排腔体上设有抽风口，吹风口位于第二丝束通道内或者第二丝束通道外，抽风口位于第二丝束通道内或者第二丝束通道外。
进一步的是：补充腔体有多个，多个补充腔体从下往上依次排列，补充腔体与预氧化炉下部的回风腔体集成为一个腔体，集成在一起的补充腔体和回风腔体之间设有隔离板，最上端的补充腔体的底部设有吹风口，最下端的补充腔体的顶部设有吹风口，其余的补充腔体的顶部和底部均设有吹风口。
进一步的是：抽排腔体有多个，多个抽排腔体从下往上依次排列，抽排腔体与预氧化炉上部的回风腔体集成为一个腔体，集成在一起的抽排腔体和回风腔体之间设有隔离板，最上端的抽排腔体的底部设有抽风口，最下端的抽排腔体的顶部设有抽风口，其余的抽排腔体的顶部和底部均设有抽风口。
进一步的是：吹风口位于第二丝束通道内，抽风口位于第二丝束通道内，第二丝束通道出口处的上方和下方均设有滑动式安装的节流板。
进一步的是：炉端设备还包括回风循环系统、新热风补充系统、废气抽排系统；新热风补充系统的出风口与补充腔体相通，废气抽排系统的入风口与抽排腔体相通，回风循环系统的入风口与回风腔体的出风口相通，第二丝束通道流出的新热风流向回风循环系统。
进一步的是：预氧化炉包括沿着风流动路径依次设置的进风管道、进风腔体、预氧化腔、回风腔体，预氧化炉的炉端处设有门廊，预氧化炉外设有辊架；预氧化炉设有预防火及消防系统，预防火及消防系统包括设置在进风腔体出口处和回风腔体入口处的温度传感器、安装在辊架上的负荷传感器、位于预氧化炉外的气氛传感器、控制器、位于预氧化腔内的第一水喷头组、位于门廊内的水幕组、位于门廊外的第二水喷头组、位于辊架处的第三水喷头组、排废风机、提供水源的消防设备；
第一水喷头组、水幕组、第二水喷头组、第三水喷头组均通过管道系统与消防设备连接；第二水喷头组和第三水喷头组分居辊架的两侧，排废风机位于第三水喷头组和辊架之间；
温度传感器与控制器电信号连接，负荷传感器与控制器电信号连接，气氛传感器与控制器电信号连接，气氛传感器的探测头伸入进风管道内，排废风机与控制器电信号连接。
总的说来，本发明具有如下优点：
本申请的预氧化炉可以实现高载荷(处理纤维数量大)、高效率(快速带走反应热量)，高安全(不融并与起火)，低成本(预氧化时间短)等工业界对预氧化设备及工艺的要求。各热风循环系统的风向可以与丝束运行方向同向平行或反向平行；每套热风循环系统的风速可以相同或者有差异；每套热风循环系统可以包括最多1-15组的吹风机构及回风机构(即每套热风循环系统可以处理最多1-15组丝束面。)；同样长度的预氧化单元(左右两侧热风循环设备里的预氧化腔)，每套热风循环系统只是负责一半长度的距离，保持风速的稳定与较低衰减，形成更高效的散热效率；预氧化单元可以叠加，增加预氧化炉单元两端(保温框架两端)的往复导丝辊系统及单元之间的驱动系统，形成新型、高效预氧化装备及工艺。保温框架内，两套独立运行的热风循环设备，相互没有热风、风道的交集。每一套热风循环系统可以完成一套均风、均温的完整系统。
本进风腔不仅可以实现进风腔体吹向预氧化腔内的风保持匀速与层流度，同时也能保持上下相邻的两个进风腔体之间(第一丝束通道)的丝束有热风能均匀地带走热量。确保整个炉膛热反应的各根丝束得到同样的温度维持热化学反应，同时对每根丝束在炉膛内任何时间产生的化学反应热高效地带走。进风腔在水平方向保持了匀速、层流性风速，可以均匀、高效带走丝束的反应热，同时在第一丝束通道的丝束，也有均匀的热风，帮助带走反应热。均匀、高效的风场及温度场是预氧化品质的根本保障，没有品质稳定的预氧化纤维，就不可能有稳定品质的碳纤维。均匀的风场及温度场便于预氧化工艺的精确控制，这样就可以带来效率上的提升，可以减少预氧化工序的时间，极大地降低了该工序的成本。
基于深刻理解烟囱效应的工作机理，从排废及冷气灌入两个方面做出全新的设计，本炉端设备的思想，并非“阻挡”烟囱效应，而是合理地疏导与利用这个效应为工艺及预氧化炉服务。废气抽排系统抽排第二丝束通道中的废气，输送到生产线的废气焚烧系统。新热风补充系统可以对第二丝束通道补充新的热风，新热风补充系统的热风来源广泛。抽排腔体与回风腔体集成到一起、补充腔体与回风腔体集成到一起，节约设备空间，降低设备成本。节流板既能保持丝束无接触地在炉内通行，又尽可能地减少炉膛与外界的通道，这更加便于废气抽排与新热风补充的效率，最终实现降低氧化炉能耗的目的。
