石墨高溫膨化爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨高溫膨化爐，包括爐體和爐膛，所述爐膛內(nèi)設(shè)有膨化管，爐體兩端分別設(shè)有蓄熱式燃燒器且爐體兩側(cè)對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)有長明火燃燒器，所述膨化管位于蓄熱式燃燒器和長明火燃燒器的上方并貫穿整個(gè)爐膛上部，所述膨化管兩端分別設(shè)有進(jìn)料口和出料口，所述爐體外部設(shè)有與進(jìn)料口連通的貧氧煙氣管，所述貧氧煙氣管靠近進(jìn)料口的位置上設(shè)有用于添加石墨原料的下料管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該石墨高溫膨化爐首次使用蓄熱式燃燒器代替常規(guī)燃燒器，同時(shí)設(shè)置了用于隔離原料和燃料的膨化管，并且利用燃燒產(chǎn)生的貧氧煙氣送料，因此，該石墨高溫膨化爐具有節(jié)能高效燃燒、能耗低、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品成品率高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
石墨高溫膨化爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于膨化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種石墨高溫膨化爐。
【背景技術(shù)】
[0002]氣液相剝離膨脹石墨法作為新材料石墨烯制備的一種生產(chǎn)工藝，其具有設(shè)備投資小、生產(chǎn)成本低、操作簡單、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，是目前國內(nèi)石墨膜、石墨散熱片等產(chǎn)品的主流生產(chǎn)方式。在整個(gè)工藝生產(chǎn)流程中，膨化爐擔(dān)任著最重要的物料膨化工作，直接決定著下游產(chǎn)品質(zhì)量的高低，可以說是整個(gè)生產(chǎn)線的核心設(shè)備。
[0003]膨化爐根據(jù)熱源不同分為電加熱膨化爐和燃料燃燒加熱膨化爐(燃料主要為燃?xì)?，燃油及燃煤由于成本較高或排放不達(dá)標(biāo)等問題，實(shí)際運(yùn)用較少)。目前在國內(nèi)市場上，燃?xì)馀蚧癄t的加熱方式一般采用直燃式，即燃?xì)馀c助燃風(fēng)通過燃燒器噴入爐膛內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫，送料口一般布置在爐膛頂部或一側(cè)，通過送風(fēng)管與螺旋下料機(jī)配合將原料送入爐內(nèi)與火焰進(jìn)行直接接觸，從而達(dá)到膨化目的。燃?xì)饧訜崤蚧癄t具有投資小、建設(shè)周期短、生產(chǎn)操作靈活、維護(hù)方便、原料膨化速度快、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，從而被越來越多的石墨膜生產(chǎn)廠家所接受。但在實(shí)際生產(chǎn)中，燃?xì)馀蚧癄t也有其不足之處，主要體現(xiàn)在:
[0004]1、膨化爐在燃燒系統(tǒng)方面采用較為成熟的燃燒機(jī)集成設(shè)備，其優(yōu)勢在于投資成本低、結(jié)構(gòu)簡單、易于上手，但其在燃燒技術(shù)方面還屬于常規(guī)燃燒方式，從燃燒效果及節(jié)能方面來講均處于較低水平。由于膨化爐采用直燃式，需要將燃燒后的高溫?zé)煔馀c原料、部分膨化后的蠕蟲石墨摻和在一起由引風(fēng)機(jī)抽到下游生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)入除塵、除氣、平整、壓制等工藝流程，但實(shí)際上煙氣對(duì)于產(chǎn)品而言完全就是副產(chǎn)物，不僅增大了下游抽風(fēng)、除氣系統(tǒng)的負(fù)荷，而且在完成膨化功能后為避免其高溫?zé)龎南掠卧O(shè)備還需延長輸送管道或增加降溫裝置對(duì)其進(jìn)行降溫處理，也加大了設(shè)備投資及運(yùn)營成本；
