CN213012685U - 一种进料装置和塑料废弃物的热解催化改质系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种进料装置和塑料废弃物的热解催化改质系统，所述进料装置包括物料储存斗、变频螺旋进料器、皮带秤、星形给料机，其中，所述变频螺旋进料器布置在所述物料储存斗的底部，所述皮带秤的进料口布置在所述变频螺旋进料器的出料口下方，所述星形给料机布置在所述皮带秤的出料口下方。通过在本实用新型的塑料废弃物的热解催化改质系统中利用特定的进料装置对催化剂进料，实现了塑料废弃物在热解催化改质过程中催化剂用量和投放的计量和调控，使得整个系统在运行过程中催化剂能够稳定、准确地进料，确保了塑料废弃物热解催化改质系统的稳定运行。

Description

一种进料装置和塑料废弃物的热解催化改质系统

技术领域

本实用新型涉及固废处理领域，具体涉及固废处理的进料装置以及固废处理的系统。

背景技术

请提供一些现有技术中，催化热解中催化剂投放方面的缺陷。

近年来，白色污染已经成为家喻户晓的环境污染问题。然而，传统的塑料废弃物的处理方式仍以填埋、焚烧等为主，由此产生的二次污染问题仍未能解决。最近有报道利用热解的方式来处理塑料废弃物，通过热解可以将物料中的高分子物质裂解成小分子气态、液态和固态三种物态，由此将塑料废物资源化，解决了二次污染问题。相关的热解工艺，为了实现更优的产物含量分布，往往会用到催化剂。但是，在实际操作中，催化剂的用量、投放标准以及催化效果的监控阻碍了热解工艺的工业化。现有固体催化剂加入方式往往采用预先混合的方式，但由于催化剂与物料的密度、性状等都有较大差异，在进料过程中会出现翻滚、搅拌等过程，这将会使物料与催化剂混合不均匀，进而影响催化热解效果。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种进料装置和塑料废弃物的热解催化改质系统。

本实用新型的进料装置包括物料储存斗、变频螺旋进料器、皮带秤、星形给料机，其中，所述变频螺旋进料器布置在所述物料储存斗的底部，所述皮带秤的进料口布置在所述变频螺旋进料器的出料口下方，所述星形给料机布置在所述皮带秤的出料口下方。

在一些实施方案中，所述物料储存斗是倒锥形柱体并且竖直布置，所述变频螺旋进料器沿着所述物料储存斗的径向布置。

在一些实施方案中，所述变频螺旋进料器的螺距沿着进料口到出料口的方向逐渐减小，所述变频螺旋进料器的最大螺距是最小螺距的2-3倍。

在一些实施方案中，所述皮带秤的进料方向与所述变频螺旋进料器的轴向平行。

在一些实施方案中，所述星形给料机的轴向与所述皮带秤的进料方向垂直。

本实用新型的塑料废弃物的热解催化改质系统包括用于催化剂进料的上述进料装置、热解装置、冷凝分离装置和炉排燃烧器，其中，所述热解装置包括热解室和烟气室，所述热解室包括进料口、热解蒸汽出口和热解固体出口，所述烟气室包括烟气进口和烟气出口；所述冷凝分离装置包括气体进口和热解气出口；所述炉排燃烧器包括燃气进口、助燃空气进口、烟气出口和固体进口；所述进料装置中的星形给料机的出料口与所述热解室的进料口相连，所述热解室的热解蒸汽出口与所述冷凝分离装置的气体进口相连，所述热解室的热解固体出口与所述炉排燃烧器的固体进口相连。

在一些实施方案中，所述冷凝分离装置的热解气出口与所述炉排燃烧器的燃气进口相连。

在一些实施方案中，所述炉排燃烧器的烟气出口与所述烟气室的烟气进口相连。

在一些实施方案中，还包括换热器，所述换热器包括烟气进口和热空气出口，其中，所述烟气室的烟气出口与所述换热器的烟气进口相连，所述换热器的热空气出口与所述炉排燃烧器的助燃空气进口相连。