本预防火及消防系统中，如果预氧化炉出现小故障，预防火及消防系统会启动雾化水，对局部降温，直到工作人员处理了故障，温度传感正常，处理过程中依然可以保持生产的持续运行。如果故障没有解决，各类传感器的信息继续变的更加恶劣，在一个设定的临界点，自动触发所有水喷头，尤其在操作人员工作的区域，设置了多道水幕，阻隔火焰窜出到人员的活动空间，起到保护人员安全的重要作用。本预防火及消防系统对预氧化炉的预防火及消防子系统做了全新的设计，通过对各类相关的温度、气氛、负荷、流量的实时监控，利用预防火可编程控制器(plc)做出正确的逻辑判断，指令相关的执行机构做出防火及消防的响应。起火已经发生后，对人员做出了周密的保护。
附图说明
图1是预氧化炉的立体图。
图2是预氧化炉俯视方向风的流向示意图。
图3是预氧化炉内吹风机构和回风机构的结构示意图。
图4是第一种吹风机构的结构示意图。
图5是第二种吹风机构的结构示意图。
图6是两个对称的进风腔体俯视方向的结构示意图。
图7是两个对称的进风腔体主视方向的结构示意图。
图8是上下左右四个对称的进风腔体主视方向的结构示意图。
图9是图6中a方向第一丝束通道风腔的结构示意图。
图10是水平整流板的结构示意图。
图11是预氧化炉和炉端设备结合主视方向的结构示意图。
图12是炉端设备的左视方向的结构示意图。
图13是补充腔体与回风腔体集成俯视方向的结构示意图。
图14是抽排腔体与回风腔体集成俯视方向的结构示意图。
图15是上下两个相邻补充腔体与回风腔体集成主视方向的结构示意图。
图16是预防火及消防系统俯视方向的结构示意图。
图17是预防火及消防系统中管道系统的结构示意图。
图18是预防火及消防系统中各个部件电信号连接的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
为了便于统一查看说明书附图里面的各个附图标记，现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下：
101为保温框架，201为原丝，301为进风管道，302为进风腔体，303为回风腔体，304为回风管道，305为循环风机，306为加热器，307为过滤器，308为吹风喷嘴的孔板，309为吹风喷嘴的蜂窝板，310为抽风喷嘴，311为导风斜板，401为预氧化腔；
炉端设备的附图标记如下：
501为预氧化炉，502为门廊，503为辊架系统，504为新热风补充系统，505为废气抽排系统，601为补充腔体，602为节流板，603为回风循环系统，604为吹风口，701为抽排腔体，704为抽风口；
对进风腔体的附图标记说明如下：
302-1为预氧化风腔，302-2为丝束通道风腔，302-3为分流板，302-4为垂直调整板，302-5为水平整流板，302-6为进风腔体上的匀风孔，302-7为上风腔，302-8为下风腔；
预防及消防系统的附图标记说明如下：
801为控制器，802为温度传感器，803为第一水喷头组，804为水幕组，805为第二水喷头组，806为第三水喷头组，807为辊架，808为排废风机，809为负荷传感器，810为电磁阀，811为消防设备，812为气氛传感器，813为第一分支管道，814为第二分支管道，815为第一总支管道，816为第二总支管道，817为报警器。
结合图1和图2所示，一种双平行高效预氧化炉，包括保温框架和对称设置在保温框架上的两套热风循环设备。即保温框架上有两套热风循环设备，且这两套热风循环设备是对称设置的。每一套热风循环设备包括至少一套热风循环系统，图1中，只画出了一套热风循环系统，同一套热风循环设备里的所有热风循环系统依次叠放在一起，如图1所示，在左侧的热风循环设备里，可以将所有的热风循环系统从下往上依次叠放在一起，热风循环系统可以采用卧式放置法或者立式放置法，图1采用卧式放置法。
