CN114060822A - 一种小密封面回转式无氧热解装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小密封面回转式无氧热解装置，包括依次连接的螺旋进料装置、回转窑窑体和螺旋出料装置，回转窑窑体包括回转筒体及窑壳，回转筒体与窑壳之间设置传热空腔，传热空腔分别与烟气进口、烟气出口相连通；螺旋进料装置包括进料壳体及进料螺旋，进料壳体上设有进料口和尾气出口，进料壳体与回转筒体相连，进料壳体与回转筒体连接处设有密封环和波纹管补偿器；螺旋出料装置包括出料壳体及出料螺旋，出料壳体上设有出料口，出料壳体与回转筒体相连，出料壳体与回转筒体连接处设有密封环和波纹管补偿器。本发明的装置有效缩小了密封面，提升了密封性能，大幅降低减少了空气漏入，实现了回转窑内气氛氧为无氧环境，确保热解过程稳定可靠。

Description

一种小密封面回转式无氧热解装置
技术领域
本发明属于回转窑设备技术领域，尤其涉及一种小密封面回转式无氧热解装置。
背景技术
据了解，热解是指大分子有机物受热发生分解生成小分子有机物的反应过程。热解技术在含有机污染物的固废处置中广泛应用，例如生活垃圾热解焚烧、有机污染土壤热解修复、含油污泥热解无害化处置、垃圾焚烧飞灰热解无害化处置。热解生成的小分子有机物闪点低，易爆燃，因此热解过程要求尽可能降低气氛含氧量，氧含量高可能导致热解生成的小分子发生燃烧导致热解产物不可控，甚至引起爆炸等安全风险，可见气氛含氧量是热解过程需要控制的关键参数之一。然而，现有热解反应器结构因为密封面大、温度高、热膨胀等问题，无法实现稳定的无氧气氛，导致热解过程不可控，甚至有安全风险。公开号为CN207563413U的中国专利公开了一种废旧电池无氧催化热解系统，该系统包括提升机、螺栓输送机、双筒回转窑等。
以垃圾焚烧产生的飞灰为例：根据《国家危险废物名录》，生活垃圾焚烧产生的飞灰因携带二恶英等残余有机物，属于HW18危险废物，对环境危害较大。热解技术在飞灰二噁英脱毒减害方面非常有效。飞灰在无氧条件下（气氛含氧浓度小于0.5%），400℃左右的中低温加热1小时左右，可以实现飞灰中二噁英的高效降解。气氛含氧浓度和加热温度是影响二噁英降解效率的重要因素，如果气氛含氧浓度过高，二噁英热解产物会发生氧化燃烧，有氧燃烧过程中二噁英会再度合成，导致二噁英热解失败。飞灰中低温热解通常采用间接传热的回转窑作为反应器。
回转窑的转筒作为传质传热的反应器是一种旋转部件，一端进料，另一端出料，两端均为敞口结构，物料通过自重从进料端滑槽滑入转筒，到达出料端后通过重力从出料端敞口流出转筒。转筒转速一般为1-3r/min，直径在1m以上，最大直径可达5m左右，转筒长度一般为直径的4-10倍。进料端和出料端分别设有静止不动的罩体，作用是物料和气体的进出装置。回转窑转筒和两端罩体需要动静密封装置，将反应产生的高温、有毒有害气体与大气隔绝，防止高温、有毒有害气体溢出，同时防止空气漏入反应器内，维持反应器内气氛含氧浓度。
回转窑两端的动静密封的密封面尺寸等于外圆周长，即密封面长度为6.3~31.4m。该动静密封不仅需要补偿转筒转动过程的同轴度偏差，还需要补偿转筒冷热状态下径向和轴向膨胀变形，通常径向补偿量为20~80mm，轴向补偿量为40~200mm。由于回转窑密封面长度尺寸大，需要补偿的径向和轴向尺寸大，而且工作温度高达400℃，常见的橡胶圈密封、机械密封都无法实现有效密封。目前回转窑主要采用的密封形式有：鱼鳞片密封、填料密封、石墨滑块密封、迷宫密封，这些密封方式密封效果不佳，空气漏入量大，转筒内气氛含氧浓度高达5~10%，不能满足飞灰热解要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种小密封面回转式无氧热解装置，通过提升斗和螺旋输送机替代了原重力进出料，同时采用波纹补偿器和端面密封装置替代原外圆面密封，大幅减小了两端密封面尺寸，大大降低了空气漏入量，从而保证了转筒内气氛含氧浓度极低，实现了无氧环境，确保热解过程稳定可靠。