CN112047375B - 一种自热式氧化锌生产装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自热式氧化锌生产装置，属于氧化锌生产技术领域，解决了传统氧化锌生产煤气耗量大，排放大气污染物和生产成本高的问题。本发明的自热式氧化锌生产装置包括炉膛、辐射板、台车和供气单元，辐射板和台车均位于炉膛内，辐射板将炉膛内的空间分为蒸发室以及位于蒸发室上方的氧化室，供气单元与氧化室连通，蒸发室和氧化室通过导流口连通，生产时，台车上装载金属锌锭和/或锌渣。本发明的自热式氧化锌生产装置可用于氧化锌生产。

Description

一种自热式氧化锌生产装置

技术领域

本申请属于氧化锌生产技术领域，具体涉及一种自热式氧化锌生产装置。

背景技术

氧化锌是一种重要的基础化工原料，广泛应用于橡胶、涂料、陶瓷等化工产品制造行业。氧化锌用途广泛，消费量大，每年用于生产氧化锌的锌量，约占总锌量的5％～10％。

现有氧化锌生产主要以金属锌锭或锌渣为原料，在坩埚内高温蒸发为锌蒸汽，然后鼓入空气氧化，并在冷却管后收集的氧化锌颗粒，产品中ZnO纯度可以达到99.7％，主要用于橡胶、电磁等行业。

但是，传统氧化锌生产企业使用的燃料为天然气，1吨氧化锌产品天然气耗量约为100m³，不但增加了氧化锌的生产成本，燃烧产生的氮氧化物污染环境，而且对于没有天然气的地区而言，不能生产出该产品。此外，每吨金属锌氧化成氧化锌放出的热量约为7.1GJ，远远大于每吨锌锭蒸发为锌蒸汽所需1.7GJ的热量。现有氧化锌生产氧化热全部没有利用，导致大量热量浪费。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种自热式氧化锌生产装置，解决了传统氧化锌生产能源消耗量大、排放污染物和生产成本高的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种自热式氧化锌生产装置，包括炉膛、辐射板、台车和供气单元，辐射板和台车均位于炉膛内，辐射板将炉膛内的空间分为蒸发室以及位于蒸发室上方的氧化室，供气单元与氧化室连通，蒸发室和氧化室通过导流口连通，生产时，台车上装载金属锌锭和/或锌渣。

进一步地，上述自热式氧化锌生产装置还包括燃气供热室，燃气供热室位于蒸发室的上方、氧化室的一端，燃气供热室设有蓄热式烧嘴。

进一步地，燃气供热室独立设置，不与蒸发室和氧化室连通。

进一步地，辐射板的形状为波浪形，或者，辐射板的形状为平板形，平板形的辐射板朝向蒸发室一侧设有多个凸起或凹槽。

进一步地，辐射板的形状为平板形，辐射板朝向蒸发室一侧设有多个凸起，凸起包括连接杆和传热部，连接杆的一端与辐射板固定连接，连接杆的另一端与传热部连接，传热部的直径大于连接杆的直径。

