一种适用于高钙镁钛渣氯化的沸腾炉装置系统的制作方法

本发明涉及一种沸腾氯化炉化工生产装置系统，特别涉及一种适用于高钙镁钛渣氯化的沸腾炉装置系统。

背景技术：

目前，利用钛渣、金红石、人造金红石等富钛料(主要成分：tio2)经过高温氯化反应制四氯化钛(ticl4)，是四氯化钛生产的主体工艺路线。但行业技术研究和生产实践表明，大型沸腾氯化工艺对富钛原料的cao、mgo等杂质含量要求较高，cao+mgo的含量超过1.5％的富钛料(高钙镁钛原料)，就难以在有筛板沸腾氯化炉中使用。我国我国攀西地区富含钒钛磁铁矿资源，其伴生的钛资源量约占全国钛资源总量的90％、占全世界的35％。目前电炉法冶炼这种钛精矿生产tio275％～78％的酸溶性钛渣或者搭配云南矿、米易等外地钛矿生产tio285％的钛渣供给国内硫酸法、氯化法钛白厂(熔盐氯化或无筛板沸腾氯化配料)作生产原料。其代表性钛渣产品的主要化学组成为：

攀西矿冶炼75高钛渣

攀西矿掺配砂矿冶炼85高钛渣

从上述数据可见，我国攀西钛资源存在杂质含量特别是钙、镁杂质含量偏高的现状。因此，我国攀西钛资源的开发利用的关键技术在于，一方面是对钛渣(或钛铁矿)中难分离的ca、mg等杂质采用新的技术进行分离，提升生产钛渣品质的产业化技术；另一方面是开发先进的、适应钛渣的高杂质特性的产业化加工技术。这两大关键技术是目前我国钛行业发展的瓶颈。

至今为止，不论在国际还是国内有筛板大型沸腾氯化技术，都没有以攀西钛渣(主要成分tio2＝75～85％，cao＞1.5％，mgo＞5％，本发明简称“高钙镁钛渣”)作原料正常生产四氯化钛的成功先例。

因此，如何实现高钙镁钛渣在大型沸腾氯化炉中的广泛使用，以及提供一套能够适用于高钙镁钛渣的沸腾氯化的大型沸腾氯化炉装置系统，则成为我国攀西钛矿资源的自主开发使用中亟待关注和解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，本发明人提供一种适用于高钙镁钛渣氯化的沸腾炉装置系统，并配合本发明人同日提交的“一种高钙镁钛渣改性处理工艺”发明申请中所述的一种可以使高钙镁钛渣适用于大型沸腾氯化工艺的改性处理工艺，使高钙镁钛渣能够在本发明所述的沸腾炉装置系统中，稳定反应得到四氯化钛气体产物，并实现沸腾床内钙、镁等杂质成分的有效、清洁分离，提高原料利用率，并全面实现四氯化钛气体生产的高度自动化、智能化和清洁化。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种适用于高钙镁钛渣氯化的沸腾炉装置系统，包括沸腾炉炉体，所述沸腾炉炉体上部为反应室，中部为扩大室，下部为沸腾室；所述反应室顶部设置有气体出口；所述沸腾室的底侧设置有进料口、点火口以及下排渣口；其特征在于，

所述沸腾室和所述反应室之间设置有高压脉冲辅助上排渣系统；

所述高压脉冲辅助上排渣系统，包括高压脉冲发生器和脉冲气流喷射管，用于发射高速气流，引导沸腾床上方的细小粉粒杂质，随主气流从顶部气体出口排出。

通常为适应不同物化性质的钛原料的氯化反应需求，沸腾炉内的气流流速操作具有较大的弹性空间。当沸腾炉在较低操作气速时，则无法满足载气上排渣条件，难以有效将细小杂质颗粒从上排渣口排出，只能待沸腾床内的杂质富集到一定量时，直接从下排渣口同整个物料料床一并排出，从而导致物料料床内原料利用率低，四氯化钛生产效率低的问题。