[0005]2、與螺旋下料機(jī)配合工作的送料風(fēng)取用常規(guī)空氣，其氧含量達(dá)到21%左右，而在石墨膨化過程中的理想狀態(tài)為無氧狀態(tài)，盡量避免石墨中碳元素被氧化，從而保證原料的成品率與質(zhì)量，但目前的設(shè)備配合會(huì)造成即使燃?xì)馔耆紵笤诨鹧嫱庋嫘纬删植繙u流的貧氧氛圍，由于送料風(fēng)帶入的大量氧氣使之再次轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸瘹夥?，直接增加了原料的高溫氧化率，使成品率降低?br>[0006]3、為使原料得到最快、最佳的膨化速度與效果，進(jìn)料口一般布置在火焰外焰處，也就是燃?xì)饫碚撊紵罡邷囟赛c(diǎn)上，參照天然氣理論燃燒溫度達(dá)1600°C左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了膨脹石墨膨化工藝所需求的900?1100°C，從而造成膨化溫度點(diǎn)超溫，原料過燒。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種石墨高溫膨化爐，所述石墨高溫膨化爐爐膛內(nèi)設(shè)有一膨化管，將石墨原料與燃燒火焰分隔開來，并且采用蓄熱式燃燒器代替常規(guī)燃燒器、低溫貧氧煙氣送料代替常規(guī)空氣送料，從燃燒、送料等方面改善石墨膨化的生產(chǎn)工藝。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0009]—種石墨高溫膨化爐，包括爐體和爐膛，所述爐膛內(nèi)設(shè)有膨化管，爐體兩端分別設(shè)有蓄熱式燃燒器且爐體兩側(cè)對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)有長明火燃燒器，所述膨化管位于蓄熱式燃燒器和長明火燃燒器的上方并貫穿整個(gè)爐膛上部，所述膨化管兩端分別設(shè)有進(jìn)料口和出料口，所述爐體外部設(shè)有與進(jìn)料口連通的貧氧煙氣管，所述貧氧煙氣管靠近進(jìn)料口的位置上設(shè)有用于添加石墨原料的下料管。
[0010]進(jìn)一步地，所述蓄熱式燃燒器包括填滿蓄熱載體的填充室、燃?xì)鈬姌屢约霸O(shè)置在填充室一側(cè)與填充室內(nèi)部相通的空氣/煙氣通道，所述蓄熱式燃燒器進(jìn)口處還設(shè)有檢修門，所述填充室頂部設(shè)置有裝球口，所述填充室進(jìn)口處設(shè)有用于格擋蓄熱載體的柵格，出口處設(shè)有多孔的擋塊磚;所述燃?xì)鈬姌尩某隹谂c蓄熱式燃燒器的出口相通。
[0011]進(jìn)一步地，所述石墨高溫膨化爐爐膛頂部設(shè)有輔助排煙管，所述輔助排煙管上設(shè)置有耐高溫的蝶閥。
[0012]進(jìn)一步地，所述石墨膨化爐爐體上還設(shè)有物料膨化反應(yīng)觀察口。
[0013]進(jìn)一步地，所述石墨膨化爐外部設(shè)有一個(gè)四通換向閥和鼓風(fēng)機(jī)，所述四通換向閥的其中一個(gè)接口與貧氧煙氣管相連通，另外三個(gè)接口通過管道分別與兩個(gè)蓄熱式燃燒器的空氣/煙氣通道和鼓風(fēng)機(jī)相連通。
[0014]進(jìn)一步地，所述貧氧煙氣管上還設(shè)置有引風(fēng)機(jī)。
[0015]進(jìn)一步地，所述貧氧煙氣管上，位于引風(fēng)機(jī)下游處還設(shè)置有耐高溫的蝶閥及與車間外煙囪相通的排煙管。
[0016]進(jìn)一步地，所述膨化管采用優(yōu)質(zhì)重結(jié)晶SIC管。
[0017]進(jìn)一步地，所述爐膛內(nèi)襯采用優(yōu)質(zhì)耐火纖維保溫棉和高鋁質(zhì)耐火磚相結(jié)合的方式。