进一步地，传热部的形状为水滴状。

进一步地，供气单元包括风管和风管烧嘴，风管烧嘴的数量为多个，多个风管烧嘴沿风管的轴向设于风管的侧壁。

进一步地，风管烧嘴和风管之间采用焊接的方式。

进一步地，风管和风管烧嘴镶嵌在炉膛的侧壁中，风管烧嘴的进气孔凸出炉膛的侧壁，与氧化室内连通。

进一步地，风管的数量为三个，分别位于氧化室的顶部和两侧，风管烧嘴的出气孔延伸至氧化室内、靠近氧化室的中心位置。

进一步地，风管烧嘴包括与风管连通的连接管以及位于连接管端部的喷球，连接管的一端与风管连通，另一端与喷球连通，喷球上开设多个喷孔。

进一步地，台车包括车体、拖轮和坩埚，拖轮位于车体的下端面，车体的上端面开设用于容纳坩埚的坩埚腔，坩埚位于坩埚腔内，坩埚内装载金属锌锭和/或锌渣。

进一步地，坩埚采用石墨、碳化硅或氧化铝等耐火材料制成。

进一步地，坩埚深度为50～500mm。

进一步地，炉膛的炉墙包括由外向内依次设置的金属壳、隔热层、保温层和耐火层。

进一步地，金属壳为钢壳。

进一步地，蒸发室的两端分别为进料口和出料口，氧化室的顶部开设烟气出口。

进一步地，导流口设于辐射板靠近出料口一端，烟气出口设于氧化室靠近进料口一端。

进一步地，进料口和出料口处的炉墙下端面与台车的上端面之间的距离为20～200mm。

进一步地，辐射板朝向蒸发室的一侧与台车的上端面之间的距离为20～500mm。

进一步地，辐射板为耐热合金板或碳化硅板。

进一步地，辐射板的厚度为30～200mm。

与现有技术相比，本申请至少可实现如下有益效果之一：

a)本发明的自热式氧化锌生产装置采用完全不同于现有氧化锌生产装置的结构，将蒸发室和氧化室设于同一炉膛内，通过辐射板进行隔离，利用锌蒸汽氧化反应放出的热量进一步加热金属锌锭和/或锌渣，充分利用了氧化反应的热量，外供煤气所需量非常小，从而实现氧化锌的自热生产，大幅度降低氧化锌生产成本。同时，由于上述自热式氧化锌生产装置外供煤气所需量非常小，整个生产过程中基本上没有大气污染物排放，从而能够实现节能减排和清洁生产。

b)本发明提供的自热式氧化锌生产装置中，蒸发室和氧化室位于同一炉膛内，采用自热式加热，能够实现氧化锌的连续化生产，提高了自动化水平，单条生产线就能够实现大规模生产，从而解决了传统氧化锌生产间断式操作、劳动强度大、单条线生产规模小的问题。

c)本发明提供的自热式氧化锌生产装置中，辐射板的热量能够通过连接杆传递至传热部，使得传热部能够靠近金属锌锭和/或锌渣，促进金属锌锭和/或锌渣的蒸发；同时，相比于传热部，连接杆的直径较小，锌蒸汽经过传热部后能够在连接杆之间流动，相当于在不影响锌蒸汽流动的基础上拉近了辐射板与金属锌锭和/或锌渣之间的距离，进一步促进了金属锌锭和/或锌渣的蒸发。

d)本发明提供的自热式氧化锌生产装置中，供气单元提供的空气或氧气依次通过风管和连接管，从喷孔喷出，多个喷孔能够提供从喷球中心向外辐射的空气或氧气，从而能够提高氧化室内的温度分布均匀性。

e)本发明提供的自热式氧化锌生产装置中，从进料口进入蒸发室内的金属锌锭和/或锌渣能够经过整个辐射板，产生的锌蒸汽从导流口进入氧化室，从而实现金属锌锭和/或锌渣的充分蒸发；从导流口进入氧化室的锌蒸汽，能够经过整个氧化室，从烟气出口排出，从而实现锌蒸汽的充分氧化。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例一提供的自热式氧化锌生产装置的正视图；

图2为本发明实施例一提供的自热式氧化锌生产装置的内部结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的自热式氧化锌生产装置生产过程中的结构示意图，箭头方向为锌蒸汽的流动方向；

图4为本发明实施例一提供的自热式氧化锌生产装置的侧视图；

图5为本发明实施例一提供的自热式氧化锌生产装置中台车的结构示意图；

图6为本发明实施例一提供的自热式氧化锌生产装置中台车的主视图；

图7为本发明实施例一提供的自热式氧化锌生产装置中辐射板的结构示意图。

附图标记：

1-炉膛；2-辐射板；3-台车；31-车体；32-坩埚；33-拖轮；4-蒸发室；5-氧化室；6-导流口；7-燃气供热室；8-连接杆；9-传热部；10-风管；11-风管烧嘴；12-进料口；13-出料口；14-烟气出口。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理。

实施例一

本实施例提供了一种自热式氧化锌生产装置，参见图1至图7，包括炉膛1、辐射板2、台车3和供气单元，辐射板2和台车3均位于炉膛1内，辐射板2将炉膛1内的空间分为蒸发室4以及位于蒸发室4上方的氧化室5，供气单元与氧化室5连通，蒸发室4和氧化室5通过导流口6连通，生产时，台车3上装载金属锌锭和/或锌渣。

