CN103894538A - 覆膜砂热法再生设备及其再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源工程技术领域，涉及一种以立式流化床炉为主的覆膜砂热法再生设备及覆膜砂热法再生方法,包括立式流化床炉、加料斗、对喷煤气喷嘴、烟道、排烟管道、间壁冷却器和空气预热器，间壁冷却器设置在立式流化床炉的下方，间壁冷却器的顶端通过落砂管与立式流化床炉连接；间壁冷却器的进风口与鼓风机相连，出风口通过热风管I与空气预热器相连；空气预热器输气管道的入口与热风管I相连通，输气管道的出口通过热风管II与风室相连通，烟道通过空气预热器的腔体与排烟管道相连；热法覆膜砂热法再生方法，步骤为：启动，入料，稳定；能量利用率高、再生完善、操作简单的节能环保。

Description

覆膜砂热法再生设备及其再生方法

技术领域

本发明属于能源工程技术领域，具体地说，涉及一种以立式流化床炉为主的覆膜砂热法再生设备及覆膜砂热法再生方法。

背景技术：

我国于20世纪50年代开始研究应用覆膜砂及壳(芯)的铸件工艺，近几年被大量采用。由于我国汽车工业的快速发展和机械产品外贸出口需要，以及铸件国际市场的开发，对铸件品质的要求越来越高，覆膜砂的应用得到迅速增长，许多厂家年用量已达到数千吨，研究覆膜砂旧砂的再生回用已具有重大的现实意义，再生不仅能够提高覆膜砂的性能，而且还能节约成本，降低废旧物对环境的污染。目前常用的再生方法为机械再生与热法再生。机械再生的基本原理是利用约3500r/min高速回转轮的砂轮和慢速转动的回转框之间的5-10mm的间隙对旧砂进行磨擦，以达到去除旧砂表面的树脂和对旧砂进行整形的目的，所产生的粉尘则通过通风除尘设备进行处理。热法再生的基本原理是利用旧砂预处理和沸腾式热法再生炉设备，首先对旧砂进行振动破碎和磁分离，然后在沸腾式再生炉中焙烧，出砂后再经保温、冷却、筛分即可回用。经过高温焙烧后的砂子膨胀系数变小，更适用于如汽车发动机缸体、缸盖等复杂薄壁精密的铸铁件以及如集装箱角和火车刹车缓冲器壳体等高要求的铸钢件的生产，因此，热法再生受到越来越多的关注。我国现有的热法再生炉以沸腾式再生炉为主，也有移动床炉，主要以燃气、焦炭或煤的气化气为燃料，虽布置空气预热器但排烟温度高，炉膛侧面出料的再生后砂显热得不到回收，因此，普遍存在热效率低下、炉体寿命短等问题，再生炉没有形成标准化产品；扬尘、未燃尽的酚醛树脂热解物以及二氧化硫等组分的释放，也造成了对环境的二次污染，严重影响了其推广应用前景。

中国专利201110020516.9公开了一种全逆流热交换两段式铸造废砂焙烧炉，具有火焰废气阻断燃烧层，焙烧炉中加集砂斗和换热器，能充分利用废砂中的有机质和碳素在焙烧过程中所产生的热能，节省焙烧过程中的外需能源，有利于环境保护；中国专利201210192336.1公开了一种将废砂焙烧成覆膜砂用材料的工艺，包括：落砂—磁选—破碎—筛分—磁选—焙烧—除尘—冷却—储存，在对破碎磁选后的砂子进行焙烧时，需先将砂子送入预热器预热后再送进焙烧炉内进行焙烧，在预热器内，用于承载砂子的通道呈“阶梯”状，砂子在“阶梯”状通道上呈絮流状态，焙烧之前对砂进行预热，使砂子焙烧均匀，避免了惰性气体的产生，提高了焙烧再生砂的质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种能量利用率高、再生完善、操作简单的节能环保型覆膜砂热法再生设备及覆膜砂热法再生方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种覆膜砂热法再生设备，包括立式流化床炉、加料斗、对喷煤气喷嘴、烟道和排烟管道，所述加料斗设置在立式流化床炉的顶端，所述对喷煤气喷嘴为于立式流化床炉的炉腔中下部,所述立式流化床炉的炉腔通过烟道与排烟管道相连通，所述排烟管道的端部设有引风机；还包括间壁冷却器和空气预热器，所述间壁冷却器设置在所述立式流化床炉的下方，所述间壁冷却器的顶端通过落砂管与立式流化床炉连接；所述立式流化床炉的底部设有布风板，所述布风板的上方、下方分别为燃烧室和风室，所述落砂管的顶部贯通布风板；所述间壁冷却器的上方设有出风口，所述间壁冷却器的底部设有出砂口和进风口，所述进风口与鼓风机相连，所述出风口通过热风管I与空气预热器相连；所述空气预热器由输气管道和输气管道外的腔体组成，所述输气管道的入口与热风管I相连通，所述输气管道的出口通过热风管II与风室相连通，所述烟道通过所述空气预热器的腔体与排烟管道相连。