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种小密封面回转式无氧热解装置，包括依次连接的螺旋进料装置、回转窑窑体和螺旋出料装置，所述回转窑窑体包括回转筒体以及设置在回转筒体外的窑壳，在所述回转筒体与窑壳之间设置有传热空腔，所述传热空腔分别与烟气进口、烟气出口相连通；所述螺旋进料装置包括进料壳体以及设置在进料壳体内的进料螺旋，在所述进料壳体上设有进料口和尾气出口，所述进料壳体的一端与回转筒体相连，在所述进料壳体上与回转筒体连接处设有密封环和波纹管补偿器；所述螺旋出料装置包括出料壳体以及设置在出料壳体内的出料螺旋，在所述出料壳体上设有出料口，所述出料壳体的一端与回转筒体相连，在所述出料壳体上与回转筒体连接处设有密封环和波纹管补偿器。
这样，在回转窑体的进料端和出料端各设有一组相同的密封结构，即一端与进料螺旋或出料螺旋外壳连接的波纹管补偿器，波纹管补偿器利用自身的弹性将另一面连接的机械端面密封装置（即密封环）压紧在回转筒体的端面上，构成紧密的滑动密封结构。待处理的物料从进料口进入进料螺旋，并输送至回转筒体中，被传热空腔中的热烟气加热，发生热解反应。处理完成的物料到达回转筒体尾部，经提升斗输送到集灰斗中，最终经出料螺旋排出炉体。热解产生的尾气则从进料侧的尾气出口排出，尾气出口位于螺旋进料装置上，与进料螺旋共用壳体。
本发明进一步优化的技术方案如下：
进一步的，所述进料口内设有第一气锁，在所述进料壳体的内部设有尾气传输空腔，所述尾气传输空腔与尾气出口相连通。
进一步的，所述进料螺旋包括无轴螺旋叶片，所述无轴螺旋叶片的一端安装在驱动轴的一端，所述驱动轴的另一端安装第一驱动装置，所述无轴螺旋叶片的另一端伸入回转筒体内；所述出料螺旋包括轴和设置在轴上的螺旋叶片，所述轴的一端安装第二驱动装置，所述螺旋出料装置中轴的另一端伸入回转筒体内。
这样，热解尾气通过进料螺旋的中心无轴部分与物料逆向流动，从尾气出口排出；热解处理后的物料通过出料螺旋推动输送至出料口排出。同时，出料螺旋的输送能力为进料螺旋输送能力的1.1～1.2倍。
进一步的，在所述回转筒体上靠近出口处安装有一组沿回转筒体周向均布的提升斗。
进一步的，所述提升斗位于回转筒体尾部，并且所述提升斗固定在回转筒体内壁上，可随回转筒体一起转动。
这样，提升斗与回转筒体的窑尾内壁构成一个用来承载、运输物料的空间，提升斗与回转筒体旋转切向方向之间的夹角为45～60°。
进一步的，所述出料口内设有第二气锁，所述出料壳体的进料端与集灰斗相连通。
进一步的，所述集灰斗设置在提升斗内，并且所述集灰斗的入口面积为提升斗面积的1.2～1.4倍。
进一步的，所述进料壳体、出料壳体均为圆柱形，并且所述进料壳体、出料壳体均与波纹管补偿器、密封环、回转筒体同轴设置。
进一步的，所述波纹管补偿器呈筒状，所述波纹管补偿器套在进料壳体的尾部或出料壳体的头部，在所述波纹管补偿器的外圈上与回转筒体端面的连接处设置有密封槽，所述密封环设置在密封槽内并可相对于回转筒体端面滑动。
这样，波纹管补偿器可以补偿轴向变形，密封环与回转筒体的端面相对滑移可以补偿同轴度偏差和径向变形。密封环采用耐高温接触式单端面密封结构，优选的材质为石墨。
进一步的，所述回转筒体的中心线相对于窑壳的中心线向出料端倾斜0～3°。
本发明的优点如下：
（1）采用螺旋进料、回转窑内提升斗装置、螺旋出料组合的方式，改变了回转窑进出料方式，减小了回转窑的进出口面积，为小密封面的实现提供了基础。
（2）采用波纹管补偿器和密封环的密封结构，利用了波纹管补偿器自身膨胀特性，构成了小密封面密封装置；同时结合了端面滑动密封特点，确保了轴向、径向都具有较大的补偿能力，同时能耐受高温工作环境，有效地提高了热变形情况下设备的密封性能。
