CN2918425Y - 热解炭化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用热解技术、采用城市垃圾为原料制造燃料块的专用设备——热解炭化炉，该热解炭化炉由炉壳、钢板基础、耐火隔热保温层、电热元件、传感器、反应器、螺旋搅拌翻捣器、驱动机构、炉盖、自动操纵控制显示系统、安装基础构成，该技术产品是实现对城市垃圾进行无害化、减量化、资源化处理目标的新途径，也是对现行普遍推广应用的城市垃圾处理技术的新突破；而且整体投资额度不大，产品销售应用领域广泛，运营成本费用不高，经济效益比较可观。

Description

热解炭化炉

技术领域

本实用新型涉及一种利用热解技术、采用城市垃圾为原料制造燃料块的专用设备——热解炭化炉。

背景技术

有人类从事生产和生活的地方，就会有废弃物产生；有废弃物，就会发生环境问题。随着人类社会的不断发展，社会生产力迅速提高，工业化和城市化的进程也逐步加快。时至今日，全球很多国家和地区，已经进入到高度发达的工业化和城市化时期。与此相伴随的是：城市垃圾产出的种类和数量在快速增长，城市垃圾的危害性在逐渐凸显。

我国现有30万人口以上的城市668座。每年产出的生活垃圾约1.5亿吨，产出的各种工业有机废弃物、畜禽垃圾约4.5亿吨；全国城市垃圾总产出量，每年高达6亿吨。而且据有关专家估算，平均每年还在以8％的速度递增。据2004年8月公布的城市建设统计年报有关数据，现在全国共有各种类型的城市垃圾处理场575座，垃圾处理总能力可以达到21.9万吨/日，能占全部城市垃圾总产出量的13.3％。

根据这些数据分析，我国现在仍有相当数量的中小城市，在城市垃圾的处理手段上，依然停留在露天堆放、简易填埋或就地焚烧的初始时期；但也确有相当数量的大中城市，在城市垃圾的处理手段上，已经发展到安全处理阶段。据了解，在最近几年内，国家利用国债资金已安排建设城市垃圾处理项目359个，项目投资总额已高达245亿元，仅国债资金投入就高达80多亿元。这些城市垃圾处理项目建成投入运营后，可以使我国城市垃圾的处理技术水平，提高到相当高的历史阶段。

我国广大科技工作者在长期从事城市垃圾处理技术的研发过程中，经过对比、筛选和逐步淘汰、改进，现在推广应用比较普遍的城市垃圾安全处理技术，主要有卫生填埋技术、焚烧处理技术和堆肥处理技术。

上述技术的缺点具体表现在：

1、焚烧处理技术的主要弱点是：建设规模大，建设周期长；设备技术复杂，操作运行困难；投资额度大，运营成本高；仅能适应对有较高热值的可燃性城市垃圾进行处理，适应范围较小；特别是焚烧过程中产生的严重二次污染，治理难度大，达标排放难。

2、卫生填埋技术的主要弱点是：占地面积大，占地时间长，土地修复再利用机率较小；工程处理不当，极易对土地、水体、大气造成严重污染，选址比较困难；垃圾资源化利用率极低。

3、堆肥处理技术的主要弱点是：堆肥设备庞大，生产制造困难；工艺技术复杂，操作控制要求严格；建设周期较长，投资额度较大；仅能适应对城市垃圾中的可降解有机物进行处理，适应范围较小。

发明人就是根据上述城市垃圾处理现状，在认真分析总结了现在普遍推广应用的各类城市垃圾处理技术装备的优势和弱点以后，结合多年实践经验和专业知识积累，完成了城市垃圾热解炭化炉的设计。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作和使用方便、采用缺氧间接加热方式、使城市垃圾炭化后制成燃料块的热解炭化炉。该热解炭化炉应用热解技术加热分解城市垃圾中的有机物质，在热解反应过程中，通过恰当的工程技术手段，制造缺氧间接加热条件，严格控制加热温度、升温速率和保温时间等控制因素，使城市垃圾中的有机物质中的碳元素形成固态炭，使炭化后的城市垃圾转化制成燃料块。