实施时，装载有金属锌锭和/或锌渣的台车3进入炉膛1内，金属锌锭和/或锌渣内的锌蒸发得到锌蒸汽，锌蒸汽在蒸发室4内流动，从导流口6进入氧化室5，在氧化室5内，锌蒸汽与供气单元提供的空气或氧气发生氧化反应，得到氧化锌；氧化反应的同时会放热，热量通过辐射板2传递至蒸发室4，为金属锌锭和/或锌渣蒸发为锌蒸汽提供热量。

与现有技术相比，本实施例的自热式氧化锌生产装置采用完全不同于现有氧化锌生产装置的结构，将蒸发室4和氧化室5设于同一炉膛1内，通过辐射板2进行隔离，利用锌蒸汽氧化反应放出的热量进一步加热金属锌锭和/或锌渣，充分利用了氧化反应的热量，外供煤气所需量非常小，从而实现氧化锌的自热生产，大幅度降低氧化锌生产成本。同时，由于上述自热式氧化锌生产装置外供煤气所需量非常小，整个生产过程中基本上没有大气污染物排放，从而能够实现节能减排和清洁生产。

此外，本实施例提供的自热式氧化锌生产装置中，蒸发室4和氧化室5位于同一炉膛1内，采用自热式加热，能够实现氧化锌的连续化生产，提高了自动化水平，单条生产线就能够实现大规模生产，从而解决了传统氧化锌生产间断式操作、劳动强度大、单条线生产规模小的问题。

需要说明的是，在理想状态下，氧化室5的温度基本上能够达到2000～3000℃，但是，在实际应用中，从耐材的角度考虑，可以控制氧化室5的温度保持在1000～1600℃内，锌的沸点为907℃，因此，通过辐射板2将氧化室5的温度传递至蒸发室4，完全能够实现锌的蒸发。

值得注意的是，采用上述自热式氧化锌生产装置在生产初期，锌蒸汽还未进行氧化反应，此时无法实现自热式生产，因此，上述自热式氧化锌生产装置还包括生产初期用于为蒸发室4提供热量的燃气供热室7，燃气供热室7位于蒸发室4的上方、氧化室5的一端，燃气供热室7设有蓄热式烧嘴，且燃气供热室7独立设置，不与蒸发室4和氧化室5连通，避免燃烧产生的烟气进入蒸发室4和氧化室5。在生产初期，开启燃气供热室7内的燃气，燃气燃烧产生热量传递至蒸发室4内，与台车3上的金属锌锭和/或锌渣进行热交换，使得金属锌锭和/或锌渣蒸发产生锌蒸汽。

为了提高辐射板2的辐射加热能力，辐射板2的形状为波浪形，或者辐射板2的形状为平板形，平板形的辐射板2朝向蒸发室4一侧设有多个凸起或凹槽，这样，通过辐射板2的自身形状(波浪形)或者在辐射板2上加工凸起或凹槽，能够增加辐射板2的辐射面积，进而提高辐射板2的辐射加热能力。

示例性地，辐射板2的形状为平板形，辐射板2朝向蒸发室4一侧设有多个凸起，对于凸起的结构，具体来说，凸起包括连接杆8和传热部9，连接杆8的一端与辐射板2固定连接，连接杆8的另一端与传热部9连接，传热部9的形状为水滴状，传热部9的直径大于连接杆8的直径。这样，辐射板2的热量能够通过连接杆8传递至传热部9，使得传热部9能够靠近金属锌锭和/或锌渣，促进金属锌锭和/或锌渣的蒸发；同时，相比于传热部9，连接杆8的直径较小，锌蒸汽经过传热部9后能够在连接杆8之间流动，相当于在不影响锌蒸汽流动的基础上拉近了辐射板2与金属锌锭和/或锌渣之间的距离，进一步促进了金属锌锭和/或锌渣的蒸发。

