CN109416220B - 用于处理固体含碳材料(变体)的外部加热的热解炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发电和环境，且旨在固体及自由流动材料的热处理，尤其用于包括市政和生活垃圾的固体含碳材料的热解的处理。用于处理固体含碳材料的外部加热的热解炉，其包括基座(1)；设置在基座上并为带端盖(3)的圆筒形状的热解室(2)，端盖(3)连接至装料管(4)和排料管(5)；加热室(6)，其围绕热解室(2)并包括隔热外壳(7)，外壳(7)具有设置在其中的加热元件(8)和(9)、分隔件(10)、(11)和(12)以及用于排除烟气的支管(13)，支管(13)位于加热室(6)的上部；进料管(14)，其用于将水蒸气或二氧化碳气体的气氛供应到热解室(2)；以及管道(15)，其用于从热解室(2)中排除气态产物。加热室(6)由能够连接的上部和下部装配而成；加热室(6)的各部设置有两排加热元件(8)和(9)，其沿着加热室(6)的外壳(7)的长度相对于穿过热解室(2)的轴线的垂直平面对称地排布。加热元件(8)和(9)为包含至少一个无焰气体燃烧器的单元的形式，其中加热室(6)的上部中的加热元件(8)相对于加热室(6)的下部中的加热元件(9)以棋盘的方式排布。形成用于在加热元件(8)和(9)处于运行时排除产生的烟气的单独的气体传导通道的分隔件具有两个设计变体。用于排除烟气的支管(13)设置有热交换器(17)，进料管(14)连接至热交换器(17)，用于向热解室(2)供应水蒸气或二氧化碳气体的气氛。

Description

用于处理固体含碳材料(变体)的外部加热的热解炉
本发明涉及发电和环境，并用于固体及自由流动的材料的热处理，尤其是用于包括市政和生活垃圾的固体含碳材料的热解的处理。该装置还可以用于碳材料的活化、煅烧、干燥和其他与受控环境中的加热相关的操作程序中。
现有技术中，已知一种燃料的热分解方法[1]，其中，炉壁由无焰气体燃烧器制成。燃料进入到炉的上部，并且在下降时，直接暴露于红外线，这能够强化该处理。该方法的缺点在于辐射热不能传递到产品层的整个深度。
另一现有技术公开了一种用于含碳材料的热分解的装配体[2]。该装配体包括旋转滚筒，其中轴对称地安装有反应罐(retort)；热解气体在反应罐和滚筒壁之间的环形空间中燃烧，借此提供反应罐的外部辐射/传导加热。
该已知发明的缺点在于反应罐和滚筒的不均匀加热。
通过其技术性质与本发明最密切相关的现有技术是用于碳材料的碳化(carbonization)和活化的外部加热的热解炉[3]，其包括：中空旋转主体，该主体具有入口和排料侧，并安装有朝向排料侧的向下倾斜；外壳，其围绕主体并与该主体一起限定多个加热室；各加热室中的气体燃烧器，其中，各室的温度为可独立调节的；沿着旋转主体间隔开的环形分隔件(partition)，用于控制穿过主体的材料的运动；用于将含碳材料供应至装料端的装置；进料管，其用于将基本上无氧的蒸汽或二氧化碳供应到旋转主体中。
由于火焰气体燃烧器的使用和在气体燃烧器炬(gas burner torch)的高温下使旋转主体过热的可能性、以及热交换的强度不足和一定的维护复杂性，热解炉不够可靠和安全。
本发明的目的在于提供一种用于处理固体含碳材料的外部加热的滚筒式热解炉，其展现出增强的可靠性、安全性、热传递效率以及改善的可维护性。
该目的在一种用于处理固体含碳材料的外部加热的热解炉中实现，该热解炉包括：基座1；热解室2，其设置在所述基座上并为具有端盖3的圆筒的形状，所述端盖3连接至装料管(charging tube)4和排料管(discharging tube)5；加热室6，其围绕所述热解室2并包括隔热外壳7，所述外壳7具有设置在其中的加热元件8和9、分隔件10、11和12以及用于排除烟气的支管13，所述支管13位于所述加热室6的上部中；进料管14，其用于将水蒸气或二氧化碳的气氛供应到所述热解室2；以及用于从所述热解室2中排除气态产物的管道15。所述加热室6由能够连接的上部和下部装配而成；所述加热室6的各部设置有两排加热元件8和9，其沿着所述加热室6的所述外壳7的长度、相对于穿过所述热解室2的轴线的垂直平面对称地排布。