权利要求
1.一种高温悬浮焙烧气氛炉装置，其特征在于，包括气体预热器、反应气体输入管、定量喂料机、物料颗粒输入管、悬浮焙烧气氛炉、输出管和冷却器;
所述悬浮焙烧气氛炉包括炉体、壳体、保温层和第一加热元件;
所述壳体为内部中空，两端为第一环形面的柱体，套设于所述炉体;
所述保温层环绕设置于所述炉体并设置于所述壳体内，且所述保温层的内壁与所述炉体的外壁之间形成封闭的第一环状空腔;
所述第一环状空腔的下端设置有充气管，上端设置有出气管，腔内用于充入第一气体;
所述第一加热元件包括多个，多个所述第一加热元件环绕设置于所述炉体，且长度延伸方向平行于所述炉体的轴向，用于对所述炉体进行加热以使温度稳定在1200℃～1600℃;
所述气体预热器套设于所述反应气体输入管上，以将从所述反应气体输入管输入的反应气体预热至800℃～1200℃;
所述反应气体输入管的输出端与所述炉体的输入端连通;
所述物料颗粒输入管的一端与所述定量喂料机连通，另一端与所述反应气体输入管位于所述气体预热器和所述炉体输入端之间的位置连通;
所述输出管的输入端与所述炉体的输出端连通;
所述冷却器套设于所述输出管上。
2.根据权利要求1所述的高温悬浮焙烧气氛炉装置，其特征在于，每个所述第一加热元件包括沿所述炉体的轴向设置的3～5段第一加热子元件;
所述保温层包括沿所述炉体的轴向设置的3～5段保温子层;
所述壳体包括沿所述炉体的轴向设置的3～5段子壳;
所述保温子层和所述子壳的段数与所述第一加热子元件的段数相同;
相邻两段之间的所述保温子层之间固连;
所述保温子层的两端向内延伸形成延伸环;
所述第一加热子元件的两端固设于对应位置处的延伸环。
3.根据权利要求2所述的高温悬浮焙烧气氛炉装置，其特征在于，沿所述壳体侧壁到所述炉体侧壁的方向，所述保温子层依次设置为外层、中间层和内层;
所述外层为圆环柱，采用碳酸钙板内嵌于所述壳体内壁，厚度为20mm～40mm;
所述中间层环绕内嵌于所述外层，其铺设多层纳米微孔隔热毡并设置所述延伸环，厚度为30mm～50mm;
所述内层铺设于所述中间层的内表面，采用轻质耐火材料振动浇筑成型，厚度为50mm～100mm;内壁与所述炉体的外壁之间形成封闭的所述第一环状空腔;
多个锚固件均布于所述外层，两端分别锚固所述外层和所述壳体;
相邻两段之间的所述中间层，相邻两段之间的所述内层之间固连。
4.根据权利要求3所述的高温悬浮焙烧气氛炉装置，其特征在于，所述中间层上部还包括第一延伸柱;
所述内层与所述第一延伸柱位置对应处设置有第二延伸柱;
所述出气管贯穿所述第一延伸柱和第二延伸柱，连通所述第一环状空腔和外部。
5.根据权利要求1所述的高温悬浮焙烧气氛炉装置，其特征在于，所述气体预热器包括套管、隔离筒和第二加热元件;
所述套管为内部中空，两端为第二环形面的柱体，套设于所述反应气体输入管以使所述套管的外壁与所述反应气体输入管的外壁之间形成封闭的第二环状空腔;
所述隔离筒套设于所述反应气体输入管并卡设于所述套管以将所述第二环状空腔分隔为第一子环腔和第二子环腔;
所述第一子环腔靠近所述反应气体输入管，并充入第二气体;
所述第二子环腔内均布所述第二加热元件。
6.根据权利要求5所述的高温悬浮焙烧气氛炉装置，其特征在于，所述气体预热器还包括分隔环;
所述分隔环包括多个，多个所述分隔环卡设于所述第二子环腔，以将所述第二子环腔沿轴向分隔为多个独立的子腔;
每个所述子腔内的第二加热元件独立控温。
7.根据权利要求1所述的高温悬浮焙烧气氛炉装置，其特征在于，所述反应气体输入管包括变径段;
所述变径段包括依次设置的第一变径子段、第二变径子段和第三变径子段;
沿反应气体流动方向，第一变径子段的第一端到第二端的直径逐渐减小;
第二变径子段的直径不变，且与第一变径子段的第二端的直径一致;
第三变径子段的第一端到第二端的直径逐渐变大;
