CN106583425A - 一种带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统，包括热解炉，热解炉包括炉身，炉身包括构成炉膛的炉胆，填料孔和排气孔与炉膛连通,炉身固定在电加热装置上，电加热装置设置在称重装置上,电加热装置包括炉体，在炉体内安装有电加热丝,在炉盖上固定有电机，电机输出轴与伸入炉膛内的搅拌装置固定相连，在热解炉外壁上以及保温结构上上下间隔的沿水平方向开有多个通向炉膛的安装孔，在每一个安装孔内固定有陶瓷套管，在每一个陶瓷套管内安装有一组热解炉热电偶，在加热装置的炉体上安装有加热装置热电偶。本装置使料层内温度分布更加均匀，有助于提高热解率。
Description
技术领域
本发明涉及固定床热解系统，特别涉及一种带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统。
背景技术
随着电子工业和通讯技术的迅猛发展，电子产品的生命周期越来越短，因而随之产生了大量的电子废弃物。我国每年产生的电子废弃物的数量为230万t，是世界第二大电子垃圾产生国，仅次于美国，同时全世界电子垃圾中的80％出口至亚洲，其中又有90％进入了中国。据统计电子废弃物每年以18％/年的速度增长，是世界上增长最快的垃圾之一。
传统的废旧电路板的回收处置方法主要有火法技术(焚烧法)和湿法技术(即采用王水对线路板进行溶解后，再采用氰化物进行萃取提取贵金属)。这两种方法对环境的危害性极大，会造成严重的二次污染。热解是将有机可燃物在少氧或缺氧(惰性气体)氛围下加热，随着物料温度的升高，热解物料所含的大分子量有机可燃物的化学键发生断裂，产生小分子量的物质(热解气和热解油)及固体残渣的化学反应过程。热解法能够有效回收废弃印刷线路板中的金属以及非金属物质，避免有毒有害气体的产生，研究热解法处置废弃印刷线路板具有重要的意义。
固定床热解炉的结构简单，除热解过程需要加热以外，不需消耗其他能量，但物料内部的温度梯度很大，反应会分区域(完全热解区、部分热解区和完全未热解区)，因此热解反应时间较长，固体残渣和热解油的产生比例较大。
固定床热解反应器是一种不能实现连续热解的热解装置，其操作工艺简单、造价低。从热解炉上方投入物料，热解生成的气体上从炉体上部排出，在热气体上升的过程中加热炉膛内上部的物料，从上到下可分为：预热区、热解区和热解完成区。固定床的加热方式有外加热式和内加热式。外加热式通过炉壁或炉底向物料传递热量，通过物料之间的传热和热解气的对流换热，使得热量向炉膛内部传递和扩散，炉内温度上升缓慢，温度分布不均匀。内加热式是从炉底引入高温气体等加热，炉内温度分布较均匀，热解速率较快，但需要消耗大量的有限资源，经济性较差。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种能够使得热解的传热效果加强，热解速率提高，完全热解区域扩大的带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统，包括热解炉，所述的热解炉包括炉身，在所述的炉身顶部固定有炉盖，所述的炉盖与炉身固定连接，在所述的炉盖上开有填料孔和排气孔，所述的炉身包括构成炉膛的炉胆，所述的填料孔和排气孔与炉膛连通,在所述的炉胆外包覆有保温结构，在所述的保温结构外包覆有热解炉外壁，在所述的热解炉外壁上刷有绝缘漆，所述的炉身固定在电加热装置上，所述的电加热装置设置在称重装置上,所述的电加热装置包括炉体，在所述的炉体内安装有电加热丝,在所述的炉盖上固定有电机，所述的电机输出轴与伸入炉膛内的搅拌装置固定相连，在所述的热解炉外壁上以及保温结构上上下间隔的沿水平方向开有多个通向炉膛的安装孔，在每一个安装孔内固定有陶瓷套管，在每一个陶瓷套管内安装有一组热解炉热电偶，每组热解炉热电偶与陶瓷套管内壁的间隙用石棉填充固定，每组热解炉热电偶包括三个伸入炉膛的长度不同的三个热电偶，分别用于测量同一高度不同径向位置的炉膛温度，每组热解炉热电偶的三个热电偶固定在一起，每一个热解炉热电偶的热偶丝穿过双孔陶瓷珠设置，在所述的陶瓷珠外套有不锈钢套管，位于最上部靠近炉盖处的热解炉热电偶用于测量热解气体排放温度并且其余的热解炉热电偶用于测量炉内温度分布，在所述的加热装置的炉体上安装有加热装置热电偶，加热装置热电偶用于测量加热装置中的温度，所述的热解炉热电偶连接数据采集仪，所述的热解炉热电偶测得的温度由数据采集仪记录，并上传至计算机进行记录和储存，所述的加热装置热电偶、电机以及电加热丝分别通过控制线与控制器相连，电能表通过电线与控制器相连，电能表测量热解过程中电加热丝消耗的电量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：能够避免物料自然堆积形成结块，使其成为单颗粒个体参与反应，改善传热效果；同时搅拌有助于增大颗粒间孔隙率，从而增强热解气与线路板颗粒间的对流换热，使料层内温度分布更加均匀，有助于提高热解率。
