CN115234920A - 纤维增强复合材料连续回收系统 - Google Patents

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CN115234920A
CN115234920A CN202210852685.7A CN202210852685A CN115234920A CN 115234920 A CN115234920 A CN 115234920A CN 202210852685 A CN202210852685 A CN 202210852685A CN 115234920 A CN115234920 A CN 115234920A
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pipeline
reinforced composite
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朱永奎
戴永珍
张瀚鹏
丁文江
朱悦
钱敬
殷杰
林仁洲
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Abstract

本申请提供了一种纤维增强复合材料连续回收系统,包括:传送带式热解炉,所述传送带式热解炉的传送带与上料装置连接,所述传送带的进出口处设置有气帘装置,所述气帘装置用于释放过热蒸汽以产生气帘并加热纤维增强复合材料;过热蒸汽发生器,与所述传送带式热解炉的气帘装置连接;热能转换燃烧炉,与所述传送带式热解炉的裂解气体出口连接,用于点燃来自传送带式热解炉的裂解气体;所述热能转换燃烧炉还与所述过热蒸汽发生器连接;传送带式除碳炉,与所述传送带式热解炉连接。本申请中提供的纤维增强复合材料连续回收系统节约了纤维回收的成本,实现纤维的无损伤回收,同时回收过程具有尾气零排放、零污染的特点。

Description

纤维增强复合材料连续回收系统
技术领域
本申请涉及材料废弃物回收领域,特别地涉及一种纤维增强复合材料连续回收系统。
背景技术
纤维增强复合材料具有重量轻,强度高,模量高,耐腐蚀等优点,被广泛应用于航空航天、体育休闲、汽车、建筑及桥梁加固等领域。2018年,我国复合材料总产量为430万吨,预测在2023年将达到556万吨左右,已先后超过德国、日本居世界第2位。
目前我国纤维增强复合材料仍以热固性树脂基为主,市场占有量90%以上,而热固性树脂基复合材料在自然条件下不可以降解,因此废弃纤维增强复合材料造成的环境污染与资源浪费已成为我国严重的环境、社会与经济问题。
全球废弃纤维增强复合材料制品2020年已达5万吨,其中碳纤维2.5万吨以上,按平均价格200元/千克计算,价值约合人民币50亿元以上。未来中国四大产业——大飞机项目、海上风力发电、汽车轻量化发展及高速铁路,无疑还将带动碳纤维需求的强势增长,然而飞机制件一般寿命为25-28年,风机叶片为20-25年,汽车制件为10-15年,这些产品寿命终结后,其回收再利用将成为非常重要的问题。目前,针对纤维增强复合材料的回收往往无法实现连续化,用热解法大规模、连续化、低成本、低能耗的回收纤维增强复合材料的环保设备和技术还是空白。
发明内容
为了解决或至少部分地解决上述技术问题,本申请提供了:
K1、一种纤维增强复合材料连续回收系统,用于纤维增强复合材料废弃物。具体地,一种纤维增强复合材料连续回收系统,包括:传送带式热解炉,所述传送带式热解炉的传送带与上料装置连接,所述传送带的进出口处设置有气帘装置,所述气帘装置用于释放过热蒸汽以产生气帘并加热纤维增强复合材料;过热蒸汽发生器,与所述传送带式热解炉的气帘装置连接,用于向所述气帘装置输送过热蒸汽;热能转换燃烧炉,与所述传送带式热解炉的裂解气体出口连接,用于点燃来自传送带式热解炉的裂解气体;所述热能转换燃烧炉还与所述过热蒸汽发生器连接,用于将燃烧后的热源气体送入所述过热蒸汽发生器,以便所述过热蒸汽发生器生产所述过热蒸汽;传送带式除碳炉,与所述传送带式热解炉连接,用于对经所述传送带式热解炉热解过后的纤维曾倩复合材料进行除碳处理,输出纤维原丝。
K2.根据K1所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述热能转换燃烧炉还与所述传送带式热解炉的热解炉体连接,向所述连续热解炉内输送热源气体,作为补充加热。
K3.根据K1所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述传送带式除碳炉的除碳抽气出口与所述热能转换燃烧炉连接,用于为所述热能转换燃烧炉输送除碳气体,以制造所述热源气体。
K4.根据K1所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,还包括:氧化性气体输送装置,所述氧化性气体输送装置分别与所述过热蒸汽发生器和所述传送带式除碳炉连接;所述过热蒸汽发生器将使用过的热源气体输送至所述氧化性气体输送装置,并经由所述氧化性气体输送装置输送至所述传送带式除碳炉内,用于进行除碳作业。
K5.根据K4所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述氧化性气体输送装置还包括:壳体,所述壳体包括换热腔;第一进气口和第一出气口,分别设在所述壳体上,并与所述换热腔连通,所述第一进气口用于输入待加热氧化性气体;第二进气口和第二出气口,分别设在所述壳体上,并与所述换热腔连通,所述第二进气口用于输入氧化性气体。
K6.根据K5所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述第一进气口和所述第一出气口分别设于所述壳体的相邻的两个壁面;和/或,所述第二进气口和所述第二出气口分别设于所述壳体上相邻的两个壁面。
K7.根据K6所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述壳体包括:顶壁和底壁,沿上下方向布置,所述第二进气口设在所述底壁上,所述第一出气口设在所述顶壁上;多个侧壁,设在所述顶壁和所述底壁之间,所述第一进气口设在多个所述侧壁中的一者上,所述第二出气口设在多个所述侧壁中的另一者上。
K8.根据K7所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述第一进气口和所述第二出气口同轴设置;和/或,所述第二进气口和所述第一出气口同轴设置;所述第一进气口和所述第一出气口中任一者的通流截面积,小于所述第二进气口和所述第二出气口中任一者的通流截面积。
K9.根据K6所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述氧化性气体输送装置还包括:第一进气管,设在所述壳体上,通过所述第一进气口与所述换热腔连通;和/或,第一出气管,设在所述壳体上,通过所述第一出气口与所述换热腔连通;和/或,第二进气管,设在所述壳体上,通过所述第二进气口与所述换热腔连通;和/或,第二出气管,设在所述壳体上,通过所述第二出气口与所述换热腔连通;第四保温层,设在所述壳体上,并位于所述换热腔内;支撑件,设在所述壳体的底壁上。
K10.根据K1至K9中任意一项所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述传送带式热解炉包括:热解炉体和穿过所述热解炉体设置的传送带;裂解气抽气装置,设置在所述热解炉体上,用于抽出热解炉体内的所述纤维增强复合材料热解产生的裂解气体;气帘装置,设置在所述传送带的进出口处,所述气帘装置用于释放过热蒸汽以产生气帘并加热纤维增强复合材料。
K11.根据K10所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述传送带包括:进料侧、出料侧和中央传送部,所述中央传送部的支撑物料的部位的高度大于所述进料侧的部位;热解进料管道和热解出料管道,分别连接在所述热解炉体上;所述传送带经所述热解进料管道进入所述热解炉体内,再经所述热解出料管道伸出热解炉体外;所述热解进料管道与水平面具有第一夹角,且所述第一夹角在10°至35°范围内。
K12.根据K11所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述气帘装置包括:进气气帘机构,设置在所述热解进料管道内;所述进气气帘机构包括若干个气帘喷头,所述气帘喷头向着所述传送带的所在方向释放过热蒸汽以产生气帘并加热所述纤维增强复合材料;所述气帘喷头沿着所述传送带的运动方向被间隔设置成至少两排,且处于相邻的两排的所述气帘喷头的喷气方向彼此交错。
K13.根据K12所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,还包括设置在所述热解炉体内的裂解管道;所述裂解管道的两端分别与所述热解进料管道和热解出料管道连接;所述传送带穿过所述裂解管道,所述纤维增强复合材料在所述裂解管道内发生裂解;所述裂解管道与热解炉体之间具有加热腔,所述裂解气抽气装置穿过所述加热腔与所述裂解管道连接;所述加热腔内设置有辅助加热装置;所述辅助加热装置包括:热源进口,穿过所述热解炉体的外壁并与所述加热腔连接,用于向所述加热腔通入高温气体以加热所述裂解管道;热源出口,穿过所述热解炉体的外壁并与所述加热腔连接,用于排出所述高温气体;电加热组件,设于所述热解炉体的内壁并能加热至少部分所述裂解管道;第三温度传感器,用于测量所述裂解管道内的温度,所述第三温度传感器与所述电加热组件通讯连接。
K14.根据K13所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述裂解气抽气装置包括:裂解气体出口,设置在所述热解炉体上,与所述裂解管道连通,用于释放裂解气体;压力控制器,与所述裂解气体出口连接,并通过控制所述裂解气体出口的气体流量以调节所述裂解管道内的气压;所述压力控制器包括:热解压力传感器,设置在所述裂解管道内并检测所述裂解管道内的压力;热解风机,与所述热解压力传感器通信连接,所述热解风机对着所述裂解气体出口设置;泄压管道,连接在所述裂解气体出口上,所述热解风机安装在所述泄压管道内,且所述热解风机的吹风方向朝着所述裂解气体出口的所在方向;热解单向阀,设置在所述泄压管道内。
K15.根据K1至K9中任意一项所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述传送带式除碳炉包括:除碳炉体和穿过所述除碳炉体设置的传送带装置;温度控制装置,接入所述除碳炉体,并调节所述除碳炉体的温度;氧化气体输送装置,包括若干条接入所述除碳炉体内的除碳送气管道,用于向所述除碳炉体内通入氧化气体;抽气装置,设置在所述除碳炉体顶部,用于抽出除碳炉体内的气体,所述抽气装置使所述除碳炉体内保持为负压状态。
K16.根据K15所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述传送带装置包括:网带,所述网带上具有多个透气孔:除碳驱动机构,用于驱动所述网带沿所述除碳炉体的长度方向运动;所述除碳送气管道接入所述网带的下方,并向着所述网带的所在方向输送所述氧化气体;所述除碳送气管道包括:若干根主路管道,所述主路管道自所述除碳炉体外部接入所述除碳炉体;至少两根支路管道,所述支路管道沿所述网带的长度方向或宽度方向间隔布置,所述支路管道上设置有沿自身长度方向分布的多个喷气口。
K17.根据K16所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述温度控制装置包括:加热室,所述加热室设置在所述除碳炉体的内壁,所述加热室内设置有第一电加热装置,所述第一电加热装置用于加热所述除碳炉体内部空间;所述主路管道穿过所述加热室并经由所述加热室加热,所述主路管道至少有部分在所述加热室内折叠为S形;第一温度传感器,设置在所述加热室内,并与所述第一电加热装置通信连接;第二电加热装置,所述第二电加热装置设置在所述除碳炉体内;第二温度传感器,设置在所述除碳炉体内,并与所述第二电加热装置通信连接。
K18.根据K17所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,还包括:除碳压力传感器,设置在所述除碳炉体内并检测炉内压力,所述除碳压力传感器与所述抽气装置和/或所述氧化气体输送装置通信连接,所述抽气装置和/或所述氧化气体输送装置通过控制气体的流量以调节所述除碳炉体内的压力;
除碳出料管道,连接在所述除碳炉体上;所述网带经所述除碳出料管道伸出所述除碳炉体外;所述除碳出料管道与水平面具有第一夹角,且所述第一夹角在10°至35°范围内。
K19.根据K1至K9中任一项所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述过热蒸汽发生器包括:内胆,所述内胆具有安装腔;外胆,设于所述内胆背离所述安装腔的一侧,所述外胆与所述内胆之间具有蒸汽通道;加热件,所述加热件的至少一部分位于所述安装腔内;其中,所述纤维增强复合材料连续回收系统的控制组件还包括温控件,所述温控件与所述加热件相连。
K20.根据K19所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述加热件包括第一加热件和第二加热件,所述温控件设在所述第一加热件和/或第二加热件上;所述蒸汽通道包括:第一蒸汽通道,所述第一蒸汽通道包括入口,所述第一加热件用于对所述第一蒸汽通道加热;第二蒸汽通道,与所述第一蒸汽通道连通,所述第二蒸汽通道包括蒸汽出口,所述第二加热件用于对所述第二蒸汽通道加热;所述第二蒸汽通道的至少一部分相对所述第一蒸汽通道曲折延伸;所述第一蒸汽通道沿第一方向延伸;所述第二蒸汽通道包括连通通道和排汽通道,所述排汽通道通过所述连通通道与所述第一蒸汽通道连通,所述排汽通道沿所述第一方向延伸,所述连通通道沿与所述第一方向不同的第二方向延伸。
K21.根据K19所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述过热蒸汽发生器还包括:发生器外壳,所述发生器外壳具有装配腔,所述内胆的至少一部分、所述外胆的至少一部分位于所述装配腔内;第二保温层,设于所述装配腔内,并位于所述外胆和所述发生器外壳之间;多个加强筋,间隔设在所述发生器外壳上;排水组件,所述排水组件能够与所述蒸汽通道连通。
K22.根据K1至K9中任一项所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述热能转换燃烧炉包括:转换炉壳,所述转换炉壳具有转换炉腔;第一烧嘴,设在所述转换炉壳上并与所述转换炉腔连通,所述第一烧嘴用于点燃热解气;第二烧嘴,设在所述转换炉壳上并与所述转换炉腔连通,所述第二烧嘴用于点燃燃气;第三排气组件,设在所述转换炉壳上并与所述转换炉腔连通。
K23.根据K22所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述第一烧嘴和所述第三排气组件设在所述转换炉壳上相对的两侧壁上;所述第二烧嘴设置在所述转换炉壳的顶壁上;所述第三排气组件包括:至少两个排气口,设在所述转换炉壳上;切换阀,设在至少两个排气口处,所述至少两个排气口能够通过所述切换阀实现与所述转换炉腔的导通;所述纤维增强复合材料连续回收系统的控制组件还用于调控所述转换炉腔的内部温度和/或所述转换炉腔的内部压力。
K24.根据K22所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其中,所述热能转换燃烧炉还包括:保险帽,设在所述转换炉壳上;滴液孔,设在所述转换炉壳上;第三保温层,设在所述转换炉壳的内壁上;所述转换炉壳上设有透视窗,所述透视窗可拆卸地设在所述转换炉壳上。
本申请中提供的纤维增强复合材料连续回收系统,通过过热蒸汽对纤维增强复合材料废弃物加热和无氧保护,保证纤维增强复合材料废弃物能够得到有效热解;而热解后产生的裂解气能够被热能转换燃烧炉内被充分燃烧并生成洁净热源,洁净热源能够为过热蒸汽发生器和/或连续热解炉提供热源,节约了纤维回收的成本,实现连续的纤维无损伤回收,同时回收过程具有尾气零排放、零污染的特点.