在本实用新型中，针对整体的塑料废弃物热解系统，使用了特定的进料装置来实现催化剂的投放，使催化剂和塑料废弃物同时进料到热解装置中，并且通过在进料装置中合理地布置螺旋进料器、皮带秤、星形给料机，能够根据塑料废弃物的进料量对催化剂的进料量进行实时计量、调控和进料速度。并通过一定的料位实现料封的作用。料位监控可通过料位计监控,料封是在通过物料在一定的堆料高度条件下实现。本实用新型的进料装置实现了催化剂的稳定、准确进料，保证塑料催化热解系统的稳定运行。

附图说明

图1是本实用新型中进料装置的结构示意图；

图2是本实用新型中塑料废弃物的热解催化改质系统的示意图；

图3是图1中热解装置的结构示意图；

图4是图3中热解装置中的搅拌刮板的结构示意图。

图5是图4的A视图。

附图标记说明：

催化剂进料装置-1；热解装置-2；冷凝分离装置-3；炉排燃烧器-4；换热器-5、塑料废弃物-101、催化剂-102、灰渣-103、热解水-104、轻质油-105、烟气-106、热解气-107、空气-108；

物料储存斗-11、变频螺旋进料器-12、皮带秤-13、星型给料机-14；

热解室-201、进料口-202、烟气出口-203、第一热解气出口-204、第二热解气出口-205、烟气进口-206、出炭口-207、螺旋-208、搅拌刮板-209、烟气室-210、保温层-211、传热层-212、变频电机-213；

刮板-2091、连接杆-2092、固定槽-2093、弹簧-2094。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将对实用新型做详细的说明。

本实用新型的进料装置如图1和图2所示，进料装置1包括物料储存斗 11、变频螺旋进料器12、皮带秤13、星形给料机14，其中，所述变频螺旋进料器12布置在所述物料储存斗11的底部，所述皮带秤13的进料口布置在所述变频螺旋进料器12的出料口下方，所述星形给料机14布置在所述皮带秤 13的出料口下方。变频螺旋进料器12、皮带秤13、星形给料机14被布置在一个连通的仓体内。

其中，所述物料储存斗11是倒锥形柱体，柱体的中心轴竖直布置，所述变频螺旋进料器12沿着所述物料储存斗的径向布置。

采用变频螺旋进料器可实现推进料量的调控。所述变频螺旋进料器的螺距沿着进料口到出料口的方向逐渐减小，所述变频螺旋进料器的最大螺距是最小螺距的2-3倍。变频螺旋进料器为常规设备，可选用长兴金丰环保设备有限公司的螺旋输送设备。

采用皮带秤可实现催化剂进量的计量。如图1所示，所述皮带秤13的进料方向与所述变频螺旋进料器12的轴向平行。皮带秤为常规设备，可选用海鼎自动化科技(靖江)有限公司的高精度皮带秤设备。

采用星型给料机可控制催化剂的给料速度，并通过一定的料位实现料封的作用，料位监控可通过料位计监控。料封是通过控制物料在一定的堆料高度实现的。如图1所示，所述星形给料机14的轴向与所述皮带秤13的进料方向垂直。星型给料机可选用北京盛世新科科技有限公司的星型给料机。

本实用新型的塑料废弃物的热解催化改质系统如图2所示，所述系统包括用于催化剂进料的上述进料装置1、热解装置2、冷凝分离装置3、炉排燃烧器4和换热器5，其中，所述热解装置2包括热解室和烟气室，所述热解室包括进料口、热解蒸汽出口和热解固体出口，所述烟气室包括烟气进口和烟气出口；所述冷凝分离装置3包括气体进口和热解气出口；所述炉排燃烧器4 包括燃气进口、助燃空气进口、烟气出口和固体进口；所述进料装置1中的星形给料机的出料口与所述热解室的进料口相连，所述热解室的热解蒸汽出口与所述冷凝分离装置的气体进口相连，所述热解室的热解固体出口与所述炉排燃烧器的固体进口相连。