特别是在平均粒径偏小的高钙镁钛渣沸腾氯化反应过程中，通过改性处理，钛渣中高含量的钙、镁杂质，转化为呈固相状态的caf2、caalf5、mgf2细小粉粒，并随反应的进行可能富集在沸腾床的上方，则为维持沸腾炉内沸腾床的稳定，需要更为频繁的进行下排渣，不仅增大了整个工艺操作繁琐程度更是造成反应原料的利用率低，，不利于高钙镁钛渣的大型沸腾氯化使用。

为此，本发明提供一种适用于高钙镁钛渣氯化的新型沸腾炉装置系统，通过在沸腾室与扩大室之间设置一高压脉冲辅助上排渣系统，待高钙镁钛渣沸腾床上方富集的细粉杂质使沸腾床阻力上升到设定值时，连锁高压脉冲上排渣系统工作，喷射出高压脉冲气流，通过喷射气流的引流作用，从而卷吸悬浮在沸腾床上方的钙、镁细粉杂质，辅助其随炉气从顶部气体出口排出。并在整个沸腾氯化过程中，通过所述高压脉冲辅助上排渣系统的运行，使细粉杂质间断式排出炉内，控制并稳定沸腾床压力，直至高压脉冲上排渣系统不能有效控制沸腾床阻力，使沸腾床的阻力上升到一定值时，才从所述下排渣口与整个物料料床一同排出，从而有效延长物料沸腾床的稳定时间，使物料在沸腾状态下充分混合反应，提高钛渣转化率和四氯化钛产率，并减少下排渣的次数，简化生产工艺流程，有效提高四氯化钛生产效率。

优选地，所述高压脉冲上排渣系统设置在所述扩大室的底部侧壁或所述沸腾室的顶部侧壁。正常的沸腾床高度不超过沸腾室的顶部，但细料富集后，其顶部以上空间会悬浮有相当浓度的细粒，将高压脉冲上排渣系统优选设置在上述位置，更适合气流导排条件。

优选地，所述高压脉冲上排渣系统沿沸腾炉周向布置，相邻所述脉冲气流喷射管的排列间距控制在1000～3000mm范围内；每一个所述脉冲气流喷射管中心线与炉体竖轴线的夹角为：5～45°。实际生产工艺过程中，依据具体沸腾炉的直径大小，选择所述脉冲气流喷射管的排列间距，其中大直径的沸腾炉选择大间距的排列；并具体调试每一根所述脉冲气流喷射管中心线与炉体竖轴线之间的夹角，并控制在5～45°范围，从而确保高压脉冲气流尽量在不破环沸腾床的沸腾稳态下，将悬浮在其上方的细粉杂质卷吸排出。

优选地，所述下排渣口连接有自动排渣器，所述自动排渣主要包括压差传感仪、电动下展式放料阀、缓冲集料器以及电动排渣阀，用于沸腾炉的自动下排渣；当所述高压脉冲辅助上排渣系统的排渣能力不能有效控制沸腾床阻力，使沸腾床阻力上升至所述自动排渣器设定的压力触发点时，排渣器自动开启工作，向炉体外排出炉渣。

结合上述高压脉冲上排渣系统，本发明所述的沸腾炉装置能够全面实现排渣的自动化与智能化，并通过高压脉冲上排渣系统与自动下排渣器的配合运行工作，有效监控沸腾床内杂质的富集状况，并延长物料沸腾床的稳定时间，使物料在沸腾状态下充分混合反应，提高钛渣转化率和四氯化钛产率，简化生产工艺流程，有效提高四氯化钛生产效率。

优选地，所述沸腾炉底部还连接有布气室；

所述布气室是由耐腐蚀的上管板、下管板和外壳组成的腔体；在所述布气室的外壳上设置有氯气进气孔，采用静压布气原理对通入气体进行整流和分布；其中，

所述布气室上管板与沸腾室底部焊接；所述下管板设置在布气室底部；所述上管板和下管板中固定连接有若干风帽套管；每一根所述风帽套管的套管壁上开设有整流孔，所述布气室内的气体通过整流孔进入风帽套管内，并经整流孔进一步整流后，使气室流场更加均匀，优化风帽的分风条件。

每一根所述风帽套管内配套设置有双螺旋导流风帽结构件，使进入风帽套管的气流沿双螺旋流道高速旋转喷射到所述沸腾炉底部，形成旋切气流,带动沸腾炉底部原料料床的料流流场。