附图说明
为了更清楚地说明本申请的实施方式,下面将对相关的附图做出简单介绍。可以理解,下面描述中的附图仅用于示意本申请的一些实施方式,本领域普通技术人员还可以根据这些附图获得本文中未提及的许多其他的技术特征和连接关系等。
图1为本申请提供的一种纤维增强复合材料连续回收系统的结构示意图。
图2为本申请提供的一种氧化性气体输送装置的结构示意图。
图3为本申请提供的一种传送带式热解炉的结构示意图。
图4为本申请提供的一种传送带式热解炉裂解气抽气装置的结构示意图。
图5为本申请提供的一种传送带式热解炉气帘装置的结构示意图。
图6为本申请提供的一种传送带式除碳炉的结构示意图。
图7为本申请提供的一种传送带式除碳炉的除碳炉体结构截面示意图。
图8为本申请提供的一种传送带式除碳炉的抽气装置的结构示意图。
图9为本申请提供的一种过热蒸汽发生器的结构示意图。
图10为本申请提供的一种热能转换燃烧炉的结构示意图。
图中的附图标记及名称如下:
2、过热蒸汽发生器;21、内胆;22、外胆;231、第一蒸汽通道;232、第二蒸汽通道;233、连通通道;234、排汽通道;235、入口;236蒸汽出口;24、加热件;241、第一加热件;242、第二加热件;25、温控件;26、发生器外壳;27、第二保温层;28、加强筋;29、排水组件;
3、热能转换燃烧炉;310、转换炉壳;311、转换炉腔;312、第一烧嘴;313、第二烧嘴;314、第三排气组件;316、保险帽;317、滴液孔;318、第三保温层;319、透视窗;320、底座。
4、氧化性气体输送装置;41、壳体;411、换热腔;421第一进气管;422第一出气管;423第二进气管;424第二出气管;43第四保温层;44、支撑件;
5、传送带式热解炉;501、热解炉体;511、热解进料管道;512、热解出料管道;513、裂解管道;502、传送带;521、进料侧;522、出料侧;523、中央传送部;503、裂解气抽气装置;504、气帘装置;541、进气气帘机构;542、气帘喷头;505、加热腔;551、热源进口;552、热源出口;506、电加热组件;507、裂解气体出口;508、热解风机;509、泄压管道;510、热解单向阀;515、水冷装置;516、防外泄管道;517、热解阀门;
6、传送带式除碳炉;601、除碳炉体;602、传送带装置;621、网带;622除碳驱动机构;603、除碳送气管道;631、主路管道;632、支路管道;604、加热室;641、第一电加热装置;605、除碳抽气出口;651、除碳风机;652、除碳单向阀;606、除碳抽气管道;607、除碳出料管道。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行详细说明。
本申请的发明人发现,在现有技术中对于纤维增强复合材料废弃物的回收再利用技术还停留在初级阶段,无法适应产业需求,亟需大规模、连续化、低成本、低能耗的回收和再利用技术,以实现产业的可持续、绿色、低碳发展。
有鉴于此,参考图1,本申请所提供的纤维增强复合材料连续回收系统通过过热蒸汽对纤维增强复合材料废弃物加热和无氧保护,保证纤维增强复合材料废弃物能够得到有效热热解,而热解后产生的热解气体能够被热能转换燃烧炉3内被充分燃烧并生成洁净热源,洁净热源能够为过热蒸汽发生器2提供热源,节约了纤维回收的成本,实现大规模、连续化、低成本、低能耗地回收纤维增强复合材料,同时回收过程具有尾气零排放、零污染的特点。
实施方式一
本申请提供了一种纤维增强复合材料连续回收系统,用于回收纤维增强复合材料废弃物,如图1、图3和图5所示,纤维增强复合材料连续回收系统包括:
传送带式热解炉5,所述传送带式热解炉5的传送带502与上料装置连接,所述传送带502的进出口处设置有气帘装置504,所述气帘装置504用于释放过热蒸汽以产生气帘并加热纤维增强复合材料;
过热蒸汽发生器2,与所述传送带式热解炉5的气帘装置504连接,用于向所述气帘装置504输送过热蒸汽;
热能转换燃烧炉3,与所述传送带式热解炉5的裂解气体出口507连接,用于点燃来自传送带式热解炉5的裂解气体;所述热能转换燃烧炉3还与所述过热蒸汽发生器2连接,用于将燃烧后的热源气体送入所述过热蒸汽发生器2,以便所述过热蒸汽发生器2生产所述过热蒸汽;
传送带式除碳炉6,与所述传送带式热解炉5连接,用于对经所述传送带式热解炉5热解过后的纤维曾倩复合材料进行除碳处理,输出纤维原丝。
本申请提供的纤维增强复合材料连续回收系统,用于回收纤维增强复合材料废弃物,纤维增强复合材料连续回收系统包括传送带式热解炉5、过热蒸汽发生器2、热能转换燃烧炉3和传送带式除碳炉6。
其中,传送带热解炉5用于连续输送并热解纤维增强复合材料废弃物。在输送纤维增强复合材料废弃物的过程中,纤维增强复合材料废弃物在连续热解炉5的热解炉体510内被加热,树脂基体和纤维分离,树脂基体发生热解反应产生热解气体。此外,产生的热解气体可以输送至热能转换燃烧炉3内进行充分燃烧,从而获得洁净热源。
此外,需要说明的是,该传送带热解炉5利用传送带502输送纤维增强复合材料。上料装置将碎解完毕的纤维增强复合材料输送至传送带502上。传送带502将纤维增强复合材料从传送带式热解炉的裂解炉体501一端进入裂解炉体501内部并从裂解炉体501的另一端离开。而气帘装置504释放过热蒸汽,一方面用于产生气帘,以隔绝空气进入裂解炉体501内部;另一方面用于加热纤维增强复合材料。
过热蒸汽发生器2,能够与连续热解炉5连通,并向气帘装置504输送过热蒸汽。过热蒸汽发生器2可以将水加热得到蒸汽,并对蒸汽进行再加热得到过热蒸汽。过热蒸汽发生器2产生的过热蒸汽可以作为纤维增强复合材料废弃物进行热解反应时的保护气体,能够起到隔绝氧气的作用,防止纤维增强复合材料废弃物中的树脂与氧气发生反应从而产生有害气体。与此同时,过热蒸汽也能够作为传热介质,用来分离纤维增强复合材料废弃物中的纤维与基体树脂,得到干净、无积炭残留、强度达原生纤维的90%以上、性能优良的再生纤维。
热能转换燃烧炉3分别与传送带式热解炉5、过热蒸汽发生器2连通。热能转换燃烧炉3可以点燃来自传送带式热解炉5的热解气体并形成热源气体,并将热源气体输送至过热蒸汽发生器2用于加热水或蒸汽。
传送带式除碳炉6,用于对经传送带式热解炉5热解过后的纤维增强复合材料进行除碳处理,输出纤维原丝。传送带式除碳炉6内部通入氧化性气体,纤维增强复合材料在传送带式除碳炉6炉腔内输送的过程中,氧化性气体会与纤维增强复合材料上的残碳发生氧化反应,实现除碳目的。纤维增强复合材料表面的残碳被氧化性气体接触后,会被发生氧化反应,产生二氧化碳。
本申请中提供的纤维增强复合材料连续回收系统,通过过热蒸汽对纤维增强复合材料废弃物加热和无氧保护,保证纤维增强复合材料废弃物能够得到有效热解;而热解后产生的裂解气能够被热能转换燃烧炉3内被充分燃烧并生成洁净热源,洁净热源能够为过热蒸汽发生器2和/或传送带式热解炉5提供热源,节约了纤维回收的成本,实现连续的纤维无损伤回收,同时回收过程具有尾气零排放、零污染的特点。
在本实施例中,热能转换燃烧炉3还与传送带式热解炉5的热解炉体510连接,向传送带式热解炉5内输送热源气体,作为补充加热。需要说明的是,在传送带式热解炉5中,过热蒸汽作为主要热源对传送带式热解炉5的热解炉体510以及位于热解炉体510内的纤维增强复合材料废弃物进行加热,而热源气体则是作为辅助热源,用于对传送带式热解炉5的热解炉体510的局部区域进行加热以实现温度调控的目的。
此外,传送带式除碳炉6的除碳气体出口606与热能转换燃烧炉3连接,用于为热能转换燃烧炉3输送除碳气体,以制造热源气体。除碳气体为氧化性气体通入传送带式除碳炉6后,传送带式除碳炉6内的残碳发生氧化反应后得到的气体。这种除碳气体从传送带式除碳炉6的除碳气体出口606出来后,仍然具有较高的温度。因此,将这种除碳气体通入热能转换燃烧炉3进行再加热,以制造热源气体,能有效地节省能源损耗,降低回收成本。
实施方式二
本实施方式是基于实施方式一的进一步改进,其改进之处在于,如图2所示,该纤维增强复合材料连续回收系统还包括:
氧化性气体输送装置4,氧化性气体输送装置4分别与过热蒸汽发生器2和传送带式除碳炉6连接;
过热蒸汽发生器2将使用过的热源气体输送至氧化性气体输送装置4,并经由氧化性气体输送装置4输送至传送带式除碳炉6内,用于进行除碳作业。
该氧化性气体输送装置4,用于加热将氧化性气体加热至指定温度后输送至传送带式除碳炉6内。经氧化性气体输送装置4加热后的氧化性气体,可以对传送带式除碳炉6以及传送带式除碳炉6内的纤维增强复合材料进行加热。
而且,氧化性气体输送装置4与过热蒸汽发生器2连接,利用使用过的热源气体对氧化性气体进行加热,能够有效地利用热源气体的残余热量,可以有效地节省能源损耗,降低回收成本。
在氧化性气体输送装置4的具体设置上,该氧化性气体输送装置4包括:壳体41,壳体41包括换热腔411;
第一进气口和第一出气口,分别设在壳体41上,并与换热腔411连通,第一进气口用于输入待加热氧化性气体;
第二进气口和第二出气口,分别设在壳体41上,并与换热腔411连通,第二进气口用于输入氧化性气体。
该氧化性气体输送装置4包括壳体41、第一进气口、第一出气口、第二进气口和第二出气口,其中,壳体41包括换热腔411,换热腔411用于气体的热量交换。第一进气口和第一出气口构成气体的流动路径之一,待加热氧化性气体经过第一进气口进入换热腔411内部,在换热腔411内部进行热量交换,温度升高后,再经由第一出气口排向壳体41之外。第二进气口和第二出气口构成气体的流动路径之二,热源气体经由第二进气口进入换热腔411内部,热源气体作为热源,进入换热腔411内的热源气体可以与待加热氧化性气体进行热量交换,待加热氧化性气体温度升高,热源气体温度降低,待加热氧化性气体的温度达到目标温度后从第一出气口排出,经过换热后的热源气体再由第二出气口排向壳体41之外。
本申请中通过第一进气口、第一出气口、第二进气口和第二出气口构成气体的两个流动路径,对于每个气体的流动路径,即对于待加热氧化性气体和热源气体而言,均有相对应的进气口和出气口,能够令换热腔411内的气体流动地更加流畅,换热腔411内的气体可以就近从第一出气口或第二出气口流出,减少气体在壳体41内部涡旋而出现的噪音问题,尽可能地降低流速/压力在换热腔411内部的损失,能够保证气体的循环效率,保证生产节拍。
值得说明的是,为了实现气体能够按照既定的气体流动路径流动,在气体流动路径上设有驱动件,驱动件用于驱动气体从第一进气口进入换热腔411内,然后再由第一出气口排出。
能够想到地,驱动件还用于驱动气体从第二进气口进入换热腔411,然后再由第二出气口排出。
举例来说,驱动件可以为驱动风机。
可选地,如图2所示,第一进气口和第一出气口分别设于壳体41的相邻的两个壁面。