结合图1和图2所示，每一套热风循环系统均包括循环风机、与循环风机输出端连接的进风管道、与进风管道出口相通的吹风机构、预氧化腔、回风机构、回风管道。进风管道、吹风机构、预氧化腔、回风机构、回风管道均位于保温框架内。在循环风机的驱动下，风在炉体内循环流动，即在进风管道、吹风机构、预氧化腔、回风机构、回风管道循环。回风管道和进风管道相通。
结合图1和图2所示，回风管道内设有过滤器和加热器，沿着风的循环路径，风依次经过循环风机、进风管道、吹风机构、预氧化腔、回风机构、回风管道内的过滤器、回风腔内的加热器。风经过加热器加热后变成热风，热风在循环风机的驱动下依次流过进风管道、吹风机构、预氧化腔、回风机构，最后热风流回到回风管道内。丝束在预氧化腔内被热风氧化，风在回到回风管道后，风在回风管道内经过过滤后，再次经过加热器的加热，最后继续在循环风机的驱动下再次按照上述流通方式循环流通。预氧化腔内的温度越高，丝束的放热越多，风速不能太高也不能太低，风速衰减则带不走热量。不同的原丝纤维(丝束)有不同的工艺温度，风速过高原丝纤维容易被吹断，风速过低或衰减过大，则不能及时地带走反应热。有关更多热风循环系统的技术方案可以参考专利名称为一种实现多工作温度的丝束平行氧化炉及氧化设备，申请号为201910379440.5的文献。本申请的主要创新点在于对称设置两套热风循环设备的思路以及对吹风机构和回风机构的设计上。
下文对吹风机构和回风机构作更进一步的介绍：
有两种吹风机构，结合图3和图4所示，第一种吹风机构是：吹风机构有多个，每个吹风机构均包括进风腔体、位于进风腔体内的吹风喷嘴、位于进风腔体内的导风斜板。一个吹风机构有一个进风腔体、一个吹风喷嘴、一块导风斜板。导风斜板是倾斜放置的，用于引导风使得风吹向预氧化腔内。所有的吹风机构依次排列，所有的吹风机构可以是从下往上依次排列，相邻两个进风腔体之间存在间隙，原丝(丝束)穿过相邻两个进风腔体之间的间隙。吹风喷嘴包括孔板和蜂窝板，沿着风的循环路径，风依次经过导风斜板、孔板和蜂窝板，在进风腔体内设置了导风斜板、孔板和蜂窝板，导风斜板设置在进风腔体的入口处，风进入进风腔体后，导风斜板迫使风流向孔板和蜂窝板，蜂窝板可以使得无方向的风变成与原丝纤维平行的风，即从吹风机构出来的风变成了与原丝纤维平行的风，多个吹风机构叠放在一起，即形成了层风，一个吹风机构就是一层风，所有吹风机构吹出来的风即形成了层流匀风场。吹风机构吹出来的风再流向预氧化腔。不同套热风循环设备吹出来热风是相反的，例如图2示意，左侧热风循环设备里热风循环系统内吹出的风向左，右侧热风循环设备里热风循环系统内吹出的风向右。
回风机构的结构形式有两种，第一种是：参照图4理解，回风机构有多个，每个回风机构均包括回风腔体、位于回风腔体内的抽风喷嘴、位于回风腔体内的导风斜板。一个回风机构有一个回风腔体、一个抽风喷嘴、一块导风斜板。回风机构中，抽风喷嘴即是孔板，导风斜板是倾斜放置的，用于引导风使得风吹向回风管道内。所有的回风机构依次排列，所有的回风机构可以是从下往上依次排列，相邻两个回风腔体之间存在间隙，原丝(丝束)穿过相邻两个回风腔体之间的间隙。沿着风的循环路径，风依次经过孔板和导风斜板。图1中，显示有3个间隙，即有4个回风机构形成了3个间隙。
采用上述吹风机构和回风机构时，原丝(丝束)依次穿过左侧热风循环设备里相邻两个回风腔体之间的间隙、左侧热风循环设备里相邻两个进风腔体之间的间隙、右侧热风循环设备里相邻两个进风腔体之间的间隙、右侧热风循环设备里相邻两个回风腔体之间的间隙，然后原丝再绕回来，从右侧的热风循环设备穿过左侧的热风循环设备。
参照图5理解，第二种回风机构的结构形式是：回风机构包括回风腔体、位于回风腔体内的至少一个抽风喷嘴、位于回风腔体内的至少一块导风斜板。对于第二种回风机构，可以只在一套热风循环系统里只设置一个回风机构。一个回风机构有一个回风腔体、至少一个抽风喷嘴(一般多个)、至少一块导风斜板(一般多个)。回风机构中，抽风喷嘴即是孔板，导风斜板是倾斜放置的，用于引导风使得风吹向回风管道内。所有的孔板依次排列，例如，所有的孔板可以是从下往上依次排列。孔板上设有缝隙或者相邻两块孔板之间存在间隙，该句话可做如下理解：即若孔板的数量为一个时，孔板上应该设置有缝隙，以便让原丝穿过；若孔板的数量为多个时，相邻两块孔板之间应该存在间隙，以便让原丝穿过；若孔板的数量少于吹风结构中孔板的数量时，孔板设置缝隙和孔板数量可以结合起来，某块孔板或其中几块孔板上应该设有缝隙，以便让原丝穿过。沿着风的循环路径，风依次经过孔板和导风斜板。导风斜板上设有缝隙或者相邻两块导风斜板之间存在间隙，导风斜板的设置情况可以参照孔板来设置。本段中，如无限定，所说的孔板都是指回风机构的孔板。第二种回风机构中，回风腔体上应该设置多个缝隙，以便让原丝穿过。