优选的是：所述烟道、排烟管道与空气预热器的连接处分别设有水冷盘管，所述水冷盘管通过循环水泵与水箱相连。

优选的是：所述立式流化床炉炉腔的顶部设有内固件，所述内固件为三角形或楔形。

优选的是：所述空气预热器的底部设有与腔体相连通的灰斗。

优选的是：所述立式流化床炉侧面设有侧出料口，侧出料口与立式流化床炉之间设有阀门。

优选的是：所述加料斗上设有条形孔板。

优选的是：落砂管与间壁冷却器之间设有流量调节阀。

优选的是：所述对喷煤气喷嘴与炉壁的夹角为20-30°。

优选的是：所述立式流化床炉的横截面为圆形或矩形。

一种热法覆膜砂热法再生方法，步骤为：

(1)启动：先小开度启动鼓风机和引风机，启动对喷煤气喷嘴进行立式流化床炉的烘炉，此时助燃空气为常温，助燃空气依次经过鼓风机、间壁冷却器、热风管一、空气预热器、热风管二进入风室，流过布风板和风帽后助燃；

(2)入料：立式流化床炉内炉温达到400℃时，启动水冷盘管上的循环水泵，水冷盘管内的水与水箱内的冷水开始循环，小开度打开加料斗上的条形孔板，覆膜砂落入立式流化床炉并被上行烟气预热，布风板上覆膜砂的厚度逐渐增加并处于沸腾状态，覆膜砂表面的树脂部分点燃，此时落砂管与间壁冷却器之间的流量调节阀处于关闭状态；

(3)稳定：立式流化床炉内炉温达到500℃后逐步增大对喷煤气喷嘴的喷气量，大开度运行引风机和鼓风机，大开度打开条形孔板，达到产能所需，打开落砂管与间壁冷却器8之间的流量调节阀，实现壁冷却器底部出砂口连续出砂，根据布风板上覆膜砂的厚度调节条形孔板和流量调节阀，控制入料速度和出砂速度，开始稳定生产。助燃空气在间壁冷却器中吸收再生覆膜砂的热量形成一次热风进入热风管一。立式流化床炉内燃烧产生的烟气，上行预热落入的覆膜砂后，经过炉壁上部的内固件，由于流通面积突然缩小和扩大，烟气速度突增和突降，使烟气携带的细覆膜砂与烟气分离，贴壁回流，烟气通过烟道进入空气预热器壳程，烟气进入空气预热器前经过水冷盘管初步冷却，烟气在空气预热器壳程中对经过热风管一进入空气预热器管程的一次热风加热，烟气离开空气预热器进入排烟管道前再次经过水冷盘管冷却，然后排出；烟气在空气预热器壳程中折流，烟气中携带的飞灰落入空气预热器底部的灰斗。落砂管或间壁冷却器出现故障时，开启侧出料口上的阀门从立式流化床炉侧面排放砂料。