在本申请的实施方式中,壳体41具有相邻的两个壁面,换热腔411位于相对的两个壁面之间,第一进气口和第二进气口分别位于相邻的两个壁面上,那么,对于气体的流动路径之一而言,待加热氧化性气体会经由第一进气口进入换热腔411内,经过换热之后的气体会有由第一出气口排出,待加热氧化性气体在换热腔411内的运动路径靠近换热腔411的一个边角,尽量避免待加热氧化性气体和热源气体之间的相互阻隔,能够进一步减少流速/压力损失。
可选地,当壳体41包括六个壁面,比如,上下方向壁面,左右方向壁面和前后方向壁面,那么,第一进气口和第一出气口可以在六个壁面中任选相邻壁面设置。
可选地,如图2所示,第二进气口和第二出气口分别设于壳体41上相邻的两个壁面。
在本申请的实施方式中,对于气体的流动路径之二而言,热源气体会经由第二进气口进入换热腔411内,经过换热之后的气体会由第二出气口排出,热源气体在换热腔411内的运动路径靠近换热腔411的一个边角,尽量避免待加热氧化性气体和热源气体之间的相互阻隔,能够进一步减少流速/压力损失。
能够想到地,对于第二进气口和第二出气口而言,其也可以在六个壁面中任选相邻壁面设置。
可选地,如图2所示,壳体41包括顶壁、底壁和多个侧壁,顶壁和底壁沿上下方向布置,第二进气口设在底壁上,第一出气口设在顶壁上。多个侧壁设在顶壁和底壁之间,第一进气口设在一个侧壁上,第二出气口设在另一个侧壁上。
在本申请的实施方式中,壳体41包括顶壁、底壁和多个侧壁,顶壁和底壁沿着上下方向布置,第二进气口设在底壁上,也就是说,热源气体自下而上通过换热腔411,适应于热源气体向上流动趋势,能够令热源气体的流动更加顺畅,减少流动过程的阻力。第一出气口设在顶壁上,由于待加热氧化性气体在换热腔411内被加热后,温度上升,其通过顶壁上的第一出气口排出,也适应于高温气流的流动趋势。
换而言之,对于气体的流动路径之二而言,热源气体自下而上方向流入换热腔411后,然后再经由侧壁上的第二出气口流出。
其中,多个侧壁设在顶壁和底壁之间,多个侧壁可以理解为外周方向的壁面,比如,前侧壁、后侧壁、左侧壁、右侧壁。第一进气口设在多个侧壁中一个侧壁上,第二出气口设在多个侧壁中的另一个侧壁上。比如,第一进气口设在前侧壁和后侧壁中的一者上,第二出气口设在前侧壁和后侧壁中的另一者上。或者,第一进气口设在左侧壁和右侧壁的一者上,第二出气口设在左侧壁和右侧壁中的另一者上。
举例来说,第一进气口设在左侧壁上,第二出气口设在右侧壁上。那么,对于气体的流动路径之一而言,待加热氧化性气体自左向右经由第一进气口进入换热腔411内,然后经由热量交换后,再向上经由第一出气口排出。
对于气体的流动路径之二而言,热源气体自下而上经由第二进气口进入换热腔411内后,在换热腔411内与待加热氧化性气体进行热量交换之后,再向右经由第二出气口排出壳体41之外。
其中,气体流动路径之间能够实现热量交换,且二者的流动路径不会相互组合影响效率。
可选地,第一进气口和第二出气口同轴设置。
在本申请的实施方式中,第一进气口和第二出气口分别具有中心轴,中心轴的方向即为气体经过第一进气口或第二出气口的流动方向,当第一进气口和第二出气口的中心轴同轴设置时,那么对于气体的流动路径而言,待加热氧化性气体和热源气体能够在换热腔411内相遇,实现热量交换,令待加热氧化性气体的温度提升,与此同时,也能够减少流动过程中的流速/压力损失。
可选地,第二进气口和第一出气口同轴设置。
在本申请的实施方式中,第二进气口和第一出气口分别具有中心轴,中心轴的方向即为气体经过第二进气口或第一出气口的流动方向,当第二进气口和第一出气口的中心轴同轴设置时,那么对于气体的流动路径而言,待加热氧化性气体和热源气体能够在换热腔411内相遇,实现热量交换,令待加热氧化性气体的温度提升,与此同时,也能够减少流动过程中的流速/压力损失。
可选地,第一进气口和第一出气口中的任一者的通流截面积,小于第二进气口和第二出气口中任一者的通流截面积。
在本申请的实施方式中,通流截面积是指在垂直于中心轴的横截面上第一进气口的面积,即第一进气口的横截面。当第一进气口为圆孔时,则第一进气口的通流截面积为圆形面积。对于第一出气口、第二进气口和第二出气口而言,通流截面积的定义同样适用。
对于气体的流动路径而言,气体经由进气口(第一进气口、第二进气口)进入换热腔411内部,在换热腔411内部进行换热后,然后从出气口(第一出气口、第二出气口)排出。
其中,根据气体的流动需求,第一进气口、第二进气口的流量相对于第二进气口、第二出气口较小,作为热源的气体流动路径之二,为了提供足够的热量,则需要令热源气体的流量比较大,从而能够满足换热需求。
可选地,如图2所示,氧化性气体输送装置4还包括第一进气管421,第一进气管421设在壳体41上并通过第一进气口与换热腔411连通。
在本申请的实施方式中,氧化性气体输送装置4还包括第一进气管421,第一进气管421设在壳体41上并通过第一进气口与换热腔411连通,第一进气管421能够方便与待安装结构装配连接,能够适应于不同的待安装结构的安装需求。
可选地,第一进气管421可拆卸地设置在壳体41上,可以根据需求,实现对第一进气管421的拆装。
可选地,如图2所示,氧化性气体输送装置4还包括第一出气管422,第一出气管422设在壳体41上并通过第一出气口与换热腔411连通。
在本申请的实施方式中,氧化性气体输送装置4还包括第一出气管422,第一出气管422设在壳体41上并通过第一出气口与换热腔411连通,第一出气管422能够方便与待安装结构装配连接,能够适应于不同的待安装结构的安装需求。
可选地,第一出气管可拆卸地设置在壳体41上,可以根据需求,实现对第一出气管的拆装。
对于气体的流动路径之一而言,待加热氧化性气体经由第一进气管421、第一进气口进入换热腔411内,在换热腔411内完成换热过程后,再经由第一出气口和第一出气管排向换热腔411的外部。
可选地,如图2所示,氧化性气体输送装置4还包括第二进气管423,第二进气管423设在壳体41上并通过第二进气口与换热腔411连通。
在本申请的实施方式中,氧化性气体输送装置4还包括第二进气管423,第二进气管423设在壳体41上并通过第二进气口与换热腔411连通,第二进气管423能够方便与待安装结构装配连接,能够适应于不同的待安装结构的安装需求。
可选地,第二进气管423可拆卸地设置在壳体41上,可以根据需求,实现对第二进气管423的拆装。
可选地,如图2所示,氧化性气体输送装置4还包括第二出气管424,第二出气管424设在壳体41上并通过第二出气口与换热腔411连通。
在本申请的实施方式中,氧化性气体输送装置4还包括第二出气管424,第二出气管424设在壳体41上并通过第二出气口与换热腔411连通,第二出气管424能够方便与待安装结构装配连接,能够适应于不同的待安装结构的安装需求。
可选地,第二出气管424可拆卸地设置在壳体41上,可以根据需求,实现对第二出气管424的拆装。
对于气体的流动路径之二而言,待加热氧化性气体经由第二进气管423、第二进气口进入换热腔411内,在换热腔411内完成换热过程后,再经由第二出气口和第二出气管424排向换热腔411的外部。
实施方式三
本申请发明人发现,当热源气体作为热源由第二进气口进入换热腔411内时,当壳体41的保温性能不够优越时,一部分热量会通过壳体41而扩散到外部,该部分热量无法作用于待加热氧化性气体上,造成热量的无谓损失。
为此,如图2所示,本申请发明人本申请的第三实施方式提出了一种改进的氧化性气体输送装置4,其主要改进点在于在原先的基础上,进一步添加了第四保温层43,第四保温层43设在壳体41上,并位于换热腔411内。
在本申请的实施方式中,壳体41的内壁上设有第四保温层43,第四保温层43用于阻隔换热腔411内部的热量向壳体41的外部传播,使得作为热源的热源气体带来的热量能够被汇聚在换热腔411的内部,从而可以尽量提升待加热氧化性气体和热源气体之间的热量交换,避免热量的无谓损失。
此外,设在壳体41内部的第四保温层43还能够为壳体41提供结构强度支撑,避免由于热胀冷缩而使得壳体41受力情况发生变化,造成壳体41形变等问题。
可选地,位于换热腔411内部的热源气体具有向上流动的趋势,那么,可以将第四保温层43设在壳体41的顶部内壁上,在起到隔热的同时,还能够减少材料成本。
可选地,第四保温层43设在壳体41的全部内壁上,使得热源气体向壳体41外部传播的可能性尽可能地降低,进一步增强换热效率。
实施方式四
在氧化性气体输送装置4的安装过程中,由于待安装位置的各异化,因此存在需要适应于不同待安装位置的需求。
为此本申请的发明人在上述实施例三中进行了优化设计,如图2所示,氧化性气体输送装置4还包括支撑件44,支撑件44设在壳体41上。
在本申请的实施方式中,支撑件44设在壳体41上,可以令壳体41通过支撑件44安装到待安装位置处。壳体41的结构可以固定,支撑件44的具体结构可以根据待安装位置的需求而做出适应性的调整。
比如,支撑件44可以为吊装结构,令壳体41吊设在待安装位置处。或者,支撑件44可以为支撑腿,壳体41通过支撑腿安装在待安装位置处,比如,地面上。
此外,支撑件44也能够实现壳体41的悬空设置,令支撑件44不与待安装位置处直接接触,避免热量向外传输而可能存在的安全隐患问题。
可选地,支撑件44设在壳体41的底壁上。
在本申请的实施方式中,支撑件44设在壳体41的底壁上,支撑件44能够支撑在地面上,此时,壳体41整体相对于地面架空设置,使得壳体41与地面之间具有装配空间,当位于底部的第二进气管423需要与第二进气口接通时,能够为第二进气管423提供装配空间,也能够提升氧化性气体输送装置4的整机结构紧凑性。
实施方式五
本实施方式是基于上述实施方式提出的进一步改进,如图3所示,具体地为:
传送带式热解炉5包括:
热解炉体501和穿过所述热解炉体501设置的传送带502;
裂解气抽气装置503,设置在所述热解炉体501上,用于抽出热解炉体501内的所述纤维增强复合材料热解产生的裂解气体;
气帘装置504,设置在所述传送带502的进出口处,所述气帘装置504用于释放过热蒸汽以产生气帘并加热纤维增强复合材料。
本申请中的热解炉体501作为该传送带式热解炉的框架结构,一方面为各个部位提供安装位置;另一方面,还作为热解反应的反应腔,用于将热解反应与外界隔离,为热解反应提供独立的反应场所,以确保反应的顺利进行。在本申请的实施例中,热解炉体501可以设置为卧式结构,底部设置有各种支撑梁、支撑柱等各种用于支撑热解炉体501的支撑构件。另外,本申请中的热解炉体501可以在外部包裹保温材料,避免内部热量流失,降低能源损耗,还可以隔绝内部热量,避免因意外触碰导致工作人员烫伤。
传送带502,由驱动机构驱动运作。需要处理的纤维增强复合材料放置在传送带502上,并由传送带502带动从热解炉体501的进口处进入热解炉体501内,并从热解炉体501的出口处排出。当纤维增强复合材料位于热解炉体501内部时,进行热解反应;且当反应终止时,纤维增强复合材料从热解炉体501的出口处排出。在实际实用过程中,不同的纤维增强复合材料,热解反应完全所需的时间也不同。本领域技术人员可以根据纤维增强复合材料的种类来调节传送带502的移动速度,以调整纤维增强复合材料的反应时间,以确保其反应完全。