[0018]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0019]1、采用蓄熱式燃燒器取代常規(guī)式燃燒器，將燃?xì)馊紵蟮母邷刎氀鯚煔獾臒崃炕厥蘸罂捎糜谌紵龝r(shí)對(duì)空氣預(yù)熱從而提高燃燒效率；蓄熱后的高溫貧氧煙氣溫度降低由空氣/煙氣通道排出后，一部分貧氧煙氣用作送料風(fēng)，另一部分通過車間煙道排放到外界，這樣一方面減小了下游抽風(fēng)除氣系統(tǒng)的負(fù)荷，減小了對(duì)高溫?zé)煔馓幚淼某杀荆硪环矫嫦鄬?duì)于常規(guī)燃燒排煙溫度高達(dá)700°C以上，蓄熱式燃燒排煙溫度不超過150°C，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能和降低NOx排放量的目的。
[0020]2、采用貧氧煙氣送料取代空氣送料，利用煙氣的氧含量小于空氣中氧含量的特點(diǎn)，可對(duì)石墨原料進(jìn)行氣氛保護(hù)，減少其高溫氧化率，同時(shí)由于貧氧煙氣具有一定溫度，可對(duì)物料在進(jìn)入膨化爐前進(jìn)行烘干、預(yù)熱處理，節(jié)能的同時(shí)提高了原料膨化的成品率。
[0021]3、爐膛內(nèi)設(shè)有膨化管，成功實(shí)現(xiàn)了發(fā)熱源與原料的分隔，確保了石墨產(chǎn)品的純凈度，同時(shí)減少了原料過燒的現(xiàn)象，大大降低了石墨原料燒損率。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明石墨高溫膨化爐的結(jié)構(gòu)示意圖
[0023]圖2是本發(fā)明中蓄熱式燃燒器的主視圖
[0024]圖3是本發(fā)明中蓄熱式燃燒器的俯視圖
[0025]圖4是本發(fā)明中蓄熱式燃燒器的左視圖
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與作用更加清楚及易于了解，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述:
[0027]如圖1所示，一種石墨高溫膨化爐，包括爐體I和爐膛2，其特征在于，所述爐膛內(nèi)設(shè)有膨化管3，爐體兩端分別設(shè)有蓄熱式燃燒器4、5，且爐體兩側(cè)對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)有長明火燃燒器6、7，所述膨化管3位于蓄熱式燃燒器4、5和長明火燃燒器6、7的上方貫穿整個(gè)爐膛2上部，所述膨化管兩端分別設(shè)有進(jìn)料口 8和出料口 9，所述爐體I外部設(shè)有與進(jìn)料口 8連通的貧氧煙氣管10，所述貧氧煙氣管10靠近進(jìn)料口 8的位置上設(shè)有用于添加石墨原料的下料管11。
[0028]如圖2、3、4所示，蓄熱式燃燒器4(或5)包括填滿蓄熱載體12的填充室、燃?xì)鈬姌?3以及設(shè)置在填充室一側(cè)與填充室內(nèi)部相通的空氣/煙氣通道14，所述蓄熱式燃燒器進(jìn)口處還設(shè)有檢修門15，所述填充室頂部設(shè)置有裝球口 16，所述填充室進(jìn)口處設(shè)有用于格擋蓄熱載體的柵格17出口處設(shè)有多孔的擋塊轉(zhuǎn)18;所述燃?xì)鈬姌?3的出口與蓄熱式燃燒器4 (或5)的出口相通。蓄熱器工作時(shí)，空氣由其中一個(gè)蓄熱式燃燒器的空氣/煙氣通道進(jìn)入被預(yù)熱后與燃?xì)鈬姌寚姵龅娜細(xì)夂突旌先紵a(chǎn)生的煙氣由另一個(gè)蓄熱式燃燒器的空氣/煙氣通道排出。擋塊磚上均勻分布著貫穿的孔，一方面限制格擋了蓄熱載體，一方面又可以使空氣或煙氣順利的通過。考慮到石墨膨化生產(chǎn)現(xiàn)場細(xì)微粉塵的存在，為防止蓄熱載體通道的堵塞，蓄熱式燃燒器內(nèi)蓄熱載體12選用優(yōu)質(zhì)高鋁質(zhì)陶瓷小球，其AL2O3含量高達(dá)70%以上，具有比表面積大、熱容量大、熱震穩(wěn)定性好、抗高溫剝離性好、方便后期清理維護(hù)、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)。