本实用新型中的热解装置包括热解室和烟气室，热解室中的热解反应采用烟气室中的热烟气进行加热，使得热解反应是在无氧或缺氧的条件下进行的。

在一个实施方案中，所述热解装置包括柱形的热解装置本体，所述热解装置本体的内腔形成热解室，所述热解装置还包括包裹在所述热解装置本体的外壁上的传热层、套设在所述传热层外部的烟气室壁，在所述传热层和所述烟气室壁之间形成烟气室，

在所述热解装置本体的一端设置有进料口，作为热解室的进料口，另一端设置有热解气出口和出炭口，其中所述热解气出口和所述出炭口的位置是相对的；

在所述热解装置本体的中心轴上设置有转动轴，所述转动轴贯穿所述热解室，并由设置在所述热解装置本体外部的变频电机驱动；

所述转动轴上固定安装有至少一个搅拌刮板，所述搅拌刮板与所述转动轴垂直设置。

在一个实施方案中，所述搅拌刮板包括刮板、连接杆、固定槽和内置在所述固定槽中的弹簧，所述刮板固定在所述连接杆的末端，所述连接杆的另一端固定连接至所述弹簧，所述固定槽固定连接在所述转动轴上。

在一个实施方案中，所述转动轴上还设置有进料螺旋，所述进料螺旋从所述进料口起沿着所述转动轴延伸，所述搅拌刮板从所述进料螺旋的末端起布置在所述转动轴上。

在一个实施方案中，所述进料螺旋占据所述转动轴1/3-1/2的长度。

在一个实施方案中，所述搅拌刮板占据所述转动轴1/2-2/3的长度。

在一个实施方案中，所述刮板的厚度为30-50mm。

在一个实施方案中，所述连接杆的直径为30-50mm。

在一个实施方案中，所述弹簧为可伸缩弹簧，所述弹簧的直径为30-50mm。

在一个实施方案中，在所述热解装置的水平轴面上，所述刮板与所述热解装置的中心轴呈10-20°的角度。

在实用新型的一个具体实施方案中，所述的热解装置如图3所示，其包括：热解室201、进料口202、烟气出口203、第一热解气出口204、第二热解气出口205、烟气进口206、出炭口207、螺旋208、搅拌刮板209、烟气室 210、保温层211、传热层212、变频电机213。

所述热解室201用于发生热解反应，所述热解室201的外壁包裹有传热层212，其采用波纹状，以增加热烟气与热解室的传热面积，达到增强传热的目的。

第一热解气出口204设置于所述热解室201的中部并且与所述热解室201 连通，第二热解气出口205设置在所述热解室201的末端并且与所述热解室 201连通；

所述热解室201的中心轴上设置有转动轴，所述转动轴贯穿所述热解室，并由外部的变频电机213驱动。所述热解室201的内部设置有螺旋208，所述螺旋208的中心轴与所述转动轴的轴心重合，并且所述螺旋208布置在所述热解室201的前段。所述螺旋208的长度占所述热解室201长度的1/3-1/2。本实用新型利用螺旋可将物料均匀地布置在所述热解室201内。

所述热解室201内设置有搅拌刮板209，搅拌刮板209固定布置在所述中心轴上，并且能够随着中心轴的转动而转动。搅拌刮板209遍布在所述热解室201的后段。搅拌刮板209遍布的长度占所述热解室201长度的1/2-2/3。本实用新型采用搅拌刮板可实现热解物料的搅动，并可以不断清除在所述热解室201的内壁上由于受热而产生的结焦物料，由此有效防止结焦产生的热滞现象。

其中，所述螺旋208与所述热解室201外壁的间距为2-5mm；搅拌刮板 209可与热解室201的内壁接触。

所述烟气室210为传热层212与保温层211之间形成的夹层空间。热烟气在所述烟气室210内流通，通过间接换热方式将热量传递到热解室201，对热解室201进行加热，为热解反应提供能量。

