CN112275247B - 一种燃烧环 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃烧环，包括具有径向通孔的蜗壳、四氯化钛气体通道以及氧气通道，其特征在于，所述径向通孔的孔壁表面设有用于容纳冷却介质的夹套，且所述夹套末端未延伸至所述径向通孔末端；所述蜗壳内设有环形腔室，所述环形腔室与所述蜗壳外壁之间设有第一通道，与所述径向通孔末端之间设有第二通道；所述径向通孔末端形成四氯化钛、氧气混合反应区。本发明通过设置第一通道、环形腔室、第二通道，使四氯化钛气体进入反应区的流速增大，利于与氧气充分混合反应，以得到合适的钛白粉粒径。另外，采用在蜗壳内壁设置夹套，高温氧气在夹套中心通过，夹套内可采用更为有效的水冷方式，更为有效的阻隔高温氧气对燃烧环的腐蚀。

Description

一种燃烧环
【技术领域】
本发明属于氯化钛白生产设备技术领域，具体涉及了一种四氯化钛氧化反应的燃烧环。
【背景技术】
氯化法钛白粉生产工艺中，最为重要的就是氧化反应，即四氯化钛和氧气的反应。因为氧化反应需要混合物料达到很高的温度，所以需要单独将氧气加热到1500℃左右，四氯化钛加热到500℃左右。由于氧气温度过高，会对加料环产生高温腐蚀，另外反应产生的热量如果不能及时被移走，也会对加料环产生损害。
为阻隔或降低高温腐蚀，目前最常用的方法是在燃烧环内壁上开有若干小孔，然后通入冷却气体，通常为氯气或氧气，以此来在燃烧环内壁上形成一层气膜，来阻绝高温。但使用冷却气体的弊端是，气体比热容过小，如果通入的冷却气量低，则无法有效保护燃烧环被腐蚀，通常会造成燃烧环内壁的腐蚀，这样则需要更换整个燃烧环。如果通入冷却气量过大，则冷却气体的气速过高，除了在燃烧环内壁上形成气膜外，冷却气体还会进入反应中心区域，对氧气和四氯化钛进行降温，干扰氧气和四氯化钛的正常接触，影响氧化反应的正常进行。
作为氧化反应的核心设备，如何保证燃烧环的连续稳定运行时氯化钛白生产的关键，本发明就是为解决当前现状而设计的一种新型燃烧环。
【发明内容】
本发明的目的就在于为解决现有技术的不足而提供一种燃烧环。
本发明的目的是以下述技术方案实现的：
一种燃烧环，包括具有径向通孔的蜗壳、四氯化钛气体通道以及氧气通道，其特征在于，所述径向通孔的孔壁表面设有用于容纳冷却介质的夹套，且所述夹套末端未延伸至所述径向通孔末端；
所述蜗壳内设有环形腔室，所述环形腔室与所述蜗壳外壁之间设有第一通道，与所述径向通孔末端之间设有第二通道；
所述第一通道、所述环形腔室与所述第二通道之间形成供四氯化钛气体流入的四氯化钛气体通道，所述径向通孔中心形成供氧气流入的氧气通道，所述径向通孔末端形成四氯化钛、氧气混合反应区。
优选的，所述第一通道为沿切线方向设置的通道，使所述四氯化钛气体切向进入所述环形腔室。
优选的，所述第二通道为楔形通道，使所述四氯化钛气体从所述环形腔室至所述径向通孔末端的流动空间越来越窄。
优选的，所述第二通道为16～24个，周向均匀分布于蜗壳上。
优选的，所述第二通道末端设有气体分布器。
优选的，所述夹套内设置有一组径向隔板，所述径向隔板的顶部延伸至所述夹套顶部，底部与所述夹套底部具有供冷却介质流动的空隙，将所述夹套内部区域分隔为第一区和第二区，使所述冷却介质沿预定方向流动。
优选的，所述第一区设有冷却介质进口，所述第二区设有冷却介质出口。