本发明的有益效果：

本发明的有益效果为：以快速流化状态取代了沸腾状态的燃烧，以立式流化床炉替代了卧式沸腾炉，增加了料层高度和颗粒群起落次数，延长了废旧覆膜砂在燃烧室内的停留时间，被预热的助燃空气从风室经布风板上的风帽进入燃烧室，将覆膜砂快速流化，气固上行过程中，助燃空气与斜喷的煤气混合燃烧，在立式流化床密相区即加热并点燃覆膜砂表面树脂，燃烧过程中上行的气固两相遇到从加料斗自上而下进入燃烧室的废旧覆膜砂，将废旧覆膜砂预热，回收了部分烟气余热；设置了间壁冷却器和空气预热器，对助燃空气进行一次预热和二次预热，实现了对再生覆膜砂余热的回收和烟气余热的回收，提高了能源转化率；水冷盘管保证了空气预热器的管壁不超温，防止管壁快速氧化；立式流化床炉顶部的内固件强化气固分离和颗粒回流，提高了烟气洁净度，保证了空气预热器处换热系数。该炉型真正实现了高效环保型覆膜砂再生，尤其适用于中型、大型规模的铸造用覆膜砂的热法再生，设备生产能力可调节，灵活性好，因燃烧和再生完善，不仅保证覆膜砂再生品质，也净化了出炉烟气，保证了排空烟气的洁净度，提高了能源利用效率，绿色环保。

附图说明

图1为本发明覆膜砂热法再生设备的结构示意图；

图2为本发明中所述布风板的结构示意图；

图3为本发明中所述条形孔板的结构示意图；

其中，加料斗1、内固件2、立式流化床炉3、侧出料口4、对喷煤气喷嘴5、落砂管6、流量调节阀7、间壁冷却器8、出砂口9、烟道10、排烟管道11、引风机12、水冷盘管13、循环水泵14、空气预热器15、热风管二16、热风管一17、鼓风机18、风帽19、风室20、阀门21、条形孔板22、布风板23、水箱24、灰斗25。

具体实施方式

下面通过具体实施例结合附图对本发明做进一步描述：

实施例1：

本实施例的覆膜砂热法再生设备，包括立式流化床炉3、加料斗1、对喷煤气喷嘴5、烟道10、排烟管道11、间壁冷却器8和空气预热器15，加料斗1设置在立式流化床炉3的顶端，对喷煤气喷嘴5为于立式流化床炉3的炉腔中下部,立式流化床炉3的炉腔通过烟道10与排烟管道11相连通，排烟管道11的端部设有引风机12；间壁冷却器8设置在所述立式流化床炉3的下方，间壁冷却器8的顶端通过落砂管6与立式流化床炉3连接；立式流化床炉3的底部设有布风板23，布风板23的上方、下方分别为燃烧室和风室20，落砂管6的顶部贯通布风板23；间壁冷却器8的上方设有出风口，间壁冷却器8的底部设有出砂口9和进风口，进风口与鼓风机18相连，出风口通过热风管I17与空气预热器15相连；空气预热器15由输气管道和输气管道外的腔体组成，输气管道的入口与热风管I17相连通，输气管道的出口通过热风管II16与风室20相连通，烟道10通过所述空气预热器15的腔体与排烟管道11相连。

实施例2

本实施例的覆膜砂热法再生设备，除以下区别外，其他同实施例一：

烟道10、排烟管道11与空气预热器15的连接处分别设有水冷盘管13，水冷盘管13通过循环水泵14与水箱24相连，立式流化床炉3炉腔的顶部设有三角形内固件2，空气预热器15的底部设有与腔体相连通的灰斗25，加料斗1上设有条形孔板22，对喷煤气喷嘴5与炉壁的夹角为20°，立式流化床炉3的横截面为圆形。

实施例3

本实施例的覆膜砂热法再生设备，除以下区别外，其他同实施例一：

烟道10、排烟管道11与空气预热器15的连接处分别设有水冷盘管13，水冷盘管13通过循环水泵14与水箱24相连，立式流化床炉3炉腔的顶部设有楔形内固件2；空气预热器15的底部设有与腔体相连通的灰斗25；立式流化床炉3侧面设有侧出料口4，侧出料口4与立式流化床炉3之间设有阀门21；加料斗1上设有条形孔板22；落砂管6与间壁冷却器8之间设有流量调节阀7；对喷煤气喷嘴5与炉壁的夹角为30°；立式流化床炉3的横截面为圆形或矩形；