本实用新型通过以下技术方案得以实现：

该热解炭化炉包括炉壳、钢板基础、耐火隔热保温层、电热元件、传感器、反应器、螺旋搅拌翻捣器、驱动机构、炉盖、自动操纵控制显示系统、安装基础，所述的炉壳内衬以耐火隔热保温层，在耐火隔热保温层外敷设有电热元件，并与反应器内的传感器相联接，在电发热元件与耐火隔热保温层之间，加装一层隔热反射板，其炉壳、耐火隔热保温层、电热元件、炉盖和下面设置的钢板基础构成炉壳主体，炉壳主体和安装基础相联结，所述的炉壳主体的内部设置有反应器，炉壳主体与反应器之间预留有狭小间隙，螺旋搅拌翻捣器设置在反应器的内部，在螺旋搅拌翻捣器的下面设置有驱动机构。

所述的炉壳被设计成敞开式圆桶形，炉壳下端和钢板基础连接，炉壳上端设计成全敞开式，通过反应器上的全开启式鼓形炉盖封闭。

所述的反应器被设计成可以全开启也可以全封闭式的圆桶形，反应器顶端为全开启式鼓形炉盖，炉盖上装有带气锁装置的排气口，反应器下端设计成锥体形，在反应器底端带有出料口，传感器被设置在反应器内的适应位置，与自动操纵控制显示系统及电热元件相联接。

所述的螺旋搅拌翻捣器由钢管轴和螺旋叶片构成，被安装在反应器内，并通过支撑架联接固定在反应器内，螺旋搅拌翻捣器的钢管轴下端，与安装在反应器外部的驱动机构相联接。

所述的自动操纵控制显示系统选择配备的是计算机自动操纵控制显示系统，能按应用热解技术需要的规范热解环境和可控反应条件设置的控制程序和运行参数，统一操作调控热解炭化炉的各种机、电、液工件元件，完成设定的指令，同时完成显示成打字记录。

本实用新型热解炭化炉具备了独立完成全部热解炭化技术的各种功能，不仅能应用于城市垃圾处理领域，还可以得到更广泛的应用；特别是对当前一些数量较多、影响较大、极难找到恰当处理方法的特殊固体有机废弃物，更有比较广泛的应用前景。比如，对中原地区普遍存在的麦稻作物秸杆野外就地焚烧引发的严重影响环境、交通、飞行安全等问题，如能应用发明专利产品进行集中简单热解炭化处理，必将使多方受益。

该技术产品是实现对城市垃圾进行无害化、减量化、资源化处理目标的新途径，也是对现行普遍推广应用的城市垃圾处理技术的新突破；而且整体投资额度不大，产品销售应用领域广泛，运营成本费用不高，经济效益比较可观。

附图说明

图1为热解炭化炉整体结构示意图。

具体实施方式

如附图1所示：本发明专用设备热解炭化炉包括炉壳1、钢板基础2、耐火隔热保温层3、电热元件4、传感器5、反应器6、螺旋搅拌翻捣器7、驱动机构8、炉盖9、自动操纵控制显示系统10、安装基础11，所述的炉壳1内衬以耐火隔热保温层3，在耐火隔热保温层3外敷设有电热元件4，并与反应器6内的传感器5相联接，在电发热元件4与耐火隔热保温层3之间，加装一层隔热反射板，其炉壳1、耐火隔热保温层3、电热元件4、炉盖9和下面设置的钢板基础2构成炉壳主体12，炉壳主体12和安装基础11相联结，所述的炉壳主体12的内部设置有反应器6，炉壳主体12与反应器6之间预留有狭小间隙13，螺旋搅拌翻捣器7设置在反应器6的内部，在螺旋搅拌翻捣器7的下面设置有驱动机构8。

