CN110028214A - 一种带有搅拌轴的立式热解反应釜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有搅拌轴的立式热解反应釜，包括热解反应釜、支撑框架和搅拌轴，所述热解反应釜固定于所述支撑框架内，所述热解反应釜的顶部一端设置有进料口，另一端设置有热解气排出口，所述热解反应釜的底部设置有出料口，所述搅拌轴设置于所述热解反应釜内部，用于对所述热解反应釜内进行热解反应的物料进行搅拌；本发明提供的带有搅拌轴的立式热解反应釜，具有体积小，不易变形的优点，在热解反应时还存在物料受热均匀，升温速度快，热解反应彻底的优点。
Description
技术领域
本发明涉及热解装置技术领域，特别是涉及一种带有搅拌轴的立式热解反应釜。
背景技术
热解反应是指固态有机质在高温和绝氧环境中分解为可燃气、焦油、固定碳的热化学反应。热解反应釜是创造出高温和绝氧环境，实现有机质热解反应的装置。
市政污水厂的污泥中含有一定量的有机质以及重金属、病原体、有害细菌等有害物质，如排放到环境中很容易形成二次污染。因此，污泥的处置已经成为污水处理领域的重要课题。通常的污泥处置方法有卫生填埋、好氧堆肥、厌氧消化、焚烧、水泥窑协同处置、热解处理等。多种处置方法可以因地制宜进行选择，其中，热解处理由于其处置彻底，环境风险小，规模灵活等优越性越来越受到重视。
目前已有的热解反应釜包括立式热解气化反应釜和卧式热解反应釜。
立式热解气化反应釜是一个竖直放立的圆柱形筒体，筒体最底部为出渣机，用于排出反应后的碳渣，排渣机上部为气化区，热解后形成的碳渣与通入的少量空气接触发生气化反应产生大量热量。由于气化区的氧气在气化反应过程中消耗殆尽，气化区上层堆积的物料处于绝氧状态，经过气化区产生的热量进行加热发生热解反应，该区域通常称为热解区。热解区上层堆积的物料含水率较高，通常称为干燥区。热解区的余热进入干燥区是水分蒸发。反应釜的顶部设有进料口，上部和中部设有排气口，用于排除产生的水蒸气、热解气和气化气。
卧式热解反应釜为水平放置的圆筒形装置，有进料口，反应釜筒体，出料口，中轴组成。物料通过进料口的密封装置进入反应釜筒体，在中轴上设置的抄板或推送装置推动下向出料端运动，经过出料口的密封装置排出。卧式热解反应釜采取间接加热方式，利用热烟气或电对反应釜筒体加热，反应釜筒体将热量传递给内部的物料，使物料升温发生热解反应。反应釜筒体上部设有排气口，用于排出热解气。
立式热解气化反应釜多用于垃圾等相对蓬松，堆积密度较低的物料，对外污泥这种细碎，堆积密度大的物料，在气化、热解、蒸发过程中产生的可燃气体和水蒸气很难从物料缝隙中逸出。
卧式热解反应釜为了保证物料搅动和输送，一般填充率不超过20％，因而产生大量的空间浪费，设备体量较大，投资高。由于物料主要堆积在反应釜下部，因此反应釜筒壁下部温度低，上部温度高，容易产生变形。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有搅拌轴的立式热解反应釜，以解决上述现有技术存在的问题，反应釜体积小，不易变形，且热解反应时物料受热均匀，升温速度快，热解反应彻底。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种带有搅拌轴的立式热解反应釜，包括热解反应釜、支撑框架和搅拌轴，所述热解反应釜固定于所述支撑框架内，所述热解反应釜的顶部一端设置有进料口，另一端设置有热解气排出口，所述热解反应釜的底部设置有出料口，所述搅拌轴设置于所述热解反应釜内部，用于对所述热解反应釜内进行热解反应的物料进行搅拌。
优选地，所述热解反应釜为一内部带有空腔的筒体，所述热解反应釜的顶部筒体为圆柱形，底部筒体为锥形，所述热解反应釜的顶部筒体的内部为进料混合腔和热解反应腔，所述热解反应釜的底部筒体的内部为出料腔，所述进料混合腔、所述热解反应腔和所述出料腔互通。