依据上述优化的技术方案，通过在沸腾炉底部增加一布气室，通入炉内的氯气首先从布气室侧壁通入，进行静压布气，并经整流孔整流，进一步优化风帽的分风条件，使风帽套管内的氯气在布气室的静压作用下，沿双螺旋流道高速旋转并均匀喷射到所述沸腾炉底部，带动沸腾炉底部原料料床的料流流场，形成高强度的旋切气流和料流流场，加速氯化反应，防止粉料结聚；并且使用双螺旋导流风帽，使沿着风帽上升的气流出气流量流速更均匀同时，还能高效阻止沸腾室底部的物料窜漏到布气室。

优化地，所述双螺旋导流风帽结构件采用快装式组合结构，包括风帽头和双流道螺旋导流杆；所述风帽头底部设置有承插接口，用于与所述风帽套管的承插组合；所述双流道螺旋导流杆，主要由连杆和设置在连杆顶部的双流道螺旋片组成；所述双流道螺旋导流杆设置在风帽套管内，其顶部的双流道螺旋片和风帽头相配合。

这种承插组合的快装式组合结构便于双螺旋导流杆烧损后的单独更换，并同时节约贵重的风帽头材料。

优选地，每一根所述双流道螺旋导流杆的底部连接有风帽流场管理系统，包括气流声波传感器和信号接收分析仪器，用于监控沸腾炉每只风帽的运行状态。

不同于传统的沸腾炉在运行中的状态，只能通过沸腾床温度监测、床层阻力监测数据等进行人脑分析、推断，本发明的大型沸腾氯化炉每一根所述双流道螺旋导流杆的底部连接有气流声波传感器，将其运行状态下的声波特性转换为电磁信号，无线传输到接收分析系统，通过电脑计算分析，显示出各风帽的运行状况，判断异常状态，实施故障预警，指导操作人员进行操作调整。使用仪器分析管控系统代替原传统的人为观测判断方式，从而实现对沸腾炉运行状态监控的自动化、智能化和精确化。其中，本发明所述风帽流场管理系统中的气流声波传感器以及信号接收分析仪器均可以直接选择市售成熟产品，再进行调试组合使用，设备简单易得。

优选地，所述点火口连接有等离子枪点火装置，用于沸腾炉的点火开炉。

传统沸腾炉点火通常以炭块(焦炭、木炭等)为燃料，人工点火的方法及油气点火的方法进行开炉升温，不仅浪费燃料，费时费力，还不能控制燃料燃烧程度，容易导致局部原料受热过高出现原料烧结现象。本发明以等离子点火枪产生的高能等离子体作为点火升温启动能源，压缩空气作为助燃剂，直接对沸腾氯化反应原料料床进行分段式渐进升温点火；具有点火控制自动化，升温快捷，节能显著，根除炭块燃料中水汽引发的腐蚀和堵塞问题，技术成熟、可靠、清洁。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、在本发明所述的一种适用于高钙镁氯化的沸腾炉装置系统中，结合所述高压脉冲辅助上排渣系统与自动下排渣器的配合运行工作，全面实现沸腾炉排渣处理的全自动化和智能化，并通过高压脉冲上排渣系统的运行，有效延长物料沸腾床的稳定时间，使物料在沸腾状态下充分混合反应，提高钛渣转化率和四氯化钛产率，减少下排渣的次数，简化生产工艺流程，有效提高四氯化钛生产效率。

2、依据本发明所述的一种适用于高钙镁钛渣氯化的沸腾炉装置系统，通过增设布气室，使氯气从布气室侧壁通入，预先经静压布气均匀，并由整流孔进入风帽套管后，在布气室的静压作用下，沿风帽套管内双螺旋导流结构件的双螺旋流道高速旋转并均匀喷射到所述沸腾炉底部，带动沸腾炉底部原料料床的料流流场，形成高强度的旋切气流和料流流场，加速氯化反应，防止粉料结聚，并有效避免沸腾室底部的物料窜漏到布气室造成原料浪费和风帽堵塞问题，进一步提高钛渣转化率和四氯化钛产率。