纤维增强复合材料被传送带502输送时需要从热解炉体501的一侧进入并从另一侧离开。因此,热解炉体501的两侧与传送带502对应的位置需要留有一定的空隙,供传送带502以及放置在传送带502上的纤维增强复合材料通过。由于存在上述空隙,使得热解炉体501并不能完全密封。热解炉体501外的空气可能从这些空隙进入热解炉体501内部影响热解炉体501内热解反应的进行。
为了解决上述问题,在传送带502的进出口处设置有气帘装置504。该气帘装置504用于释放过热蒸汽以产生气帘。
该气帘,实质上是属于空气幕的一种,是由喷出的高速气体形成的具有一定厚度的气流屏障。这种由高速气流形成的气流屏障,能够在一定程度上将热解炉体501内外空间相互隔绝,不但可以阻止热解炉体501内部气体外泄至外界,而且也可以阻止外界气体进入热解炉体501内部,避免氧化性的气体影响热解反应。此外,通过所设置的气流屏障,可以隔绝热解炉体501内外气体的流动,有效地降低热解炉体501内外气体之间的热交换,从而有效避免热解炉体501内部热量的流失。
裂解气抽气装置503,用于抽出热解炉体501内的纤维增强复合材料热解产生的裂解气体。需要说明的是,该裂解气抽气装置503,一方面用于抽取热解炉体501内部的裂解气体;另一方面还可以通过控制抽取裂解气体的气体流量以调整热解炉体501内的气压,使得热解炉体501内部的气压小于大气压(即热解炉体501内部处于负压状态)。这样,热解炉体501内部的气压小于大气压,位于热解炉体501内部的气体很难外泄到外界,从而能够避免造成浪费。
特别地,在本实施例中,该气帘装置504,通过释放过热蒸汽以产生气帘,还利用过热蒸汽对进入热解炉体501内的纤维增强复合材料进行加热。
具体地,该气帘装置504设置在传送带502的进出口。在本实施例中,该气帘装置504包括两个,分别位于热解炉体501的进出口的位置,分别对应传送带502的进出口。当纤维增强复合材料经过气帘装置504时,会被气帘装置504释放的过热蒸汽加热。此外,由于热解炉体501内部的气压小于大气压,热解炉体501进出口两侧的气帘装置504,其释放的过热蒸汽会在气压的作用下被吸入至热解炉体501内部。具体地,位于热解炉体501进口处的气帘装置504释放的过热蒸汽在气压的作用下沿纤维增强复合材料的移动方向进入热解炉体501内部;位于热解炉体501出口处的气帘装置504释放的过热蒸汽在气压的作用下逆着纤维增强复合材料的移动方向进入热解炉体501内部。
过热蒸汽在进入热解炉体501的过程中,能够同时对热解炉体501以及位于热解炉体501内的纤维增强复合材料进行加热。而裂解气抽气装置503,则将进入热解炉体501内部多余的过热蒸汽以及热解炉体501内部因热解反应产生的裂解气体从热解炉体501内向外抽出,使炉内保持负压。抽出的气体可以被循坏利用。例如,可以将裂解气体分离后,循环利用过热蒸汽。
本实施例中,可以通过控制裂解气抽气装置503的气体流量,使得气帘装置504释放的过热蒸汽可以被吸入热解炉体501内部,防止过热蒸汽外泄到外界,降低过热蒸汽的损耗。此外,过热蒸汽既可以由气帘装置504释放出来形成气帘以隔绝外界空气进入热解炉体501内部,避免影响热解炉体501内部的热解反应;也可以作为加热源以加热热解炉体501以及纤维增强复合材料。这种方式,能够对过热蒸汽进行有效利用,提高过热蒸汽的利用率,降低成本。
另外,热解反应通常是在缺氧环境下进行的。因此,该过热蒸汽可以为无氧或微氧、常压且高温的过热蒸汽。这种过热蒸汽可以作为纤维增强复合材料的加热热源以及纤维增强复合材料热解反应的无氧或微氧保护介质,对纤维增强复合材料进行无氧保护和加热。具体地,该过热蒸汽可以通过加热水产生饱和蒸汽,再将饱和蒸汽进一步加热得到。在进行碳纤维增强复合材料的热解回收时,该过热蒸汽具体可以为含氧量小于0.3%、常压、400℃-700℃的过热蒸汽。
本申请中的传送带502式热解炉,利用传送带502输送纤维增强复合材料,并在输送过程中利用过热蒸汽对其加热,使其进行热解反应。这种方式可以连续进料和出料,省去了反复升温降温的过程,时间周期短,热量利用率高,并可连续化地回收纤维增强复合材料。
实施方式六
该实施方式是基于实施方式五的进一步改进,主要的改进之处在于,如图3所示,所述传送带502包括:
进料侧521、出料侧522和中央传送部523;
所述中央传送部523的支撑物料的部位的高度大于所述进料侧521的部位。
其中,进料侧521和出料侧522分别对应地位于热解炉体501的两侧,而中央传送部523则位于热解炉体501内部。
气帘装置504释放的过热蒸汽,温度较高。根据热气上升的原理,过热蒸汽在释放后,首先以释放时的初始速度向下移动,并在接触到传送带502后,向上移动。且由于热解炉体501内部气压小于大气压的原因,过热蒸汽在接触到传送带502后的移动方向是朝热解炉体501倾斜向上的。因此,在本实施例中,所述中央传送部523的支撑物料的部位的高度大于所述进料侧521的部位。通过这样的设置,传送带502在输送纤维增强复合材料的时候,纤维增强复合材料的移动路径是朝向热解炉体501倾斜向上的,与过热蒸汽的移动路径相重合,可以提高过热蒸汽的利用率,保证气帘的屏蔽效果。
由于气帘装置504设置在热解炉体501外,因此气帘装置504释放的过热蒸汽将在热解炉体501外释放。为了避免气帘装置504释放的过热蒸汽在热解炉体501外逸散,从而减少过热蒸汽的损耗,本实施方式相对于第一实施方式的作出了进一步的改进,其改进之处在于,如图3所示,该传送带式热解炉,还包括:
热解进料管道511和热解出料管道512,分别连接在所述热解炉体501上;
所述传送带502经所述热解进料管道511进入所述热解炉体501内,再经所述热解出料管道512伸出热解炉体501外。
其中,热解进料管道511和热解出料管道512分别对应着传送带502的送料侧和出料侧522,而气帘装置504则对应地设置在热解进料管道511和热解出料管道512内。
这里以热解进料管道511为例进行说明,如图3所示,热解进料管道511的两端分别设置有开口,其中一个开口用于与热解炉体501连通,另一个开口用于供传送带502进入热解进料管道511内部,并通过热解进料管道511另一侧的开口进入热解炉体501内部。而气帘装置504则设置在热解进料管道511内,气帘装置504释放过热蒸汽所形成的气帘位于热解进料管道511内。通过利用热解进料管道511包裹进料侧521以及气帘,将气帘释放的过热蒸汽限制在一个相对封闭的空间内,可以在一定程度上防止过热蒸汽在外界逸散,减少过热蒸汽的损耗。
在本实施例中,所述热解进料管道511与水平面具有第一夹角,且所述第一夹角在10°至35°范围内。
从上得知,所述中央传送部523的支撑物料的部位的高度大于所述进料侧521的部位。这样一来,进料侧521整体向上倾斜,即进料侧521与水平面之间具有夹角。由于热解进料管道511是对应着进料侧521设置的,因此热解进料管道511的倾斜角度与进料侧521是相对应的。进料侧521与水平面之间的夹角等于所述热解进料管道511与水平面的夹角(即第一夹角)。
纤维增强复合材料的移动路径(即进料侧521的输送路径)是朝向热解炉体501倾斜向上的,与过热蒸汽的移动路径相同。而过热蒸汽的移动路径,一方面与过热蒸汽的温度有关,另一方面还与热解炉体501内部的气压有关。
由于过热蒸汽用于加热纤维增强复合材料以使其进行热解反应,而不同种类的纤维增强复合材料进行热解反应的温度也是不一样的。过热蒸汽的温度由纤维增强复合材料的种类来确定,即在对同一种纤维增强复合材料进行回收处理时,过热蒸汽的温度是固定的。因此,对同一种纤维增强复合材料进行回收处理时,过热蒸汽的移动路径可以由热解炉体501内部的气压决定。
在该传送带式热解炉中,热解炉体501内部的气压主要由以下几个因素决定:1、裂解气抽气装置503的气体流量;2、热解炉体501内热解反应产生的裂解气总量;3、过热蒸汽的流量。在进行热解反应时,热解炉体501内热解反应的裂解气总量是恒定的。因此在需要保持热解炉体501内部气压在一定范围内时,过热蒸汽的流量越大,裂解气抽气装置503的气体流量越大。而气帘装置504产生的气帘的隔绝效果与过热蒸汽的流量成正比,即过热蒸汽流量越大,气帘的隔绝效果越好。
因此,在综合考虑以上各种因素,经过申请人的多次实验调整,所述第一夹角在10°至35°范围内为最佳。这时,纤维增强复合材料的移动路径与过热蒸汽的移动路径相重合,过热蒸汽的流量较小,气帘的隔绝效果较好,在能够满足纤维增强复合材料热解反应的前提下,能够有效地节省过热蒸汽的用量,避免浪费,节省能源。
在本实施例中,如图3和图5结合所示,所述气帘装置504包括,进气气帘机构541,设置在所述热解进料管道511内;
所述进气气帘机构541包括若干个气帘喷头542,所述气帘喷头542向着所述传送带502的所在方向释放过热蒸汽以产生气帘并加热所述纤维增强复合材料。
具体地,多个气帘喷头542沿传送带502的宽度方向均匀排列,且排列方向与传送带502的移动方向相互垂直。而且为了保证气帘的隔绝效果,在本实施例中,多个气帘喷头542沿着传送带的运动方向被间隔设置成至少两排,且处于相邻的两排的气帘喷头542的喷气方向彼此交错。
需要说明的是,气帘喷头542的喷气方向彼此交错,意味着其方向的延长线存在夹角。通过喷出方向朝向热解炉体501一侧的气帘组,能够更好地隔绝热解炉体501内部气体,防止热解炉体501内部气体泄漏到外界;而反之,通过喷出方向朝向外界一侧的气帘组则可以更好地隔绝外界空气,防止外界空气进入热解炉体内部1。
此外,为了进一步地避免过热蒸汽以及热解炉体501内部的裂解气体外泄,热解进料管道511上靠近外界且位于气帘机构的一侧还设置有防外泄管道516。该防外泄管道设置有热解阀门517,并连接裂解气抽气装置503或其他负压产生装置。当出现过热蒸汽或者裂解气体外泄现象时,可以打开热解阀门517,并通过防外泄管道516进行抽气,避免裂解气体以及过热蒸汽发生泄漏。
需要说明的是,在本实施例中,气帘装置504还可以包括出气气帘机构,设置在热解出料管道512内,其具体结构可以与进气气帘机构541相似或相同。
此外,在本实施例中,还可以在热解出料管道512内设置水冷装置515,用于冷却热解完成的纤维,降低纤维温度使其可以直接进行氧化。具体地,该水冷装置515可以包括冷却管,该冷却管环绕或是介入热解出料管道512内,从而能够吸收热解后的纤维的热量。通过对纤维进行冷却,可以防止在残碳的氧化过程中纤维本身发生燃烧,使除碳反应更精准。
实施方式七
在实施方式六的使用过程中,申请人发现,过热蒸汽在热解炉体501外释放,会与外界空气接触,影响过热蒸汽的温度,在进入热解炉体501后,可能会导致热解炉体501内部温度未达设定温度,影响热解炉体501内部热解反应的进行。
有鉴于此,本申请还公开了第七实施方式,该实施方式是基于实施方式六的进一步改进,其改进之处在于:如图3所示,该传送带式热解炉,还包括设置在所述热解炉体501内的裂解管道513;