所述的炉壳1被设计成敞开式圆桶形，用普通钢板焊成，炉壳1下端和钢板基础2连接，炉壳1上端设计成全敞开式，通过反应器6上的全开启式鼓形炉盖9封闭。

所述的反应器被设计成可以全开启也可以封闭式的圆桶形，反应器顶端，设计成全开启式鼓形炉盖，炉盖上装有带气锁装置的与烟气治理系统的吸风口相联接的排气口，反应器下端设计成锥体形，传感器被设置在反应器内的适应位置，与自动操纵控制显示系统及电热元件相联接。通过螺旋输送器与配料搅拌工序相联接。

所述的反应器6被设计成可以全开启也可以封闭式的圆桶形，用耐腐蚀不锈钢板焊成，为了装填热解物料方便，反应器6顶端为全开启式鼓形炉盖9，炉盖9上装有带气锁装置的与烟气治理系统的吸风口相联接的排气口14，为了出料干净、方便，反应器6下端设计成锥体形，反应器底板用耐腐蚀不锈钢板焊成基座，以便与螺旋搅拌翻捣器、炉壳基座相联接，在反应器6底端带有出料口15，传感器5被设置在反应器6内的适应位置，与自动操纵控制显示系统10及电热元件4相联接。

所述的螺旋搅拌翻捣器7由耐腐蚀不锈钢管轴16和螺旋叶片17焊接组成，被安装在反应器6内，并通过支撑架18联接固定在反应器6相应部位，螺旋搅拌翻捣器7的轴16下端与安装在反应器6外部的驱动机构8相联接，所述的驱动机构8由电动机19、减速器20、驱动大齿轮21等部件组成。

所述的自动操纵控制显示系统10选择配备的是计算机自动操纵控制显示系统，能按应用热解技术需要的规范热解环境和可控反应条件设置的控制程序和运行参数，统一操作调控热解炭化炉的各种机、电、液工件元件，完成设定的指令，同时完成显示成打字记录。

本实用新型的热解炭化处理过程是根据热解技术理论，采取独创的工程技术手段，将城市垃圾热解炭化制取固态碳。

热解炭化炉的规范热解环境设计：根据热解技术理论，对有机物质进行热解炭化的规范环境要求是：有机物质的热解炭化反应必须在缺氧环境中接受间接加热方式下进行。

热解时炭化炉的可控反应条件设计：根据热解技术理论，要使有机物质经过热解炭化反应处理后转化成固态碳，就必须严格控制加热温度，升温速率及保温时间等三项能够直接影响控制热解炭化结果的反应条件。

为使热解炭化炉能够把城市垃圾有机物质可燃物质基本上全部转化成固态碳，在研究确定热解炭化炉的各种运行技术参数时，根据热解技术理论数据和大量试验结果，经科学匹配优化后，特别精确设计了加热温度、升温速率及保温时间的反应条件具体数值。

加热温度：热解炭化炉的装料初始炉温，采取季节常温或前炉出料后余温装料。加热温度，共设计四个温度区段：

第一加温区段：从季节常温或前炉出料后余温开始，最高加热温度达到250度(变化幅度允许±15度)。选择确定使用此数值，是因为在此温区内，热解物料能够充分彻底脱水，而且能够使热解物料的大分子开始裂解成中、小分子。

第二加温区段：从上温区最高温度250度开始，最高加热温度达到480度(变化幅度允许±10度)。选择确定使用此数值，是国为在此温区内，热解物料的大分子能够完成充分裂解成中、小分子，而且能够脱甲基。但是，在此温区内，热解物料裂解后生成水与架桥部分的分解次甲基键尚不能进行聚合反应，更不能再次进行裂解、脱氢、聚合、氢化等再反应。因此，在此温区内，能够基本保持热解物料的初始固态形状。