3、本发明所述的一种适用于高钙镁钛渣氯化的沸腾炉装置系统，不同于传统通过人工观测、判断沸腾炉内物料运行状态，本发明通过在每一根所述双流道螺旋导流杆的底部底部连接有气流声波传感器，将其运行状态下的声波特性转换为电磁信号，无线传输到接收分析系统，通过电脑计算分析，显示出各风帽的运行状况，判断异常状态，实施故障预警，指导操作人员进行操作调整，从而实现对沸腾炉运行状态的自动化、智能化以及精确化监控。

4、依据本发明所述的一种适用于高钙镁钛渣氯化的沸腾炉装置系统，通过利用等离子枪点火装置代替传统的人工加炭点火操作，能够实现对点火升温控制自动化，升温快捷，节能显著，根除炭块燃料中水汽引发的腐蚀和堵塞问题，技术成熟、可靠、清洁优点。

5、总体而言，结合上述装置系统，本发明提供了一种适用于高钙镁钛渣氯化的沸腾炉装置系统，使高钙镁钛渣能够在本发明所述的沸腾炉装置系统中，能够稳定反应得到四氯化钛气体产物，并实现沸腾床内钙、镁等杂质成分的有效、清洁分离，提高原料利用率，并全面实现四氯化钛气体生产的高度自动化、智能化和清洁化。

附图说明：

图1为本发明实施例中所述的一种适用于高钙镁钛渣氯化的沸腾炉装置系统示意图。

图2为图1中高压脉冲辅助上排渣系统的结构示意图。

图3为图1中布气室的结构示意图。

图4为图3中双螺旋导流风帽结构件的结构示意图。

图5为图4中双流道螺旋导流件的结构示意图。

图6为图1中自动排渣器的结构示意图。

图中标记：1-沸腾炉炉体；101-反应室；102-扩大室；103-沸腾室；1011-气体出口；1021-进料口；1022-点火口；1023-下排渣口；2-高压脉冲辅助上排渣系统；201-高压脉冲发生器；202-脉冲气流喷射管；203-清堵气流接口；3-布气室；301-上管板；302-耐热金属外壳；303-氯气进气口；304-下管板；305-风帽套管；306-整流孔；307-双螺旋导流风帽结构件；b-风帽头；c-双流道螺旋导流杆；b1-风帽头快装承接插口；c1-双流道螺旋导流片；c2-连杆；308-风帽螺纹堵头；4-风帽流场管理系统；401-声波传感器；402-信号接收处理系统；5-自动下排渣器；501-压差传感器；502-下展式电动放渣器；503-缓冲罐；504-电动排渣阀；10-氯气顶进口；12-压力表口；13-温度计口；14-人孔；15-检修口；16-布气室安全阀门接口。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的最佳实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1所示，发明提供一套能够适用于高钙镁钛渣氯化的大型沸腾炉装置系统，使用该沸腾炉装置系统可以实现四氯化钛生产的大型化、智能化、清洁化。并且本发明还特别配合发明人同日提交的“一种高钙镁钛渣改性处理工艺”发明申请，针对高钙镁钛渣氯化反应过程添加改性剂后，如何实现沸腾床内钙镁等杂质组分有效、清洁分离，进行了专项设计，对其它类型的高钛渣、金红石等沸腾氯化等同样适用。

如图1-6所示，本发明所述的一种沸腾装置系统，包括沸腾炉炉体1，所述沸腾炉炉体1从上到下依次为反应室101、扩大室102和沸腾室103。其中，所述反应室101为球冠封顶的圆柱形刚衬耐火材料结构；所述沸腾室103为圆柱形钢衬耐火材料结构；所述扩大室102为下部连接沸腾室103，上部连接反应室101的倒圆台形钢衬耐火材料结构。所述反应室101的顶部设置有气体出口1011；所述沸腾室103的底侧上设置有进料口1021、点火口1022和下排渣口1023。

所述沸腾室103和所述扩大室102之间设置有高压脉冲辅助上排渣系统2。如图2所示，所述高压脉冲辅助上排渣系统2包括高压脉冲发生器201和脉冲气流喷射管202，用于增大气流的引流，辅助物料沸腾床上方的细小粉粒杂质，随气流从顶部气体出口1011排出。