所述裂解管道513的两端分别与所述热解进料管道511和热解出料管道512连接;
所述传送带502穿过所述裂解管道513,所述纤维增强复合材料在所述裂解管道513内发生裂解;
所述裂解管道513与热解炉体501之间具有加热腔505,所述裂解气抽气装置503穿过所述加热腔505与所述裂解管道513连接。
所述加热腔505内设置有辅助加热装置。
其中,裂解管道513位于热解炉体501内部,并与传送带502的中央传送部523相对应,作为纤维增强复合材料进行热解反应的裂解腔。纤维增强复合材料在传送带502的输送作用下,通过热解进料管道511进入位于热解炉体501内部的裂解管道513内,并在裂解管道513内进行热解反应,随后从热解炉体501另一端的热解出料管道512排出。
纤维增强复合材料在热解炉体501内部的裂解管道513内进行热解反应的过程中,设置在加热腔505内的辅助加热装置可以在裂解管道513外部对裂解管道513进行加热,进而对裂解管道513内部的纤维增强复合材料进行加热。在过热蒸汽作为主要热源的基础上,辅助加热装置可以作为辅助热源对纤维增强复合材料进行辅助加热,以确保裂解管道513内部温度达到纤维增强复合材料进行热解反应的设定温度,确保热解反应正常进行。
具体地,所述辅助加热装置包括:
热源进口551,穿过所述热解炉体501的外壁并与所述加热腔505连接,用于向所述加热腔505通入高温气体以加热所述裂解管道513;
热源出口552,穿过所述热解炉体501的外壁并与所述加热腔505连接,用于排出所述高温气体。
通过热源进口551和热源出口552的设置,使得加热腔505内流通高温气体,利用高温气体对裂解管道513进行辅助加热。
此外,在本实施例中,所述辅助加热装置还可以进一步包括:
电加热组件506,设于所述热解炉体501的内壁并能加热至少部分所述裂解管道513;
温度传感器,用于测量所述裂解管道513内的温度,所述温度传感器与所述电加热组件506通讯连接。
具体地,电加热组件506可以设置有多个,分别热解炉体501内部的多个区域内,分别对应一部分裂解管道513,以将裂解管道513分成多个温控区域。每一个电加热组件506分别对应一个温控区域,而温度传感器,则是分别设置在每一个温控区域内,用于测量对应的温控区域内的温度。在实际应用中,可以通过温度传感器实时监控各个温控区域的温度,并根据需要,通过电加热组件506对其相应的温控区域加热,以更好地确保裂解管道513内部温度均匀,实现局部区域温度调控。
同一成分,在不同温度下进行的热解反应,得出的裂解气体是不同的。此外,不同成分,进行热解反应的温度也是不同的。基于上述两点,技术人员可以根据需求,通过点加热组件对局部区域进行温度调控,可以对热解反应进行一定程度上的控制,如控制热解反应产生的裂解气体的种类、控制进行热解反应的成分。
实施方式八
该实施方式是基于实施方式七的进一步改进,其改进之处在于:如图3和图4结合所示,该传送带式热解炉,所述裂解气抽气装置503包括:
裂解气体出口507,设置在所述热解炉体501上,与所述裂解管道513连通,用于释放裂解气体;
压力控制器,与所述裂解气体出口507连接,并通过控制所述裂解气体出口507的气体流量以调节所述裂解管道513内的气压。
该压力控制器用于控制裂解气体出口507的气体流量以调节裂解管道513内的压力,使得裂解管道513内部压力小于大气压,裂解管道513内部处于微负压的状态。由于裂解管道513内部处于微负压的状态,裂解管道513内部的压力小于大气压,位于裂解管道513内部的裂解气体很难外泄到外界,从而能够防止污染和浪费,并保证生产安全。裂解管道513内部的压力主要受注入裂解管道513内部的过热蒸汽以及热解反应产生的裂解气体影响,因此,只要确保裂解气体出口507的气体流量大于过热蒸汽的气体流量以及单位时间内热解反应产生的裂解气体的总量即可。
在本实施例中,所述压力控制器包括:
热解压力传感器,设置在所述裂解管道513内并检测所述裂解管道513内的压力;
热解风机508,与所述热解压力传感器通信连接,所述热解风机508对着所述裂解气体出口507设置;
泄压管道509,连接在所述裂解气体出口507上,所述热解风机508安装在所述泄压管道509内,且所述热解风机508的吹风方向朝着所述裂解气体出口507的所在方向;
热解单向阀510,设置在所述泄压管道509内。
其中,热解风机508设置在裂解气体出口507内,且朝裂解管道513外吹。利用设置在裂解管道513内的热解压力传感器检测裂解管道513内的压力,并将检测到的裂解管道513内的压力与外界压力进行对比。根据对比结果,控制风气的转速,以控制裂解气体出口507的气体流量,进而调节裂解管道513内的压力,使得裂解管道513内的压力略小于外界压力,从而使裂解管道513内处于微负压的状态。
需要说明的是,该泄压管道509可以为裂解管道513内的气体输送至其他位置的输送管道,也可以为并联在该输送管道一侧的旁路管道。该旁路管道可以连接在一个临时的气体存放设备内。在该实施例中,如图4所示,该泄压管道509是输送管道,用于将反应产生的气体输送至其他位置,热解风机508直接设置在该输送管道内。
另外,热解单向阀510的气体流通方向,为从裂解管道513内向外输送的方向,既能保证向外输送裂解管道513内的气体的顺利进行,也能避免因气压原因向裂解管道513内反向输送气体所引发的炉内压力过高的问题。
实施方式九
本实施方式是基于上述实施方式提出的进一步改进,如图6所示,具体地为:
传送带式除碳炉6包括:
除碳炉体601和穿过所述除碳炉体601设置的传送带装置602;
温度控制装置,接入所述除碳炉体601,并调节所述除碳炉体601的温度;
氧化气体输送装置,包括若干条接入所述除碳炉体601内的除碳送气管道603,用于向所述除碳炉体601内通入氧化性气体;
抽气装置,设置在所述除碳炉体601顶部,用于抽出除碳炉体601内的气体,所述抽气装置使所述除碳炉体601内保持为负压状态。
本申请中的除碳炉体601作为该传送带式除碳炉6的框架结构,一方面为各个部件提供安装位置;另一方面,还作为除碳操作所需的空间,与外界隔离,为除碳操作提供独立的操作空间,以确保除碳顺利进行。在本申请的实施例中,除碳炉体601可以设置为卧式结构,底部设置有各种支撑梁、支撑柱等各种用于支撑除碳炉体601的支撑构件。另外,本申请中的除碳炉体601可以在外部包裹保温材料,避免内部热量流失,降低能源损耗,还可以隔绝内部热量,避免因意外触碰导致工作人员烫伤。
传动带装置,用于输送需要进行除碳处理的纤维增强复合材料,其从除碳炉体601的一侧进入除碳炉体601内部并从另一侧伸出,然后循环回转至进入侧,以实现连续供料。在输送纤维增强复合材料的过程中,位于除碳炉体601内部的纤维增强复合材料上的残碳发生氧化反应,实现除碳作业。由于不同种类的纤维增强复合材料,其除碳所需的时间也会不同。因此在实际生产过程中,本领域技术人员可以根据需要进行除碳处理的纤维增强复合材料的种类来控制传送带装置602以调节纤维增强复合材料的移动速度,进而控制纤维增强复合材料的除碳时间,确保除碳完全。
在本申请中,除碳送气管道603用于向除碳炉体601内部通入氧化性气体。利用氧化性气体在一定温度下冲刷纤维增强复合材料,可以发生氧化反应的同时达到除碳目的。具体地,在本实施例中,多条除碳送气管道603设置在除碳炉体601内部,并可以沿传送带装置602的输送方向均匀分布。纤维增强复合材料在被传送带装置602带动输送的过程中,依次经过多条除碳送气管道603所对应的喷出区域,并被这些区域对应的除碳送气管道603喷出的氧化性气体冲刷。
抽气装置用于抽出除碳炉体601内的气体,使除碳炉体601内保持为负压状态。该气体包括除碳送气管道603喷出的氧化性气体以及纤维增强复合材料反应产生的气体。纤维增强复合材料表面的残碳被氧化性气体接触后,会被发生氧化反应,产生二氧化碳。因此,通过抽气装置的设置,在抽出除碳炉体601内的气体的同时,可以将除碳炉体601内部空间充斥的残碳以二氧化碳的形式收集起来。而且,由于除碳炉体601内保持为负压状态,充斥在除碳炉体601内部空间中的气体在气压的作用下,不会外泄到除碳炉体601外,有利于保持外界作业环境的洁净。
现有的除碳设备通常采用电热的方式进行加热。但这种方式,热量通常是通过电热丝的热辐射或者物料之间的接触传递,容易导致除碳炉体601内各个区域的温度不均。而在本实施例中,借助气体对纤维增强复合材料进行加热,则可以使反应温度更加均匀。具体地,本实施例中的氧化性气体,可以为400℃-500℃的高压缩空气。通过除碳送气管道603的设置,利用除碳送气管道603向除碳炉体601内部通入高压缩空气对纤维增强复合材料进行加热。相对于电热而言,借助高温气体加热具备扩散性较好的优势。氧化性气体与纤维增强复合材料直接接触,并通过纤维增强复合材料之间的缝隙进行扩散,加热效果好,热量传递快。
此外,在本实施例中,采用高压缩空气进行加热、除碳的好处还在于:高压缩空气的制备简单,可以利用热解纤维增强复合材料时产生的裂解气体燃烧加热空气进行制备,能源能够被回收再利用,可以实现清洁生产。
传送带式除碳炉6还可以包括温度控制装置,接入除碳炉体601,并调节除碳炉体601的温度。在高压缩空气作为除碳炉体601主要热源的基础上,温度控制装置可以作为辅助热源对除碳炉体601进行辅助加热以调节除碳炉体601的局部温度,防止气体扩散的死角的局部温度不均的问题,进一步提高加热的均匀性。
本申请中的传送带式除碳炉6,通过传送带装置602输送纤维增强复合材料,并在传送带的输送过程中,利用除碳送气管道603喷出氧化性气体来氧化纤维增强复合材料中的残碳,可以大规模、连续化、低成本、低能耗地对热解反应完成的纤维增强复合材料进行除碳操作,具有良好的除碳效果。
实施方式十
该实施方式是基于实施方式九的进一步改进,其改进之处在于:如图6和图7结合所示,所述传送带装置602包括:
网带621,所述网带621上具有多个透气孔:
除碳驱动机构622,用于驱动所述网带621沿所述除碳炉体601的长度方向运动;
所述除碳送气管道603接入所述网带621的下方,并向着所述网带621的所在方向输送所述氧化性气体。
网带621用于支撑纤维增强复合材料,并由除碳驱动机构622驱动带动纤维增强复合材料移动。网带621上设置的透气孔用于供氧化性气体通过。除碳送气管道603接入网带621的下方,并向着网带621的所在方向输送氧化性气体。除碳送气管道603喷出的氧化性气体,可以从网带621的下方穿过网上的透气孔并冲刷位于网带621上表面的纤维增强复合材料,以实现更好的除碳目的。
需要说明的是,除碳送气管道603喷出的氧化性气体,从网带621的下方穿过透气孔对纤维增强复合材料进行初步的氧化。位于网带621上方的氧化性气体会被抽气装置抽出,在氧化性气体在除碳炉体601内部移动的过程中,氧化性气体可以对纤维增强复合材料进行进一步的氧化。纤维增强复合材料经过氧化性气体的多次氧化反应,可以全面地去除附着在纤维表面的残碳。