所述热解室201的外壁上设置有进料口202，位于所述热解室201的前段并且与所述热解室201连通。

所述热解室201的外壁上设置有出炭口207，位于所述热解室201的末端底部，与所述热解室201连通。热解物料经进料口207加入到热解装置内，热解产生的热解炭则经过出炭口207排出热解装置；

烟气室210的外壁上设置有烟气出口203和烟气进口206。烟气出口203 位于烟气室210的前段靠近进料口202，并且与烟气室210连通。烟气进口 206设置在烟气室210的末端与烟气室210连通。热烟气的流动方向与在热解室内物料的输送方向呈逆流方式。

热解装置的外部设置有变频电机，与热解室201内部的转动轴驱动连接，用于驱动转动轴。

保温层211的材料可以是岩棉，厚度在50-80mm范围内，这样的保温层具有很好的保温效果。

传热层212包裹在所述热解室的外壁上，传热层212的材质为不锈钢材料，与热解室外壁的材质相同，传热层212的表面上设置有波纹状，以增强传热效果。

在另一个实施方案中，本实用新型热解装置中的搅拌刮板209的结构示意图如图4所示。

所述搅拌刮板209包括刮板2091、连接杆2092、固定槽2093和内置在所述固定槽中的弹簧2094，所述刮板2091固定在所述连接杆2092的末端，所述连接杆2092的另一端固定连接至所述弹簧2094，所述固定槽2093固定连接在所述转动轴上。

所述刮板2091的材质为不锈钢板，厚度30-50mm。连接杆2092为不锈钢圆柱，直径30-50mm。固定槽2093为不锈钢圆柱，直径100-200mm。弹簧 2094为可伸缩弹簧，选用不锈钢材质；直径为30-50mm。刮板2091与连接杆 2092以焊接方式连接。连接杆2092与弹簧2094连接。所述弹簧2094与固定槽2093底部连接；所述固定槽2093与热解装置的中心轴焊接；

所述固定槽圆柱体中心有圆柱型凹槽，弹簧及连接杆安装在凹槽内；

刮板2091与热解装置的中心轴呈10-20°的角度。

在实施过程中，热解室内的物料在输送过程中，不断地被刮板搅动和刮起。弹簧能够解决由不同温度的热变形导致的装置无法运转的问题。

本实用新型中的热解装置是使用热烟气提供的热量来完成热解反应的。通过采用本实用新型的热解装置，物料能够在加热过程中均匀受热，并可实现分段热解。通过在热解装置中设置搅拌刮板有效解决了热解室壁面结焦问题，最终高效地将物料裂解为热解气、热解油、热解炭产品。

如图2所示，所述冷凝分离装置3的热解气出口与所述炉排燃烧器4的燃气进口相连。由此，热解反应得到的热解气可回收利用作为炉排燃烧器4 的燃气，实现资源化和回收利用的目的。冷凝分离装置例如是循环喷淋塔。

所述炉排燃烧器4的烟气出口与所述烟气室的烟气进口相连。在炉排燃烧器中，在燃气燃烧产生高温烟气的作用下，从热解装置中排出的固体被燃烧，获得可再利用的炭物质，同时产生的高温烟气送往热解装置中的烟气室，为热解反应提供热源。由此实现了热量的有效利用。炉排燃烧器可选用往复式炉排燃烧炉。

所述换热器5包括烟气进口和热空气出口，其中，所述烟气室的烟气出口与所述换热器的烟气进口相连，所述换热器5的热空气出口与所述炉排燃烧器4的助燃空气进口相连。通过将热解装置中排出的热烟气与换热器中的空气进行热交换，从而获得热空气，将热空气送往炉排燃烧器中作为助燃空气，高效利用了热烟气的余热，并节省了炉排燃烧器中燃气燃烧所需的热量。换热器例如是管壳式的换热器。

通过在本实用新型的塑料废弃物的热解催化改质系统中利用特定的进料装置对催化剂进料，实现了塑料废弃物在热解催化改质过程中催化剂用量和投放的计量和调控，使得整个系统在运行过程中催化剂能够稳定、准确地进料，确保了塑料废弃物热解催化改质系统的稳定运行。