所述物料颗粒输入管的另一端连通于第三变径子段的第二端与所述炉体输入端之间的位置。
8.根据权利要求1所述的高温悬浮焙烧气氛炉装置，其特征在于，所述冷却器包括液体冷却套管和散热片;
所述液体冷却套管套设于所述输出管;
所述散热片螺旋环绕于所述液体冷却套管。
9.根据权利要求1所述的高温悬浮焙烧气氛炉装置，其特征在于，所述第一环状空腔的顶部设置防爆泄压阀。
说明书
技术领域
[0001]本申请涉及材料工程技术领域，尤其涉及一种高温悬浮焙烧气氛炉装置。
背景技术
[0002]悬浮态技术在当今工业生产中是一种极具创新性的热加工处理方法，其技术核心在于利用气流或其他动力方式，使物料处于悬浮状态，物料颗粒与热介质之间的接触面积增大，从而显著提高传热和传质效率。与传统的热加工方式相比，悬浮态技术能够在更短的时间内完成热加工处理过程，为工业生产带来更高的效率和效益。悬浮态煅烧炉作为实现悬浮态技术的关键设备，通常由炉体、燃烧系统、进料系统、出料系统和控制系统等多个部分组成。其工作原理是将物料颗粒通过进料系统送入炉体内，在气流或其他动力的作用下，物料颗粒处于悬浮状态。燃烧系统产生的高温热介质与悬浮的物料颗粒进行充分的热交换，使物料颗粒在短时间内完成煅烧过程。
[0003]现有悬浮焙烧技术所使用的悬浮态煅烧炉虽能通过气流悬浮物料颗粒提升传热效率，但在高温工况下仍存在温度控制不精准，炉内轴向与周向温差大，导致物料受热不均，部分区域出现过烧或欠烧的问题。另外，还存在隔热性能不足，热量散失严重，导致能耗较高的问题。
发明内容
[0004]本申请实施例通过提供一种高温悬浮焙烧气氛炉装置，能够解决现有悬浮态煅烧炉温度控制不精准导致物料受热不均，以及隔热性能不足导致热量散失严重的问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明实施例的技术方案是：
[0006]本发明实施例提供了一种高温悬浮焙烧气氛炉装置，包括气体预热器、反应气体输入管、定量喂料机、物料颗粒输入管、悬浮焙烧气氛炉、输出管和冷却器;所述悬浮焙烧气氛炉包括炉体、壳体、保温层和第一加热元件;所述壳体为内部中空，两端为第一环形面的柱体，套设于所述炉体;所述保温层环绕设置于所述炉体并设置于所述壳体内，且所述保温层的内壁与所述炉体的外壁之间形成封闭的第一环状空腔;所述第一环状空腔的下端设置有充气管，上端设置有出气管，腔内用于充入第一气体;所述第一加热元件包括多个，多个所述第一加热元件环绕设置于所述炉体，且长度延伸方向平行于所述炉体的轴向，用于对所述炉体进行加热以使温度稳定在1200℃～1600℃;所述气体预热器套设于所述反应气体输入管上，以将从所述反应气体输入管输入的反应气体预热至800℃～1200℃;所述反应气体输入管的输出端与所述炉体的输入端连通;所述物料颗粒输入管的一端与所述定量喂料机连通，另一端与所述反应气体输入管位于所述气体预热器和所述炉体输入端之间的位置连通;所述输出管的输入端与所述炉体的输出端连通;所述冷却器套设于所述输出管上。
[0007]在一种可能的实现方式中，每个所述第一加热元件包括沿所述炉体的轴向设置的3～5段第一加热子元件;所述保温层包括沿所述炉体的轴向设置的3～5段保温子层;所述壳体包括沿所述炉体的轴向设置的3～5段子壳;所述保温子层和所述子壳的段数与所述第一加热子元件的段数相同;相邻两段之间的所述保温子层之间固连;所述保温子层的两端向内延伸形成延伸环;所述第一加热子元件的两端固设于对应位置处的延伸环。
