[发明专利]一种气相预热炉用的换热装置

说明书

技术领域

本发明涉及高温预热炉设备结构领域，特别涉及一种气相预热炉用的换热装置。

背景技术

纳米级二氧化钛的制备方法主要包括物理法和化学法，物理法主要包括溅射法、热蒸发法及激光蒸发法，化学法主要包括液相法和气相法，液相法主要包括均匀沉淀法和溶胶-凝胶法，气相法主要包括TiCl₄气相氧化法，目前一般采用TiCl₄气相氧化法来制备纳米二氧化钛。TiCl₄气相氧化法一般是以氮气作为TiCl₄的载气，以氧气作为氧化剂，在高温管式反应器中进行氧化反应，经气固分离，获得纳米级二氧化钛粉体。在实际生产中，氧气需要预加热到800℃以上才能与气相的TiCl₄混合反应，于是需要用到气相预热炉，而传统的气相预热炉存在诸多缺陷，例如在换热装置上，由于传统的换热装置采用的是单腔换热管结构的形式，导致单个换热装置只能对待预热的气体进行一次换热，当待预热的气体的预热温度需达到800℃以上时，这样的缺陷会导致换热装置需要串联布置数个才能将余热气体预热至所需温度，这不仅增加了投入成本，还会增加预热炉的排布体积，导致预热炉一次预热所需的热能大幅增加，造成了能源的浪费。

同时，现有的用于800℃以上的换热装置的制造材料一般为耐高温和耐热冲击的氧化铍基金属陶瓷制成，而传统的氧化铍基金属陶瓷的导热系数在200-250 W/m·K，其刚性较强，强度一般，在使用过程中，由于待预热的气体的温度与炉内温度的温差较大（常达到1000℃以上），氧化铍基金属陶瓷脆性缺陷突显出来，在换热装置的换热管的内壁上出现“蜘蛛网”式的裂纹，这些裂纹经气体的侵蚀后导致换热装置的换热管强度大幅降低，并出现“崩裂”现象，由此导致换热装置的换热管使用周期很短，一般为设计使用周期的1/2，这无疑增加了预热炉的运行成本。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种气相预热炉用的换热装置，主要解决传统换热装置排布面积大、换热效率低和使用寿命短的问题，通过设计一种可进行2次换热的换热装置，来达到解决现有技术所存在的不足的目的，同时，通过提供一种用于制造换热装置的金属陶瓷材料，来克服换热装置使用寿命短的缺陷。

本发明采用的技术方案如下：一种气相预热炉用的换热装置，包括换热装置，其特征在于，换热装置包括换热外管，换热外管内设置有换热内管，换热外管和换热内管之间的密闭空间形成一级换热室，换热内管的腔室构成二级换热室，换热外管的两端分别设置有一级换热进口和一级换热出口，一级换热进口和一级换热出口分别接通一级换热室；换热内管的两端分别伸出换热外管的两端形成二级气体进口和二级气体出口，二级气体进口和二级气体出口分别接通二级换热室。

由于上述结构的设置，待预热的气体首先通过二级气体进口进入二级换热室，并在二级换热室内被预热至一定温度，然后通过二级气体出口排出二级换热室，然后再通过一级换热进口进入一级换热室内再次进行换热，直至气体达到预定温度。在整个过程中，换热装置可以对待预热的气体进行2次换热，相遇与传统的换热装置，其换热次数翻倍增加，在换热速率上，待预热的气体首先在预热温度相对较低的二级换热室内被预热，其预热速率相对较低，待预热的气体可以被较匀速的加热，这有利于筛分出气体内的气悬浮物和大部分的水汽，提高气体的纯净度，使被预热后的气流具有一个稳定的温度，当被预热的气体被一级换热室预热时，一级换热室提供的较高的换热速率能够使气体迅速升温，由于进入一级换热室内的气体本身具有高于室温的温度，从而使温差缩小，缩短了预热时间，提高了换热效率。在整体上，本发明的换热装置在换热次数和换热时间上均优于传统的换热装置，进而使本发明的换热装置的换热效率优于传统的换热装置，解决了传统换热装置换热效率、排布面积大的问题。

进一步，为了实现通过一次预热作业来获得预热温度不同的氧气，提高换热装置的生产适应能力，换热外管的端部还设有换热气体出口，换热外管的端部还设有换热气体出口，换热气体出口接通一级换热室。通过设置的换热气体出口来抽取一级换热室内的氧气，进而获得具有一定预热温度的氧气，抽取的一级换热室所在的换热装置的不同，其获得的氧气的预热温度也不同，由此实现通过一次预热作业来获得预热温度不同的氧气，适应了对实际生产的需求。