采用上述吹风机构和第二种回风机构时，原丝(丝束)依次穿过左侧热风循环设备里回风腔体上的某个缝隙、左侧回风机构中导风斜板的缝隙或者相邻两块导风斜板之间的间隙、左侧回风机构中孔板的缝隙或者相邻两块孔板之间的间隙、左侧热风循环设备里相邻两个进风腔体之间的间隙、右侧热风循环设备里相邻两个进风腔体之间的间隙、左侧回风机构中孔板的缝隙或者相邻两块孔板之间的间隙、左侧回风机构中导风斜板的缝隙或者相邻两块导风斜板之间的间隙、右侧热风循环设备里回风腔体上的某个缝隙，然后原丝再绕回来，从右侧的热风循环设备穿过左侧的热风循环设备。
吹风喷嘴的孔板与蜂窝板之间的夹角为c，0≤c≤80°，孔板和蜂窝板之间的最小距离为l，0mm≤l≤200m。
吹风喷嘴的孔板上设有通孔，孔隙率为10％～80％，通孔深度h和通孔截面积s之间的关系是：1≤h/s≤60，通孔的截面形状为圆形、三角形或者多边形。
吹风喷嘴的蜂窝板上设有通孔，孔隙率为10％～90％，通孔深度h和通孔截面积s之间的关系是：10≤h/s≤100，通孔的截面形状为圆形、三角形或者多边形。
孔板的通孔截面积和蜂窝板的通孔的截面积相同或者不相同，孔板上的单个通孔截面积s和蜂窝板的单个通孔截面积s之间的关系是：0.2≤s/s≤5。
回风机构的孔板上设有通孔，孔隙率为20％～80％，通孔深度h和通孔截面积s之间的关系是：1≤h/s≤60，通孔的截面形状为圆形、三角形或者多边形。
吹风喷嘴的高度m和抽风喷嘴的高度m之间的关系为：0.5≤m/m≤5。
流入吹风喷嘴的风速为1～15m/s，风速的均匀性≤±10％；吹风喷嘴到抽风喷嘴之间的距离l与进风腔体的体积v和流经进风腔体的风速vd有关，具体的关系表达式为：
各热风循环系统的风向可以与丝束运行方向同向平行或反向平行；每套热风循环系统的风速可以相同或者有差异；每套热风循环系统可以包括最多1-15组的吹风机构及回风机构(即每套热风循环系统可以处理最多1-15组丝束面。)；同样长度的预氧化单元(左右两侧热风循环设备里的预氧化腔)，吹风机构吹出的风到回风机构时，风会有衰减，长度越长，风越不稳定，衰减越严重，本申请中，每套热风循环系统只是负责一半长度的距离，保持风速的稳定与较低衰减，形成更高效的散热效率；预氧化单元可以叠加，即多套热风循环系统可以叠放在一起，增加预氧化炉单元两端(保温框架两端)的往复导丝辊系统及单元之间的驱动系统，形成新型、高效预氧化装备及工艺，往复导丝辊系统及单元之间的驱动系统可以参照专利名称为一种实现多工作温度的丝束平行氧化炉及氧化设备，申请号为201910379440.5的文献。保温框架内，两套独立运行的热风循环设备，相互没有热风、风道的交集。每一套热风循环系统可以完成一套均风、均温的完整系统。
结合图3和图5所示，在于提供第二种吹风机构，第二种吹风机构包括进风腔体、位于进风腔体内的若干个吹风喷嘴、位于进风腔体内的至少一块导风斜板。对于第二种吹风机构，可以只在一套热风循环系统里只设置一个吹风机构。一个吹风机构有一个吹风腔体、至少一个吹风喷嘴(一般多个)、至少一块导风斜板(一般多个)。导风斜板是倾斜放置的，用于引导风使得风吹向预氧化腔内。若干个吹风喷嘴依次排列，例如，所有的吹风喷嘴可以是从下往上依次排列。相邻两个吹风喷嘴之间存在间隙，原丝(丝束)穿过相邻两个吹风喷嘴之间的间隙。吹风喷嘴包括孔板和蜂窝板，沿着风的循环路径，风依次经过导风斜板、孔板和蜂窝板；在进风腔体内设置了导风斜板、孔板和蜂窝板，导风斜板设置在进风腔体的入口处，风进入进风腔体后，导风斜板迫使风流向孔板和蜂窝板，蜂窝板可以使得无方向的风变成与原丝纤维平行的风。导风斜板上设有缝隙或者相邻两块导风斜板之间存在间隙，导风斜板的设置情况可以参照实施例1中第二种回风机构的孔板来设置。