所述加热元件8和9为包含至少一个无焰气体燃烧器的单元的形式，其中，所述加热室6的所述上部中的所述加热元件8相对于所述加热室6的所述下部中的所述加热元件9以棋盘的方式排布。所述分隔件10、11和12包括：两个端部环形分隔件10，其设置在所述加热室6的边缘上；分隔件11，其沿着所述加热室6的所述下部设置；环形分隔件12，其为各加热元件8和9限定成对分开的气体通道16，所述气体通道16用于废气流离开加热元件8和9。用于排除烟气的所述支管13设置有热交换器17，所述进料管14连接至所述热交换器17，用于向所述热解室2供应水蒸气或二氧化碳的气氛。
作为第一实施例的替代，在第二实施例中，分隔件包括：两个端部环形分隔件10，其设置在所述加热室6的边缘上；分隔件11，其沿着所述加热室6的下部设置；所述加热室6的上部中的屏蔽分隔件(screening partition)18，其用于在所述加热室6中向上引导来自所述加热元件8的废气流、并限制所述加热室6的下部的加热元件9对加热元件8的影响；以及所述加热室6的下部中的屏蔽分隔件19，其用于限制来自加热元件9的废气流的侧向移动以及其相互影响。
此外，在优选的第二实施例中，屏蔽分隔件18由两个侧部组成，所述两个侧部以环形段(ring segment)形式制成并设置在各加热元件8的两侧上，所述侧部通过导向所述加热元件9的分流器(splitter)连接。屏蔽分隔件19也以环形段的形式制成。
在两个实施例中，热解室2可以为滚筒式或螺旋式腔室。
在两个实施例中，热交换器17优选为线圈形，并且热解室2设置有压力和温度传感器。
本发明的使用提供了以下的技术优点。
1.由于不存在明火和壁暴露于高温效应，作为加热元件的无焰气体燃烧器的使用消除了当气体在热解室中燃烧时的热解室壁的潜在过热，从而增强了可靠性和安全性。
2.加热元件以棋盘方式的排布提供了来自加热元件的辐射通量和废气流在热解室外表面上方的均匀分布，并且分隔件在加热室外壳中的排布的当前选择可以组织来自运转的加热元件的烟气的运动，使得它们不会相互影响并损害它们的性能，并且高温燃烧产物(烟气)不会通过其端表面超出加热室，而是以最大的接触面积在热解室表面周围均匀地流动。与在使用火焰气体燃烧器时仅通过烟气加热相比，本加热室设计中的热解室的辐射加热(通过辐射)和对流加热(通过与烟气接触)的这种最佳组合显著地加强了加热室和热解室之间的热交换。
3.由于可以在移除加热室的上部的情况下组织热解室的维护和替换，由可以连接的上部和下部装配的加热室增强了可维护性。
本发明在附图中示出。
图1为外部加热的热解炉的全视图。
图2为外部加热的热解炉的截面图(A-A截面，右侧视图)。
图3为第一实施例的加热室的片段的展开图。
图4为第二实施例的加热室的片段的展开图。
一种用于处理固体含碳材料的外部加热的热解炉(图1和2)，其包括：基座1，尤其是，支撑架，热解室2设置在其上的两个支撑板上，热解室具有带端盖3的圆筒的形状，所述端盖3与装料管4和排料管5相连；加热室6，其围绕热解室2并包括隔热外壳7和设置在其上的加热元件8和9。用于排除烟气的支管13沿其整个长度设置在加热室6的上部中，并设置有热交换器17，热交换器17优选为线圈形，进料管14连接至该热交换器17，用于将水蒸气或二氧化碳的气氛供应到热解室2中。热解炉还包括管道15，其用于从热解室2中排除气态产物。加热室6由能够连接的上部和下部装配而成；加热室6的上部设置有两排加热元件8，并且加热室6的下部设置有两排加热元件9。加热元件8和9沿着加热室6的外壳7的长度相对于穿过热解室2的轴线的垂直平面对称地排布。加热元件8和9以单元的形式制成，各单元可由一个或多个燃烧器组成，以便达到该单元的额定功率，和/或提供具有特定形状和面积的辐射表面。加热室6的上部中的加热元件8相对于加热室6的下部中的加热元件9以棋盘的方式排布。