第三加温区段：从上温区最高温度480度开始，保持在480度(变化幅度允许±18度)稳定温度线上有较长时间不变。选择确定使用此数值，是因为在较长时间内保持稳定加热温度不变，能够确保热解物料不仅可以充分热解炭化，而且可以保持热解物料的初始固态形状得到稳定，达到使城市垃圾有机物质可燃物质基本上全部转化成固态碳的目的。

第四加温区段：从上温区最高温度480度开始，采取断电停止加热，靠自然冷却方式逐步降温；待炉内热解物质温度降至140度以下后出炉。选择确定使用此数据，是为了确保已经形成的固态碳，不会因自身温度过高，在出炉时遇氧或明火而燃烧，造成事故。

升温速率：

热解炭化炉的升温速率，共设计有两个升温区间。

第一个升温区间：在第一加温区段内，从季节常温或前炉出料后余温开始，在30分钟时间内用较快升温速率迅速把加热温度升高到250度，升温速率为7.5度/分(变化幅度允许±0.3度/分)。选择确定使用上数据，是因为用较快升温速率，能使热解物料迅速彻底脱水，并能开始脱甲基步裂解，为下步热解炭化反应奠定基础条件。

第二升温区间：在第二加温区段内，从上温区同高温度250度开始，在90分钟时间内，用较缓慢的升温速率，把加热温度升高到480度；升温速率为2.56度/分(变化幅度允许±0.2度/分)。选择确定使用此数据，是因为用较缓慢的升温速率，能使热解物料最大程度上保持初始固态形状，尽最大可能阻止热解物料产生气态或液态产物出现，以便达到使城市垃圾有机物质可燃物质基本上全部转化成固态碳的目的。

保温时间：

热解炭化炉的保温时间，设计在加热温度最高限值480度的温度线上，保持稳定120分钟(变化幅度允许±20分)。选择确定使用此数据，是因为在此时间内，能够使热解物料应该发生的脱水、脱甲基、裂解等热解炭化反应，都能得到充分彻底进行；而且还能够使热解物料的初始固态形状得到充分炭化和稳定。

可控反应条件的实现

热解炭化炉对加热温度、升温速率及保温时间等三项能够直接影响控制热解炭化结果的可控反应条件的实现，是通过自动操纵控制显示系统，统一操纵调控热解炭化炉的机、电、液等工作元件及传感器、显示器等，按精确设定的加热温度、升温速率及保温时间的反应条件具体数值和允许变化幅度，指令热解炭化炉按规定程序和数值正确运行，形成热解炭化处理的可控反应条件。

热解炭化炉的保温及热传导设计

热解炭化炉的保温及热传导，不仅直接影响热解炭化炉的运行质量，而且还将直接影响热解炭化产物的产品质量。为此，在热解炭化炉的结构设计中，采取以下四项工程技术手段：

第一项：在热解炭化炉炉壳的钢板内，衬以高科技含量的耐火隔热保温材料，形成有效保温层；能够有效阻止电发热元件产生的热能向炉外传导，提高热能有效利用率，确保热解炭化炉的运行质量。

第二项：热解炭化炉的电发热元件敷设在保温层外，但在电发热元件与保温层之间，加装一层高科技含量的隔热反射板，使电发热元件发出的热能经过隔热反射板的反射后，能以最大比率向反应器方向辐射，以便提高热能的有效利用率。

第三项：在保温层外敷设电发热元件；电发热元件通电发热后，只能通过保温层与反应器之间预留的狭小间隙，直接反应器辐射传导热能，使反应器里的热解炭化物料能够顺畅、快捷、高效率接受辐射热能加热。

第四项：因装填在反应器内的城市垃圾有机物可燃物本身导热性能极低，再加上不便通过工程技术手段设置热解炭化物料之间的导热间隙，造成热解炭化物料的热传导极其困难。为此，热解炭化炉在反应器内设计安装了螺旋搅拌翻捣器。在对城市垃圾有机物质可燃物质进行热解炭化处理过程中，通过设置在反应器外的驱动机构，带动设置在反应器内的螺旋搅拌翻捣器不停转动，使热解炭化物料在螺旋叶片作用下，不仅能不断进行自位翻动，而且还能进行被提升到反应器顶端后，再沿反应器内壁滑落到底部的整体反复升降运动。这种独创的工程技术手段，能够较好地解决城市垃圾有机物质的热能传导困难问题，确保其能够在热解炭化处理过程中，快速接受热能，全部均匀受热，充分进行热解炭化反应。