使用覆膜砂热法再生设备进行热法覆膜砂再生的步骤为：

(1)启动：先小开度启动鼓风机18和引风机12，启动对喷煤气喷嘴5进行立式流化床炉3的烘炉，此时助燃空气为常温，助燃空气依次经过鼓风机18、间壁冷却器8、热风管一17、空气预热器15、热风管二16进入风室20，流过布风板23和风帽19后助燃；

(2)入料：立式流化床炉3内炉温达到400℃时，启动水冷盘管13上的循环水泵14，水冷盘管13内的水与水箱24内的冷水开始循环，小开度打开加料斗1上的条形孔板22，覆膜砂落入立式流化床炉3并被上行烟气预热，布风板23上覆膜砂的厚度逐渐增加并处于沸腾状态，覆膜砂表面的树脂部分点燃，此时落砂管6与间壁冷却器8之间的流量调节阀7处于关闭状态；

(3)稳定：立式流化床炉3内炉温达到500℃后逐步增大对喷煤气喷嘴5的喷气量，大开度运行引风机12和鼓风机18，大开度打开条形孔板22，,达到产能所需，打开落砂管6与间壁冷却器8之间的流量调节阀7，实现间壁冷却器8底部出砂口9连续出砂，根据布风板23上覆膜砂的厚度调节条形孔板22和流量调节阀7，控制入料速度和出砂速度，开始稳定生产。助燃空气在间壁冷却器8中吸收再生覆膜砂的热量形成一次热风进入热风管一17。立式流化床炉3内燃烧产生的烟气，上行预热落入的覆膜砂后，经过炉壁上部的内固件2，由于流通面积突然缩小和扩大，烟气速度突增和突降，使烟气携带的细覆膜砂与烟气分离，贴壁回流，烟气通过烟道10进入空气预热器15壳程，烟气进入空气预热器15前经过水冷盘管13初步冷却，烟气在空气预热器15壳程中对经过热风管一17进入空气预热器15管程的一次热风加热，烟气离开空气预热器15进入排烟管道11前再次经过水冷盘管13冷却，然后排出；烟气在空气预热器15壳程中折流，烟气中携带的飞灰落入空气预热器15底部的灰斗25。落砂管6或间壁冷却器8出现故障时，开启侧出料口4上的阀门21从立式流化床炉3侧面排放砂料。

Claims (10)

1.一种覆膜砂热法再生设备，包括立式流化床炉(3)、加料斗(1)、对喷煤气喷嘴(5)、烟道(10)和排烟管道(11)，所述加料斗(1)设置在立式流化床炉(3)的顶端，所述对喷煤气喷嘴(5)为于立式流化床炉(3)的炉腔中下部,所述立式流化床炉(3)的炉腔通过烟道(10)与排烟管道(11)相连通，所述排烟管道(11)的端部设有引风机(12)，其特征在于：还包括间壁冷却室(8)和空气预热器(15)，所述间壁冷却室(8)设置在所述立式流化床炉(3)的下方，所述间壁冷却室(8)的顶端通过落砂管(6)与立式流化床炉(3)连接；所述立式流化床炉(3)的底部设有布风板(23)，所述布风板(23)的上方、下方分别为燃烧室和风室(20)，所述落砂管(6)的顶部贯通布风板(23)；所述间壁冷却器(8)的上方设有出风口，所述间壁冷却器(8)的底部设有出砂口(9)和进风口，所述进风口与鼓风机(18)相连，所述出风口通过热风管I(17)与空气预热器(15)相连；所述空气预热器(15)由输气管道和输气管道外的腔体组成，所述输气管道的入口与热风管I(17)相连通，所述输气管道的出口通过热风管II(16)与风室(20)相连通，所述烟道(10)通过所述空气预热器(15)的腔体与排烟管道(11)相连。