优选地，所述热解反应釜的顶部筒体的外部还缠绕有加热线圈。
优选地，所述热解反应釜的顶部筒体的外部还套设有外筒体，所述外筒体一侧的底部设置有热风入口，所述外筒体另一侧的顶部设置有热风出口，所述热风入口与所述热风出口通过所述外筒体与所述筒体之间设置的热风风道连通。
优选地，所述搅拌轴包括主轴、叶片、套筒和底盘，所述主轴上竖向排列设置有多个轴套，所述底盘固定于所述主轴上并设置于多个所述轴套的底部；所述底盘为锥形盘体，所述底盘的大径端设置于所述底部筒体的筒底的顶部；每两个所述轴套之间和所述轴套与所述底盘之间均设置有所述套筒，所述叶片周向分布于所述轴套上，相邻的两个叶片之间留有间隙。
优选地，所述主轴通过所述热解反应釜底部设置的电机驱动旋转，所述热解反应釜的顶部和底部还分别固定有用于支撑所述主轴的第一轴承和第二轴承。
优选地，所述顶部筒体的顶部还设置有顶盖，所述顶盖与所述支撑框架固定连接，所述进料口、热解气排出口和所述第一轴承设置于所述顶盖上。
优选地，还包括弹簧支撑装置，所述弹簧支撑装置包括底架、第一支撑环、第二支撑环和弹簧，所述底架固定于所述支撑框架上，所述第一支撑环和所述第二支撑环套设于所述热解反应釜的外部，所述第一支撑环固定于所述底架上，所述第二支撑环设置于所述第一支撑环的顶部，所述第一支撑环和所述第二支撑环均由两个半圆环构成，两个半圆环的拼接处通过连接件连接，所述弹簧周向均布于所述第一支撑环和所述第二支撑环之间。
优选地，所述进料口和所述出料口处均安装有一进出料密封机；所述进出料密封机包括密封舱和螺旋输送机，所述密封舱的舱体上设置有高位料位计和低位料位计，所述低位料位计位于所述高位料位计的底部；所述进料口处的物料由所述密封舱输送到所述螺旋输送机中，所述螺旋输送机的出料口与所述进料口连通；所述出料口处的热分解后的物料由所述密封舱落入所述螺旋输送机，再由所述螺旋输送机向外输送。
优选地，还包括若干个外部套设有陶瓷材料护套的测温元件，所述测温元件固定在所述支撑框架上，其中一部分所述测温元件用于测量所述热解反应釜的筒体的外壁温度，另一部分所述测温元件用于测量所述热解反应釜内的物料的温度；所述测温元件还与一控制***电连接，所述控制***能够控制热解反应釜的加热工作和搅拌轴的搅拌工作。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
1、本发明提供的带有搅拌轴的立式热解反应釜，为立式筒状结构，物料填充率高，同样处理量时设备体积小，反应釜受热均匀，不易变形。
2、本发明提供的带有搅拌轴的立式热解反应釜，内部设置有带有叶片的搅拌轴，由叶片驱动物料流动使物料充分混合，物料受热均匀，升温速度快，热解反应彻底。
3、本发明提供的带有搅拌轴的立式热解反应釜，采用弹簧支撑装置进行减震，并且能对热解反应釜受热膨胀进行补偿。
4、本发明提供的带有搅拌轴的立式热解反应釜，进出料密封机采用螺旋输送机+密封舱的密封形式，具有高低位料位计和变频控制的螺旋输送机，结构简单、进料和出料稳定、密封可靠。
5、本发明提供的带有搅拌轴的立式热解反应釜，在进料口和出料口均设置进出料密封机，利用物料的堆积高度，对反应釜进行密封，阻断热解气和水蒸气的散逸，具有密封结构简单，密封可靠的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中带有搅拌轴的立式热解反应釜的结构示意图；
图2为本发明第一种实施方式中热解反应釜的结构示意图；
图3为本发明第二种实施方式中热解反应釜的结构示意图；
图4为本发明中搅拌轴的结构示意图；
图5为本发明中安装有叶片的轴套的结构示意图；
图6为本发明中弹簧支撑装置的立体结构示意图；
图7为本发明中进出料密封机的结构示意图；
