CN103805217B - 一种高温热解实验***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温热解实验***和方法，所述***包括加热分解装置、气体收集处理***和自动化电气控制***，其中：所述加热分解装置包括热解炉，所述热解炉包括一个炉体，所述炉体连接一个储料仓，物料产生的热解气体输送至所述气体收集处理***，所述炉体的一端为出料口，所述出料口设置有可开闭的第一密封装置，所述储料仓另一端外侧设置有将料舟从储料仓推入到炉体内的推进装置。本发明不仅可防止环境空气的掺入，而且可使实验物料的温度很快地从常温升高到预设温度，并迅速在预设温度下充分排出实验所需要的热解气体，降低了实验的操作难度，提高了数据采集的准确性和可靠性。尤其在大的实验容量、高的实验温度、精准控制方面有独特优势。

Description

一种高温热解实验***及其方法

技术领域

本发明属于固体废物处置领域，特别是涉及一种高温热解实验***及其方法，是针对高热解温度、大实验物料量、多级降温处理和自动程序控制的热解实验应用***和方法。

背景技术

高温热解技术是在近几年研究开发出来的一种垃圾处理新技术。90年代初，国外科学家研究发现垃圾焚烧过程中会产生对人体极其有害的致癌物—二恶英。因此，西方发达国家在研究治理焚烧产生的二次污染的同时，投巨资开发研究新的垃圾处理技术。垃圾热解技术被各国环保专家普遍看好，认为这是垃圾处理无害化、减量化和资源化的一条新路。发达国家投入大量的人力物力进行研究开发，并取得可喜的成果。

热解法和焚烧法是两个完全不同的过程。焚烧是一个放热过程，而热解需要吸收大量热量。焚烧的主要产物是二氧化碳和水，而热解的主要产物是可燃的低分子化合物：气态的氢气、甲烷、一氧化碳；液态的甲醇、丙酮、醋酸、乙醛等有机物及焦油、溶剂油等。固态的主要是焦炭和炭黑。

热解法是利用垃圾中有机物的热不稳定性，在无氧或缺氧条件下对其进行加热蒸馏，使有机物产生裂解，经冷凝后形成各种新的气体、液体和固体，从中提取燃料油、可燃气的过程。热解的实质是加热有机分子使之裂解成小分子析出的过程，它包含了许多复杂的物理化学过程。

热分解过程由于供热方式、产品形态、热解炉结构等方面的不同，热解方式各异，按热解温度不同，1000℃以上称为高温热解，600-700℃称为中温热解， 600℃以下称为低温热解。

为了有针对性的研究垃圾热解技术，必须搭建适用的热解实验装置。

公告号为CN 202717755U的的专利提出了“一种固废衍生燃料热解实验装置”，该装置用于热解实验具有以下几种缺陷：1、该***中热解装置的容积仅有1升，无法满足一次热解5千克以上物料的二恶英检测规则的要求。2、由于这种装置在工作时连续供料、连续出料，所以很难做到良好密封，热解温度难以均匀地提高，更难以稳定。如果将热解装置的进口和出口密封又无法供料。3、供料通道较狭窄，堵料问题难以解决。4、该***热解加热温度无法达到800℃，无法满足高温热解的实验需要。因此，该热解装置的整体结构不能满足实验数据的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高温热解实验***及其方法，该高温热解实验方法可以在密封状态下将冷态的不少于5千克（约10升）的实验物料（如衍生燃料RDF）送入达到预定温度的热解炉内，并对高温热解产生的气体进行固、液分离，同时使热解气体温度降至室温用于分析实验。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种高温热解实验***，包括加热分解装置、气体收集处理***以及实现加热分解装置控制和气体收集处理***气体处理的电气控制***，所述加热分解装置包括热解炉，所述热解炉包括一个与保护气源连接并预充保护气体升温的炉体，所述炉体连接一个当炉体内温度上升到设定温度之后向炉体内送入实验物料的储料仓，实验物料通过高温产生的热解气体由与炉体连接的气体管路输送至所述气体收集处理***，所述炉体的一端为出料口，所述出料口设置有可开闭的第一密封装置，所述炉体的另一端为进料口，所述进料口与所述储料仓一端密封连通，所述储料仓内放置有装实验物料的料舟，所述储料仓另一端设置有密封导孔，所述储料仓另一端外侧设置有将料舟从储料仓推入到炉体内的推进装置，所述推进装置有一个进料推杆，所述进料推杆的端头从所述密封导孔伸入到所述储料仓内与料舟连接。

进一步是，所述热解炉包括箱体，所述箱体贯穿有横置作为炉体的圆筒形耐热钢炉管；所述箱体内位于所述炉管前后两侧沿轴线方向分布有竖直放置的硅碳棒加热***；所述箱体内填充有用于隔热、固定炉管和硅碳棒加热***的保温材料；所述炉管伸出箱体两端的周向分别设置环形冷却水套，所述冷却水套与所述炉管制作为一体，所述炉管外侧和气体输出端分别设有热电偶。