2.根据权利要求1所述的覆膜砂热法再生设备，其特征在于：所述烟道(10)、排烟管道(11)与空气预热器(15)连接处分别设有水冷盘管(13)，所述水冷盘管(13)通过循环水泵(1)与水箱(24)相连。

3.根据权利要求2所述的覆膜砂热法再生设备，其特征在于：所述空气预热器(15)的底部设有与腔体相连通的灰斗(25)。

4.根据权利要求3所述的覆膜砂热法再生设备，其特征在于：所述立式流化床炉(3)炉腔的顶部设有内固件(2)，所述内固件(2)为三角形或楔形。

5.根据权利要求4所述的覆膜砂热法再生设备，其特征在于：所述立式流化床炉(3)侧面设有侧出料口(4)，侧出料口(4)与立式流化床炉(3)之间设有阀门(21)。

6.根据权利要求5所述的覆膜砂热法再生设备，其特征在于：所述加料斗(1)上设有条形孔板(22)。

7.根据权利要求6所述的覆膜砂热法再生设备，其特征在于：所述落砂管(6)与间壁冷却器(8)之间设有流量调节阀(7)。

8.根据权利要求7所述的覆膜砂热法再生设备，其特征在于：所述对喷煤气喷嘴与炉壁的夹角为20-30°。

9.根据权利要求8所述的覆膜砂热法再生设备，其特征在于：所述立式流化床炉的横截面为圆形或矩形。

10.一种使用如权利要求9所述覆膜砂热法再生设备进行覆膜砂热法再生方法，其特征在于：步骤为：

①启动：先小开度启动鼓风机(18)和引风机(12)，启动对喷煤气喷嘴(5)进行立式流化床炉(3)的烘炉，此时助燃空气为常温，助燃空气依次经过鼓风机(18)、间壁冷却器(8)、热风管一(17)、空气预热器(15)、热风管二(16)进入风室(20)，流过布风板(23)和风帽(19)后助燃；

②入料：立式流化床炉(3)内炉温达到400℃时，启动水冷盘管(13)上的循环水泵(14)，水冷盘管(13)内的水与水箱(24)内的冷水开始循环，小开度打开加料斗(1)上的条形孔板(22)，覆膜砂落入立式流化床炉(3)并被上行烟气预热，布风板(23)上覆膜砂的厚度逐渐增加并处于沸腾状态，覆膜砂表面的树脂部分点燃，此时落砂管(6)与间壁冷却器(8)之间的流量调节阀(7)处于关闭状态；

③稳定：立式流化床炉(3)内炉温达到500℃后逐步增大对喷煤气喷嘴(5)的喷气量，大开度运行引风机(12)和鼓风机(18)，大开度打开条形孔板(22)，,达到产能所需，打开落砂管(6)与间壁冷却器(8)之间的流量调节阀(7)，实现壁冷却器(8)底部出砂口(9)连续出砂，根据布风板(23)上覆膜砂的厚度调节条形孔板(22)和流量调节阀(7)，控制入料速度和出砂速度，开始稳定生产。助燃空气在间壁冷却器(8)中吸收再生覆膜砂的热量形成一次热风进入热风管一(17)；立式流化床炉(3)内燃烧产生的烟气，上行预热落入的覆膜砂后，经过炉壁上部的内固件(2)，由于流通面积突然缩小和扩大，烟气速度突增和突降，使烟气携带的细覆膜砂与烟气分离，贴壁回流，烟气通过烟道(10)进入空气预热器(15)壳程，烟气进入空气预热器(15)前经过水冷盘管(13)初步冷却，烟气在空气预热器(15)壳程中对经过热风管一(17)进入空气预热器(15)管程的一次热风加热，烟气离开空气预热器(15)进入排烟管道(11)前再次经过水冷盘管(13)冷却，然后排出；烟气在空气预热器(15)壳程中折流，烟气中携带的飞灰落入空气预热器(15)底部的灰斗(25)；落砂管(6)或间壁冷却器(8)出现故障时，开启侧出料口(4)上的阀门(21)从立式流化床炉(3)侧面排放砂料。

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