采用第二种吹风机构和回风机构时，原丝(丝束)依次穿过左侧热风循环设备里回风机构的缝隙、左侧吹风机构中相邻两个吹风喷嘴的间隙、左侧吹风机构中导风斜板的缝隙或者相邻两块导风斜板之间的间隙、左侧热风循环设备里吹风腔体上的某个缝隙、右侧热风循环设备里吹风腔体上的某个缝隙、右侧吹风机构中导风斜板的缝隙或者相邻两块导风斜板之间的间隙、右侧吹风机构中相邻两个吹风喷嘴的间隙、右侧热风循环设备里回风机构的缝隙，然后原丝在绕回来，从右侧的热风循环设备穿过左侧的热风循环设备。
预氧化炉是对碳纤维(原丝或称为丝束)进行预氧化的，由于丝束在预氧化的过程中，需要穿过整个预氧化炉，因此预氧化炉不可能是全封闭的，预氧化炉是现有技术中的一种设备，预氧化炉包括两个对称设置的吹风机构，两个吹风机构包括多个从下往上依次排列的进风腔体。预氧化炉一般都包括多个从下往上依次排列的进风腔体，上下相邻的两个进风腔体之间形成第一丝束通道，即预氧化炉有多个进风腔体，且多个进风腔体从下往上依次排列，上下相邻的两个进风腔体之间存在间隙，该间隙即是用于丝束穿过的第一丝束通道，丝束是通过预氧化炉外的辊架系统反复穿过预氧化炉的。下文主要是对进风腔(进风腔体)进行改造设计。
结合图6、图7所示，进风腔体内设有分流板和水平整流板。可以认为分流板即是上文介绍预氧化炉中的导风斜板，在需要开设一个连通通道使预氧化风腔和丝束通道风腔相通时，在导风斜板上开设分流孔，此时分流板和导风斜板是同样的一个部件。在不需要开设一个连通通道使预氧化风腔和丝束通道风腔相通时，导风斜板没有开设分流孔，可以分别向预氧化风腔和丝束通道风腔通风。也可以认为水平整流板即是上文介绍预氧化炉中的吹风喷嘴，但水平整流板不一定必须是吹风喷嘴。分流板可以是竖直状态的一块板，从俯视方向上看，分流板大致处在进风腔体的对角线上，分流板的形状和设置的位置也可以是其他情况。分流板将进风腔体分为预氧化风腔和丝束通道风腔，预氧化风腔和丝束通道风腔是相互独立的，分流板上设有分流孔，预氧化风腔和丝束通道风腔通过分流孔连通。水平整流板位于预氧化风腔内，结合图6和图10所示，水平整流板上设有匀风孔，丝束通道风腔设有匀风通道，匀风通道与第一丝束通道相通。进风腔体的进风口与预氧化风腔相通。风直接进入预氧化风腔后，分流板迫使大部分的风流向水平整流板，少部分的风通过分流孔流入丝束通道风腔内。
结合图2、图8所示，进风腔体的顶部和/或底部上设有匀风孔，即进风腔体的顶部和底部均设有匀风孔，或者，进风腔体的顶部或底部设有匀风孔，进风腔体的顶部和底部至少有一个地方设置了匀风孔。由于进风腔体是由下往上排列的，最下面的进风腔体的底部可以不设置匀风孔，最上面的进风腔体的顶部可以不设置匀风孔，其余的进风腔体的顶部和底部最好设置匀风孔。匀风通道为进风腔体上的匀风孔，在这种情况下，进风腔体上的匀风孔即是匀风通道。
结合图6、图9所示，若在丝束通道风腔内设有垂直调整板，垂直调整板可以是水平状态的一块板，从俯视方向上看，垂直调整板的形状和丝束通道风腔的截面形状一致，垂直调整板的形状和设置的位置也可以是其他情况。结合图9所示，垂直调整板将丝束通道风腔分为上风腔和下风腔，分流板的分流孔有多个，其中一些分流孔与上风腔相通，其中一些分流孔与下风腔相通，进风腔体的顶部和/或底部上设有匀风孔。少部分的风通过分流孔流入丝束通道风腔内后，风分别从进风腔体顶部和底部的匀风孔进入第一丝束通道内，从而对丝束的上面和下面进行吹风。
进风腔体的进风口面积与水平整流板开孔面积的比值为1.5～5，最好是2～2.5，进风腔体的进风口面积与分流板开孔面积的比值为20～100，垂直调整板开孔面积与分流板开孔面积的比值为2。水平整流板包括孔板和/或蜂窝板。水平整流板上的匀风孔为直空通孔或喇叭口，水平整流板上的所有匀风孔的综合长径比≥2，优选≥3。分流板上设有两排以上的分流孔。进风腔体顶部匀风孔的开孔率与分流板的开孔率的比值为2。
结合图6、图8、图9所示，进风腔体顶部和/或底部上的匀风孔位于进风腔体的端部。由于预氧化炉的进风位置是在预氧化炉中间的，两个吹风结构是对称设计的，即两个对应的进风腔体也是对称的，因此将匀风孔设置在进风腔体的端部，风从上风腔和下风腔出来之后，直接进入第一丝束通道的中间位置，从而对丝束的上面和下面进行吹风。