总之，本发明的装置有效缩小了密封面，提升了密封性能，大幅降低减少了空气漏入，实现了回转窑内气氛氧为无氧环境，确保热解过程稳定可靠。
附图说明
图1为本发明的剖面图。
图2为本发明中出料口的剖面图。
图3为本发明中出料密封结构的示意图。
图中：1.进料口，2.第一气锁，3.进料螺旋，4.尾气传输空腔，5.尾气出口，6.密封环，7.波纹管补偿器，8.烟气进口，9.烟气出口，10.回转筒体，11.传热空腔，12.窑壳，13.提升斗，14.集灰斗，15.出料螺旋，16.第二气锁，17.出料口。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种小密封面回转式无氧热解装置，包括依次连接的螺旋进料装置、回转窑窑体和螺旋出料装置。
螺旋进料装置包括依次连接的进料口1、第一气锁2、进料螺旋3、尾气传输空腔4、尾气出口5、密封环6和波纹管补偿器7。其中进料螺旋3设置在进料壳体内，进料口1和尾气出口5设置在进料壳体上并与进料壳体的内腔相连通。进料壳体的一端与回转筒体10的进料端相连，在进料壳体上与回转筒体10连接处设置密封环6和波纹管补偿器7。第一气锁2设置在进料口1内，进料螺旋3采用无轴螺旋叶片，无轴螺旋叶片安装在驱动轴的一端，驱动轴的另一端安装第一驱动装置，第一驱动装置为可与电机相连的减速机，进料螺旋3片的出料端伸入回转筒体10内。在进料壳体的内部采用进料螺旋3的中心无轴部分作为尾气传输空腔4，尾气传输空腔4与尾气出5口相连通，热解尾气通过尾气传输空腔4与物料逆向流动，从尾气出口5排出。出料螺旋3的输送能力为进料螺旋15输送能力的1.1～1.2倍。
回转窑窑体包含有烟气进口8、烟气出口9、回转筒体10、传热空腔11、窑壳12和安装在靠近回转筒体10出口处的提升斗13。窑壳12设置在回转筒体10外，传热空腔11设置在回转筒体10与窑壳12之间，窑壳12的上部设有烟气进口8，下部设有烟气出口9，烟气进口8、烟气出口9分别与传热空腔11相连通。提升斗13位于回转筒体10尾部，可沿回转筒体10周向均布，固定在回转筒体10的内壁上，随回转筒体10一起转动。提升斗13的个数为8～12个，与回转筒体10旋转切向方向之间的夹角为45～60°。回转筒体10的中心线相对于窑壳12的中心线向出料端倾斜0～3°。
螺旋出料装置包括依次连接的集灰斗14、出料螺旋15、第二气锁16、出料口17、密封环6和波纹管补偿器7。出料螺旋15设置在出料壳体内，在出料壳体上设有出料口17，并且出料壳体的进料端与回转筒体10的出料端相连，并且出料壳体的进料端与集灰斗14相连通，在出料壳体上与回转筒体10连接处设有密封环6和波纹管补偿器7。第二气锁16设置在出料口17内，集灰斗14设置在提升斗13内，集灰斗14的入口面积为提升斗13面积的1.2～1.4倍。出料螺旋15包括轴和设置在轴上的螺旋叶片，该轴的一端安装第二驱动装置，另一端伸入回转筒体10内，第二驱动装置为可与电机相连的减速机。
另外，进料壳体、出料壳体均为圆柱形，并且进料壳体、出料壳体均与波纹管补偿器7、密封环6、回转筒体10同轴设置。
回转筒体10的进料端和出料端各有一组相同的密封结构，即一端与进料螺旋3或出料螺旋15的壳体连接的波纹管补偿器7，波纹管补偿器7利用自身的弹性将另一面连接的密封环6压紧在回转筒体10端面上，构成紧密的滑动密封结构。波纹管补偿器7呈筒状，套在进料壳体的尾部或出料壳体的头部，在波纹管补偿器7的外圈上与回转筒体10端面的连接处设置有密封槽，密封环6设置在密封槽内并可相对于回转筒体10端面滑动。波纹管补偿器7可以补偿轴向变形，密封环6与回转筒体10的端面相对滑移可以补偿同轴度偏差和径向变形。密封环6采用耐高温接触式单端面密封结构，优选材质为石墨。