对于供气单元的结构，具体来说，其包括风管10和风管烧嘴11，风管烧嘴11的数量为多个，多个风管烧嘴11沿风管10的轴向设于风管10的侧壁，风管烧嘴11和风管10之间采用焊接的方式。设于氧化室5内壁的多个风管烧嘴11能够将空气或氧气多点小量、均匀地喷吹进入氧化室5内，从而实现锌蒸汽的均匀燃烧，从而能够精准控制氧化室5内温度，提高氧化室5内的温度分布均匀性。

为了有效地保护风管10和风管烧嘴11，风管10和风管烧嘴11镶嵌在炉膛1的侧壁中，风管烧嘴11的进气孔凸出炉膛1的侧壁，与氧化室5内连通。这样，将风管10和风管烧嘴11镶嵌在炉膛1的侧壁内，能够避免风管10和风管烧嘴11直接与高温氧化锌烟气接触，延长风管10和风管烧嘴11的使用寿命。

示例性地，风管10的数量为三个，分别位于氧化室5的顶部和两侧，将风管烧嘴11的出气孔延伸至氧化室5内、靠近氧化室5的中心位置，空气或氧气从氧化室5的中心位置向外辐射，能够保证氧化室5内的温度分布均匀性。

为了进一步提高氧化室5内的温度分布均匀性，对于风管烧嘴11的结构，具体来说，其包括与风管10连通的连接管以及位于连接管端部的喷球，也就是说，连接管的一端与风管10连通，另一端与喷球连通，喷球上开设多个喷孔，供气单元提供的空气或氧气依次通过风管10和连接管，从喷孔喷出，多个喷孔能够提供从喷球中心向外辐射的空气或氧气，从而能够进一步提高氧化室5内的温度分布均匀性。

对于台车3的结构，具体来说，其包括车体31、拖轮33和坩埚32，拖轮33位于车体31的下端面，车体31的上端面开设用于容纳坩埚32的坩埚32腔，坩埚32位于坩埚32腔内，坩埚32内装载金属锌锭和/或锌渣。

对于坩埚32的材质和尺寸，具体来说，坩埚32采用石墨、碳化硅或氧化铝等耐火材料制成，坩埚32深度为50～500mm。这是因为，坩埚32太深会导致坩埚32内的金属锌锭和/或锌渣与辐射板2的距离较远，影响辐射加热效果；坩埚32太浅会导致坩埚32的容积过小，装载的金属锌锭和/或锌渣过少，降低自热式氧化锌生产装置的产能。

为了保证蒸发室4和氧化室5的温度，上述炉膛1的炉墙包括由外向内依次设置的金属壳(例如，钢壳)、隔热层、保温层和耐火层，其中耐火层位于最内层，与蒸发室4内的锌蒸汽和氧化室5内的氧化锌烟气直接接触，能够承受较高的工作温度；保温层和隔热层位于中间层，能够对蒸发室4和氧化室5进行有效地保温，避免蒸发室4和氧化室5内的热量扩散至外部环境中；金属壳位于最外层，用于整个炉膛1的支撑和保护。

可以理解的是，为了实现台车3的进出以及得到的氧化锌烟气的排出，上述蒸发室4的两端分别为进料口12和出料口13，氧化室5的顶部开设烟气出口14，台车3从进料口12匀速运行到出料口13，进行金属锌锭和/或锌渣的加料、熔化、蒸发循环运行。

为了保证锌蒸汽氧化反应的时间以及辐射板2的辐射加热面积，对于进料口12、出料口13、导流口6和烟气出口14的设置位置，具体来说，导流口6设于辐射板2靠近出料口13一端，烟气出口14设于氧化室5靠近进料口12一端。这样，从进料口12进入蒸发室4内的金属锌锭和/或锌渣能够经过整个辐射板2，产生的锌蒸汽从导流口6进入氧化室5，从而实现金属锌锭和/或锌渣的充分蒸发；从导流口6进入氧化室5的锌蒸汽，能够经过整个氧化室5，从烟气出口14排出，从而实现锌蒸汽的充分氧化。