下文以塑料废弃物为例，结合图2进一步说明热解催化改质系统的运行过程，具体过程如下所述：

(1)塑料废弃物101经过输送进料装置送至热解装置2内，同时催化剂 102由催化剂进料装置1送至热解装置2内，塑料废弃物发生热解反应，产生的热解蒸汽从热解装置2的热解蒸汽出口导出，热解固体从热解装置2的热解固体出口排出；

(2)热解装置2导出的高温热解蒸汽进入冷凝分离装置3内，在此装置内热解蒸汽被冷却，油、水冷凝后分离，产生热解水104、轻质油105，不可凝的热解气107主要含有H₂、CO₂、CO及烃类气体；

(3)从热解装置2排出的热解固体主要包含热解炭及碱性催化剂，热解固体送至炉排燃烧器4内，在炉排燃烧器4内进行燃烧，燃烧产生的灰渣103 从炉排燃烧器4的排渣口排出；

(4)从冷凝分离装置3导出的热解气107，一部分作为燃气送至炉排燃烧器4内燃烧产生高温烟气；

(5)产生的高温烟气进入热解装置2内，为塑料废弃物的热解提供热量，从热解装置2导出的烟气进入换热器5内，换热后的烟气106从换热器5排出；

(6)在换热器5内，热烟气与空气108进行换热，被加热的空气作为助燃空气送至炉排燃烧器4内。

本实用新型提供的塑料废弃物热解催化改质体统包括了催化热解、冷凝分离、固体燃烧及热烟气高效利用的全面过程。整套系统的设备简单，能够实时监控，易于操作，热效率高。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种进料装置，其特征在于，包括物料储存斗、变频螺旋进料器、皮带秤、星形给料机，其中，所述变频螺旋进料器布置在所述物料储存斗的底部，所述皮带秤的进料口布置在所述变频螺旋进料器的出料口下方，所述星形给料机布置在所述皮带秤的出料口下方。

2.根据权利要求1所述的进料装置，其特征在于，所述物料储存斗是倒锥形柱体并且竖直布置，所述变频螺旋进料器沿着所述物料储存斗的径向布置。

3.根据权利要求2所述的进料装置，其特征在于，所述变频螺旋进料器的螺距沿着进料口到出料口的方向逐渐减小，所述变频螺旋进料器的最大螺距是最小螺距的2-3倍。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的进料装置，其特征在于，所述皮带秤的进料方向与所述变频螺旋进料器的轴向平行。

5.根据权利要求1所述的进料装置，其特征在于，所述星形给料机的轴向与所述皮带秤的进料方向垂直。

6.一种塑料废弃物的热解催化改质系统，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的进料装置用于催化剂进料、热解装置、冷凝分离装置和炉排燃烧器，其中，所述热解装置包括热解室和烟气室，所述热解室包括进料口、热解蒸汽出口和热解固体出口，所述烟气室包括烟气进口和烟气出口；所述冷凝分离装置包括气体进口和热解气出口；所述炉排燃烧器包括燃气进口、助燃空气进口、烟气出口和固体进口；所述进料装置中的星形给料机的出料口与所述热解室的进料口相连，所述热解室的热解蒸汽出口与所述冷凝分离装置的气体进口相连，所述热解室的热解固体出口与所述炉排燃烧器的固体进口相连。

7.根据权利要求6所述的塑料废弃物的热解催化改质系统，其特征在于，所述冷凝分离装置的热解气出口与所述炉排燃烧器的燃气进口相连。

8.根据权利要求6所述的塑料废弃物的热解催化改质系统，其特征在于，所述炉排燃烧器的烟气出口与所述烟气室的烟气进口相连。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的塑料废弃物的热解催化改质系统，其特征在于，还包括换热器，所述换热器包括烟气进口和热空气出口，其中，所述烟气室的烟气出口与所述换热器的烟气进口相连，所述换热器的热空气出口与所述炉排燃烧器的助燃空气进口相连。

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