优选的，所述径向隔板顶部设置有供少量冷却介质流动的微孔。
优选的，所述冷却介质为去离子水。
优选的，优选的，所述环形通道为圆环形通道。
本发明通过设置第一通道、环形腔室、第二通道，使四氯化钛气体进入反应区的流速增大，利于与氧气充分混合反应，以得到合适的钛白粉粒径。另外，采用在蜗壳内壁设置夹套，高温氧气在夹套中心通过，夹套内可采用更为有效的水冷方式，更为有效的阻隔高温氧气对燃烧环的腐蚀，根据不同的生产负荷，可调节适当的冷却介质量，既保证不会对氧气进行过度的降温，也能保证氧气不会对燃烧环产生高温腐蚀。在调整冷却介质流量的过程中，因为冷却介质只在夹套内通过，并不直接进入***，所以不会对氧化反应产生额外影响。同时该燃烧环可设置为由蜗壳和夹套组装而成，一旦夹套内壁达到使用寿命或工况出现异常导致腐蚀或其他情况不能继续使用时，只需将夹套取出进行维修或更换即可，不需要对整个燃烧环进行维修或更换，节约了生产成本和时间。
【附图说明】
图1是本发明提供的燃烧环的结构示意图。
图2为燃烧环横向剖面图；
图3为夹套结构示意图。
其中，1为第一通道；2为氧气通道；3为环形腔室；4为夹套；5为蜗壳；6为第二通道；7为气体分布器；8为栽丝螺栓孔；9为出水口；10为进水口；11为微孔；12为径向隔板；13为径向通孔；14为混合反应区。
【具体实施方式】
本发明公开了一种燃烧环，如图1～2所示，包括具有径向通孔13的蜗壳5、四氯化钛气体通道以及氧气通道2，径向通孔13的孔壁表面设有用于容纳冷却介质的夹套4，且夹套4末端未延伸至径向通孔13末端，即夹套末端距离径向通孔末端还有一定距离；
蜗壳5内设有环形腔室3，环形腔室3与蜗壳5外壁之间设有第一通道1，与径向通孔末端之间设有第二通道6；
第一通道1、环形腔室3与第二通道6之间形成供四氯化钛气体流入的四氯化钛气体通道，径向通孔中心形成供氧气流入的氧气通道2，四氯化钛气体、氧气均流向径向通孔末端，因此径向通孔末端形成四氯化钛、氧气混合反应区14。
本发明使用时，将其进行组装可作为氧化反应燃烧环进行使用，高温氧气沿径向经夹套中心的氧气通道进入混合反应区，四氯化钛气体首先从第一通道进入，然后均匀分布于整个环形腔室，再通过第二通道进入混合反应区，这样的目的是尽可能减少蜗壳造成的***阻力，同时由于进入混合反应区前先经过第二通道，第二通道使四氯化钛气体流动横截面急剧缩小，以增大四氯化钛气体流速，使得四氯化钛和氧气可以充分反应，以得到合适的钛白粉粒径。
而且高温氧气流动过程中，冷却介质在夹套内部通过，不会进入混合反应区，可采用比热容大的冷却水或冷却气体，并调节适当的流量，既保证不会对氧气进行过度的降温，也能保证氧气不会对燃烧环产生高温腐蚀。四氯化钛气体和氧气在混合反应区混合进行反应，大量放热，温度可达到2000℃以上，反应区域刚好处于夹套末端，夹套内流动的冷却介质可以将反应传递给燃烧环的热量带走，防止燃烧环过热，夹套还可以避免反应区局部温度过高，损坏设备。另外冷却介质只在夹套内通过，并不直接进入***，所以不会对氧化反应产生额外影响。
同时该燃烧环并非一个整体，可由蜗壳和夹套组装而成，一旦夹套内壁达到使用寿命或工况出现异常导致腐蚀或其他情况不能继续使用时，只需将夹套取出进行维修或更换即可，不需要对整个燃烧环进行维修或更换，节约生产成本和时间。
