CN117212799A - 再生处理炉和废弃物再生处理设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种再生处理炉和废弃物再生处理设备，再生处理炉包括炉壳、炉腔、进气组件、第一排气组件、第二排气组件和加热装置，炉腔设于炉壳内，炉腔用于容置纤维增强复合材料废弃物；进气组件设在炉壳上，并与炉腔连通，进气组件用于输入过热蒸汽或热空气；第一排气组件设在炉壳上，并与炉腔连通；第二排气组件设在炉壳上，并与炉腔连通，第二排气组件用于排出裂解气；加热装置设在炉壳上，加热装置和/或过热蒸汽能够对炉腔的内部加热。本申请中再生处理炉的热源包括加热装置和过热蒸汽，与此同时过热蒸汽也可以作为废弃物热分解过程中的保护气氛，能够有效降低能源消耗，也能够保证热分解的效率，令纤维能够被很好地收集，提升回收率。

Description

再生处理炉和废弃物再生处理设备

技术领域

本申请涉及废弃物再生处理设备领域，特别地涉及一种再生处理炉和废弃物再生处理设备。

背景技术

目前，常采用高温焚烧的方式来对废弃物进行处理，然而，现有的焚烧炉在焚烧过程中能耗过高，投资成本过大，且在焚烧过程中对可提取物质的回收率低下，使得回收经济过低。

发明内容

为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本申请的第一方面提供了一种再生处理炉，用于纤维增强复合材料废弃物，再生处理炉包括：

炉壳；

炉腔，设于炉壳内，炉腔用于容置纤维增强复合材料废弃物；

进气组件，设在炉壳上，并与炉腔连通，进气组件用于输入过热蒸汽或热空气；

第一排气组件，设在炉壳上，并与炉腔连通；

第二排气组件，设在炉壳上，并与炉腔连通，第二排气组件用于排出裂解气；

加热装置，设在炉壳上，加热装置和/或过热蒸汽能够对炉腔的内部加热。

本申请的再生处理炉包括炉壳、炉腔、进气组件、第一排气组件、第二排气组件和加热装置，炉腔设在炉壳内部，炉腔用于提供燃烧空间，纤维增强复合材料废弃物放置在炉腔中，并在炉腔中完成回收处理。

其中，炉壳上设置有进气组件，进气组件与炉腔连通，当再生处理炉处于不同的工作阶段时，进气组件可以选择性地通入过热蒸汽或者热空气。再生处理炉包括第一阶段和第二阶段，处于第一阶段时，过热蒸汽通过进气组件被输送至炉腔中，过热蒸汽可以作为加热热源和无氧保护介质，可以为位于炉腔中的纤维增强复合材料废弃物进行无氧保护和加热，可以使得纤维增强复合材料废弃物中的树脂基体全部气化，实现纤维与基体树脂之间的分离。处于第二阶段时，停止输入过热蒸汽，而转向炉腔内输入热空气，通过输入高温的空气热流使得气化后的纤维的表面积碳完全清除，从而令回收后的再生纤维上无积碳残留，表面干净，回收的再生碳纤维强度可以达到原生碳纤维的90％以上。

其中，在炉壳上还设有第一排气组件和第二排气组件，第一排气组件用于保证炉腔中的压力平衡，保证炉腔内除裂解气以外其他气体的循环。第二排气组件用于向外排出裂解气，裂解气是指纤维增强复合材料废弃物中树脂基体分解所产生的可燃有机小分子气体，即裂解气为有毒害气体。当然，这里所指的将裂解气通过第二排气组件排出是指相对于炉腔的排出，裂解气会排向既定的位置，比如热能转换燃烧炉中，可以将有毒害的裂解气转变为洁净的高温热气，高温热气可以用于为再生处理炉提供热源。而裂解气不会被排向外部环境，不会造成环境污染。也就是说，纤维增强复合材料废弃物在炉腔内燃烧分解所产生的有毒害气体会单独从第二排气组件处引导出，与用于维持颅腔内压力平衡的第一排气组件相互独立，便于精准控制，也能够简化有毒害气体的后续处理。