进一步是，所述料舟由横置的耐热钢筒制成，所述钢筒的圆柱面上侧开有加料口，加料口处装有提梁，所述钢筒的两端分别依次密封固定有隔热材料和护板，所述料舟的容积不小于10升，所述料舟两端的外侧分别放置有隔热块，当料舟置于炉管内工作位置时，所述隔热块被置于炉管两端环形冷却水套处，以保证炉管两端处于低温状态。

进一步是，所述推进装置的进料推杆为螺杆，所述推进装置包括设置在所述储料仓另一端外侧的电动机、由电动机驱动的减速器和由减速器驱动的推力螺套，螺套套住螺杆，沿所述螺杆长度方向前后分别设置有限定螺杆和料舟移动位置的行程开关。

进一步是，所述箱体内设置有保护气体预热装置，所述保护气体预热装置为盘绕在所述炉管外至少一圈的耐热钢管，所述耐热钢管的一端与保护气体源连通，另一端与所述炉管的保护气体输入端连通。

进一步是，所述气体收集处理***包括依次串联的旋风分离器、风冷却器、三级水冷却器、金属网过滤器和废气燃烧器；三个水冷却器相互串联连接构成三级水冷却器，所述旋风分离器的入口通过气管连接炉体用于分离热解气体中的固体颗粒，旋风分离器的出口连接风冷却器入口；风冷却器的出口连接三级水冷却器的第一级水冷却器入口；第三级水冷却器出口串联有金属网过滤器；金属网过滤器的出口分为两路，一路连接气体分析仪器，另一路连接废气燃烧器；所述废气燃烧器用于将处理后的热解气体焚烧后排放；在所述旋风分离器、风冷却器、三个水冷却器的进口和废气燃烧器内分别设置有热电偶，所述水冷却器包括冷却水箱和U形翅片管，所述U形翅片管置于所述冷却水箱内，所述U形翅片管的底部连通有密封的集液器，所述水冷却器与冷却水源连接的冷却水管路中设置有与热电偶配合控制所述水冷却器冷却温度的电磁阀。

进一步是，所述电气控制***包括PLC可编程控制器、触摸屏、热电偶和执行元件，PLC可编程控制器的信号输入电路分别连接热解炉、气体收集处理装置的热电偶及触摸屏，PLC可编程控制器的控制输出电路通过执行元件连接热解炉和气体收集处理装置的电加热棒、水冷阀门和气体控制元件；触摸屏用于设置各类工艺参数、控制实验全过程的人机对话、模拟显示工作状态和气体实时流量、各监控部位的实时温度和温度曲线。

一种高温热解实验方法，首先打开所述炉体一端的出料口将装入待热解实验物料的料舟及两端的隔热块放入与炉体连接的储料仓待用，然后将炉体的出料口封闭；所述方法进一步是：

第一步：利用氮气源出口压力不低于0.2 MPa的氮气从炉体的保护气进气口输入将炉体内的空气从热解气体输出口排除，并始终保持炉体内压力为正压；

第二步：将封闭的炉体加温至设定温度；

第三步：将装入待热解实验物料的料舟送入已升到设定温度的炉体内，同时继续保持设定的温度，使实验物料在高温下迅速热解；

第四步：炉体内实验物料在高温下热解释出的气体通过管路送到气体处理***进行处理直至热解气体的流量为“0”；

所述气体处理是：

第一步：将炉管内输出的带有压力的热解气体首先送入一个旋风分离器进行固体颗粒分离；

第二步：对分离固体颗粒后的热解气体进行多级降温处理；

第三步：将多级降温处理后的热解气体分别送入气体分析仪器和废气燃烧器焚烧后排放。

进一步是，所述设定的热解温度是室温至1200摄氏度。

进一步是，所述方法进一步包括收集热解气体在多级降温处理中每一级降温所产生的液体，所述液体用于计量和分析实验。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本技术方案由于采用预加热方式，可在密封状态下将实验物料（如固废衍生燃料）送入已达预设温度的热解炉内对物料快速加热，可防止环境杂质的掺入，使实验物料的温度很快地从常温升高到预设温度，并迅速在预设温度下充分排出实验所需要的热解气体，降低了实验的操作难度，提高了数据采集的准确性和可靠性。尤其在大的实验容量和高的实验温度方面有独特的优势。

2、本技术方案所采用的分段降温提取集液的方式可以将过去需经多次实验才能获取的实验数据，利用本发明一次实验完成，规范了实验程序，提高了实验精度、节约了实验时间，也降低了实验成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作一步的详细描述。