[0008]在一种可能的实现方式中，沿所述壳体侧壁到所述炉体侧壁的方向，所述保温子层依次设置为外层、中间层和内层;所述外层为圆环柱，采用碳酸钙板内嵌于所述壳体内壁，厚度为20mm～40mm;所述中间层环绕内嵌于所述外层，其铺设多层纳米微孔隔热毡并设置所述延伸环，厚度为30mm～50mm;所述内层铺设于所述中间层的内表面，采用轻质耐火材料振动浇筑成型，厚度为50mm～100mm;内壁与所述炉体的外壁之间形成封闭的所述第一环状空腔;多个锚固件均布于所述外层，两端分别锚固所述外层和所述壳体;相邻两段之间的所述中间层，相邻两段之间的所述内层之间固连。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述中间层上部还包括第一延伸柱;所述内层与所述第一延伸柱位置对应处设置有第二延伸柱;所述出气管贯穿所述第一延伸柱和第二延伸柱，连通所述第一环状空腔和外部。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述气体预热器包括套管、隔离筒和第二加热元件;所述套管为内部中空，两端为第二环形面的柱体，套设于所述反应气体输入管以使所述套管的外壁与所述反应气体输入管的外壁之间形成封闭的第二环状空腔;所述隔离筒套设于所述反应气体输入管并卡设于所述套管以将所述第二环状空腔分隔为第一子环腔和第二子环腔;所述第一子环腔靠近所述反应气体输入管，并充入第二气体;所述第二子环腔内均布所述第二加热元件。
[0011]在一种可能的实现方式中，所述气体预热器还包括分隔环;所述分隔环包括多个，多个所述分隔环卡设于所述第二子环腔，以将所述第二子环腔沿轴向分隔为多个独立的子腔;每个所述子腔内的第二加热元件独立控温。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述反应气体输入管包括变径段;所述变径段包括依次设置的第一变径子段、第二变径子段和第三变径子段;沿反应气体流动方向，第一变径子段的第一端到第二端的直径逐渐减小;第二变径子段的直径不变，且与第一变径子段的第二端的直径一致;第三变径子段的第一端到第二端的直径逐渐变大;所述物料颗粒输入管的另一端连通于第三变径子段的第二端与所述炉体输入端之间的位置。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述冷却器包括液体冷却套管和散热片;所述液体冷却套管套设于所述输出管;所述散热片螺旋环绕于所述液体冷却套管。
[0014]在一种可能的实现方式中，所述第一环状空腔的顶部设置防爆泄压阀。
[0015]本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0016]本发明实施例提供的高温悬浮焙烧气氛炉装置，通过设置气体预热器、反应气体输入管、定量喂料机、物料颗粒输入管、悬浮焙烧气氛炉、输出管和冷却器，其中，悬浮焙烧气氛炉包括炉体、壳体、保温层和第一加热元件。壳体为内部中空，两端为第一环形面的柱体，套设于炉体。保温层环绕设置于炉体并设置于壳体内，且保温层的内壁与炉体的外壁之间形成封闭的第一环状空腔。第一环状空腔的下端设置有充气管，上端设置有出气管，腔内用于充入第一气体。第一加热元件包括多个，多个第一加热元件环绕设置于炉体，且长度延伸方向平行于炉体的轴向，用于对炉体进行加热以使温度稳定在1200℃～1600℃反应气体输入管的输出端与炉体的输入端连通。物料颗粒输入管的一端与定量喂料机连通，另一端与反应气体输入管位于气体预热器和炉体输入端之间的位置连通。输出管的输入端与炉体的输出端连通。冷却器套设于输出管上。通过各部件之间的紧密协作和优化设计，实现装置整体的协同工作。同时第一环状空腔内充入第一气体，使高温悬浮焙烧气氛炉装置在高温工况下温度控制更精准，炉内轴向与周向温差变小，温度波动小，热分布均匀化，使物料受热更为均匀，物料具有良好的分散性，防止物料部分区域出现过烧或欠烧的现象。另外，保温层和第一环状空腔的设置还提升了高温悬浮焙烧气氛炉装置的隔热性能，热量损失较小，热效率高，能耗降低，显著缩短焙烧时间，安全性能卓越，为焙烧过程提供可靠的安全保障。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本申请实施例提供的高温悬浮焙烧气氛炉装置的剖面结构示意图;