热解炭化处理的运行安排设计

城市原生垃圾经过严格分选处理以后的适于进行热解炭化处理的有机物质和可燃物质，经过“带式输送机”装入热解炭化炉以后，全部热解炭化反应处理过程，均在热解炭化炉中封闭运行完成，最后全部转化成固态碳。然后，通过出料口把固态碳经过“螺旋输送机”，送入配料搅拌工序进行配料搅拌处理。

城市垃圾有机物质和可燃物质，在热解炭化炉中经热解炭化处理后转化成的固态碳，成粉末状或中粒径块状的固态形式；发热值≥4800大卡；灰份量≤3％；水份量≤0.9％。

热解炭化炉在设计上具有一次性能够封闭完成全部热解炭化处理工艺任务的功能；热解炭化炉在运行上采取单炉间歇式轮番进行投料出料的生产加工方式运行。

热解炭化炉的配置数量，根据城市垃圾处理场日收处理城市原生垃圾数量，城市原生垃圾中有机物质和可燃物质含量比例，热解炭化炉设计单炉有效处理容积及热解炭化处理过程全部运行时间等因素，经计算后确定。

Claims (4)

1、一种炭化城市垃圾制造燃料的热解炭化炉，其特征在于：该热解炭化炉包括炉壳(1)、钢板基础(2)、耐火隔热保温层(3)、电热元件(4)、传感器(5)、反应器(6)、螺旋搅拌翻捣器(7)、驱动机构(8)、炉盖(9)、自动操纵控制显示系统(10)、安装基础(11)，所述的炉壳(1)内衬以耐火隔热保温层(3)，在耐火隔热保温层(3)外敷设有电热元件(4)，并与反应器(6)内的传感器(5)相联接，在电发热元件(4)与耐火隔热保温层(3)之间，加装一层隔热反射板，其炉壳(1)、耐火隔热保温层(3)、电热元件(4)、炉盖(9)和下面设置的钢板基础(2)构成炉壳主体(12)，炉壳主体(12)和安装基础(11)相联结，所述的炉壳主体(12)的内部设置有反应器(6)，炉壳主体(12)与反应器(6)之间预留的狭小间隙(13)，螺旋搅拌翻捣器(7)设置在反应器(6)的内部，在螺旋搅拌翻捣器(7)的下面设置有驱动机构(8)。

2、根据权利要求1所述的热解炭化炉，其特征在于：所述的炉壳(1)被设计成敞开式圆桶形，炉壳(1)下端和钢板基础(2)连接，炉壳(1)上端设计成全敞开式，通过反应器(6)上的全开启式鼓形炉盖(9)封闭。

3、根据权利要求1所述的热解炭化炉，其特征在于：所述的反应器(6)被设计成可以全开启也可以全封闭式的圆桶形，反应器(6)顶端为全开启式鼓形炉盖(9)，炉盖(9)上装有带气锁装置的排气口(14)，反应器(6)下端设计成锥体形，在反应器(6)底端带有出料口(15)，传感器(5)被设置在反应器(6)内的适应位置，与自动操纵控制显示系统(10)及电热元件(4)相联接。

4、根据权利要求1所述的热解炭化炉，其特征在于：所述的螺旋搅拌翻捣器(7)由钢管轴(16)和螺旋叶片(17)构成，被安装在反应器(6)内，并通过支撑架(18)联接固定在反应器(6)内，螺旋搅拌翻捣器(7)的钢管轴(16)下端，与安装在反应器(6)外部的驱动机构(8)相联接。