在本实施例中,所述除碳送气管道603包括:
若干根主路管道631,所述主路管道631自所述除碳炉体601外部接入所述除碳炉体601;
至少两根支路管道632,所述支路管道632沿所述网带621的长度方向或宽度方向间隔布置,所述支路管道632上设置有沿自身长度方向分布的多个喷气口。
其中,主路管道631是作为向除碳炉体601内输送氧化性气体的主要管道。支路管道632用于接入主路管道631,并向除碳炉体601内部输送氧化性气体。通过控制支路管道632在除碳炉体601内部的位置,即可调整氧化性气体在除碳炉体601内部喷出的位置。
在本实施例中,如图7所示,多根主路管道631自除碳炉体601外接入除碳炉体601内,并从网带621的一侧向下延伸以跟支路管道632连接。多根支路管道632沿网带621的长度方向间隔布置在网带621的下方,并利用喷气口向除碳炉体601内部喷出氧化性气体。
此外,在本实施例中,所述温度控制装置包括:
加热室604,所述加热室604设置在所述除碳炉体601的内壁,所述加热室604内设置有第一电加热装置641,所述第一电加热装置641用于加热所述除碳炉体601内部空间;
所述主路管道631穿过所述加热室604并经由所述加热室604加热。
需要说明的是,加热室604设置在除碳炉体601上,且整体可以呈环形结构,中部形成进行除碳操作的除碳空间。设置在加热室604内的第一加热装置可以加热加热室604,并通过热辐射加热除碳空间,进而加热除碳空间内的纤维增强复合材料。
纤维增强复合材料在除碳空间内进行除碳操作时,加热室604可以对除碳空间进行加热,进而对位于除碳空间内的纤维增强复合材料进行加热。在高压缩空气作为主要热源的基础上,设置由第一电加热装置641的加热室604可以作为辅助热源对纤维增强复合材料进行辅助加热,以确保除碳空间内部温度达到纤维增强复合材料进行除碳操作的设定温度,保证除碳操作正常进行。
此外,由于主路管道631接入除碳炉体601内部并穿过加热室604进入上述除碳空间,因此加热室604可以对穿过加热室604的主路管道631进行加热。
在实际应用中,通入主路管道631内的高压缩空气的温度存在波动,即可能不在指定的温度区间(400℃-500℃)内。因此,当温度不在指定温度区间内的高压缩空气经过加热室604时,可以被加热室604影响以调整至指定温度区间。具体地,在本实施例中,除碳炉体601内的温度应维持在400℃-500℃的温度区间内,加热室604内的温度也应当在400℃-500℃的温度区间内。当通入主路管道631内的高压缩空气低于400℃时,高压缩空气穿过加热室604时会被加热室604加热使得其在进入除碳空间时的温度在400℃-500℃的温度区间内。当通入主路管道631内的高压缩空气高于500℃时,即高于加热室604的温度,高压缩空气在经过加热室604时,其热量会传递到加热室604上,使得温度降低至400℃-500℃的温度区间内。也就是说,加热室604还具有稳定温度的作用。
需要说明的是,在实际使用中,通入主路管道631内的高压缩空气可以采用被加热过的空气,其温度接近指定的温度区间。通过加热室604的设置,调节高压缩空气的温度,使得进入除碳空间内的高压缩气体的温度始终位于指定的温度区间内,进而可以保证除碳效果。
在本实施例中,为了延长高压缩空气在加热室604经过的时间,提高加热室604的温度调节效果,所述主路管道631还可以至少有部分在所述加热室604内折叠为S形。
实施方式十一
本实施方式是基于实施方式十的进一步改进,其改进之处在于:如图6所示,所述温度控制装置还包括:第一温度传感器,设置在所述加热室604内,并与所述第一电加热装置641通信连接。
在实际使用中,可以通过第一温度传感器实时监控加热室604内的温度,并根据需要,通过第一电加热装置641对加热室604进行温度调控。
在本实施例中,所述温度控制装置还包括:
第二电加热装置,所述第二电加热装置设置在所述除碳炉体601内;
第二温度传感器,设置在所述除碳炉体601内,并与所述第二电加热装置通信连接。
具体地,第二电加热装置可以设置有多个,分别对应除碳空间的多个区域,以将除碳空间分成多个温控区域,每一个电加热装置分别对应一个温控区域。而第二温度传感器则分别设置在每一个温控区域内,用于监控对应的温控区域内的温度。在实际应用中,可以通过第二温度传感器实时监控各个温控区域的温度,并根据需要,通过第二电加热装置对其相应的温控区域加热,以实现局部区域温度调控的目的实施方式十二
本实施方式是基于实施方式十一的进一步改进,其改进之处在于,该传送带式除碳炉6,还包括:除碳压力传感器,设置在所述除碳炉体601内并检测炉内压力,所述除碳压力传感器与所述抽气装置和/或所述氧化气体输送装置通信连接,所述抽气装置和/或所述氧化气体输送装置通过控制气体的流量以调节所述除碳炉体601内的压力。
通过除碳压力传感器实时监测炉内压力,并根据炉内压力,控制所述抽气装置和/或所述氧化气体输送装置的气体流量以调节所述除碳炉体601内的压力。
在本实施例中,如图6所示,抽气装置可以包括设置在除碳炉体601上的除碳抽气出口605。该除碳抽气出口605连通炉内空间以供炉内气体排出。
如图8所示,该抽气装置还可以包括:
除碳风机651,与所述除碳压力传感器通信连接,所述除碳风机651对着所述除碳抽气出口605设置;
除碳抽气管道606,连接在所述除碳抽气出口605上,所述除碳风机651安装在所述除碳抽气管道606内,且所述除碳风机651的吹风方向朝着所述除碳抽气出口605的所在方向;
除碳单向阀652,设置在所述除碳抽气管道606内。
其中,除碳风机651设置在除碳抽气出口605内,且朝除碳炉体601外吹。利用设置在除碳炉体601内的除碳压力传感器检测除碳炉体601内的压力,并将检测到的除碳炉体601内的压力与外界压力进行对比。根据对比结果,控制风气的转速以控制除碳抽气出口605的气体流量,进而调节除碳炉体601内的压力,使得除碳炉体601内的压力略小于外界压力,从而使除碳炉体601内处于微负压的状态。
需要说明的是,该除碳抽气管道606可以为除碳炉体601内的气体输送至其他位置的输送管道,也可以为并联在该输送管道一侧的旁路管道。该旁路管道可以连接在一个临时的气体存放设备内。在该实施例中,如图8所示,该除碳抽气管道606是输送管道,用于将反应产生的气体输送至其他位置,除碳风机651直接设置在该输送管道内。
另外,除碳单向阀652的气体流通方向,为从除碳炉体601内向外输送的方向,既能保证向外输送除碳炉体601内的气体的顺利进行,也能避免因气压原因向除碳炉体601内反向输送气体所引发的炉内压力过高的问题。
实施方式十三
该实施方式是基于实施方式十二作出的进一步改进,其改进之处在于,如图6所示,该传送带式除碳炉6,还包括:
除碳出料管道607,连接在所述除碳炉体601上;
所述网带621经所述除碳出料管道607伸出所述除碳炉体601外。
该除碳出料管道607对应着除碳炉体601上的出料口,作为除碳炉体601内部与外界的一个缓冲空间。通过除碳出料管道607的设置,可以降低外界对除碳炉体601内温度的影响,以确保除碳炉体601内部除碳操作的正常进行。
在本实施例中,所述除碳出料管道607与水平面具有第一夹角,且所述第一夹角在10°至35°范围内。
具体地,除碳出料管道607从除碳炉体601的一侧朝着网带621移动的方向向下倾斜至与水平面具有第一夹角。由于热空气上升的原理,当炉内的高温气体位于该除碳出料管道607内时,高温气体在向下倾斜的除碳出料管道607内难以沿除碳出料管道607继续向下移动,在一定程度上可以减少高温气体向外界泄露的情况,且能避免外界气体沿除碳出料管道607进入除碳炉体601内部。
需要说明的是,由于除碳炉体601压力小于外界压力,位于除碳出料管道607内的高温气体会在压力差的作用下被吸进除碳炉体601内部。因此,在温度以及炉内与外界压差的作用下,高温气体在除碳出料管道607内的移动方向为朝向除碳炉体601倾斜向上的。申请人发现,当高温气体在除碳出料管道607内的移动方向与除碳出料管道607的延伸方向相同或相近时,高温气体的泄露情况较少,对外界气体的隔绝效果较好。
因此,在综合考虑以上各种因素,经过申请人的多次实验调整,所述第一夹角在10°至35°范围内为最佳。此时,高温气体在除碳出料管道607内的移动方向与除碳出料管道607的延伸方向相同或相近,高温气体的泄露情况较少,对外界气体的隔绝效果较好,能够有效地节省能源。
实施方式十四
该实施方式是基于实施方式上述的进一步改进,其改进之处在于,如图9所示,该过热蒸汽发生器2,包括内胆21、外胆22、加热件24和温控件25,其中,内胆21具有安装腔,外胆22设于内胆21背离安装腔的一侧,外胆22与内胆21之间具有蒸汽通道,加热件24的至少一部分位于安装腔内,温控件25设在加热件24上。
本申请的过热蒸汽发生器2,包括内胆21、外胆22、加热件24和温控件25。内胆21具有安装腔,外胆22设在内胆21背离安装腔的一侧,其中,指向安装腔中心的一侧为内侧,背离安装腔中心的一侧即为外侧。即外胆22设在内胆21的外侧,且内胆21和外胆22之间具有蒸汽通道,蒸汽通道用于蒸汽流通。能够想到地,蒸汽通道具有入口35和蒸汽出口36,从而令蒸汽在蒸汽通道内流通。
其中,加热件24的至少一部分设在安装腔中,比如,加热件24全部位于安装腔内,能够快速高效地与蒸汽通道内的蒸汽进行换热。或者,加热件24的一部分位于安装腔内,则加热件24的另一部分相对于安装腔外露设置,外露设置的部分加热件24能够方便加热件24的电连接,安全性能更高。值得说明的是,加热件24用于提供热源,加热件24产生的热量能够对蒸汽通道内的水和/或蒸汽进行加热,从而获得满足需求的高温蒸汽。
其中,水和/或饱和蒸汽可以经过入口35进入蒸汽通道内部,水和/或饱和蒸汽在蒸汽通道内部被加热件24产生的热量加热后,变成过热蒸汽,进而再会从蒸汽出口36排出。值得说明的是,饱和蒸汽可以来自于蒸汽锅炉。饱和蒸汽的温度为100℃~200℃,过热蒸汽的含氧量小于0.3%,在常压下过热蒸汽的温度处于400℃~700℃范围内。
举例来说,当水经过入口35进入蒸汽通道内后,通过加热件24产生热量,以对蒸汽通道内的水进行加热,从而生成饱和蒸汽,令加热件24持续对蒸汽通道内进行加热,那么饱和蒸汽会转换成为过热蒸汽,过热蒸汽为含氧量小于0.3%、常压下温度处于400℃~700℃范围内,满足用户需求。
温控件25设在加热件24上,温控件25用于对加热件24的工作参数进行检测,并能够调控加热件24的工作参数,从而能够实现对位于蒸汽通道内的蒸汽温度、蒸汽压力实现控制。其中,加热件24的工作参数包括但不限于加热功率、加热时长。
本申请中提供的过热蒸汽发生器2摒弃了传统压力锅炉制备过热蒸汽的方案,具有使用方便、结构简单且安全性能较高的特点,有效提升了过热蒸汽的应用范围,同时,通过在加热件24上设置温控件25,从而实现了对于加热件24工作参数的控制,使得过热蒸汽发生器2产生的过热蒸汽的参数可控,能够满足不同场景下的需求。