图1是本发明高温热解实验***的结构示意图。

图2是图1中加热分解装置的放大结构示意图。

图3是图1中气体收集处理***的结构示意图。

图4是图1 中电气控制***的方框图。

具体实施方式

实施例1：

一种高温热解实验***，如图1、图2、图3和图4所示，所述***包括加热分解装置01、气体收集处理***以及实现加热分解装置控制和气体收集处理***气体处理的电气控制***，其中：所述加热分解装置包括热解炉011，所述热解炉包括一个与保护气源连接并预充保护气体升温的炉体，所述炉体连接一个当炉体内温度上升到设定温度之后向炉体内送入实验物料的储料仓014，实验物料通过高温产生的热解气体由与炉体连接的气体管路输送至所述气体收集处理***，所述热解炉炉体的一端为出料口，所述出料口设置有可开闭的第一密封装置0113，所述第一密封装置为密封法兰，所述热解炉炉体的另一端为进料口，所述进料口与所述储料仓一端密封连通，所述储料仓内放置有装实验物料的料舟012，所述储料仓另一端设置有密封导孔，所述储料仓另一端外侧设置有将料舟从储料仓推入到炉体内的推进装置015，所述推进装置有一个进料推杆0151，所述进料推杆的端头从所述密封导孔伸入到所述储料仓内与料舟连接，所述气体收集处理***设置有多个应对多级热解气体温度集液的冷却处理装置。

从图2中可以看出，作为一种优选，所述热解炉011、储料仓014和推进装置015依次从左到右水平放置。作为另一种优选，所述密封导孔是在所述储料仓014另一端设置有一个导孔，在导孔的外端面设置有第三密封装置0142，所述第三密封装置0142有一个与所述导孔同轴的锥形孔，锥形孔的内口小，外口大，所述锥形孔配置有锥形密封塞，所述锥形密封塞借助法兰结构与锥形孔外口边缘密封固定连接，所述锥形密封塞设置有与所述导孔同轴的密封孔，所述进料推杆0151的端头依次穿过所述密封孔和导孔。

本实施方式由于采用了所述热解炉的一端为出料口，所述出料口设置有可开闭的第一密封装置，所述热解炉的另一端为进料口，所述进料口与储料仓一端密封连通的技术手段，所以，可在热解炉加热之前，先打开热解炉出料口的密封装置，再将装入物料的料舟从热解炉的出料口送入储料仓，然后将热解炉出料口的密封装置关闭，这样可使热解炉在良好的密封状态下预加热，而同时物料及料舟不被加热。又由于采用了所述储料仓另一端对应所述料舟设置有密封导孔，所述储料仓另一端外侧设置有将料舟从储料仓推入到热解炉内的推进装置，所述推进装置有一个进料推杆，所述进料推杆的端头从所述密封导孔伸入到所述储料仓内的技术手段，所以，当热解炉内的温度到达预设温度时，可以在密封状态下将装入实验物料的料舟自常温的储料仓送入已达预设温度的热解炉内并对物料快速加热，这样可使实验物料的温度很快地从常温升高到预设温度，迅速在预设温度下充分热解出实验所预期的气体。

作为本实施方式的一种改进，如图1和图2所示，所述热解炉011包括箱体0111，所述箱体0111贯穿有水平放置的圆筒形耐热钢炉管0116（例如310s耐高温不锈钢管等）；所述箱体0111内位于所述炉管0116前后两侧沿轴线方向分布有竖直放置的硅碳棒加热***0114；所述箱体0111内填充有用于隔热、固定炉管0116和硅碳棒加热***0114的保温材料；所述炉管0116伸出箱体0111的两端的周向分别设置具有环形冷却水套0112，所述冷却水套0112与所述炉管0116制作为一体，从图1中可以看出，所述炉管0116两端的冷却水套0112的进水口由一组球阀12与冷却水源连通。所述炉管0116外侧和气体输出端分别设有热电偶09。

本实施方式由于采用了所述热解炉包括箱体，所述箱体贯穿有横置的圆筒形耐热钢炉管；所述箱体内位于所述炉管前后两侧沿轴线方向分布有竖直放置的硅碳棒加热***；所述箱体内填充有用于隔热、固定圆筒形耐热钢炉管和硅碳棒加热***的保温材料的技术手段，所以，可以保证最高实验温度高于1200℃，而且可保持温度的均匀稳定，满足实验对炉温的要求，延长热解炉的使用寿命。再由于采用了所述炉管伸出箱体的两端的周向分别设置环形冷却水套，所述冷却水套与所述炉管制作为一体，所以，既提高了水冷效果，又保证密闭的实验环境能承受0.4MPa以上的压力。