工作时，待处理的物料从进料口1进入进料壳体后，由进料螺旋3推送至回转筒体10中，物料在回转筒体10中被传热空腔11的热烟气加热，发生热解反应。热解完成的物料到达回转筒体10尾部，经提升斗13输送到集灰斗14中，最终经出料螺旋15排出炉体。同时，热解产生的尾气则从进料侧的尾气出口5排出，尾气出口5位于螺旋进料装置上，与进料螺旋3共用壳体。
自某垃圾焚烧厂正常运行时静电除尘器收集的飞灰中取飞灰样品，其中17种典型二噁英类物质的含量为394.53 ng-TEQ/kg。采用本实施例的装置处理飞灰，条件为：烟气进口8温度600℃，烟气出口9温度为440℃，飞灰在回转窑窑体中的反应温度为500℃，停留时间为30min，处理量为8t/h。
采用常规回转窑处理飞灰作为对比，条件为：传热空腔内烟气进口温度615℃，传热空腔烟气出口温度为430℃，飞灰在回转窑窑体中的反应温度为500℃，停留时间为30min，处理量为8t/h。
处理结果如下表所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
通过理论计算和工程试验数据表明，采用本发明的小密封回转窑处理飞灰时，系统的漏风率明显减小，二噁英的去除效果提高。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种小密封面回转式无氧热解装置，其特征在于：包括依次连接的螺旋进料装置、回转窑窑体和螺旋出料装置，所述回转窑窑体包括回转筒体以及设置在回转筒体外的窑壳，在所述回转筒体与窑壳之间设置有传热空腔，所述传热空腔分别与烟气进口、烟气出口相连通；所述螺旋进料装置包括进料壳体以及设置在进料壳体内的进料螺旋，在所述进料壳体上设有进料口和尾气出口，所述进料壳体的一端与回转筒体相连，在所述进料壳体上与回转筒体连接处设有密封环和波纹管补偿器；所述螺旋出料装置包括出料壳体以及设置在出料壳体内的出料螺旋，在所述出料壳体上设有出料口，所述出料壳体的一端与回转筒体相连，在所述出料壳体上与回转筒体连接处设有密封环和波纹管补偿器。
2.根据权利要求1所述一种小密封面回转式无氧热解装置，其特征在于：所述进料口内设有第一气锁，在所述进料壳体的内部设有尾气传输空腔，所述尾气传输空腔与尾气出口相连通。
3.根据权利要求1所述一种小密封面回转式无氧热解装置，其特征在于：所述进料螺旋包括无轴螺旋叶片，所述无轴螺旋叶片的一端安装在驱动轴的一端，所述驱动轴的另一端安装第一驱动装置，所述无轴螺旋叶片的另一端伸入回转筒体内；所述出料螺旋包括轴和设置在轴上的螺旋叶片，所述轴的一端安装第二驱动装置，所述轴的另一端伸入回转筒体内。
4.根据权利要求1所述一种小密封面回转式无氧热解装置，其特征在于：在所述回转筒体上靠近出口处安装有一组沿回转筒体周向均布的提升斗。
5.根据权利要求4所述一种小密封面回转式无氧热解装置，其特征在于：所述提升斗固定在回转筒体内壁上，可随回转筒体一起转动。
6.根据权利要求1所述一种小密封面回转式无氧热解装置，其特征在于：所述出料口内设有第二气锁，所述出料壳体的进料端与集灰斗相连通。
7.根据权利要求6所述一种小密封面回转式无氧热解装置，其特征在于：所述集灰斗设置在提升斗内，并且所述集灰斗的入口面积为提升斗面积的1.2～1.4倍。
8.根据权利要求1所述一种小密封面回转式无氧热解装置，其特征在于：所述进料壳体、出料壳体均为圆柱形，并且所述进料壳体、出料壳体均与波纹管补偿器、密封环、回转筒体同轴设置。
9.根据权利要求1所述一种小密封面回转式无氧热解装置，其特征在于：所述波纹管补偿器呈筒状，所述波纹管补偿器套在进料壳体的尾部或出料壳体的头部，在所述波纹管补偿器的外圈上与回转筒体端面的连接处设置有密封槽，所述密封环设置在密封槽内并可相对于回转筒体端面滑动。
10.根据权利要求1所述一种小密封面回转式无氧热解装置，其特征在于：所述回转筒体的中心线相对于窑壳的中心线向出料端倾斜0～3°。
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