预氧化炉是对碳纤维(原丝或称为丝束)进行预氧化的，由于丝束在预氧化的过程中，需要穿过整个预氧化炉，因此预氧化炉不可能是全封闭的，预氧化炉是现有技术中的一种设备，预氧化炉一般都包括多个从下往上依次排列的回风腔体，上下相邻的两个回风腔体之间形成第二丝束通道，即预氧化炉有多个回风腔体，且多个回风腔体从下往上依次排列，上下相邻的两个回风腔体之间存在间隙，该间隙即是用于丝束穿过的第二丝束通道，丝束是通过预氧化炉外的辊架系统反复穿过预氧化炉的。上文详细描述了预氧化炉的其中一种结构，本申请的炉端设备是应用在预氧化炉端部的。
以下先对炉端设备作详细介绍：
结合图11、图6、图7所示，一种高效节能预氧化炉炉端设备，炉端设备包括设有补充新热风的补充腔体、设有抽排废气的抽排腔体。通过补充腔体在预氧化炉出口处的内或外(第二丝束通道的内或外)补充新的热风，防止冷风通过第二丝束通道进入预氧化炉内。通过抽排腔体抽排掉预氧化过程中产生的废气。结合图11和图12所示，将预氧化炉划分为上部空间和下部空间，补充腔体位于预氧化炉的下部，抽排腔体位于预氧化炉的上部，补充腔体上设有吹风口，抽排腔体上设有抽风口，吹风口位于第二丝束通道内或者第二丝束通道外，抽风口位于第二丝束通道内或者第二丝束通道外，将吹风口和抽风口都设置在第二丝束通道的内部，可以起到更好的节能效果。
结合图11和图15所示，补充腔体有多个，多个补充腔体从下往上依次排列，结合图13所示，每一个补充腔体与预氧化炉下部对应的一个回风腔体集成为一个金属腔体，即一个补充腔体对应与一个回风腔体(位于预氧化炉下部)制成一个整体的腔体，集成在一起的补充腔体和回风腔体之间设有隔离板，即用隔离板将该整体的腔体划分成了补充腔体和回风腔体。从下往上依次排列的所有补充腔体中，最上端的补充腔体的底部设有吹风口，最下端的补充腔体的顶部设有吹风口，其余的补充腔体的顶部和底部均设有吹风口，图13中的吹风口吹的方向是垂直于纸面的。为了统一制作，也可以所有的补充腔体的顶部和底部均设有吹风口。
参照图11和图15理解，抽排腔体有多个，多个抽排腔体从下往上依次排列，结合图14所示，每一个抽排腔体与预氧化炉上部对应的一个回风腔体集成为一个金属腔体，即一个抽排腔体对应与一个回风腔体(位于预氧化炉上部)制成一个整体的金属腔体，集成在一起的抽排腔体和回风腔体之间设有隔离板，即用隔离板将该整体的腔体划分成了抽排腔体和回风腔体。从下往上依次排列的所有抽排腔体中，最上端的抽排腔体的底部设有抽风口，最下端的抽排腔体的顶部设有抽风口，其余的抽排腔体的顶部和底部均设有抽风口，图14中的抽风口吹的方向是垂直于纸面的。为了统一制作，也可以所有的抽排腔体的顶部和底部均设有吹风口。
结合图15所示，以补充腔体为例进行说明：上下相邻的两个补充腔体之间是存在间隙的，该间隙是用来给丝束穿过的第二丝束通道，在补充腔体的顶部和底部开设吹风口，该吹风口可以垂直对着丝束吹或者以一定的角度对着丝束吹。当补充腔体的壳体一部分露出在第二丝束通道的外部时，即可以将吹风口开设在第二丝束通道的外部，即吹风口的风向是朝着第二丝束通道的出口处吹的；更为理想的设计是将吹风口设置在第二丝束通道内。图15中的吹风口是示意图，是在补充腔体顶部(底部)的局部开设吹风口，或者在补充腔体顶部(底部)的全部范围都开设吹风口，图15中，画虚线的吹风口开设在第二丝束通道外，画实线的吹风口开设在第二丝束通道外。由于第二丝束通道内有热风吹入，可以防止冷风从第二丝束通道进入预氧化炉的内部(预氧化腔的内部)。
第二丝束通道出口处的上方和下方均设有滑动式安装的节流板，节流板可以上下滑动。第二丝束通道出口处的两块节流板之间的宽度范围为5～20mm，最好为8～10mm。