作为本实施方式进一步的改进，如图2所示，所述料舟012由水平放置的圆筒状耐热钢筒制成，所述钢筒的圆柱面上侧开有加料口，加料口处装有提梁0124，所述钢筒的两端密封，分别依次固定有隔热材料0121（例如莫来石）和护板0122（例如耐热钢板），所述护板0122的外侧面设有拖曳钢环0123，所述料舟的容积不小于10升，所述料舟012两端的外侧分别放置有隔热块013，所述隔热块013（以左端为例）由左至右依次为第一护板0131、隔热材料0133和第二护板0134，所述第一护板0131、隔热材料0133和第二护板0134固定连接，所述第一护板0131的外侧面设有拖曳钢环0132，当料舟置于炉管内工作位置时，所述隔热块被置于炉管两端环形冷却水套处，保证炉管两端处于低温状态。

本实施方式由于采用了所述料舟由横置的圆筒状耐热钢筒制成，所述钢筒的圆柱面上侧开有加料口，加料口处装有提梁，所述圆筒状耐热钢管的两端分别依次密封固定有隔热材料和护板，所述护板的外侧面设有拖曳钢环，所述料舟的容积不小于10升的技术手段，所以，方便加料和提携，有利于对热解炉快速加热，有利于对物料在送入热解炉之前进行隔热，延长隔热材料的使用寿命，方便拖曳料舟，满足了实验大容量供料的要求，特别是对于二恶英的实验检测要在物料不少于5千克的条件下完成的规范要求。又由于采用了所述料舟两端的外侧分别放置有隔热块的技术手段，进一步地有利于对物料在送入热解炉之前进行隔热，而且，更有利于对热解炉快速加热。

作为本实施方式再进一步的改进，如图2所示，所述储料仓014的顶部开有装料口，所述装料口配有可开闭的第二密封装置0141，所述第二密封装置0141为法兰密封结构。所述推进装置015的进料推杆0151为梯形螺杆，所述推进装置015包括设置在所述储料仓014另一端外侧附近的电动机0153、由电动机0153驱动的减速器0154和由减速器0154驱动的推力螺母0155，所述推力螺母0155驱动所述进料推杆0151，所述进料推杆0151通过第三密封装置0142进入储料仓014，所述进料推杆0151的端头通过右端的隔热块13顶住所述料舟012右端的护板0122，当所述进料推杆0151向左移动时，将推动料舟012左行，而所述进料推杆向右移动时，所述料舟012不会随所述进料推杆0151移动而留在所述热解炉011的炉管0116内部的适当位置，所述进料推杆位于所述推力螺母0155后面的部分外套有导向方管0152，所述导向方管0152固定在机架016上，所述导向方管0152上对应所述进料推杆0151的两端分别设有行程开关0156，即沿所述螺杆长度方向前后分别设置有限定螺杆和料舟移动位置的行程开关。显然，可以在保证密封的前提下，应用其它沿轴线前后移动的机构作为推进装置，如具有加长杆的液压装置或气动装置。

本实施方式由于采用了所述储料仓的顶部开有装料口，所述装料口配有可开闭的密封装置；所述推进装置的进料推杆为梯形螺杆，所述推进装置包括设置在所述储料仓另一端外侧附近的电动机、由电动机驱动的减速器和由减速器驱动的推力螺母，所述推力螺母驱动所述梯形螺杆，所述梯形螺杆位于所述推力螺母后面的部分套置有导向方管，所述导向方管固定在机架上，所述导向方管上对应所述进料推杆的两端分别设有行程开关的技术手段，所以，结构简单，密封性好，送料稳定，送料后进料推杆自动退回原位，实现了供料的自动控制。

作为本实施方式还进一步的改进，如图2所示，所述箱体0111内设置有保护气体预热装置0115，所述保护气体预热装置0115为盘绕在圆筒形耐热钢炉管0116外至少一圈的耐热钢管，所述耐热钢管的一端与保护气体源02连通，所述耐热钢管的另一端与所述炉管0116的保护气体输入端连通。

本实施方式由于采用了所述箱体内设置有保护气体预热装置，所述保护气体预热装置为盘绕在圆筒形耐热钢炉管外至少一圈的耐热钢管，所述耐热钢管的一端与保护气体源连通，所述耐热钢管的另一端与所述圆筒形耐热钢炉管的输入端连通的技术手段，所以，可保证在实验过程中实验物料始终处于有保护气体存在的密闭环境中，不致因空气中氧气的存在引起物料燃烧而影响热解实验；保护气体预热装置置于箱体中，可保证进入实验区域的保护气体得到预热，不致造成实验环境的温度降低或不稳定，同时不需要单独的加热***，可降低实验***和控制***的复杂程度，同时降低了***能耗。