本申请中再生处理炉的炉壳上还设有加热装置，加热装置也能够对炉腔的内部进行加热，过热蒸汽不仅能够对炉腔的内部进行加热，而且也可以作为纤维增强复合材料废弃物热分解过程中的保护气氛，能够有效降低能源消耗，也能够保证热分解的效率，令纤维能够被很好地收集，提升回收率。

值得说明的是，过热蒸汽的产生可以依赖于过热蒸汽发生器，而从第二排气组件中排出的裂解气所转换的热源可以用于对过热蒸汽发生器进行加热以利于产生过热蒸汽。

可选地，再生处理炉还包括控制组件，控制组件设在炉壳上，控制组件用于调控炉腔的内部温度和/或炉腔内的内部压力。

可选地，再生处理炉还包括内壳，内壳设在炉壳的内部，内壳具有炉腔，内壳和炉壳之间具有与炉腔不连通的加热室，加热装置位于加热室内；控制组件包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器用于检测炉腔内的温度，第二温度传感器用于检测加热室内的温度。

可选地，再生处理炉还包括补热进气口，补热进气口设在炉壳上，并与加热室连通。

可选地，炉壳的一侧具有料口；再生处理炉还包括：炉门和密封件，炉门活动设在炉壳上，以开闭料口；密封件设在炉门上，在炉门封闭料口的情况下，密封件夹设在炉门和炉壳之间。

可选地，再生处理炉还包括冷却组件，冷却组件设在密封件的一侧。

可选地，再生处理炉还包括保温层，保温层设于内壳和炉壳之间。

可选地，进气组件和第二排气组件设在炉壳背离炉门的一侧，第一排气组件设在炉壳的顶部。

可选地，加热装置包括多个加热部，多个加热部围绕炉腔均匀设置。

本申请的第二方面提供了一种废弃物再生处理设备，包括上述任一项技术方案所述的再生处理炉。

本申请中的废弃物再生处理设备包括上述任一技术方案中提供的再生处理炉，因而具有该再生处理炉的全部有益效果，在此不再赘述。

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再生处理炉的结构示意图。

图中的附图标记及名称如下：

10、炉壳；11、炉腔；12、内壳；13、加热室；

14、进气组件；

15、第一排气组件；

16、第二排气组件；

17、加热装置；

18、控制组件；

19、炉门；

20、保温层；

21、料车；22、纤维增强复合材料废弃物。

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，现有技术中常采用高温焚烧的方式来对废弃物进行处理，然而，现有的焚烧炉在焚烧过程中能耗过高，投资成本过大，且在焚烧过程中对可提取物质的回收率低下，使得回收经济过低。

有鉴于此，参考下图1，本申请所提供的再生处理炉，加热装置17和过热蒸汽均可以作为热源，与此同时过热蒸汽也可以作为纤维增强复合材料废弃物22热分解过程中的保护气氛，能够有效降低能源消耗，也能够保证热分解的效率，令纤维能够被很好地收集，提升回收率。

实施方式一

本申请第一方面的实施例提供了一种再生处理炉，用于纤维增强复合材料废弃物22，再生处理炉包括炉壳10、炉腔11、进气组件14、第一排气组件15、第二排气组件16和加热装置17，炉腔11设于炉壳10内，炉腔11用于容置纤维增强复合材料废弃物22；进气组件14设在炉壳10上，并与炉腔11连通，进气组件14用于输入过热蒸汽或热空气；第一排气组件15设在炉壳10上，并与炉腔11连通；第二排气组件16设在炉壳10上，并与炉腔11连通，第二排气组件16用于排出裂解气；加热装置17设在炉壳10上，加热装置17和/或过热蒸汽能够对炉腔11的内部加热。