[0019]图2为本申请实施例提供的高温悬浮焙烧气氛炉装置的结构示意图;
[0020]图3为本申请实施例提供的悬浮焙烧气氛炉部分结构的剖面示意图。
[0021]图标：1-气体预热器;11-套管;12-隔离筒;13-第二加热元件;14-分隔环;2-反应气体输入管;21-变径段;211-第一变径子段;212-第二变径子段;213-第三变径子段;3-定量喂料机;4-物料颗粒输入管;5-悬浮焙烧气氛炉;51-炉体;52-壳体;53-保温层;531-外层;532-中间层;532a-第一延伸柱;533-内层;533a-第二延伸柱;54-第一加热元件;541-第一加热子元件;55-第一环状空腔;56-充气管;57-出气管;58-热电偶;6-输出管;7-冷却器;71-液体冷却套管;72-散热片。
具体实施方式
[0022]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
[0024]请参照图1～3所示，本发明实施例提供了一种高温悬浮焙烧气氛炉装置，包括气体预热器1、反应气体输入管2、定量喂料机3、物料颗粒输入管4、悬浮焙烧气氛炉5、输出管6和冷却器7。
[0025]悬浮焙烧气氛炉5包括炉体51、壳体52、保温层53和第一加热元件54。
[0026]该炉体51为竖直刚玉管，内径为50mm～300mm，壁厚为10mm～30mm。
[0027]壳体52为内部中空，两端为第一环形面的柱体，套设于炉体51。即炉体51卡设于第一环形面的内孔。该壳体52为金属制作而成，如采用耐热不锈钢制作而成。
[0028]保温层53环绕设置于炉体51并设置于壳体52内，且保温层53的内壁与炉体51的外壁之间形成封闭的第一环状空腔55。第一环状空腔55的下端设置有充气管56，上端设置有出气管57，腔内用于充入第一气体。
[0029]实际中，通过气泵向第一环状空腔55内充入如惰性气体的第一气体，通入第一气体流量为5L/min～20L/min，压力为0.1MPa～0.3MPa，从而第一环状空腔55内充入的第一气体形成动态隔热屏障。
[0030]可以为第一气体充满第一环状空腔55后封堵充气管56和出气管57。也可以在炉体51加热过程中，实时动态充入第一气体，在正常运行阶段，第一气体气流流量根据炉温自动调节(5L/min～20L/min);当炉温达到设定值且波动≤10%时，切换为脉冲进气模式(进气2min/间歇1min);在紧急降温阶段，气体流量提升30L/min～50L/min，并切换为冷气体快速散热。
[0031]该第一加热元件54可以为碳硅棒。
[0032]第一环状空腔55的顶部设置防爆泄压阀，以保障整个装置的安全。
[0033]第一加热元件54包括多个，多个第一加热元件54环绕设置于炉体51，且长度延伸方向平行于炉体51的轴向，用于对炉体51进行加热以使温度稳定在1200℃～1600℃。
[0034]悬浮焙烧气氛炉5还包括多个热电偶58，多个热电偶58均布于壳体52设置，测量端伸入第一环状空腔55。
[0035]气体预热器1套设于反应气体输入管2上，以将从反应气体输入管2输入的反应气体预热至800℃～1200℃。
[0036]反应气体输入管2的输出端与炉体51的输入端连通。反应气体输入管2为L字型，能够更方便安装气体预热器1以及与定量喂料机3连通。
[0037]物料颗粒输入管4的一端与定量喂料机3连通，另一端与反应气体输入管2位于气体预热器1和炉体51输入端之间的位置连通。