[0029]如圖1所示，所述石墨高溫膨化爐頂部設(shè)有輔助排煙管20，所述輔助排煙管20上設(shè)置有耐高溫蝶閥。輔助排煙管道20的設(shè)置是避免出現(xiàn)故障時(shí)，爐內(nèi)高溫?zé)煔鉂舛冗^高，導(dǎo)致爐內(nèi)壓力過大，造成危險(xiǎn)。
[0030]如圖1所示，所述石墨膨化爐爐體上還設(shè)有物料膨化反應(yīng)觀察口，反應(yīng)觀察口的設(shè)置有利于操作者方便觀察爐內(nèi)的反應(yīng)情況，以根據(jù)具體情況作出恰當(dāng)?shù)牟僮鳌?br>[0031]如圖1所示，所述石墨膨化爐外部設(shè)有一個(gè)四通換向閥(未示出)和鼓風(fēng)機(jī)(未示出)，所述四通換向閥的其中一個(gè)接口與貧氧煙氣管10相連通，另外三個(gè)接口通過管道分別與兩個(gè)蓄熱式燃燒器4、5上的空氣/煙氣通道14和鼓風(fēng)機(jī)相連通。
[0032]如圖1所示，所述貧氧煙氣管10上還設(shè)置有引風(fēng)機(jī)(未示出)。引風(fēng)機(jī)的設(shè)置是為了提供由蓄熱式燃燒器排出的貧氧煙氣流動(dòng)所需的動(dòng)力。
[0033]如圖1所示，所述貧氧煙氣管10，位于引風(fēng)機(jī)下游處還設(shè)置有耐高溫的蝶閥和與車間外煙囪相通的排煙管(未示出)。所述排煙管上設(shè)置有用于控制煙氣排出流量的蝶閥。貧氧煙氣管道上蝶閥的設(shè)置用于控制貧氧煙氣是否流入石墨膨化爐內(nèi)的膨化管，即是否將貧氧煙氣用于送料。啟爐階段產(chǎn)生的所有貧氧煙氣經(jīng)排煙管排入車間外煙囪，并未用于送料。
[0034]上述方案中，啟爐階段，將燃?xì)馀c鼓風(fēng)機(jī)帶入的空氣通入長明火燃燒器6(或7)中，在爐膛2中進(jìn)行混合燃燒，燃燒后的高溫?zé)煔膺M(jìn)入蓄熱式燃燒器4(或5)內(nèi)，經(jīng)蓄熱載體蓄熱后，由空氣/煙氣通道14通過四通換向閥進(jìn)入貧氧煙氣管10，在貧氧煙氣管10上引風(fēng)機(jī)的作用下，由排煙管將煙氣輸送至車間外煙囪排出，調(diào)節(jié)四通換向閥，使蓄熱式燃燒器5(或4)進(jìn)行蓄熱，兩蓄熱式燃燒器不斷交替蓄熱后，漸漸地蓄熱式燃燒器4、5內(nèi)的蓄熱載體相繼完成蓄熱，當(dāng)由爐內(nèi)溫度檢測器檢測爐溫達(dá)到700度以上時(shí)，關(guān)閉長明火燃燒器6(或7)，啟爐完成。調(diào)節(jié)四通換向閥，使空氣由蓄熱式燃燒器上的空氣/煙氣通道進(jìn)入蓄熱式燃燒器4(或5)中，空氣經(jīng)由蓄熱式燃燒器4(或5)時(shí)被蓄熱載體加熱，加熱后的空氣與燃?xì)鈬姌寧氲娜細(xì)庠跔t膛2內(nèi)混合后自動(dòng)燃燒，爐內(nèi)溫度持續(xù)升高。當(dāng)爐溫上升到850度以上，調(diào)節(jié)排煙管上的蝶閥，控制煙氣排出的流量，同時(shí)打開貧氧煙氣管10上的耐高溫蝶閥和下料管11上的開關(guān)閥門，在貧氧煙氣流量可控的條件下，使貧氧煙氣帶動(dòng)石墨原料進(jìn)入膨化管3，原料在貧氧煙氣的氛圍保護(hù)下，高溫膨化，產(chǎn)生的蠕蟲石墨。生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的高溫貧氧煙氣一部分用于送料，一部分被排入車間外煙囪，由于用作送料的貧氧煙氣占所產(chǎn)生煙氣的比例較小，大部分被排入車間外煙囪，因此，減小了下游抽風(fēng)、除氣系統(tǒng)的負(fù)荷，減小了對(duì)高溫?zé)煔馓幚淼某杀尽?br>[0035]結(jié)合圖1，所述膨化管3采用優(yōu)質(zhì)重結(jié)晶SIC管道，降低了膨化后蠕蟲石墨通過料管的阻力，減小了下游引風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)荷，改善了生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。