作为本实施方式又进一步的改进，如图1和图3所示，所述高温热解实验***还包括与所述加热分解装置01连通的作为气体收集处理装置的气体收集处理***（前面已提到过），所述气体收集处理***包括依次串联的旋风分离器05、风冷却器06、三级水冷却器07、金属网过滤器08和废气燃烧器04；所述旋风分离器的入口通过气管连接炉体用于分离热解气体中的固体颗粒，所述旋风分离器05是下部装有带密封集尘器051的旋风除尘器；旋风分离器的出口连接风冷却器入口；三个水冷却器相互串联连接构成三级水冷却器，风冷却器的出口连接三级水冷却器第一级水冷却器的入口；三级水冷却器第三级水冷却器出口串联有金属网过滤器；金属网过滤器的出口分为两路，一路连接气体分析仪器，另一路连接废气燃烧器；所述废气燃烧器用于将处理后的热解气体焚烧后排放；所述风冷却器06是装有大风量风机062的盘旋翅片管061；每一个所述水冷却器包括冷却水箱071和U形翅片管072，所述U形翅片管072置于所述冷却水箱071内，所述U形翅片管072的底部连通密封集液器073；在所述旋风分离器、风冷却器、三个水冷却器的进口和废气燃烧器内分别设置有热电偶，09，所述水冷却器与冷却水源水箱071连接的冷却水管路中设置有与热电偶配合控制所述水冷却器冷区温度的电磁阀074，从图1中可以看出，三个电磁阀074的进口相互连通并通过球阀12与冷却水源连通。所述风机062和电磁阀074的工作状态通过相应的所述热电偶09和PLC可编程控制器控制。

本实施方式由于采用了所述旋风分离器是装有带密封集尘器的旋风除尘器的技术手段，所以，有利于对排出气体中的固体杂质进行收集处理。又由于采用了所述风冷却器是装有大风量风机的盘旋翅片管的技术手段，可设定风机的起动温度，所以，提高了冷却效果，同时排除了不必要的能耗。还由于采用了所述三级水冷却器是三个依次串联的水冷却器，每一个所述水冷却器包括冷却水箱和U形翅片管，所述U形翅片管置于所述冷却水箱内，所述U形翅片管的底部连通密封集液器，每一个所述水冷却器的输入端均设置有热电偶，所述水冷却器的冷却水箱的进水口通过电磁阀与冷却水源连通，所述电磁阀工作状态通过所述热电偶控制的技术手段，所以，通过三个热电偶分别设定不同的水冷却器起动温度，可以分别获得由高到低不同凝结温度的液体，以便分别计量产物重量、分析产物组分。再由于采用了所述金属网过滤器，所以不但确保了过滤效果，而且，可延长后面的气体流量计的使用寿命。

作为本实施方式更进一步的改进，如图1所示，所述气体收集处理***还包括作为保护气体源的氮气源02、用于助燃的压缩空气源03、用于燃烧废气的废气燃烧炉04和通向实验用气体分析仪器的管路；所述氮气源02通过第一质量流量控制器022与所述保护气体预热装置0115连通，从图1和图2中可以看出，所述氮气源02的输出端装有常规压力指示减压***021，所述第一流量控制器022的两端装有截止阀和旁路***，所述第一质量流量控制器022的输出端与所述热解炉011中保护气体预热装置0115的输入端连通。所述压缩空气源03通过第二质量流量控制器032与所述废气燃烧炉04连通，从图1中可以看出，所述压缩空气源03的输出端装有常规压力指示减压***031，所述第二流量控制器032的两端装有截止阀和旁路***，所述第一质量流量控制器032的输出端与所述废气燃烧炉04的输入端连通。所述金属网过滤器08与气体流量计11连通；所述气体流量计11分别通过截止阀、调节阀与所述实验用气体分析仪器及所述废气燃烧炉04连通，从图1中可以看出，所述金属网过滤器08的输出端通过截止阀与所述气体流量计11的输入端连通，所述气体流量计11的输出端分别通过截止阀、调节阀与所述废气燃烧炉04及所述实验用气体分析仪器的输入端连通。所述废气燃烧炉04设置有电加热管041和热电偶09，所述废气燃烧炉04外包覆有隔热层。

本实施方式由于采用了所述氮气源通过第一质量流量控制器与所述保护气体预热装置连通的技术手段，所以，可大大降低保护气体的制备成本。又由于采用了所述压缩空气源通过第二质量流量控制器与所述废气燃烧炉连通的技术手段，所以，有助于使废气充分燃烧，对实验产生的废气进行无害化处理。还由于采用了所述废气燃烧炉的炉内设置有电加热管，炉外包覆有隔热层的技术手段，所以，结构简单、安全可靠。再由于所述金属网过滤器与气体流量计连通；所述气体流量计分别通过调节阀与所述实验气体分析仪器及所述废气燃烧炉连通的技术手段，所以，可使产生的气体定量地供应给实验气体分析仪器使用，并将废气排入废气燃烧炉进行无害化处理。