[0038]其中，定量喂料机3包括螺旋送料机构、称重传感器及气动密封阀。在实际中，物料颗粒进料精度低，易堵塞或团聚，影响气固混合均匀性。定量喂料机3的送料量通过变频电机调节螺旋送料机构的转速，使进料速度为0.1kg/h～10kg/h，精度误差≤1%，螺旋送料机构的输出端与物料颗粒输入管4的第一端连通，从而物料颗粒通过物料颗粒输入管4，反应气体输入管2输入悬浮焙烧气氛炉5。
[0039]输出管6的输入端与炉体51的输出端连通。冷却器7套设于输出管6上。
[0040]输出管6包括依次连接的第一～第四子管。第一子管的输入端与炉体51的输出端连通。第二子管与第一子管垂直。第三子管与第二子管垂直。第四子管与第三子管垂直。冷却器7套设于输出管6上。本发明实施例提供的输出管6的形状，方便与炉体51连通，同时方便设置冷却器7，有助于物料进行冷却。
[0041]其中，各部件之间密封连接。
[0042]本发明实施例提供的高温悬浮焙烧气氛炉装置，通过设置气体预热器1、反应气体输入管2、定量喂料机3、物料颗粒输入管4、悬浮焙烧气氛炉5、输出管6和冷却器7，其中，悬浮焙烧气氛炉5包括炉体51、壳体52、保温层53和第一加热元件54。壳体52为内部中空，两端为第一环形面的柱体，套设于炉体51。保温层53环绕设置于炉体51并设置于壳体52内，且保温层53的内壁与炉体51的外壁之间形成封闭的第一环状空腔55。第一环状空腔55的下端设置有充气管56，上端设置有出气管57，腔内用于充入第一气体。第一加热元件54包括多个，多个第一加热元件54环绕设置于炉体51，且长度延伸方向平行于炉体51的轴向，用于对炉体51进行加热以使温度稳定在1200℃～1600℃反应气体输入管2的输出端与炉体51的输入端连通。物料颗粒输入管4的一端与定量喂料机3连通，另一端与反应气体输入管2位于气体预热器1和炉体51输入端之间的位置连通。输出管6的输入端与炉体51的输出端连通。冷却器7套设于输出管6上。通过各部件之间的紧密协作和优化设计，实现装置整体的协同工作。同时第一环状空腔55内充入第一气体，使高温悬浮焙烧气氛炉装置在高温工况下温度控制更精准，炉内轴向与周向温差变小，温度波动小，热分布均匀化，使物料受热更为均匀，物料具有良好的分散性，防止物料部分区域出现过烧或欠烧的现象。另外，保温层53和第一环状空腔55的设置还提升了高温悬浮焙烧气氛炉装置的隔热性能，热量损失较小，热效率高，能耗降低，显著缩短焙烧时间，安全性能卓越，为焙烧过程提供可靠的安全保障。
[0043]每个第一加热元件54包括沿炉体51的轴向设置的3～5段第一加热子元件541。保温层53包括沿炉体51的轴向设置的3～5段保温子层，壳体52包括沿炉体51的轴向设置的3～5段子壳，且保温子层和子壳的段数与第一加热子元件541的段数相同。相邻两段之间的保温子层之间固连。如图1示出了包括沿炉体51的轴向设置4段第一加热子元件541的结构示意图。
[0044]保温子层的两端向内延伸形成延伸环。延伸环可以将第一环状空腔55沿轴向分隔为至少两段子气腔。
[0045]第一加热子元件541的两端固设于对应位置处的延伸环。延伸环的设置方便稳固地固定第一加热子单元。
[0046]本申请实施例将壳体52、第一加热元件54和保温层53设置为多段，方便其制造和安装，同时方便分段测温，根据每段温度变化控制对应位置处的第一加热子单元的功率，实现分段精准控温。通过配置多段独立控温的第一加热子元件541，以及第一环状空腔55内充入第一气体形成隔热屏障，可使炉内温度稳定于1200℃～1600℃，温差≤±15℃。
[0047]示例的，第一加热子元件541为硅碳棒。每区段功率10kw～30kw，环绕炉体51周向均匀分布6～18个硅碳棒(每个之间间隔弧度20℃～60℃)。本申请实施例环绕炉体51周向均匀分布18个硅碳棒实现通过热场模拟优化间距。