[0036]結(jié)合圖1，所述石墨膨化爐的爐膛2內(nèi)襯采用優(yōu)質(zhì)耐火纖維保溫棉和高鋁質(zhì)耐火磚相結(jié)合的方式。本發(fā)明提供的石墨高溫膨化爐采用全纖維爐內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，只有在燒嘴磚承重、送料管支撐及擋火花墻局部采用高鋁質(zhì)耐火磚，鑒于耐火纖維低比重，熱容量小，熱震穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，其良好的保溫性能可大大縮短膨化爐啟爐升溫至850°C后開始投料的升溫時(shí)間，而在膨化爐正常運(yùn)行中也可大大降低爐墻的散熱量，節(jié)約能源的同時(shí)提高了設(shè)備生產(chǎn)效率。
[0037]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨高溫膨化爐，包括爐體和爐膛，其特征在于，所述爐膛內(nèi)設(shè)有膨化管，爐體兩端分別設(shè)有蓄熱式燃燒器且爐體兩側(cè)對(duì)應(yīng)位置分別設(shè)有長明火燃燒器，所述膨化管位于蓄熱式燃燒器和長明火燃燒器的上方并貫穿整個(gè)爐膛上部，所述膨化管兩端分別設(shè)有進(jìn)料口和出料口，所述爐體外部設(shè)有與進(jìn)料口連通的貧氧煙氣管，所述貧氧煙氣管靠近進(jìn)料口的位置上設(shè)有用于添加石墨原料的下料管。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述石墨高溫膨化爐，其特征在于，所述蓄熱式燃燒器包括填滿蓄熱載體的填充室、燃?xì)鈬姌屢约霸O(shè)置在填充室一側(cè)與填充室內(nèi)部相通的空氣/煙氣通道，所述蓄熱式燃燒器進(jìn)口處還設(shè)有檢修門，所述填充室頂部設(shè)置有裝球口，所述填充室進(jìn)口處設(shè)有用于格擋蓄熱載體的柵格，出口處設(shè)有多孔的擋塊磚;所述燃?xì)鈬姌尩某隹谂c蓄熱式燃燒器的出口相通。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述石墨高溫膨化爐，其特征在于，所述石墨高溫膨化爐爐膛頂部設(shè)有輔助排煙管，所述輔助排煙管上設(shè)置有耐高溫的蝶閥。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述石墨高溫膨化爐，其特征在于，所述石墨膨化爐爐體上還設(shè)有物料膨化反應(yīng)觀察口。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述石墨高溫膨化爐，其特征在于，所述石墨膨化爐外部設(shè)有一個(gè)四通換向閥和鼓風(fēng)機(jī)，所述四通換向閥的其中一個(gè)接口與貧氧煙氣管相連通，另外三個(gè)接口通過管道分別與兩個(gè)蓄熱式燃燒器的空氣/煙氣通道和鼓風(fēng)機(jī)相連通。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述墨高溫膨化爐，其特征在于，所述貧氧煙氣管上還設(shè)置有引風(fēng)機(jī)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述石墨高溫膨化爐，其特征在于，所述貧氧煙氣管上，位于引風(fēng)機(jī)下游處還設(shè)置有耐高溫的蝶閥及與車間外煙囪相通的排煙管。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述石墨高溫膨化爐，其特征在于，所述膨化管采用優(yōu)質(zhì)重結(jié)晶SIC管。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的石墨高溫膨化爐，其特征在于，所述爐膛內(nèi)襯采用優(yōu)質(zhì)耐火纖維保溫棉和高鋁質(zhì)耐火磚相結(jié)合的方式。
【文檔編號(hào)】C01B31/04GK105858649SQ201610375642
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】郭光玉, 周廣平, 吳海華, 李志斌, 樊孝凱, 唐才福
【申請人】宜昌市九天環(huán)保科技有限公司