炉端设备还包括回风循环系统、新热风补充系统、废气抽排系统。这三大系统属于现有技术，不作进一步的介绍。新热风补充系统的出风口与补充腔体相通，通过新热风补充系统给补充腔体充入新热风。废气抽排系统的入风口与抽排腔体相通，通过废气抽排系统抽走抽排腔体内的废气。回风循环系统的入风口与回风腔体的出风口相通，预氧化腔内的风大部分流入回风腔体，然后再流入回风循环系统，再由回风循环系统流入预氧化炉的进风腔体，再由进风腔体流入预氧化腔内。第二丝束通道流出的一部分新热风流向回风循环系统，从而进一步流向预氧化腔内。
抽风口的吸风方向与丝束面的夹角≤90°，吹风口的吹风方向与丝束面的夹角≤90°，与抽排腔体集成在一起的回风腔体数量为全部回风腔体数量的50％～60％。
抽风口为一条以上的狭缝或者一排以上的通孔，吹风口为一条以上的狭缝或者一排以上的通孔。
回风循环系统设有回风总管道，所有的回风腔体均与回风总管道相通，各回风腔体的风汇集到统一的回风总管道中，废气抽排系统设有抽排总管道，所有的抽排腔体均与抽排总管道相通，所有废气的总体抽风量可根据抽排风机的转速变化而调整，抽排的废气主要送入废气焚烧系统中。新热风补充腔体的总体吹风量可根据热新风风机的转速变化而调整，或者通过调整回热管道上的阀门来控制。
废气抽排系统抽排第二丝束通道中的废气，输送到生产线的废气焚烧系统。新热风补充系统可以对第二丝束通道补充新的热风，新热风补充系统的热风来源，可以是单独的热风补充系统，即一组带风机及加热器的热风系统，也可以是生产线上的余热利用，比如从焚烧炉换热系统引导过来的回收热风。废气抽排系统与热风补充系统，均具有在炉膛宽度方向上，均匀抽风与排风的设计，风速的均匀度为±20％。
抽排腔体与回风腔体集成到一起、补充腔体与回风腔体集成到一起，节约设备空间，降低设备成本。抽排腔体直接对丝束面的上下两面抽排废气，这个位置(第二丝束通道)是废气刚好排出炉膛的地方，及时抽排，效率高，同时，如果废气进入门廊，气态的焦油与门廊冷部件结合，就会形成污染的焦油。另外当废气进入门廊后再抽排，其中会抽排从门廊处的第二丝束通道吸入的大量室温空气，导致预氧化炉排废量大增，增加了焚烧的能耗与负荷；补充腔体也是对着丝束的上下两面吹风，这也是由于烟囱效应，室温空气进入炉膛的最后通道，由于补充的是热风，由于与炉膛上端的抽风的温差小，烟囱效应减弱，对室温空气的吸力降低，同时，在第二丝束通道进入炉膛的新风，对比炉外的室温风，具有优先进入的位置优势。这样，可以极大的减少室温风进入炉膛。因此，整个热风循环系统，只需要较小的加热，就可以维持温度稳定，同时，由于极少的炉膛底部的室温风的侵入，炉膛能保证更长的有效加热温区。节流板既能保持丝束无接触地在炉内通行，又尽可能地减少炉膛与外界的通道，这更加便于废气抽排与新热风补充的效率，最终实现降低氧化炉能耗的目的。本炉端设备，利用热管理的系统思维，将焚烧系统的回热利用，用一定温度的热新风去替代部分或全部试图侵入烘箱的室温新风，最终实现了预氧化炉的更长的有效加热长度，更稳定的温度场，更低的能耗。
预氧化炉是对碳纤维(原丝或称为丝束)进行预氧化的，预氧化炉是现有技术中的一种设备，丝束是通过预氧化炉外的辊架系统反复穿过预氧化炉的。预氧化炉包括沿着风流动路径依次设置的进风管道、进风腔体、预氧化腔、回风腔体，预氧化炉的炉端处设有门廊，辊架系统包括辊架，预氧化炉外设有辊架。预防火及消防系统是应用在预氧化炉的。
图16至图18，管道系统采用实线绘制，各种电信号连接采用虚线示意，实心点表示管道是相通的。结合图16、图17所示，一种预氧化炉预防火及消防系统，预防火及消防系统主要是在明火尚未出现时及时处理安全隐患，起到预防火的作用，另一个作用是，在明火以及出现后，可以消灭明火，起到消防作用。预防火及消防系统包括设置在进风腔体出口处和回风腔体入口处的温度传感器、安装在辊架上的负荷传感器、位于预氧化炉外的气氛传感器、控制器、位于预氧化腔内的第一水喷头组、位于门廊内的水幕组、位于门廊外的第二水喷头组、位于辊架处的第三水喷头组、排废风机、提供水源的消防设备。在预氧化腔内的中间位置、侧壁和顶部也可以设置温度传感器，温度传感器可以检测预氧化炉内不同部位的温度，如进风腔体出口处和回风腔体入口处，温度传感器检测到的信号反馈给控制器。负荷传感器安装在炉端处的辊架上，可以感知一根丝束断丝对棍子负荷的变化。气氛传感器主要检查进风管道内气氛中氰化氢的含量。