附图说明
图1是本发明的一种带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统的结构示意图；
图2是本发明的热电偶组装示意图；
图3是无搅拌状态下线路板热解过程炉膛内温度分布；
图4是搅拌器转速4.5r/min状态下线路板热解过程炉膛内温度分布；
图5是搅拌器转速9r/min状态下线路板热解过程炉膛内温度分布；
图6是搅拌器转速13.5r/min状态下线路板热解过程炉膛内温度分布；
图7是搅拌器转速18r/min状态下线路板热解过程炉膛内温度分布；
图8是e测点温度变化随搅拌转速的变化情况。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示的本发明的一种带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统，包括热解炉，所述的热解炉包括炉身，在所述的炉身顶部固定有炉盖16，所述的炉盖16与炉身可以采用锁扣11固定连接，使用中锁扣处于闭合状态。在所述的炉盖16上开有填料孔9和排气孔10，所述的炉身包括构成炉膛的炉胆，所述的填料孔9和排气孔10与炉膛连通。
在所述的炉胆外包覆有保温结构2，所述的保温结构由硅酸铝纤维构成，具有良好的保温性能。在所述的保温结构外包覆有热解炉外壁3，在所述的热解炉外壁上刷有绝缘漆，确保使用中操作安全。
所述的炉身固定在电加热装置上，所述的电加热装置设置在称重装置12上。所述的电加热装置包括炉体，在所述的炉体内安装有电加热丝6。所述的称重装置12可以采用电子称，所述的电子称可对热解过程中的物料变化进行测量。所述的称重装置12还可以采用电子地磅等。
在所述的炉盖16上固定有电机5，所述的电机输出轴与伸入炉膛内的搅拌装置4固定相连，所述的搅拌装置4可以包括搅拌轴，在所述的搅拌轴上设置有多个翅片。搅拌装置4可根据需要进行搅拌，转速可调。
在所述的热解炉外壁3上以及保温结构2上上下间隔的沿水平方向开有多个通向炉膛的安装孔，在每一个安装孔内固定有陶瓷套管，在每一个陶瓷套管内安装有一组热解炉热电偶13，每组热解炉热电偶与陶瓷套管内壁的间隙用石棉填充固定，每组热解炉热电偶包括三个伸入炉膛的长度不同的三个热电偶，分别用于测量同一高度不同径向位置的炉膛温度，测点位置如图1所示。将组装好的热电偶三根一组按测点距离固定，每组热解炉热电偶的三个热电偶固定在一起，如可以采用固定绑带19绑在一起，每一个热解炉热电偶的热偶丝16穿过双孔陶瓷珠17设置，在所述的陶瓷珠外套有不锈钢套管18，以保证强度要求。位于最上部靠近炉盖处的热解炉热电偶13用于测量热解气体排放温度并且其余的热解炉热电偶13用于测量炉内温度分布。在所述的加热装置的炉体上安装有加热装置热电偶7，加热装置热电偶7用于测量加热装置中的温度。
如图2所示，优选的，所述的热解炉热电偶13为K型热电偶，冷端有1.5m长补偿导线，补偿导线外裹有绝缘材料，以保证测量准确性。
所述的热解炉热电偶13连接数据采集仪14，所述的热解炉热电偶13测得的温度由数据采集仪记录，并上传至计算机进行记录和储存。所述的加热装置热电偶7、电机5以及电加热丝6分别通过控制线与控制器8相连。调节控制器8可调节与搅拌装置相连的电机的转速，从而调节搅拌转速。可以根据需要，通过控制器8调节电流和电压以控制电加热丝升温速率。电能表15通过电线与控制器8相连，测量热解过程中电加热丝消耗的电量。
本系统的使用方法如下：
废旧线路板颗粒由填料孔9进入炉膛，通过控制器8调节电流和电压以控制升温速率，热解所需的热量以导热方式通过炉底钢板传入炉内。调节控制器8，可调节与搅拌装置相连的电机的转速，从而调节搅拌转速。热解炉热电偶13测量炉内不同位置实时温度变化，炉盖附近的热解炉热电偶13测量热解气体排放温度。电子称12对热解过程中的物料变化进行测量。电能表15测量热解过程中电加热丝消耗的电量。热解后，热解炉内物料呈现出分层现象。物料由上自下分为未热解区、部分热解区与完全热解区，但在搅拌状态下，几乎不存在未热解区，所有高度上的物料都部分或完全参与了热解反应。部分热解区与完全热解区的比例大大增加，提高了反应的热解率。热解完全的物料，玻璃纤维片和金属片可以自然剥落，可以实现废旧线路版的回收和利用。热解完成后，打开炉盖,将热解后产生的金属片及玻璃纤维片取出来。
下面通过实验证实搅拌对热解炉内温度场的影响。
在环境条件、升温速率、加热终温和保温时间相同的实验条件下，将搅拌转速调节为0、4.5、9、13.5、18r/min五种条件下进行FR-4线路板热解实验。测得的炉膛内温度分布如图3至图7所示。图中测点位置如图1中a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3、e所示。
由图3中可以看出，在搅拌器静止的情况下，热解炉内竖直方向上不同高度的测点温度差异较大，底部温度偏高，顶部温度偏低，呈明显的分层状态。在同一水平高度上不同径向距离的三个测点温度有一定差异，但都呈现炉壁温度高中心点温度低的趋势。且各测点温度均呈现缓慢上升的趋势。