本申请的再生处理炉包括炉壳10、炉腔11、进气组件14、第一排气组件15、第二排气组件16和加热装置17，炉腔11设在炉壳10内部，炉腔11用于提供燃烧空间，纤维增强复合材料废弃物22放置在炉腔11中，并在炉腔11中完成回收处理。

其中，炉壳10上设置有进气组件14，进气组件14与炉腔11连通，当再生处理炉处于不同的工作阶段时，进气组件14可以选择性地通入过热蒸汽或者热空气。再生处理炉包括第一阶段和第二阶段，处于第一阶段时，过热蒸汽通过进气组件14被输送至炉腔11中，过热蒸汽可以作为加热热源和无氧保护介质，可以为位于炉腔11中的纤维增强复合材料废弃物22进行无氧保护和加热，可以使得纤维增强复合材料废弃物22中的树脂基体全部气化，实现纤维与基体树脂之间的分离。处于第二阶段时，停止输入过热蒸汽，而转向炉腔11内输入热空气，通过输入高温的空气热流使得气化后的纤维的表面积碳完全清除，从而令回收后的再生纤维上无积碳残留，表面干净，回收的再生碳纤维强度可以达到原生碳纤维的90％以上。值得说明的是，在第二阶段中，热空气的来源可以由单独的热空气输送装置来提供，也可以由热能转换燃烧炉来提供。

其中，在炉壳10上还设有第一排气组件15和第二排气组件16，第一排气组件15用于保证炉腔11中的压力平衡，保证炉腔11内除裂解气以外其他气体的循环。第二排气组件16用于向外排出裂解气，裂解气是指纤维增强复合材料废弃物22中树脂基体分解所产生的可燃有机小分子气体，即裂解气为有毒害气体。当然，这里所指的将裂解气通过第二排气组件16排出是指相对于炉腔11的排出，裂解气会排向既定的位置，比如热能转换燃烧炉中，可以将有毒害的裂解气转变为洁净的高温热气，高温热气可以用于为再生处理炉提供热源。而裂解气不会被排向外部环境，不会造成环境污染。也就是说，纤维增强复合材料废弃物22在炉腔11内燃烧分解所产生的有毒害气体会单独从第二排气组件16处引导出，与用于维持颅腔内压力平衡的第一排气组件15相互独立，便于精准控制，也能够简化有毒害气体的后续处理。

本申请中再生处理炉的炉壳10上还设有加热装置17，加热装置17也能够对炉腔11的内部进行加热，过热蒸汽不仅能够对炉腔11的内部进行加热，而且也可以作为纤维增强复合材料废弃物22热分解过程中的保护气氛，能够有效降低能源消耗，也能够保证热分解的效率，令纤维能够被很好地收集，提升回收率。

值得说明的是，过热蒸汽的产生可以依赖于过热蒸汽发生器，而从第二排气组件16中排出的裂解气所转换的热源可以用于对过热蒸汽发生器进行加热以利于产生过热蒸汽。

可选地，再生处理炉还包括控制组件18，控制组件18设在炉壳10上，控制组件18用于调控炉腔11的内部温度和/或炉腔11内的内部压力。

在本申请的实施例中，再生处理炉还包括控制组件18，控制组件18设在炉壳10上，控制组件18用于调控炉腔11的内部温度，从而保证位于炉腔11内部的纤维增强复合材料废弃物22能够在合适的温度下，纤维可以与树脂基体分离，实现再生纤维的回收。

具体来说，在第一阶段下，当再生处理炉用于纤维增强复合材料废弃物22时，则通入再生处理炉的炉腔11中的过热蒸汽为微氧、常压的400℃～700℃的过热蒸汽，过热蒸汽对碳纤维增强复合材料进行无氧保护和加热，加热时间为1～6h，可以使得纤维增强复合材料废弃物22中的树脂基体全部气化，实现碳纤维增强复合材料废弃物22中纤维丝与树脂基体的分离。其中，纤维包括碳纤维。