可选地,内胆21由高热导率材质制备而成,在热传递过程中,加热件24产生的热量能够快速通过内胆21传递至蒸汽通道内。一方面提高热效率,另一方面,由于内胆21上热量被蒸汽快速带走,降低内胆21温度,也能够尽量削弱热量对于内胆21自身结构的不利影响,延长内胆21的使用寿命。可选地,内胆21为耐热不锈钢管。
可选地,外胆22由低热导率材质制备而成,降低了蒸汽与外胆22间的热传递而导致的热耗散,提高了热效率。其中,温控件25收集蒸汽通道温度,根据蒸汽通道温度产生导通或断开动作,调节加热件24输出功率,实现对蒸汽温度的控制。可选地,外胆22为耐热不锈钢管。
可选地,加热件24包括第一加热件241和第二加热件242,温控件25设在第一加热件241和/或第二加热件242上。蒸汽通道包括第一蒸汽通道31和第二蒸汽通道32,第一蒸汽通道31包括入口35,第一加热件241用于对第一蒸汽通道31加热,第二蒸汽通道32与第一蒸汽通道31连通,第二蒸汽通道32包括蒸汽出口36,第二加热件242用于对第二蒸汽通道32加热。
在本申请的实施例中,加热件24包括第一加热件241和第二加热件242,蒸汽通道包括第一蒸汽通道231和第二蒸汽通道232,第一加热件241用于对第一蒸汽通道231内的水和/或蒸汽进行加热,第二加热件242用于对第二蒸汽通道232内的水和/或蒸汽进行加热。第一加热件241和第二加热件242的组合使用能够有效提升加热件24的加热效率,使得在单位时间内获得大量过热蒸汽的可能性被大大提高。
其中,温控件25可以设置在第一加热件241上,或者,温控件25设在第二加热件242上,或者,温控件25同时设在第一加热件241和第二加热件242上。温控件25能够对第一加热件241、第二加热件242的工作参数进行调控,从而实现对第一蒸汽通道231、第二蒸汽通道232的温度调控。
关于蒸汽通道,其包括连通的第一蒸汽通道231和第二蒸汽通道232,第一蒸汽通道231具有入口235,第二蒸汽通道232具有蒸汽出口236,也就是说,水和/或饱和蒸汽可以经由入口235,先进入第一蒸汽通道231内,然后再由第一蒸汽通道231向第二蒸汽通道232流动,与此同时,加热件24产生的热量会对第一蒸汽通道231、第二蒸汽通道232内部的水和/或蒸汽进行加热,最后过热蒸汽会从蒸汽出口236排出。
可选地,第二蒸汽通道232的至少一部分相对第一蒸汽通道231曲折延伸。
在本申请的实施例中,第二蒸汽通道232的至少一部分相对于第一蒸汽通道231曲折延伸,即对于蒸汽通道整体而言,其为曲折通道,当水和/或蒸汽在蒸汽通道内流通时,曲折状的蒸汽通道可以延长流通路径、可以延长流通市场,从而令热量交换进行的更加充分彻底,使得最终经由蒸汽出口236排出的过热蒸汽可以达到用户要求。
可选地,第一蒸汽通道231沿第一方向延伸,第二蒸汽通道232包括连通通道233和排汽通道234,排汽通道234通过连通通道233与第一蒸汽通道231连通,排汽通道234沿第一方向延伸,连通通道233沿与第一方向不同的第二方向延伸。
在本申请的实施例中,如图9所示,第一蒸汽通道231沿第一方向延伸,第二蒸汽通道232包括连通通道233和排汽通道234,排汽通道234通过连通通道233与第一蒸汽通道231连通,排汽通道234具有蒸汽出口236。也就是说,连通通道233位于第一蒸汽通道231和排汽通道234之间。其中,排汽通道234与第一蒸汽通道231均沿第一方向延伸,连通通道233沿第二方向延伸,第二方向与第一方向不同,令第二蒸汽通道232为延伸方向不同的两段,从而满足蒸汽通道曲折延伸的需求。
举例来说,第一方向可以为竖直方向,第二方向可以为水平方向,那么对于蒸汽通道而言,其沿竖直面的纵切面则大致呈“U”状。
可选地,在第一蒸汽通道231与连通通道233的连通处,可以设置导向结构,从而减小蒸汽在流通过程中的阻力。
可选地,在连通通道233和排汽通道234的连通处,可以设置导向结构,从而减小蒸汽在流通过程中的阻力。
实施方式十五
本申请发明人发现,当蒸汽通道的外侧的保温性能不够优异时,一部分热量会从蒸汽通道外侧扩散到外部环境中,该部分热量无法作用于蒸汽通道内部的水和/或蒸汽上,造成热量的无谓损失。
为此,本申请的第十五实施例是基于第十四实施方式做出的进一步改进,其改进之处在于,如图9所示,该过热蒸汽发生器2还包括发生器外壳26和第二保温层27,发生器外壳26具有装配腔,内胆21的至少一部分、外胆22的至少一部分位于装配腔内;第二保温层27设于装配腔内,并位于外胆22和发生器外壳26之间。
在本申请的实施方式中,过热蒸汽发生器2还包括发生器外壳26和第二保温层27,发生器外壳26具有装配腔,发生器外壳26能够构成过热蒸汽发生器2的外轮廓,对其内部的结构件起到保护作用。
其中,内胆21的至少一部分位于装配腔内,外胆22的至少一部分位于装配腔内,内胆21和外胆22之间的蒸汽通道位于壳体内部,即位于装配腔内。发生器外壳26自身也能够起到一定的隔热作用,阻隔热量向外传递。
进一步地,发生器外壳26和外胆22之间具有第二保温层27,第二保温层27位于装配腔内,第二保温层27用于阻隔蒸汽通道内部的热量向发生器外壳26的外部传递,使得热量能够汇聚在蒸汽通道内部,从而尽可能地提升蒸汽通道内部水和/或蒸汽的热量提升,避免热量的无谓损失。
可选地,发生器外壳26上设有装配口,加热件24的一部分穿过装配口相对于发生器外壳26外露设置,温控件25相对于发生器外壳26外露设置。
在本申请的实施方式中,发生器外壳26上设有装配口,从而可以令加热件24的一部分穿过装配口,二相对于装配腔外露设置,外露的部分加热件24能够方便温控件25的设置,使得过热蒸汽发生器2的安全使用性能得到提升,削弱蒸汽对电连接部件的干扰。
可选地,过热蒸汽发生器2还包括多个加强筋28,多个加强筋28间隔设在发生器外壳26上。
在本申请的实施方式中,过热蒸汽发生器2还包括多个加强筋28,多个加强筋28间隔设在发生器外壳26上,由于发生器外壳26内部具有加热件24、蒸汽通道等带来热量的部件,那么,对于发生器外壳26自身而言,其内外侧的温差较大,即发生器外壳26的工作环境对其自身的结构强度、结构稳定性提出比较大的考验,通过在发生器外壳26上设置多个加强筋28,从而能够有效保证发生器外壳26的结构稳定性,减小发生器外壳26变形的可能性。
本实施例中,该过热蒸汽发生器2还包括排水组件29,排水组件29能够与蒸汽通道连通。
在本申请的实施方式中,过热蒸汽发生器2包括排水组件29,其与蒸汽通道连通,在过热蒸汽发生器2正常使用过程中,排水组件29关闭,保证蒸汽通道能够排出过热蒸汽。当过热蒸汽发生器2使用结束后,可以打开排水组件29,令蒸汽通道内部的残留水从排水组件29排出,延长过热蒸汽发生器2的使用寿命。
当纤维增强复合材料连续回收系统的控制系统及安全装置失灵的情况下,排水组件29还能够起到泄压的作用,保证了过热蒸汽发生器2运行的安全性能。
可选地,排水组件29位于蒸汽通道的底部。
在本申请的实施例中,排水组件29设在蒸汽通道的底部,残留水能够在重力作用下通过排水组件29排向外部,无需额外的结构来引出残留水。
可选地,排水组件29包括排水阀门。
实施方式十六
该实施方式是基于上述实施方式做出的进一步改进,如图所示,其改进之处在于,如图10所示,热能转换燃烧炉33包括转换炉壳310、第一烧嘴312、第二烧嘴313和第三排气组件314,转换炉壳310具有转换炉腔311,第一烧嘴312设在转换炉壳310上并与转换炉腔311连通,第一烧嘴312用于点燃裂解气,第二烧嘴313设在转换炉壳310上并与转换炉腔311连通,第二烧嘴313用于点燃燃气,第三排气组件314设在转换炉壳310上并与转换炉腔311连通。
本申请的热能转换燃烧炉3,用于纤维增强复合材料连续回收系统,其中,热能转换燃烧炉3包括转换炉壳310、第一烧嘴312、第二烧嘴313和第三排气组件314,其中,转换炉壳310具有转换炉腔311,转换炉腔311提供燃烧空间。第一烧嘴312设在转换炉壳310上,第一烧嘴312与转换炉腔311连通,第一烧嘴312用于点燃裂解气,即裂解气会在第一烧嘴312处被点燃。第二烧嘴313设在转换炉壳310上,第二烧嘴313与转换炉腔311连通,第二烧嘴313用于点燃燃气,即燃气会在第二烧嘴313处被点燃。在第一烧嘴312和第二烧嘴313的配合下,裂解气在转换炉腔311内可以得到充分有效的燃烧,从而获得洁净的热源,热源可以通过第三排气组件314排放,洁净的热源不会造成环境污染的问题,也能够降低成本。对于洁净热源的具体去向,其可以直接排向外部环境,或者是,可以直接将洁净热源输送至纤维增强复合材料连续回收系统的其他部件处,从而能够降低废弃物回收的成本,适应于产业的可持续、绿色、低碳发展趋势。
值得说明的是,纤维增强复合材料连续回收系统用于碳纤维增强复合材料,裂解气为可燃有机小分子气体。燃气包括天然气或者煤气。洁净的热源包括无毒的高温热气。
其中,热能转换燃烧炉3还包括底座320,底座320设在转换炉壳310的底部,用以支撑转换炉壳310。
在热能转换燃烧炉3的工作过程中,在前期时没有裂解气,可以采用第二烧嘴313向转换炉腔311内通入燃气并点燃,使得裂解气在进入转换炉腔311内时,转换炉腔311内的温度可以打到预设温度,有利于裂解气能够充分燃烧反应。随着裂解气大量产生,第一烧嘴312处的裂解气足够满足燃烧使用,此时可以控制第二烧嘴313处的燃气停止供应,或者是少量供应维持长明火。也就是说,在热能转换燃烧炉3的不同工作阶段,可以控制第一烧嘴312、第二烧嘴313的工作参数,从而满足不同阶段裂解气流量不同时的燃烧需求,使得热能转换燃烧炉3的通用性更加优异,满足不同使用场景的需求。
可选地,第一烧嘴312和第三排气组件314设在转换炉壳310上相对的两侧壁上。
在本申请的实施例中,转换炉壳310具有相对的两侧壁,比如,转换炉壳310的前侧壁、转换炉壳310的后侧壁,或者,转换炉壳310的左侧壁、转换炉壳310的右侧壁,第一烧嘴312和第三排气组件314分别设在相对的两侧壁上,当裂解气在第一烧嘴312处被点燃时,裂解气能够在转换炉腔311中尽可能地充分燃烧,杜绝未充分燃烧的裂解气从第三排气组件314处排出的可能性,使得到达第三排气组件314处的气体均为洁净高温气体,而非有毒害气体。
可选地,第二烧嘴313设置在转换炉壳310的顶壁上。
在本申请的实施例中,第二烧嘴313设置在转换炉壳310的顶壁上,第一烧嘴312和第三排气组件314设在转换炉壳310上沿前后方向的相对的两个侧壁上,即第一烧嘴312、第二烧嘴313和第三排气组件314分别设在转换炉壳310的不同壁面上,令热能转换燃烧炉3的结构布局更加合理化,避免第一烧嘴312、第二烧嘴313和第三排气组件314集中布设而可能存在的结构强度降低等问题。
可选地,第三排气组件314包括至少两个排气口和切换阀,至少两个排气口设在转换炉壳310上,切换阀设在至少两个排气口处,至少两个排气口能够通过切换阀实现与转换炉腔311的导通。