本发明以两个实施例呈现。根据第一实施例，分隔件包括：两个端部环形分隔件10(图2)，其设置在加热室6的边缘上并限制来自加热元件8和9的烟气从加热室6穿过其端面向外的排出；分隔件11(图2、3和4)，其沿着加热室6的下侧设置并且将加热室6的内部空间分成两部分，从而形成来自加热元件8和9的两个对称的上升废气流，废气流从相对侧环绕热解室2流动；环形分隔件12(图3)，其为各加热元件8和9限定成对分开的气体通道16，该气体通道16用于废气流从它们排出。
第二实施例也包括两个端部环形分隔件10(图2)，其设置在加热室6的末端处；分隔件11(图2、3和4)，其沿着加热室6的下部设置并且将加热室6的内部空间分成两部分，从而形成来自加热元件8和9的两个对称的上升废气流，废气流从相对侧环绕热解室2流动。与第一实施例相反，第二实施例包括屏蔽分隔件18和19(图4)。在加热室6中向上引导来自加热元件8的废气流并限制加热室6的下部的加热元件9对加热元件8的影响的加热室6的上部中的屏蔽分隔件18，在优选的第二实施例中，由两个环形段形式的侧部制成，两个侧部设置在各加热元件8的两侧上并通过导向加热元件9的分流器连接。限制来自加热元件9的烟气排出的侧向移动以及它们对彼此的相互影响的加热室6的下部中的屏蔽分隔件19，在此示例中也以环形段的形式制成。
在两个实施例中，热解室2可以为滚筒式或螺旋式腔室。
如果使用滚筒式热解室2，则端盖3设置有端部密封件(未示出)以确保滚筒式热解室2旋转时盖3的固定。
热解室2可设置有压力和温度传感器(未示出)。
根据本发明的外部加热的热解炉可以使用自动化系统。
根据第一实施例的外部加热的热解炉运行如下。
二氧化碳通过进料管14进入热解室2，并且吹扫热解室2以置换残余的空气。随后将燃烧气体供应到加热元件9并点燃它们。热解室2暴露于来自加热元件9的热辐射，并且由于对流，被推离将加热室6的内部空间分成两个对称部分的分隔件11的、由加热元件的运行而产生的烟气的热量，通过由环形分隔件12限定的气体通道16向上移动，并通过支管13从加热室6向外移动，同时环绕热解室2的外表面、从相对于设置有分隔件11的垂直平面的两侧流动。将燃烧气体供应到加热元件8并将它们点燃。由于来自加热元件8的热辐射的附加效应，并且也由于由加热元件的运行而产生的烟气的对流热传递，加热热解室2的强度增加；这些烟气被来自加热元件9的废气流带走，经由支管13从加热室6向上和向外移动；于是，由于加热元件8和9的棋盘排布，改善了加热热解室2的表面的均匀性。由加热元件8和9的运行产生的烟气通过支管13离开加热室6，同时环绕热交换器17流动并通过对流加热热交换器17。在热交换器17中加热的水蒸气或二氧化碳通过进料管14供应到热解室2中以便在其中提供保护气氛。预研磨的固体含碳材料经过装料管4供应到加热的热解室2中，在该热解室2中它与由于来自加热元件8和9的热传递和来自它们的烟气排出而具有高温的热解室2的内表面接触，并发生热解过程。进入管道15的热解气从热解室2中向外排出；热解气释放后的由固体含碳材料的分解产生的固体残渣通过排料管5也向外排出。
根据第二实施例的外部加热的热解炉的运行与根据第一实施例的外部加热的热解炉的运行的不同之处在于：被推离分隔件11的、由加热元件9的运行产生的烟气在加热室6中向上移动，同时屏蔽分隔件19限制来自相邻的加热元件9的废气流的侧向移动以及加热元件9的相互影响。然后，废气流环绕热解室2的外表面从相对于设置分隔件11的垂直平面的两侧流动，环绕屏蔽分隔件18的外侧流动并经过支管13离开加热室6，同时环绕热交换器17流动并通过对流加热热交换器17。
被推离屏蔽分隔件18的、由加热元件8的运行产生的烟气在加热室6中向上移动，与来自加热元件9的废气流混合并经过支管13离开加热室6，同时环绕热交换器17流动并也通过对流加热热交换器17。于是，分隔件18切断了由加热元件9的运行产生并上升至输出支管13的烟气，且不会不利地影响加热元件9的点火和性能。
参考文献
1.Inv.Cert.SU 167812,С10В,publ.05.11.1965.
2.Inv.Cert.SU 397729,F27B 7/04,publ.1970.
3.Patent RU 2478573,С01В31/08,C10B47/30,С10В53/07,F27B7/16,publ.10.04.2013.