在第二阶段下时，通过控制组件18可以控制炉腔11内的温度在400℃～500℃，输入热压缩空气，通过高温的空气热流可以令气化后的纤维增强复合材料废弃物22表面的积碳完全清除，回收的再生碳纤维无积碳残留，表面干净，回收的再生碳纤维强度可以打到原生碳纤维的90％以上。

也就是说，再生处理炉在工作过程中，其内部的温度、压力并不是一成不变的，而是随着阶段不同而发生调整，而控制组件18正式能够保证炉腔11内部的温度、压力能够在合理的范围内，令纤维增强复合材料的废弃物中碳纤维的回收效率得到大大提升。

可选地，再生处理炉还包括内壳12，内壳12设在炉壳10的内部，内壳12具有炉腔11，内壳12和炉壳10之间具有与炉腔11不连通的加热室13，加热装置17位于加热室13内；控制组件18包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器用于检测炉腔11内的温度，第二温度传感器用于检测加热室13内的温度。

在本申请的实施例中，再生处理炉还包括内壳12，内壳12设在炉壳10的内部，可以理解的是，内壳12内套于炉壳10内，内壳12能够形成炉腔11，即纤维增强复合材料废弃物22放置于内壳12的内部，内壳12和炉壳10之间，即内壳12的外壁和炉壳10的内壁之间具有加热室13，加热室13与炉腔11为相对独立的两个空间，二者之间通过内壳12相互隔绝，加热装置17设在加热室13内，加热装置17在加热室13内发热，热量会通过内壳12传递至炉腔11内部，从而实现对炉腔11内部的纤维增强复合材料废弃物22进行加热的目的。

其中，控制组件18包括第一温度传感器和第二温度传感器，第一温度传感器用于检测炉腔11内的温度，具体地，第一温度传感器的数量为2个，2个第一温度传感器分别设在内壳12的两侧。第二温度传感器用于检测加热室13的温度，具体地，第二温度传感器的数量为2个，2个第二温度传感器分别设在加热室13的前后两边，也就是说，温度传感器的数量总共为4个。由于炉腔11内的温度也是靠加热室13提供的热量来控制的，所以，炉腔11和加热室13的温度是相互关联的，为了实现炉腔11中温度的精准控制，所以采用第一温度传感器、第二温度传感器，分别检测炉腔11、加热室13内的温度，最大化地消除加热过程中的温度惰性，从而实现炉腔11内温度的均匀分布。

可选地，再生处理炉还包括补热进气口，补热进气口设在炉壳10上，并与加热室13连通。

在本申请的实施例中，碳纤维增强复合材料废弃物22在炉腔11内燃烧，生成的裂解气会通过第二排气组件16排向热能转换燃烧炉内，裂解气在热能转换燃烧炉内经过充分燃烧，会转换成伟洁净的高温热气，洁净的高温热气可以通过补热进气口进入到加热室13内，从而对炉腔11的内部进行加热，使得裂解气产生的热能能够循环利用，有效降低成本，符合绿色、环保的发展趋势。

实施方式二

本申请发明人发现，当炉腔11的密封性能、加热室13的密封性能不能得到保证时，不仅无法对炉腔11内的纤维增强复合材料废弃物22进行有效热分解，还可能造成纤维增强复合材料废弃物22在裂解过程中产生的废弃泄露、存在环境污染的问题。

为此，本申请的第二实施例提出来一种再生处理炉，其中，炉壳10的一侧具有料口；再生处理炉还包括炉门19和密封件，炉门19活动设在炉壳10上，以开闭料口；密封件设在炉门19上，在炉门19封闭料口的情况下，密封件夹设在炉门19和炉壳10之间。