[0048]如图1和图3所示，每一子段的炉体51中部同一平面处的内壁按120°对称嵌入热电偶58，直接接触物料气流。热电偶58与控制系统电连接，控制系统根据热电偶58反馈数据，可通过PID算法实时调整各区段第一加热子元件541的功率，当某区段温度超限时，自动降低该区段第一加热子元件541的功率并同步提升相邻区域第一加热子元件541的功率，形成热量补偿。各区段第一加热子元件541功率独立调节，入口区段功率高于出口区段，补偿物料升温过程中的热损失。
[0049]反应气体输入管2中输入的气体流速与加热功率动态关联，流速高时自动提升功率，防止温度波动，区段间温差≤10℃，炉内轴向温度均匀性温差≤15℃，周向偏差≤±10℃。确保气体预热温度稳定在800℃～1200℃。
[0050]在炉体51顶部安装红外热像仪，扫描炉体51内表面温度分布并自动校正冷热点，引入热成像反馈，以保证炉内温度均匀性。
[0051]进一步地，在第一加热子元件541(如硅碳棒)外部缠绕电磁感应线圈(频率1kHz～10kHz)，利用涡流效应辅助加热，使炉体51表面升温速率提升20%～30%。
[0052]如图1和图3所示，沿壳体52侧壁到炉体51侧壁的方向，保温子层依次设置为外层531、中间层532和内层533。层间错缝搭接，接缝处涂抹高温胶粘剂，安装纳米毡时施加5%～10%预压缩量，避免高温下因膨胀产生空隙。
[0053]外层531为圆环柱，采用碳酸钙板内嵌于壳体52内壁，厚度为20mm～40mm。
[0054]中间层532环绕内嵌于外层531，其铺设多层纳米微孔隔热毡并设置延伸环，厚度为30mm～50mm。
[0055]内层533铺设于中间层532的内表面，采用轻质耐火材料振动浇筑成型，厚度为50mm～100mm。内层533的内壁与炉体51的外壁之间形成封闭的第一环状空腔55。
[0056]多个锚固件均布于外层531，两端分别锚固外层531和壳体52。相邻两段之间的中间层532，相邻两段之间的内层533之间固连。
[0057]碳酸钙板可作为整个保温层53的刚性支撑，并通过不锈钢锚固件(各个锚固件之间间距200nm～300nm)与壳体52固定。
[0058]继续参照图1和图3所示，中间层532上部还包括第一延伸柱532a。内层533与第一延伸柱532a位置对应处设置有第二延伸柱533a。出气管57贯穿第一延伸柱532a和第二延伸柱533a，连通第一环状空腔55和外部。内层533和中间层532的材质容易加工，从而方便设置安装孔安装出气管57。
[0059]参照图1和图2所示，气体预热器1包括套管11、隔离筒12和第二加热元件13。套管11为内部中空，两端为第二环形面的柱体，套设于反应气体输入管2以使套管11的外壁与反应气体输入管2的外壁之间形成封闭的第二环状空腔。隔离筒12套设于反应气体输入管2并卡设于套管11以将第二环状空腔分隔为第一子环腔和第二子环腔。第一子环腔靠近反应气体输入管2，并充入第二气体。第二气体可以为惰性气体或保护气体。第二子环腔内均布第二加热元件13。
[0060]本申请实施例的气体预热器1采用同轴双层控温套管11结构，可实现反应气体输入管2内输入的气体800℃～1200℃气体预热，采用热电偶58测量气体温度。第二加热元件13和热电偶58均与控制机构电连接，控制机构通过PID算法动态调节第二加热元件13的加热功率与反应气体输入管2输入的气体流速。通过气体预热器1和悬浮焙烧气氛炉5对输入气体两重加热，实现加热更快速稳定，动态温度调节。
[0061]进一步地，气体预热器1还包括分隔环14。分隔环14包括多个，多个分隔环14卡设于第二子环腔，以将第二子环腔沿轴向分隔为多个独立的子腔。每个子腔内的第二加热元件13独立控温。
[0062]示例的，分隔环14包括3～5个，3～5个分隔环14卡设于第二子环腔，将第二子环腔沿轴向分隔为4～6个独立的子腔，每个子腔内的第二加热元件13独立控温，每个功率2kw～8kw，相邻两个子腔之间温差≤±10℃，通过PID算法实时调整各个第二加热单元功率。