作为本实施方式再更进一步的改进，如图1和图4所示，所述高温热解实验***还包括电气控制***，所述电气控制***包括PLC可编程控制器10和与该控制器10电连接的固态继电器101、接触器102、触摸屏103和所述电磁阀073；所述固态继电器101分别与所述热解炉011中硅碳棒加热***0120及废气燃烧炉04中电加热管041电连接，所述接触器102分别与所述推进装置015的电动机0153、所述风冷却器06的风机062电连接。所述各处热电偶09与所述PLC可编程控制器10电连接；所述行程开关0156、第一质量流量控制器021、第二质量流量控制器031和气体流量计11分别与所述PLC可编程控制器10电连接。

本实施方式由于采用了所述电气控制***包括PLC可编程控制器和与该PLC可编程控制器电连接的固态继电器、接触器、触摸屏和所述电磁阀；所述固态继电器与所述硅碳棒加热***电连接，所述接触器分别与所述推进装置的电动机、所述风冷却器的风机及废气燃烧炉的电加热管电连接；所述热电偶与所述PLC可编程控制器电连接；所述行程开关、质量流量控制器和气体流量计分别与所述PLC可编程控制器电连接的技术手段，所以，高温热解实验***可通过触摸屏设置各类工艺参数，模拟显示工作状态和气体实时流量、各监控部位的实时温度和温度曲线，实验全过程可通过触摸屏进行控制。

作为本实施方式又更进一步的改进，如图4所示，所述PLC可编程控制器10配置有控制高温热解实验***协调工作的专用程序；所述电气控制***还包括自动/手动开关105、声光报警器106和用于导出数据的USB接口104，所述自动或手动控制开关105、声光报警器106和用于导出数据的USB接口104分别与所述PLC可编程控制器10电连接。

本实施方式由于采用了所述PLC可编程控制器的技术手段，所以，大大提高了控制器的可靠性、稳定性和易用性。还由于采用了所述可编程控制器配置有控制高温热解实验***协调工作的专用程序，使实验工作程序化、规范化、标准化，提高了实验的再现性，降低了所述高温热解实验***的操控难度。又由于采用了所述电气控制***设置有自动/手动/开关的技术手段，所以不但可以自动控制，而且还可以手动控制。还由于采用了设置USB接口的技术手段，所以，可方便地将***中的实验数据导出。

实施例2：

一种高温热解实验方法，是基于上述***的高温热解实验方法，首先打开所述炉体一端的出料口将装入待热解实验物料的料舟及两端的隔热块放入与炉体连接的储料仓待用，然后将炉体的出料口封闭；其中，所述方法进一步是：

第一步：利用氮气源出口压力不低于0.2 MPa的氮气从炉体的保护气进气口输入将炉体内的氧气从热解气体输出口排除，并始终保持炉体内压力为正压；

第二步：将封闭的炉体加温至设定温度；

第三步：将装入待热解实验物料的料舟送入已升到设定温度的炉体内，同时继续保持设定的温度，使实验物料在高温下迅速热解；

第四步：炉体内实验物料在高温下热解释出的热解气体通过管路送到气体处理***进行气体热解处理直至热解气体的流量为“0”；

所述气体热解处理是：

第一步：将炉管内输出的带有压力的热解气体首先送入一个旋风分离器进行固体颗粒分离；

第二步：对分离固体颗粒后的热解气体进行多级降温处理；

第三步：将多级降温处理后的热解气体分别送入气体分析仪器和废气燃烧器焚烧后排放。

本实施方式由于采用预加热方式，可在密封状态下将实验物料（如固废衍生燃料）送入已达预设温度的热解炉内快速加热，防止了环境杂质的掺入，使实验物料的温度很快地从常温升高到预设温度，迅速在预设温度下充分排出实验所需要的热解气体，提高了数据采集的准确性和可靠性。

所述炉体设定温度是室温至1200摄氏度；所述方法进一步包括收集热解气体在多级降温处理中每一级降温所产生的液体，并将液体送至实验仪器进行计量和分析实验。例如：所述多级降温处理是进行三级降温处理，分别是进行400摄氏度之上热解气体降温处理、250摄氏度至400摄氏度热解气体降温处理和室温至250摄氏度热解气体处理。