在本申请的实施例中，炉壳10的一侧具有料口，纤维增强复合材料废弃物22可以通过料车21从料口被运送至炉腔11内。再生处理炉还包括炉门19和密封件，炉门19活动设在炉壳10上，炉门19相对于炉壳10运动，从而实现料口的打开或关闭。其中，密封件设在炉门19上，在炉门19封闭料口的情况下，密封件夹设在炉门19和炉壳10之间，密封件能够有效对炉门19和炉壳10之间的缝隙进行密封，使得再生处理炉在工作过程中，裂解过程中的气体不会沿着炉门19一侧向外泄露，保证再生处理炉的安全使用性能。

可选地，密封件为锁圈式密封结构，密封性能优异。

可选地，再生处理炉还包括冷却组件，冷却组件设在密封件的一侧，冷却组件能够对密封件进行冷却，避免密封件由于温度过高而导致的损毁问题。

可选地，冷却组件为水冷组件，成本低廉，易于实现。

值得说明的是，在炉门19关闭时，可以通过液压系统使得炉门19、密封件紧密压实在炉壳10、内壳12上，使得炉腔11内的气体难以从炉门19一侧向外泄露。

实施方式三

本申请发明人发现，当再生处理炉的保温性能不够优异时，炉腔11内的热量会从炉壳10向外扩散，该部分热量无法作用于纤维增强复合材料废弃物22的有效裂解，造成热量的无谓损失。

为此，本申请的第三实施例提出来一种再生处理炉，再生处理炉还包括保温层20，保温层20设于内壳12和炉壳10之间。

在本申请的实施方式中，保温层20设在炉壳10的内壁上，纤维增强复合材料废弃物22会在保温层20形成的燃烧区内进行充分燃烧，产生的热量无法轻易透过保温层20向外部环境传递，令纤维增强复合材料废弃物22在稳定的温度环境下进行有效裂解，使得纤维增强复合材料废弃物22中的树脂基体能够有效气化，生成裂解气，利于碳纤维的提取。

可选地，进气组件14和第二排气组件16设在炉壳10背离炉门19的一侧，第一排气组件15设在炉壳10的顶部。

在本申请的实施方式中，进气组件14和第二排气组件16设在炉壳10背离炉门19的一侧，即进气组件14和第二排气组件16可以设在炉壳10的背侧，第一排气组件15设在炉壳10的顶部，使得进气组件14、第二排气组件16和第一排气组件15能够合理地分布在炉壳10上，避免对结构强度造成过于明显的影响。

可选地，加热装置17包括多个加热部，多个加热部围绕炉腔11均匀设置。

在本申请的实施方式中，加热装置17包括多个加热部，可选地，加热部包括电加热管。多个加热部围绕炉腔11均匀设置，从而形成有效加热区域能够从上到下垂直分布在形成炉腔11的内壳12外侧两旁，为炉腔11内部能够提供更加均匀的热量。

值得说明的是，对于炉腔11内部的纤维增强复合材料废弃物22的加热热源，可以包括过热蒸汽、加热装置17和从补热进气口进入加热室13的洁净高温热气。当炉腔11内的纤维增强复合材料废弃物22在反应的初始阶段，裂解气还未产生时，或者是裂解气的流量比较小时，则热源主要由加热装置17提供，当裂解气产生后并通过热能转换炉转换为洁净高温热气时，高温热气被输送至加热室13内，高温热气作为主要热源，此时，加热装置17可以作为辅助热源，加热装置17和高温热气同时使用，为纤维增强复合材料废弃物22的热裂解提供足够的热量。

实施方式四

本申请的第二方面提供了一种废弃物再生处理设备，包括上述任一项实施例所述的再生处理炉。

本申请中的废弃物再生处理设备包括上述任一实施例中提供的再生处理炉，因而具有该再生处理炉的全部有益效果，在此不再赘述。

可选地，废弃物再生设备用于纤维增强复合材料废弃物22的再生处理。

由过热蒸汽发生器产生的高温过热蒸汽通过管道由进气组件14进入炉腔11内部，对放置在炉腔11内的纤维增强复合材料废弃物22进行加热和无氧保护，纤维增强复合材料废弃物22中的树脂基体随着温度的升高而逐步汽化分解，实现纤维增强复合材料废弃物22中碳纤维丝与树脂基体的分离。树脂基体分解的裂解气，即可燃有机小分子气体和过热蒸汽混合物会由第二排气组件16排向热能转换燃烧炉内。