控制器为plc，温度传感器、气氛传感器及负荷传感器的数据连续传输给预防火可编程控制器(plc)，该预防火可编程控制器(plc)可以是单独的，也可集成到预氧化炉的plc或生产线的plc，用户在购买预氧化炉的时候，可以购买预防火可编程控制器(plc)与预氧化炉自身控制的plc的集成，若用户购买时只购买了的预氧化炉自身控制的plc，预防火可编程控制器(plc)也可以后期单独购买。预防火可编程控制器(plc)需要对温度、气氛及负荷传感器的数据做出综合分析与逻辑判断，不是根据单一的传感信息做判断，预防火可编程控制器(plc)具有判断问题丝束位置的能力。温度传感器、负荷传感器、气氛传感器、控制器以及各个传感器与控制器的通信控制功能属于现有技术，可以在市场上购买，本申请的一个创新点是将各个传感器应用在预氧化炉内，并形成预防火及消防系统。
结合图16、图17所示，第一水喷头组、水幕组、第二水喷头组、第三水喷头组均通过管道系统与消防设备连接。消防设备有水箱，可以源源不断地提供水源。从预氧化炉内到预氧化炉外的方向上，第一水喷头组、水幕组、第二水喷头组、辊架、排废风机、第三水喷头组依次排列。第二水喷头组和第三水喷头组分居(分别位于)辊架的两侧，排废风机位于第三水喷头组和辊架之间。
结合图16、图18所示，温度传感器与控制器电信号连接，负荷传感器与控制器电信号连接，气氛传感器与控制器电信号连接，气氛传感器的探测头伸入进风管道内，排废风机与控制器电信号连接，消防设备与控制器电信号连接，温度传感器有多个，从上往下分层布置，温度传感器的数量以及安装位置可以合理设置，温度传感器主要是用来监控预氧化腔内的温度，尤其是容易出现异常情况的敏感位置，更应设置温度传感器用来监控温度。控制器(plc)可以采用罗克韦尔自动化有限公司生产的型号1794；温度传感器可以采用美国艾默生电气公司生产的，型号为644hanaxaj5m6，负荷传感器可以采用美国蒙特福有限公司生产的型号为xn100mm-100mm-06-50n。上述的各个传感器也可以是其他品牌和型号。
结合图16、图17所示，管道系统包括第一分支管道、第二分支管道和第一总支管道。水幕组和第二水喷头组通过管道并联后连接在第一分支管道上，水幕组和第二水喷头组是并联的关系，并联后的管道连接在第一分支管道上。第一水喷头组连接在第二分支管道上，第一分支管道和第二分支管道并联后连接在第一总支管道，第一分支管道和第二分支管道是并联的关系，并联后的管道连接在第一总支管道。第一总支管道连接在消防设备上，第一分支管道和第二分支管道上均设有电磁阀。
第一水喷头组包括上下分层布置的多个水喷头，其中一些水喷头位于进风腔体的出口处，其中一些水喷头位于回风腔体的入口处，其中一些水喷头位于预氧化腔的中部和顶部，水喷头的数量以及安装位置根据实际情况确定，第一水喷头组中的水喷头的数量至少为9个。第一水喷头组中的水喷头主要是在预氧化腔内起到预防火及消防的目的，即在温度异常尚没有明火的时候，及时降温，在有明火的时候及时消灭明火。
水幕组包括上下分层布置的多个水幕，水幕可以安装在门廊的顶部和侧壁上，水幕应当靠近回风腔体的位置，水幕的数量为3个以上。第二水喷头组包括上下分层布置的多个水喷头。
管道系统还包括第二总支管道，第二总支管道上设有电磁阀，第三水喷头组连接在第二总支管道上，第二总支管道连接在消防设备上。
第三水喷头组包括上下分层布置的多个水喷头。
预氧化炉还包括循环风机，循环风机与控制器电信号连接，预防火及消防系统还包括多个报警器，报警器的数量和安装位置可以根据需要选择。报警器与控制器电信号连接，消防设备与控制器电信号连接。
本预防火及消防系统在预防火的情况下，只有相关位置的水喷头或水幕处于工作状态，工作时间根据预防火可编程控制器(plc)的指令。在消防的情况下，所有水喷头和水幕都处于工作状态，同时，预氧化炉或生产线的预防火可编程控制器(plc)发出停止驱动加热器的信号，加大循环风机的风量，加大排废风机的排气量。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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