为了尽量减少外部环境的冷空气进入蒸发室4，进料口12和出料口13处的炉墙下端面与台车3的上端面之间的距离为20～200mm。这是因为，进料口12和出料口13处的炉墙下端面与台车3的上端面之间的距离过大，会导致外部环境的冷空气进入蒸发室4，会导致锌蒸汽在蒸发室4内提前氧化，无法进入氧化室5，造成金属锌锭和/或锌渣的浪费；进料口12和出料口13处的炉墙下端面与台车3的上端面之间的距离过小，进料口12和出料口13处的炉墙下端面与台车3的上端面之间在工作过程中容易产生干涉，影响台车3的运动，造成台车3的磨损。将会导致距离小，外环境的空气尽可能少地进入到蒸发室4，空气进入蒸发室4会导致锌蒸汽提前氧化，可能落在台车3上，造成氧化锌的浪费。缝隙太小会容易干涉、磨损。

为了便于锌蒸汽在蒸发室4内的流动，辐射板2朝向蒸发室4的一侧(也就是辐射板2的下端面)与台车3的上端面之间的距离为20～500mm。这是因为，辐射板2朝向蒸发室4的一侧与台车3的上端面之间的距离过小，使得蒸发室4的空间过小，不便于锌蒸汽的流通，容易造成锌蒸汽压力过大，进而影响锌蒸汽的蒸发；辐射板2朝向蒸发室4的一侧与台车3的上端面之间的距离过大，会导致辐射板2的辐射加热效果较差。

为了保证辐射板2的辐射加热效果，辐射板2为耐热合金板或碳化硅板等导热效果较好的材料，辐射板2的厚度为30～200mm。这是因为，辐射板2的厚度过薄，传热快，辐射加热效果好，但是，会导致辐射板2的强度低，使用寿命短；辐射板2的厚度过厚，会影响辐射板2的传热，导致辐射板2的辐射加热效果较差。

以上所述仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种自热式氧化锌生产装置，其特征在于，包括炉膛、辐射板、台车和供气单元，辐射板和台车均位于炉膛内，辐射板将炉膛内的空间分为蒸发室以及位于蒸发室上方的氧化室，所述蒸发室和氧化室设于同一炉膛内，供气单元与氧化室连通，蒸发室和氧化室通过导流口连通；

还包括燃气供热室，所述燃气供热室位于蒸发室的上方、氧化室的一端，所述燃气供热室独立设置，不与蒸发室和氧化室连通；在生产初期，开启燃气供热室内的燃气，燃气燃烧产生热量传递至蒸发室内，与台车上的金属锌锭和/或锌渣进行热交换，使得金属锌锭和/或锌渣蒸发产生锌蒸汽；

所述蒸发室的两端分别为进料口和出料口，所述氧化室的顶部开设烟气出口；所述导流口设于辐射板靠近出料口一端，所述烟气出口设于氧化室靠近进料口一端；

生产时，台车上装载金属锌锭和/或锌渣；

所述辐射板的形状为平板形，所述辐射板朝向蒸发室一侧设有多个凸起，所述凸起包括连接杆和传热部，所述连接杆的一端与辐射板固定连接，所述连接杆的另一端与传热部连接，相邻两个连接杆之间的空隙大于相邻两个传热部的空隙，所述传热部的形状为水滴状，所述传热部的直径大于连接杆的直径；

所述供气单元包括风管和风管烧嘴，所述风管烧嘴包括与风管连通的连接管以及位于连接管端部的喷球，所述喷球上开设多个喷孔；

所述进料口和出料口处的炉墙下端面与台车的上端面之间的距离为20~200mm；

所述辐射板朝向蒸发室的一侧与台车的上端面之间的距离为20~500mm；

所述辐射板的厚度为30~200mm。

2.根据权利要求1所述的自热式氧化锌生产装置，其特征在于，所述台车包括车体、拖轮和坩埚，所述拖轮位于车体的下端面，所述车体的上端面开设用于容纳坩埚的坩埚腔，所述坩埚位于坩埚腔内，所述坩埚内装载金属锌锭和/或锌渣。

3.根据权利要求2所述的自热式氧化锌生产装置，其特征在于，所述坩埚深度为50~500mm。

4.根据权利要求1所述的自热式氧化锌生产装置，其特征在于，所述炉膛的炉墙包括由外向内依次设置的金属壳、隔热层、保温层和耐火层。

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