技術領域

本發明涉及高溫預熱爐設備結構領域，特別涉及一種氣相預熱爐用的換熱裝置。

背景技術

納米級二氧化鈦的制備方法主要包括物理法和化學法，物理法主要包括濺射法、熱蒸發法及激光蒸發法，化學法主要包括液相法和氣相法，液相法主要包括均勻沉淀法和溶膠-凝膠法，氣相法主要包括TiCl₄氣相氧化法，目前一般采用TiCl₄氣相氧化法來制備納米二氧化鈦。TiCl₄氣相氧化法一般是以氮氣作為TiCl₄的載氣，以氧氣作為氧化劑，在高溫管式反應器中進行氧化反應，經氣固分離，獲得納米級二氧化鈦粉體。在實際生產中，氧氣需要預加熱到800℃以上才能與氣相的TiCl₄混合反應，于是需要用到氣相預熱爐，而傳統的氣相預熱爐存在諸多缺陷，例如在換熱裝置上，由于傳統的換熱裝置采用的是單腔換熱管結構的形式，導致單個換熱裝置只能對待預熱的氣體進行一次換熱，當待預熱的氣體的預熱溫度需達到800℃以上時，這樣的缺陷會導致換熱裝置需要串聯布置數個才能將余熱氣體預熱至所需溫度，這不僅增加了投入成本，還會增加預熱爐的排布體積，導致預熱爐一次預熱所需的熱能大幅增加，造成了能源的浪費。

同時，現有的用于800℃以上的換熱裝置的制造材料一般為耐高溫和耐熱沖擊的氧化鈹基金屬陶瓷制成，而傳統的氧化鈹基金屬陶瓷的導熱系數在200-250 W/m·K，其剛性較強，強度一般，在使用過程中，由于待預熱的氣體的溫度與爐內溫度的溫差較大（常達到1000℃以上），氧化鈹基金屬陶瓷脆性缺陷突顯出來，在換熱裝置的換熱管的內壁上出現“蜘蛛網”式的裂紋，這些裂紋經氣體的侵蝕后導致換熱裝置的換熱管強度大幅降低，并出現“崩裂”現象，由此導致換熱裝置的換熱管使用周期很短，一般為設計使用周期的1/2，這無疑增加了預熱爐的運行成本。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種氣相預熱爐用的換熱裝置，主要解決傳統換熱裝置排布面積大、換熱效率低和使用壽命短的問題，通過設計一種可進行2次換熱的換熱裝置，來達到解決現有技術所存在的不足的目的，同時，通過提供一種用于制造換熱裝置的金屬陶瓷材料，來克服換熱裝置使用壽命短的缺陷。

本發明采用的技術方案如下：一種氣相預熱爐用的換熱裝置，包括換熱裝置，其特征在于，換熱裝置包括換熱外管，換熱外管內設置有換熱內管，換熱外管和換熱內管之間的密閉空間形成一級換熱室，換熱內管的腔室構成二級換熱室，換熱外管的兩端分別設置有一級換熱進口和一級換熱出口，一級換熱進口和一級換熱出口分別接通一級換熱室；換熱內管的兩端分別伸出換熱外管的兩端形成二級氣體進口和二級氣體出口，二級氣體進口和二級氣體出口分別接通二級換熱室。

由于上述結構的設置，待預熱的氣體首先通過二級氣體進口進入二級換熱室，并在二級換熱室內被預熱至一定溫度，然后通過二級氣體出口排出二級換熱室，然后再通過一級換熱進口進入一級換熱室內再次進行換熱，直至氣體達到預定溫度。在整個過程中，換熱裝置可以對待預熱的氣體進行2次換熱，相遇與傳統的換熱裝置，其換熱次數翻倍增加，在換熱速率上，待預熱的氣體首先在預熱溫度相對較低的二級換熱室內被預熱，其預熱速率相對較低，待預熱的氣體可以被較勻速的加熱，這有利于篩分出氣體內的氣懸浮物和大部分的水汽，提高氣體的純凈度，使被預熱后的氣流具有一個穩定的溫度，當被預熱的氣體被一級換熱室預熱時，一級換熱室提供的較高的換熱速率能夠使氣體迅速升溫，由于進入一級換熱室內的氣體本身具有高于室溫的溫度，從而使溫差縮小，縮短了預熱時間，提高了換熱效率。在整體上，本發明的換熱裝置在換熱次數和換熱時間上均優于傳統的換熱裝置，進而使本發明的換熱裝置的換熱效率優于傳統的換熱裝置，解決了傳統換熱裝置換熱效率、排布面積大的問題。

進一步，為了實現通過一次預熱作業來獲得預熱溫度不同的氧氣，提高換熱裝置的生產適應能力，換熱外管的端部還設有換熱氣體出口，換熱外管的端部還設有換熱氣體出口，換熱氣體出口接通一級換熱室。通過設置的換熱氣體出口來抽取一級換熱室內的氧氣，進而獲得具有一定預熱溫度的氧氣，抽取的一級換熱室所在的換熱裝置的不同，其獲得的氧氣的預熱溫度也不同，由此實現通過一次預熱作業來獲得預熱溫度不同的氧氣，適應了對實際生產的需求。