本实施方式所采用的分段降温处理提取集液的方式可以将过去需经多次实验才能获取的实验数据，利用本发明一次就可以完成，既节约了时间，也节约了实验成本。

所述高温热解实验***的具体操作方法如下：

电气控制***有手动和自动两个工作状态，通过自动/手动/开关控制。

手动状态下，各环节均可手动起停，工作程序可参照自动状态。

自动状态实际是程序控制状态，有些环节仍需要手动操作。

自动状态下(电气控制***切换至自动状态)：

a. 准备工作：接通电源，触摸屏将加电显示。

首先应写入本次实验有关信息。打开氮气钢瓶、压缩空气钢瓶的总阀，检查高压表示值，过低应更换新气瓶。调节减压阀旋钮，使低压表示值为0.2Mpa（推荐值）。打开第一质量流量控制器和第二质量流量控制器的阀门，关闭其旁路阀门。打开气体流量计进口处的阀门和出口处的阀门，关闭其旁路阀门。打开送往分析仪器的阀门。检查热解炉下方的水冷阀门（球阀），使其处于打开状态。打开总水阀，调节水冷却器右下方的两个阀门，使水冷却器处于待工作状态，炉管水冷***有水流通过。这两个阀门必须打开，但可根据需要尽量使用较小流量。

b. 打开第一密封装置（冷态）的密封法兰，依次将隔热块、装入实验材料的料舟送入贮料仓最深处，在端盖处再放入隔热块，封闭密封法兰（参见图2）。将气体收集处理***中用于加热分解炉内气氛保护的瓶装氮气、用于废气燃烧的瓶装压缩空气分别通过第一质量流量控制器和第二质量流量控制器输出，氮气通过保护气体预热装置进入热解炉，同热解产生的气体经旋风分离器除去固体颗粒，依次进入风冷却器、三级水冷却器，在三级水冷却器分离出热解产生的常温下为液态的组分。

c.通过触摸屏分别设置好加热温度、风冷、水冷起动温度、热解反应时间（预计）、氮气、压缩空气输入流量（1-5SLM）等预设参数。

d. 运行程序，***开始工作。之后的操作，均在触摸屏上完成。首先氮气（推荐压力为0.2MPa）输入炉管中吹扫3分钟，清除***内部的空气（如氮气未输入或压力过低，***不开始工作）。同时废气燃烧炉开始预热。声光报警之后加热分解炉开始加热。加热分解炉炉体温度升至预定温度，再次声光报警。此时按下触摸屏上的“自动加料”按钮（达到预热温度之前按也不会动作），自动完成进料和螺杆退出。“热解反应时间”倒计时开始。自此时起，任何时候都可以按下触摸屏上的“实验完成”按钮，终止加热，停止实验。正常情况下，应该在出口流量计输出为0以后终止加热。

e. 随着实验材料温度上升，热解开始，热解气体释出，高温气体进入管道，各测温点温度上升，当达到相应的预设温度时，风冷却器的风机、水冷却器的进水电磁阀开始工作。风冷的目的是将高温气体初步冷却，建议预设温度为500-700℃。水冷的目的是将高温气体中低温、常温为液态的组分冷凝并收集，并将高温气体冷却至室温，以保证出口流量计正常工作。建议三级水冷却器的预设工作温度依次为400℃、250℃、50℃。

f. 冷却并将气液分离后的热解气体一路送往分析仪器，另一路与压缩空气混合，进入废气燃烧器，将可燃成分燃烧掉之后排入大气。两组气体的比例分配由球阀控制。

g. 实验结束后，加热分解炉自然降温。从监控画面可以监视炉管温度。当炉管温度低于300℃，可关闭炉管水冷***。按准备工作的逆向，依次关闭水路、气路，关好钢瓶总阀。必须待炉管温度降至室温，方可打开第一密封装置的密封法兰。依次取出隔热块、料舟。打开旋风分离器和水冷却器下部的收集罐。对固体和液体热解产物进行称重、计量。气体热解产物的计量由电气控制***进行记录。各温度监控点的温度也是由电气***记录。全部记录数据可以通过USB口用U盘导出，供分析使用。建议每次实验完成后进行数据导出，并清空***内的数据。

Claims (8)

1.一种高温热解实验***，包括加热分解装置、气体收集处理***以及实现加热分解装置控制和气体收集处理***气体处理的电气控制***，其特征在于：所述加热分解装置包括热解炉，所述热解炉包括一个与保护气源连接并预充保护气体升温的炉体，所述炉体连接一个当炉体内温度上升到设定温度之后向炉体内送入实验物料的储料仓，实验物料通过高温产生的热解气体由与炉体连接的气体管路输送至所述气体收集处理***，所述炉体的一端为出料口，所述出料口设置有可开闭的第一密封装置，所述炉体的另一端为进料口，所述进料口与所述储料仓一端密封连通，所述储料仓内放置有装实验物料的料舟，所述料舟由横置的耐热钢筒制成，所述钢筒的圆柱面上侧开有加料口，加料口处装有提梁，所述钢筒的两端分别依次密封固定有隔热材料和护板，所述料舟的容积不小于10升，所述料舟两端的外侧分别放置有隔热块，当料舟置于炉管内工作位置时，所述隔热块被置于炉管两端环形冷却水套处，以保证炉管两端处于低温状态，所述储料仓另一端设置有密封导孔，所述储料仓另一端外侧设置有将料舟从储料仓推入到炉体内的推进装置，所述推进装置有一个进料推杆，所述进料推杆的端头从所述密封导孔伸入到所述储料仓内与料舟连接。