裂解气在热能转换炉内充分燃烧之后生成高温洁净热源，高温洁净热源可以被输送至再生处理炉的加热室13内，也可以被输送至过热蒸汽发生器中，实现热能的循环利用。

值得说明的是，再生处理炉内为常压或微负压，为无氧/贫氧状态，确保了再生处理过程中产生的有机废气不会因为高温而产生安全隐患。且可以批量处理不同规格的纤维增强复合材料废弃物22，使用热能转换燃烧路提供的洁净热源进行辅助加热，运行成本低，回收得到干净、无积碳残留，强度达到原生碳纤维的90％以上的再生纤维。

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)

1.一种再生处理炉，其特征在于，用于纤维增强复合材料废弃物(22)，所述再生处理炉包括：

炉壳(10)；

炉腔(11)，设于所述炉壳(10)内，所述炉腔(11)用于容置所述纤维增强复合材料废弃物(22)；

进气组件(14)，设在所述炉壳(10)上，并与所述炉腔(11)连通，所述进气组件(14)用于输入过热蒸汽或热空气；

第一排气组件(15)，设在所述炉壳(10)上，并与所述炉腔(11)连通；

第二排气组件(16)，设在所述炉壳(10)上，并与所述炉腔(11)连通，所述第二排气组件(16)用于排出裂解气；

加热装置(17)，设在所述炉壳(10)上，所述加热装置(17)和/或过热蒸汽能够对所述炉腔(11)的内部加热。

2.根据权利要求1所述的再生处理炉，其特征在于，所述再生处理炉还包括：

控制组件(18)，设在所述炉壳(10)上，所述控制组件(18)用于调控所述炉腔(11)的内部温度和/或所述炉腔(11)内的内部压力。

3.根据权利要求2所述的再生处理炉，其特征在于，所述再生处理炉还包括：

内壳(12)，设在所述炉壳(10)的内部，所述内壳(12)具有所述炉腔(11)，所述内壳(12)和所述炉壳(10)之间具有与所述炉腔(11)不连通的加热室(13)，所述加热装置(17)位于所述加热室(13)内；

所述控制组件(18)包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器用于检测所述炉腔(11)内的温度，所述第二温度传感器用于检测所述加热室(13)内的温度。

4.根据权利要求3所述的再生处理炉，其特征在于，所述再生处理炉还包括：

补热进气口，设在所述炉壳(10)上，并与所述加热室(13)连通。

5.根据权利要求3所述的再生处理炉，其特征在于，

所述炉壳(10)的一侧具有料口；

所述再生处理炉还包括：

炉门(19)，活动设在所述炉壳(10)上，以开闭所述料口；

密封件，设在所述炉门(19)上，在所述炉门(19)封闭所述料口的情况下，所述密封件夹设在所述炉门(19)和所述炉壳(10)之间。

6.根据权利要求5所述的再生处理炉，其特征在于，所述再生处理炉还包括：

冷却组件，设在所述密封件的一侧。

7.根据权利要求5所述的再生处理炉，其特征在于，所述再生处理炉还包括：

保温层(20)，设于所述内壳(12)和所述炉壳(10)之间。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的再生处理炉，其特征在于，

所述进气组件(14)和所述第二排气组件(16)设在所述炉壳(10)背离所述炉门(19)的一侧，所述第一排气组件(15)设在所述炉壳(10)的顶部。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的再生处理炉，其特征在于，

所述加热装置(17)包括多个加热部，多个所述加热部围绕所述炉腔(11)均匀设置。

10.一种废弃物再生处理设备，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的再生处理炉。