[0063]每个子腔对应的反应气体输入管2位置分别设置K型热电偶实时反馈温度至控制机构，控制机构通过PID算法实时调整各子腔内第二加热元件13功率，确保反应气体输入管2输入气体预热温度为800℃～1200℃;气体流速(5～30m3/h)与第二加热元件13加热功率动态关联，流速高时自动提升功率，保证气体预热温度稳定在800℃～1200℃，且段间温差≤10℃，防止温度波动。
[0064]如图1所示，反应气体输入管2包括变径段21。变径段21包括依次设置的第一变径子段211、第二变径子段212和第三变径子段213。沿反应气体流动方向，第一变径子段211的第一端到第二端的直径逐渐减小。
[0065]第二变径子段212的直径不变，且与第一变径子段211的第二端的直径一致，其与反应气体输入管2其他部位的直径不相同，从而也为变径。第三变径子段213的第一端到第二端的直径逐渐变大。物料颗粒输入管4的另一端连通于第三变径子段213的第二端与炉体51输入端之间的位置。
[0066]第三变径子段213的第二端的上方的气体流动速度增大，利用物料颗粒输入管4产生的负压将物料颗粒吸入至反应气体输入管2与反应气体混合，混合更均匀。
[0067]第二变径子段212直径与物料颗粒的粒径匹配。具体地，第二变径子段212的反应气体流动速度≥20m/s时，物料颗粒的粒径≤50μm时，第二变径子段212的直径设计为10mm～20mm;物料颗粒的粒径50μm～100μm时，第二变径子段212的直径设计为20mm～30mm，从而确保物料颗粒不同粒径时，都能实现良好的气固混合效果，使气固混合物料均匀进入悬浮焙烧气氛炉5。
[0068]如图1所示，冷却器7包括液体冷却套管71和散热片72。液体冷却套管71套设于输出管6。散热片72螺旋环绕于液体冷却套管71。液体冷却套管71内循环冷却水流量为1m3/h～5m3/h，进水温度≤25℃，出水温度≤60℃，物料在输出管6位于冷却器7位置间的停留时间为10s～30s，物料输出温度≤100℃。
[0069]该散热片72为铝材质，通过焊接的方式与液体冷却套管71固连。散热片72的设置可增加输送管的热量传递，提高冷却效果。
[0070]在实际中，紧急降温响应慢，存在安全隐患。本发明实施例提供的悬浮焙烧气氛炉5设置有紧急断电机构，在炉体51温度超限时自动断电。
[0071]整个装置由集成控制机构实现全自动闭环控制。控制机构包括PLC控制器、触摸屏以及数据存储模块，与各组件传感器、执行器通信，实现温度、压力、流量、进料量的全自动闭环控制，支持多端工艺曲线编程与故障报警功能。气体预热器1出口温度与悬浮焙烧气氛炉5入口温度通过控制机构联动，若悬浮焙烧气氛炉5入口温度低于设定值，自动提升气体预热器1末端子腔内第二加热元件13功率，减少温差冲击。控制机构内置热力学模型，根据历史数据自动优化各加热段功率分配。
[0072]操作人员可通过触摸屏进行多端工艺曲线编程，设定温度、压力、流量、进料量等参数。系统具备故障报警功能，当运行参数异常时及时发出警报。装置整体为模块化设计，便于单组件更换，在设备出现故障或需要升级时，可快速更换相应模块，减少停机时间。同时，模块化设计也支持产能扩展，可根据生产需求增加或调整模块数量，灵活提升生产能力。此外，各连接管道及部件之间采用高质量的密封材料和密封工艺进行密封处理，并定期对密封部位进行检查和维护，确保无气体泄漏和热量散失现象发生，保障系统稳定、安全、高效地运行。
[0074]本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。
[0075]以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。
说明书附图(3)