2.根据权利要求1所述的高温热解实验***，其特征在于：所述热解炉包括箱体，所述箱体贯穿有横置作为炉体的圆筒形耐热钢炉管；所述箱体内位于所述炉管前后两侧沿轴线方向分布有竖直放置的硅碳棒加热***；所述箱体内填充有用于隔热、固定炉管和硅碳棒加热***的保温材料；所述炉管伸出箱体两端的周向分别设置环形冷却水套，所述冷却水套与所述炉管制作为一体，所述炉管外侧和气体输出端分别设有热电偶。

3.根据权利要求1所述的高温热解实验***，其特征在于：所述推进装置的进料推杆为螺杆，所述推进装置包括设置在所述储料仓另一端外侧的电动机、由电动机驱动的减速器和由减速器驱动的推力螺套，螺套套住螺杆，沿所述螺杆长度方向前后分别设置有限定螺杆和料舟移动位置的行程开关。

4.根据权利要求1至3之一所述的高温热解实验***，其特征在于：所述箱体内设置有保护气体预热装置，所述保护气体预热装置为盘绕在所述炉管外至少一圈的耐热钢管，所述耐热钢管的一端与保护气体源连通，另一端与所述炉管的保护气体输入端连通。

5.根据权利要求4所述的高温热解实验***，其特征在于：所述气体收集处理***包括依次串联的旋风分离器、风冷却器、三级水冷却器、金属网过滤器和废气燃烧器；三个水冷却器相互串联连接构成三级水冷却器，所述旋风分离器的入口通过气管连接炉体用于分离热解气体中的固体颗粒，旋风分离器的出口连接风冷却器入口；风冷却器的出口连接三级水冷却器的第一级水冷却器入口；第三级水冷却器出口串联有金属网过滤器；金属网过滤器的出口分为两路，一路连接气体分析仪器，另一路连接废气燃烧器；所述废气燃烧器用于将处理后的热解气体焚烧后排放；在所述旋风分离器、风冷却器、三个水冷却器的进口和废气燃烧器内分别设置有热电偶，所述水冷却器包括冷却水箱和U形翅片管，所述U形翅片管置于所述冷却水箱内，所述U形翅片管的底部连通有密封的集液器，所述水冷却器与冷却水源连接的冷却水管路中设置有与热电偶配合控制所述水冷却器冷却温度的电磁阀。

6.根据权利要求1所述的高温热解实验***，其特征在于：所述电气控制***包括PLC可编程控制器、触摸屏、热电偶和执行元件，PLC可编程控制器的信号输入电路分别连接热解炉、气体收集处理装置的热电偶及触摸屏，PLC可编程控制器的控制输出电路通过执行元件连接热解炉和气体收集处理装置的电加热棒、水冷阀门和气体控制元件；触摸屏用于设置各类工艺参数、控制实验全过程的人机对话、模拟显示工作状态和气体实时流量、各监控部位的实时温度和温度曲线。

7.一种用如权利要求1至6之一所述的高温热解实验***进行高温热解实验方法，首先打开所述炉体一端的出料口将装入待热解实验物料的料舟及两端的隔热块放入与炉体连接的储料仓待用，然后将炉体的出料口封闭；其特征在于，所述方法进一步是：

第一步：利用氮气源出口压力不低于0.2 MPa的氮气从炉体的保护气进气口输入将炉体内的空气从热解气体输出口排除，并始终保持炉体内压力为正压；

第二步：将封闭的炉体加温至设定温度；

第三步：将装入待热解实验物料的料舟送入已升到设定温度的炉体内，同时继续保持设定的温度，使实验物料在高温下迅速热解；

第四步：炉体内实验物料在高温下热解释出的气体通过管路送到气体处理***进行处理直至热解气体的流量为“0”；

所述第四步中，炉体内实验物料在高温下热解释出的气体通过管路送到气体处理***进行处理是：

第一步：将炉管内输出的带有压力的热解气体首先送入一个旋风分离器进行固体颗粒分离；

第二步：对分离固体颗粒后的热解气体进行多级降温处理；

第三步：将多级降温处理后的热解气体分别送入气体分析仪器和废气燃烧器焚烧后排放。

8.根据权利要求7所述的一种高温热解实验方法，其特征在于，所述方法进一步包括收集热解气体在多级降温处理中每一级降温所产生的液体，所述液体用于计量和分析实验。