图中：1-热解反应釜、2-支撑框架、3-搅拌轴、4-进料口、5-热解气排出口、6-出料口、7-电机、8-第一轴承、9-第二轴承、10-顶盖、11-弹簧支撑装置、12-进出料密封机、13-测温元件；
101-顶部筒体、102-底部筒体、103-加热线圈、104-外筒体、105-热风入口、106-热风出口、107-热风风道；
301-主轴、302-叶片、303-套筒、304-底盘、305-轴套；
111-底架、112-第一支撑环、113-第二支撑环、114-弹簧、115-连接件；
121-密封舱、122-螺旋输送机、123-高位料位计、124-低位料位计。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种带有搅拌轴的立式热解反应釜，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例提供一种带有搅拌轴的立式热解反应釜，如图1所示，包括热解反应釜1、支撑框架2和搅拌轴3，热解反应釜1固定于支撑框架2内，热解反应釜1的顶部一端设置有进料口4，另一端设置有热解气排出口5，热解反应釜1的底部设置有出料口6，搅拌轴3设置于热解反应釜1内部，用于对热解反应釜1内进行热解反应的物料进行搅拌。
本实施例中，热解反应釜1为一内部带有空腔的筒体，热解反应釜1的顶部筒体101为圆柱形，顶部筒体101的直径与高度比例为1:3-1:5；底部筒体102为锥形，底部筒体102与顶部筒体为一体成型结构；顶部筒体101的内部为进料混合腔和热解反应腔，底部筒体102的内部为出料腔，进料混合腔、热解反应腔和出料腔互通。
如图2所示，本实施例中的热解反应釜1为一种电加热热解反应釜，在顶部筒体101的外部缠绕加热线圈103来对热解反应釜1进行加热，加热线圈103可以为电磁线圈或电阻丝，电磁线圈依靠电磁波使筒体发热。
如图4、图5所示，本实施例中的搅拌轴3包括主轴301、叶片302、套筒303和底盘304，主轴301上竖向排列设置有多个轴套305，轴套305上带有键槽，轴套305通过键与主轴301固定连接，底盘304固定于主轴301上并设置于多个轴套305的底部，底盘304与主轴301也通过键固定；底盘304为锥形盘体，底盘304的大径端设置于底部筒体102的筒底的顶部；底盘304采用伞状结构不仅能促进物料向出料口6方向流动，同时还能保护底部动密封处不受污染，提高密封组件的可靠性。
每两个轴套305之间和轴套305与底盘304之间均设置有套筒303，来进行轴向限位；叶片302设置有三片，三片叶片302周向分布于轴套305上，相邻的两个叶片302之间留有间隙，以使物料流动，相邻的两组叶片302之间的垂直距离为100-200mm。
主轴301通过热解反应釜1底部设置的电机7驱动旋转，热解反应釜1的顶部和底部还分别固定有用于支撑主轴301的第一轴承8和第二轴承9，第一轴承8和第二轴承9主要承受轴向载荷和少量的径向载荷，因此第一轴承8和第二轴承9均选用双列角接触球轴承，采用脂润滑。
本实施例中的热解反应釜1的顶部筒体101的顶部还设置有顶盖10，顶盖10通过螺栓固定于支撑框架2的顶部，进料口4、热解气排出口5和第一轴承8设置于顶盖10上。
如图6所示，还包括弹簧支撑装置11，弹簧支撑装置11包括底架111、第一支撑环112、第二支撑环113和弹簧114，底架111固定于支撑框架2上，第一支撑环112和第二支撑环113套设于热解反应釜1的外部，第一支撑环112固定于底架111上，第二支撑环113设置于第一支撑环112的顶部，第一支撑环112和第二支撑环113均由两个半圆环构成，两个半圆环的拼接处通过连接件115连接，弹簧114周向均布于所第一支撑环112和第二支撑环113之间。