由图4中可以看出，在搅拌器转速为4.5r/min的情况下，热解炉内仍呈现底部温度高，顶部温度低的现象。但沿竖直方向各层的温差差异有所减小。底层物料升温速率明显变缓，顶部物料的升温速率有所提高，这是由于搅拌的作用使得热量不再全部聚集在底层物料中，更多的传递给上层物料。
从图5、6可以看出，底层物料的升温速率进一步变慢，竖直方向上不同高度的测点温差也在减小。在同一水平位置沿径向三个测点的温度仍有一定差异，仍呈现炉壁温度高于中心点温度的趋势。各测点温度出现了一定的波动，可能是由于搅拌的作用使得热电偶位置发生了轻微的变化。
由图7可以看出，随着搅拌转速的提高，底层物料的温度升高趋势逐渐变缓，而上层物料的温度升高趋势则明显加快，整体料层温度在竖直方向更加均匀。在搅拌器转速达到18r/min时，料层终温全部达到了300℃以上，且在同一高度的不同测点的温度差异也基本消失，各层物料温度趋于一致，热解炉内温度分布整体呈现均匀状态。
对比图3至图7可以看出，搅拌作用可以使炉内料层温度分布更为均匀，使热量不再聚集于物料底层，而是更快地传递给了中上层的物料。炉内物料的传热性能得到改善，搅拌的强化传热作用较为明显。
由图8可以看出，当搅拌器转速为0，即不搅拌时，热解气体出口温度明显较高，当实验结束时为270℃左右。当搅拌器工作时，逸出的热解气温度比较接近，在220℃-240℃范围内，随着搅拌器转速的增加，逸出热解气的温度略有下降。搅拌使颗粒间的间隙增大，增强了热解气与线路板颗粒间的对流换热，将下部热量更快地带给上层物料。
Claims (5)
1.一种带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统，包括热解炉，所述的热解炉包括炉身，在所述的炉身顶部固定有炉盖，所述的炉盖与炉身固定连接，在所述的炉盖上开有填料孔和排气孔，所述的炉身包括构成炉膛的炉胆，所述的填料孔和排气孔与炉膛连通,在所述的炉胆外包覆有保温结构，在所述的保温结构外包覆有热解炉外壁，在所述的热解炉外壁上刷有绝缘漆，其特征在于：所述的炉身固定在电加热装置上，所述的电加热装置设置在称重装置上,所述的电加热装置包括炉体，在所述的炉体内安装有电加热丝,在所述的炉盖上固定有电机，所述的电机输出轴与伸入炉膛内的搅拌装置固定相连，在所述的热解炉外壁上以及保温结构上上下间隔的沿水平方向开有多个通向炉膛的安装孔，在每一个安装孔内固定有陶瓷套管，在每一个陶瓷套管内安装有一组热解炉热电偶，每组热解炉热电偶与陶瓷套管内壁的间隙用石棉填充固定，每组热解炉热电偶包括三个伸入炉膛的长度不同的三个热电偶，分别用于测量同一高度不同径向位置的炉膛温度，每组热解炉热电偶的三个热电偶固定在一起，每一个热解炉热电偶的热偶丝穿过双孔陶瓷珠设置，在所述的陶瓷珠外套有不锈钢套管，位于最上部靠近炉盖处的热解炉热电偶用于测量热解气体排放温度并且其余的热解炉热电偶用于测量炉内温度分布，在所述的加热装置的炉体上安装有加热装置热电偶，加热装置热电偶用于测量加热装置中的温度，所述的热解炉热电偶连接数据采集仪，所述的热解炉热电偶测得的温度由数据采集仪记录，并上传至计算机进行记录和储存，所述的加热装置热电偶、电机以及电加热丝分别通过控制线与控制器相连，电能表通过电线与控制器相连，电能表测量热解过程中电加热丝消耗的电量。
2.根据权利要求1所述的带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统，其特征在于：所述的搅拌装置包括搅拌轴，在所述的搅拌轴上设置有多个翅片。
3.根据权利要求1或者2所述的带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统，其特征在于：所述的热解炉热电偶为K型热电偶，冷端有1.5m长补偿导线，补偿导线外裹有绝缘材料。
4.根据权利要求3所述的带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统，其特征在于：所述的保温结构由硅酸铝纤维构成。
5.根据权利要求3所述的带有搅拌功能的废旧线路板固定床热解系统，其特征在于：所述的称重装置采用电子称或者电子地磅中的一种。
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| CN205174394U (zh) * | 2015-12-07 | 2016-04-20 | 天津商业大学 | 一种小型焚烧炉测温装置 |
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- 2017-01-09 CN CN201710013279.0A patent/CN106583425A/zh active Pending
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