Claims (12)

1.一种用于处理固体含碳材料的外部加热的热解炉，其包括：基座(1)；热解室(2)，其设置在所述基座上并为具有端盖(3)的圆筒形状，所述端盖(3)连接至装料管(4)和排料管(5)；加热室(6)，其围绕所述热解室(2)并包括隔热外壳(7)，所述外壳(7)具有设置在其中的加热元件(8)和(9)、分隔件(10)、(11)和(12)以及用于排除烟气的支管(13)，所述支管(13)位于所述加热室(6)的上部；进料管(14)，其用于将水蒸气或二氧化碳气体的气氛供应到所述热解室(2)；以及管道(15)，其用于从所述热解室(2)中排除气态产物，其特征在于，所述加热室(6)由能够连接的上部和下部装配而成；所述加热室(6)的上部和下部各自设置有两排所述加热元件(8)和(9)，所述加热元件(8)和(9)沿着所述加热室(6)的所述外壳(7)的长度相对于穿过所述热解室(2)的轴线的垂直平面对称地排布；所述加热元件(8)和(9)为包含至少一个无焰气体燃烧器的单元的形式，其中，所述加热室(6)的所述上部中的所述加热元件(8)相对于所述加热室(6)的所述下部中的所述加热元件(9)以棋盘的方式排布；所述分隔件(10)、(11)和(12)包括：两个端部环形分隔件(10)，其设置在所述加热室(6)的边缘上；分隔件(11)，其沿着所述加热室(6)的所述下部设置；环形分隔件(12)，其为各加热元件(8)和(9)限定成对分开的气体通道(16)，所述气体通道(16)用于废气流离开所述加热元件(8)和(9)；用于排除烟气的所述支管(13)设置有热交换器(17)，所述进料管(14)连接至所述热交换器(17)，用于向所述热解室(2)供应水蒸气或二氧化碳气体的气氛。
2.根据权利要求1所述的热解炉，其特征在于，所述热解室(2)为滚筒式腔室。
3.根据权利要求1所述的热解炉，其特征在于，所述热解室(2)为螺旋式腔室。
4.根据权利要求1所述的热解炉，其特征在于，所述热交换器(17)为线圈形。
5.根据权利要求1所述的热解炉，其特征在于，所述热解室(2)设置有压力和温度传感器。
6.一种用于处理固体含碳材料的外部加热的热解炉，其包括基座(1)；热解室(2)，其设置在所述基座上并为具有端盖(3)的圆筒形状，所述端盖(3)连接至装料管(4)和排料管(5)；加热室(6)，其围绕所述热解室(2)并包括隔热外壳(7)，所述外壳(7)具有设置在其中的加热元件(8)和(9)、分隔件(10)、(11)、(18)和(19)以及用于排除烟气的支管(13)，所述支管(13)位于所述加热室(6)的上部；进料管(14)，其用于将水蒸气和二氧化碳气体的气氛供应到所述热解室(2)；管道(15)，其用于从所述热解室(2)中排除气态产物，其特征在于，所述加热室(6)由能够连接的上部和下部装配而成；所述加热室(6)的上部和下部各自设置有两排所述加热元件(8)和(9)，所述加热元件(8)和(9)沿着所述加热室(6)的所述外壳(7)的长度相对于穿过所述热解室(2)的轴线的垂直平面对称地排布；所述加热元件(8)和(9)为包含至少一个无焰气体燃烧器的单元的形式，其中，所述加热室(6)的所述上部中的所述加热元件(8)相对于所述加热室(6)的下部中的所述加热元件(9)以棋盘的方式排布；所述分隔件(10)、(11)、(18)和(19)包括：两个端部环形分隔件(10)，其设置在所述加热室(6)的边缘上；分隔件(11)，其沿着所述加热室(6)的所述下部设置；屏蔽分隔件(18)，其在所述加热室(6)的所述上部中，用于在所述加热室(6)中向上引导来自所述加热元件(8)的废气流并限制所述加热室(6)的所述下部的所述加热元件(9)对所述加热元件(8)的影响；屏蔽分隔件(19)，其在所述加热室(6)的所述下部中，用于限制来自所述加热元件(9)的废气流的侧向移动以及其相互影响；用于排除烟气的所述支管(13)设置有热交换器(17)，所述进料管(14)连接至所述热交换器(17)，用于向所述热解室(2)供应水蒸气或二氧化碳的气氛。
7.根据权利要求6所述的热解炉，其特征在于，所述热解室(2)为滚筒式腔室。
8.根据权利要求6所述的热解炉，其特征在于，所述热解室(2)为螺旋式腔室。
9.根据权利要求6所述的热解炉，其特征在于，所述屏蔽隔离件(18)由两个侧部组成，所述两个侧部以环形段的形式制成并设置在各所述加热元件(8)的两侧上，所述侧部通过导向至所述加热元件(9)的分流器连接。
10.根据权利要求6所述的热解炉，其特征在于，所述屏蔽分隔件(19)以环形段的形式制成。
11.根据权利要求6所述的热解炉，其特征在于，所述热交换器(17)为线圈形。
12.根据权利要求6所述的热解炉，其特征在于，所述热解室(2)设置有压力和温度传感器。
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