优选的，第一通道为沿切线方向设置的通道，使四氯化钛气体切向进入环形腔室，本阶段可以减少***阻力。
优选的，第二通道为楔形通道，使四氯化钛气体从环形腔室至径向通孔末端的流动空间越来越窄，使四氯化钛气体流速进一步提高。
优选的，第二通道为16～24个，周向均匀分布于蜗壳上，使四氯化钛气体均匀与氧气混合。
优选的，第二通道末端还设有气体分布器7，可以保证四氯化钛均匀进入反应区域，同时增大四氯化钛的气速。
优选的，如图3所示，夹套4内设置有一组径向隔板12，径向隔板的顶部延伸至夹套顶部，底部与夹套底部具有供冷却介质流动的空隙，将夹套内部区域分隔为第一区和第二区，第一区设有冷却介质进口10，第二区设有冷却介质出口9，使冷却介质沿箭头所指预定方向流动，均匀流遍夹套各个区域，避免冷却介质短路，造成反应区域局部高温，一侧过热。
优选的，径向隔板12顶部设置有供少量冷却介质流动的微孔11。燃烧环水平放置时，隔板顶部容易出现因冷却介质不流动而造成过热，增加微孔可以保证少量的冷却介质流动，防止过热，避免此处的水(当冷却介质为水时)不流动气化后形成死气层，从而不断被加热形成高温损坏夹套。
优选的，冷却介质为去离子水，相比气体，比热容大，换热效率高，且采用去离子水，可防止普通冷却水中含有的钙镁离子高温下结垢，影响冷却效果。
优选的，环形通道为圆环形通道，其横截面为方形，制造方便，且横截面积较大，造成的***阻力小。
优选的，蜗壳上还设有多个方便安装的栽丝螺栓孔8。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种燃烧环，包括具有径向通孔的蜗壳、四氯化钛气体通道以及氧气通道，其特征在于，所述径向通孔的孔壁表面设有用于容纳冷却介质的夹套，且所述夹套末端未延伸至所述径向通孔末端；
所述蜗壳内设有环形腔室，所述环形腔室与所述蜗壳外壁之间设有第一通道，与所述径向通孔末端之间设有第二通道；
所述第一通道、所述环形腔室与所述第二通道之间形成供四氯化钛气体流入的四氯化钛气体通道，所述径向通孔中心形成供氧气流入的氧气通道，所述径向通孔末端形成四氯化钛、氧气混合反应区；
所述夹套内设置有一组径向隔板，所述径向隔板的顶部延伸至所述夹套顶部，底部与所述夹套底部具有供冷却介质流动的空隙，将所述夹套内部区域分隔为第一区和第二区，使所述冷却介质沿预定方向流动。
2.如权利要求1所述的燃烧环，其特征在于，
所述第一通道为沿切线方向设置的通道，使所述四氯化钛气体切向进入所述环形腔室。
3.如权利要求1所述的燃烧环，其特征在于，
所述第二通道为楔形通道，使所述四氯化钛气体从所述环形腔室至所述径向通孔末端的流动空间越来越窄。
4.如权利要求3所述的燃烧环，其特征在于，
所述第二通道为16～24个，周向均匀分布于蜗壳上。
5.如权利要求1～4任一项所述的燃烧环，其特征在于，
所述第二通道末端设有气体分布器。
6.如权利要求1所述的燃烧环，其特征在于，
所述第一区设有冷却介质进口，所述第二区设有冷却介质出口。
7.如权利要求1所述的燃烧环，其特征在于，
所述径向隔板顶部设置有供少量冷却介质流动的微孔。
8.如权利要求1所述的燃烧环，其特征在于，
所述冷却介质为去离子水。
9.如权利要求1所述的燃烧环，其特征在于，
所述环形通道为圆环形通道。
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