因热解反应釜1为高温部件，且承受很大的载荷，高温蠕变严重。且在高温状态下材料强度严重降低，长期使用反应釜会产生严重的变形，影响设备各部件的尺寸精度及强度；设置弹簧支撑装置11能够缓解材料高温蠕变及强度降低产生的破坏性因素，有效控制由于电机7带给筒体的振动，同时也给予筒体热膨胀的自由度。弹簧114规格的选择根据如下：弹簧弹力＝压缩量(热解反应釜1射热膨胀伸长长度)*弹簧刚度＝反应釜重量+反应釜内部物料重量+搅拌轴3重量+电机7和减速机重量。弹簧支撑装置11可使热解反应釜1得到有效支撑，可有效降低反应釜受热状态下因强度降低产生的变形，提高设备的稳定性，有效增加设备的使用寿命。
如图1所示，本实施例中，进料口4和出料口6处均安装有一进出料密封机12；如图7所示，进出料密封机12包括密封舱121和螺旋输送机122，密封舱121的舱体上设置有高位料位计123和低位料位计124，低位料位计124位于高位料位计123的底部；进料口4处的物料由密封舱121输送到螺旋输送机122中，螺旋输送机122的出料口6与进料口4连通；出料口6处的热分解后的物料由密封舱121落入螺旋输送机122，再由螺旋输送机122向外输送。
本实施例中的带有搅拌轴的立式热解反应釜的进料过程需要严格控制，维持反应釜内物料平衡。并且在热解反应中，会有大量焦油及水蒸气产生，会在低温物料中凝结，入物料长时间停留在进料部位，会使物料板结，且热解反应釜1需要密封。所以对进出料密封机12要求较高，需要具有连续进料的要求，尽量减少物料在密封段的静止停留时间，且进出料密封机12必须有效对水蒸气和热解气进行阻断，本身也要具有气密性。为保证有效的物料高度对热解气和水蒸气进行阻断，密封舱121带有高位料位计123和低位料位计124，当物料高度达到高位料位计123时，螺旋输送机122开始启动并持续进料；当物料高度降低到低位料位计124时，螺旋输送机122停转，以保证密封舱121物料高度。螺旋输送机122采用变频控制，使螺旋输送机122出料量尽量与进料量相当，减少物料静止时间，以防止物料在螺旋输送机122内板结；出料口6处的进出料密封机12的工作原理与上述相同。
本实施例中，还包括若干个外部套设有陶瓷材料护套的测温元件13，陶瓷材料护套能够防止测温元件13被加热线圈103加热，测温元件13固定在支撑框架2上，其中一部分的测温元件13用于测量热解反应釜1的筒体的外壁温度，另一部分的测温元件13用于测量热解反应釜1内的物料的温度；测温元件13还与一控制***电连接，控制***能够控制热解反应釜1的加热工作和搅拌轴3的搅拌工作；本实施例中，测温元件13将温度反馈给控制***，控制***根据所测温度来调节加热线圈103的加热温度和电机7带动搅拌轴3的转速。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别之处仅在于，本实施例中的热解反应釜1为一种高热风加热热解反应釜；如图3所示，与实施例一不同的是，热解反应釜1的顶部筒体101的外部还套设有外筒体104，外筒体104一侧的底部设置有热风入口105，外筒体104另一侧的顶部设置有热风出口106，热风入口105与热风出口106通过外筒体104与筒体之间设置的热风风道107连通，热风通道可以为螺旋风道，使热风的定向流动加热更加均匀。此时，控制***则能够控制热风的送风量来控制加热温度。
本发明提供的带有搅拌轴的立式热解反应釜的工作过程如下：
物料落入热解反应釜内1进料混合段，搅拌轴3高速旋转，叶片302给物料提供物料运动的动力，使物料在进料混合段内充分混合后在重力作用下落入热解反应段。热解反应段由外部环绕的热线圈或高热风加热热解反应釜内1筒体至400℃-900℃，热量通过热传导传递给热解反应釜1内的物料，物料在搅拌轴3搅动下不断位移实现物料间的热量传递，物料吸热升温达到热解反应温度，最终在高温绝氧的环境下物料发生热解反应。热解反应产生的固体碳渣在重力的作用下，落到热解反应釜出料段，通过进出料密封机12排出热解反应釜1。