所述下排渣口1023连接有自动排渣器5。如图6所示，所述自动排渣器5主要包括压差传感仪501、电动下展式放料阀502、缓冲集料器503以及电动排渣阀504；用于沸腾炉的自动下排渣，当高压脉冲上排渣系统2不能有效控制沸腾床阻力，使沸腾床阻力上升至所述自动排渣器5设定的压力触发点时，排渣器自动开启工作，将细粉等杂质与整个物料料床一同排出。

结合所述高压脉冲辅助上排渣系统2与自动下排渣器5的配合运行工作，全面实现沸腾炉排渣处理的全自动化和智能化，并有效延长物料沸腾床的稳定时间，使物料在沸腾状态下充分混合反应，提高钛渣转化率和四氯化钛产率，减少下排渣的次数，简化生产工艺流程，有效提高四氯化钛生产效率。

所述沸腾室103的底部还连接有布气室3。如图3所示，所述布气室3是由上管板301、下管板304和耐热金属外壳302组成的腔体。上管板301与下管板304之间设置有若干风帽套管305；每一根所述风帽套管305穿过上管板301和下管板304，并焊接固定。其中，所述上管板301设置在布气室与沸腾室之间；所述下管板304设置在布气室3底部；所述布气室3的侧壁上设置有氯气进气孔303，采用静压布气原理对通入气体进行布气；所述风帽套管305壁上开设有整流孔306，所述布气室3内的气体通过整流孔307进入风帽套管303内；每一根所述风帽套管305的底端穿出所述下管板304，并套有风帽螺纹堵头308，防止进入风帽套管内的气体从套管低端溢出。

所述风帽套管305内配套设置有双螺旋导流风帽结构件307，使进入风帽套管305的气流沿双螺旋流道高速旋转喷射到所述沸腾炉底部，形成旋切气流,带动沸腾炉底部原料料床的料流流场。如图4-5所示，所述双螺旋导流风帽结构件307为快装式组合结构，包括风帽头b和双流道螺旋导流件c；所述风帽头b底部设置有承插接口b1，所述风帽头b与所述风帽套管305顶端承插组合；所述双流道螺旋导流件c，主要由螺杆c1和设置在螺杆顶部的双流道螺旋片c2组成；所述双流道螺旋导流件c设置在风帽套管305内，其顶部的双流道螺旋片c2和风帽头b配合。这种承插组合的快装式组合结构便于双螺旋导流风帽结构件烧损后的单独更换，并同时节约贵重的风帽套管套管材料。

如图4所示，本发明每一根所述双流道螺旋导流杆c的底部连接有由气流声波传感器以及信号接收和分析仪器402组成的风帽流场管理系统4；所述气流声波传感器401，将每只风帽运行状态下的声波特性转换为电磁信号，无线传输到接收分析系统，通过电脑计算分析，显示出各风帽的运行状况，判断异常状态，实施故障预警，指导操作人员进行操作调整；从而实现对沸腾炉运行状态监控的自动化、智能化和精确化。其中，本发明所述气流声波传感器401选择市售成熟产品，如：南京产数字声波传感器型号：geexlb-2s、geebla-cs(-3、-4、-5)等；信号接收和分析仪器402选用市场先进可靠的成套产品，如霍尼韦尔、浙江中控等工业自动化控制工程成套商的产品。

所述沸腾炉点火口1022处还连接有等离子枪点火装置，利用等离子枪点火装置代替传统的人工加炭点火操作，从而实现沸腾炉点火升温控制自动化和清洁化。

结合上述装置系统，本发明提供了一种适用于高钙镁钛渣氯化的沸腾炉装置系统，能适应较细的高钙镁钛渣的氯化反应要求，保证氯气吸收率达到99％以上，钛氯化率达到93％以上。并保障沸腾床内钙、镁等杂质成分的有效、清洁分离，全面实现四氯化钛气体生产的高度自动化、智能化和清洁化。

此外，还需要特别声明的是，上述实施例仅为本发明所述的最佳实施例，任何对本发明进行修改或等同替换，而不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。