在本申请的实施例中,第三排气组件314包括至少两个排气口和切换阀,对于裂解气经过充分燃烧后生成的洁净热源,即高温热气,高温热气的去向可以有多种选择,满足高温热气的分配利用。比如,可以输送至纤维增强复合材料连续回收系统的其他部件,举例来说,当废弃物再生设备还包括过热蒸汽发生器2、连续热解炉时,则高温热气可以选择地被输送至过热蒸汽发生器2和/或连续热解炉处,可以作为过热蒸汽发生器2、连续热解炉的热源或者补充热源来使用。
举例来说,切换阀可以包括电动联动蝶阀。
其中,第三排气组件314还包括压力传感器,进一步满足高温热气的分配利用。
当排气口的数量为两个时,则一个排气口与过热蒸汽发生器2通过管道连通,另一个排气口可以通过管道与连续热解炉连通,转换炉腔311可以通过切换阀实现与两个排气口中的至少一个排气口连通,使得在不同的工作阶段,可以通过切换阀来调节连通模式。具体来说,转换炉腔311可以只与过热蒸汽发生器2和连续热解炉中的一者连通,或者是,转换炉腔311可以与过热蒸汽发生器2和连续热解炉均连通,可以根据实际需求进行设置,切换阀的设置为实际需求提供多种选择。
实施方式十七
本申请的第十七实施例基于第十六实施方式作出了进一步的改进,具体为:如图10所示,热能转换燃烧炉3还包括保险帽316,保险帽316设在转换炉壳310上。
在本申请的实施例中,当控制组件15对于转换炉腔311的内部压力的控制失效时,导致转换炉腔311的内部压力过高时,则可以通过保险帽316来实现物理手段自动泄压,进一步保证了热能转换燃烧炉3运行的安全性。
本申请发明人发现,当热能转换燃烧炉3使用后,用于输送裂解气的管道内常常会有积水,如果积水不能够清除时,则容易影响裂解气的输送效率、以及纤维增强复合材料连续回收系统的处理效率。
有鉴于此,热能转换燃烧炉3还包括滴液孔317,滴液孔317设在转换炉壳310上。
在本申请的实施例中,裂解气通过管道输送至第一烧嘴312处,管道内容易产生积水,通过在转换炉壳310上设置滴液孔317,可以令管道内的积水通过滴液孔317被排入转换炉腔311内,在900℃温度下达到对其洁净处理,解决管道内积水的问题,保证纤维增强复合材料连续回收系统的完整性,不存在裂解气外泄露的问题,保证裂解气的输送效率以及纤维增强复合材料连续回收系统的处理效率不受影响。
本申请发明人发现,当热能转换燃烧炉3的保温性能不够优异时,转换炉腔311内的热量会从转换炉壳310向外扩散,该部分热量无法作用于裂解气的有效分解,造成热量的无谓损失。
为此,热能转换燃烧炉3还包括第三保温层318,第三保温层318设在转换炉壳310的内壁上。
在本申请的实施例中,第三保温层318设在转换炉壳310的内壁上,裂解气会在第三保温层318形成的燃烧区内进行充分燃烧,产生的热量无法轻易透过第三保温层318向外部环境传递,令裂解气在稳定的温度环境下进行有效分解,从而形成洁净的高温热气,避免对环境造成污染,同时,也能够尽可能地提供温度较高的洁净热源,对纤维增强复合材料连续回收系统的其他部件提供足够的热源支持,提升回收利用率。
本申请发明人发现,当热能转换燃烧炉3的转换炉腔311不具有可视化性能时,难以在燃烧过程中及时发现问题,往往由于无法及时发现问题而造成严重后果,且不方便维修处理,人员操作。
为此,转换炉壳310上设有透视窗319,透视窗319可拆卸地设在转换炉壳310上。
在本申请的实施例中,转换炉壳310上设有透视窗319,透视窗319可以实现转换炉腔311内部的可视化,用户可以通过透视窗319直观地观察到转换炉腔311内部的燃烧状态,如果燃烧过程存在异常,能够及时对其进行处理,比如,立即停机,以免造成严重后果。
进一步地,透视窗319可拆卸地设在转换炉壳310上,当用户需要对转换炉腔311内的部件进行维修时,可以通过透视窗319进行修理,简化维修难度。
对于本领域技术人员而言,显然本申请不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本申请。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种纤维增强复合材料连续回收系统,其特征在于,包括:
传送带式热解炉,所述传送带式热解炉的传送带与上料装置连接,所述传送带的进出口处设置有气帘装置,所述气帘装置用于释放过热蒸汽以产生气帘并加热纤维增强复合材料;
过热蒸汽发生器,与所述传送带式热解炉的气帘装置连接,用于向所述气帘装置输送过热蒸汽;
热能转换燃烧炉,与所述传送带式热解炉的裂解气体出口连接,用于点燃来自传送带式热解炉的裂解气体;所述热能转换燃烧炉还与所述过热蒸汽发生器连接,用于将燃烧后的热源气体送入所述过热蒸汽发生器,以便所述过热蒸汽发生器生产所述过热蒸汽;
传送带式除碳炉,与所述传送带式热解炉连接,用于对经所述传送带式热解炉热解过后的纤维曾倩复合材料进行除碳处理,输出纤维原丝。
2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其特征在于,所述传送带式热解炉包括:
热解炉体和穿过所述热解炉体设置的传送带;
裂解气抽气装置,设置在所述热解炉体上,用于抽出热解炉体内的所述纤维增强复合材料热解产生的裂解气体;
气帘装置,设置在所述传送带的进出口处,所述气帘装置用于释放过热蒸汽以产生气帘并加热纤维增强复合材料。
3.根据权利要求2所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其特征在于,所述传送带包括:
进料侧、出料侧和中央传送部,所述中央传送部的支撑物料的部位的高度大于所述进料侧的部位;
热解进料管道和热解出料管道,分别连接在所述热解炉体上;
所述传送带经所述热解进料管道进入所述热解炉体内,再经所述热解出料管道伸出热解炉体外;
所述热解进料管道与水平面具有第一夹角,且所述第一夹角在10°至35°范围内。
4.根据权利要求3所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其特征在于,
所述气帘装置包括:
进气气帘机构,设置在所述热解进料管道内;
所述进气气帘机构包括若干个气帘喷头,所述气帘喷头向着所述传送带的所在方向释放过热蒸汽以产生气帘并加热所述纤维增强复合材料;
所述气帘喷头沿着所述传送带的运动方向被间隔设置成至少两排,且处于相邻的两排的所述气帘喷头的喷气方向彼此交错。
5.根据权利要求4所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其特征在于,还包括设置在所述热解炉体内的裂解管道;
所述裂解管道的两端分别与所述热解进料管道和热解出料管道连接;
所述传送带穿过所述裂解管道,所述纤维增强复合材料在所述裂解管道内发生裂解;
所述裂解管道与热解炉体之间具有加热腔,所述裂解气抽气装置穿过所述加热腔与所述裂解管道连接;
所述加热腔内设置有辅助加热装置;
所述辅助加热装置包括:
热源进口,穿过所述热解炉体的外壁并与所述加热腔连接,用于向所述加热腔通入高温气体以加热所述裂解管道;
热源出口,穿过所述热解炉体的外壁并与所述加热腔连接,用于排出所述高温气体;
电加热组件,设于所述热解炉体的内壁并能加热至少部分所述裂解管道;
第三温度传感器,用于测量所述裂解管道内的温度,所述第三温度传感器与所述电加热组件通讯连接。
6.根据权利要求5所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其特征在于,所述裂解气抽气装置包括:
裂解气体出口,设置在所述热解炉体上,与所述裂解管道连通,用于释放裂解气体;
压力控制器,与所述裂解气体出口连接,并通过控制所述裂解气体出口的气体流量以调节所述裂解管道内的气压;
所述压力控制器包括:
热解压力传感器,设置在所述裂解管道内并检测所述裂解管道内的压力;
热解风机,与所述热解压力传感器通信连接,所述热解风机对着所述裂解气体出口设置;
泄压管道,连接在所述裂解气体出口上,所述热解风机安装在所述泄压管道内,且所述热解风机的吹风方向朝着所述裂解气体出口的所在方向;
热解单向阀,设置在所述泄压管道内。
7.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其特征在于,所述传送带式除碳炉包括:
除碳炉体和穿过所述除碳炉体设置的传送带装置;
温度控制装置,接入所述除碳炉体,并调节所述除碳炉体的温度;
氧化气体输送装置,包括若干条接入所述除碳炉体内的除碳送气管道,用于向所述除碳炉体内通入氧化气体;
抽气装置,设置在所述除碳炉体顶部,用于抽出除碳炉体内的气体,所述抽气装置使所述除碳炉体内保持为负压状态。
8.根据权利要求7所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其特征在于,所述传送带装置包括:
网带,所述网带上具有多个透气孔:
除碳驱动机构,用于驱动所述网带沿所述除碳炉体的长度方向运动;
所述除碳送气管道接入所述网带的下方,并向着所述网带的所在方向输送所述氧化气体;
所述除碳送气管道包括:
若干根主路管道,所述主路管道自所述除碳炉体外部接入所述除碳炉体;
至少两根支路管道,所述支路管道沿所述网带的长度方向或宽度方向间隔布置,所述支路管道上设置有沿自身长度方向分布的多个喷气口。
9.根据权利要求8所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其特征在于,
所述温度控制装置包括:
加热室,所述加热室设置在所述除碳炉体的内壁,所述加热室内设置有第一电加热装置,所述第一电加热装置用于加热所述除碳炉体内部空间;所述主路管道穿过所述加热室并经由所述加热室加热,所述主路管道至少有部分在所述加热室内折叠为S形;
第一温度传感器,设置在所述加热室内,并与所述第一电加热装置通信连接;
第二电加热装置,所述第二电加热装置设置在所述除碳炉体内;
第二温度传感器,设置在所述除碳炉体内,并与所述第二电加热装置通信连接。
10.根据权利要求9所述的纤维增强复合材料连续回收系统,其特征在于,还包括:除碳压力传感器,设置在所述除碳炉体内并检测炉内压力,所述除碳压力传感器与所述抽气装置和/或所述氧化气体输送装置通信连接,所述抽气装置和/或所述氧化气体输送装置通过控制气体的流量以调节所述除碳炉体内的压力;
除碳出料管道,连接在所述除碳炉体上;
所述网带经所述除碳出料管道伸出所述除碳炉体外;
所述除碳出料管道与水平面具有第一夹角,且所述第一夹角在10°至35°范围内。
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CN115824770A (zh) * 2022-12-06 2023-03-21 西北工业大学太仓长三角研究院 一种用于测量复合材料性能的试验工装

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