在热解反应釜1中搅拌轴3的作用下，物料因叶片旋转而产生间隙，热解过程中产生的气体和气态焦油，在物料间隙中向上运动，最终由上端的热解气排出口5排出。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种带有搅拌轴的立式热解反应釜，其特征在于：包括热解反应釜、支撑框架和搅拌轴，所述热解反应釜固定于所述支撑框架内，所述热解反应釜的顶部一端设置有进料口，另一端设置有热解气排出口，所述热解反应釜的底部设置有出料口，所述搅拌轴设置于所述热解反应釜内部，用于对所述热解反应釜内进行热解反应的物料进行搅拌。
2.根据权利要求1所述的带有搅拌轴的立式热解反应釜，其特征在于：所述热解反应釜为一内部带有空腔的筒体，所述热解反应釜的顶部筒体为圆柱形，底部筒体为锥形，所述热解反应釜的顶部筒体的内部为进料混合腔和热解反应腔，所述热解反应釜的底部筒体的内部为出料腔，所述进料混合腔、所述热解反应腔和所述出料腔互通。
3.根据权利要求2所述的带有搅拌轴的立式热解反应釜，其特征在于：所述热解反应釜的顶部筒体的外部还缠绕有加热线圈。
4.根据权利要求2所述的带有搅拌轴的立式热解反应釜，其特征在于：所述热解反应釜的顶部筒体的外部还套设有外筒体，所述外筒体一侧的底部设置有热风入口，所述外筒体另一侧的顶部设置有热风出口，所述热风入口与所述热风出口通过所述外筒体与所述筒体之间设置的热风风道连通。
5.根据权利要求2所述的带有搅拌轴的立式热解反应釜，其特征在于：所述搅拌轴包括主轴、叶片、套筒和底盘，所述主轴上竖向排列设置有多个轴套，所述底盘固定于所述主轴上并设置于多个所述轴套的底部；所述底盘为锥形盘体，所述底盘的大径端设置于所述底部筒体的筒底的顶部；每两个所述轴套之间和所述轴套与所述底盘之间均设置有所述套筒，所述叶片周向分布于所述轴套上，相邻的两个叶片之间留有间隙。
6.根据权利要求5所述的带有搅拌轴的立式热解反应釜，其特征在于：所述主轴通过所述热解反应釜底部设置的电机驱动旋转，所述热解反应釜的顶部和底部还分别固定有用于支撑所述主轴的第一轴承和第二轴承。
7.根据权利要求6所述的带有搅拌轴的立式热解反应釜，其特征在于：所述顶部筒体的顶部还设置有顶盖，所述顶盖与所述支撑框架固定连接，所述进料口、所述热解气排出口和所述第一轴承设置于所述顶盖上。
8.根据权利要求1所述的带有搅拌轴的立式热解反应釜，其特征在于：还包括弹簧支撑装置，所述弹簧支撑装置包括底架、第一支撑环、第二支撑环和弹簧，所述底架固定于所述支撑框架上，所述第一支撑环和所述第二支撑环套设于所述热解反应釜的外部，所述第一支撑环固定于所述底架上，所述第二支撑环设置于所述第一支撑环的顶部，所述第一支撑环和所述第二支撑环均由两个半圆环构成，两个半圆环的拼接处通过连接件连接，所述弹簧周向均布于所述第一支撑环和所述第二支撑环之间。
9.根据权利要求1所述的带有搅拌轴的立式热解反应釜，其特征在于：所述进料口和所述出料口处均安装有一进出料密封机；所述进出料密封机包括密封舱和螺旋输送机，所述密封舱的舱体上设置有高位料位计和低位料位计，所述低位料位计位于所述高位料位计的底部；所述进料口处的物料由所述密封舱输送到所述螺旋输送机中，所述螺旋输送机的出料口与所述进料口连通；所述出料口处的热分解后的物料由所述密封舱落入所述螺旋输送机，再由所述螺旋输送机向外输送。
10.根据权利要求1所述的带有搅拌轴的立式热解反应釜，其特征在于：还包括若干个外部套设有陶瓷材料护套的测温元件，所述测温元件固定在所述支撑框架上，其中一部分所述测温元件用于测量所述热解反应釜的筒体的外壁温度，另一部分所述测温元件用于测量所述热解反应釜内的物料的温度；所述测温元件还与一控制***电连接，所述控制***能够控制热解反应釜的加热工作和搅拌轴的搅拌工作。
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