УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к энергетике и экологии и предназначено для термической переработки твердых и сыпучих материалов, в частности, в процессах пиролиза твёрдых углеродсодержащих материалов, в том числе коммунальных и бытовых отходов. Заявляемое устройство также может быть использовано для активирования углеродных материалов, прокалки, сушки и в других технологических процессах, связанных с нагревом в контролируемой среде.

Известен способ термического разложения топ ив [1], в котором стенки печи выполнены из беспламенных газовых горелок. Топливо поступает в верхнюю часть печи и, по мере опускания, подвергается прямому действию инфракрасных лучей, что позволяет интенсифицировать процесс. Недостатком известного изобретения является то, что предложенное решение не позволяет передать лучистое тепло на всю глубину слоя продукта.

Известна установка для термического разложения углеродсодержащих материалов [2]. Известная установка содержит вращающийся барабан с осесимметрично установленной в нём ретортой, сжигание газов пиролиза ведётся в кольцевом пространстве между ретортой и стенками барабана, обеспечивая таким образом наружный радиационно- кондуктивный обогрев реторты.

Недостатко известного изобретения является неравномерный обогрев реторты и барабана.

Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому изобретению является пиролизная печь с внешним обогревом для карбонизации и активирования углеродного материала [3], содержащая полое вращающееся тело, имеющее вход и разгрузочную сторону и размещённое с наклоном книзу в направлении разгрузочной стороны; корпус, окружающий тело и определяющий с телом множество нагревательных камер; газовые горелки в каждой нагревательной камере, причём температуру каждой камеры можно регулировать независимо; кольцеобразные перегородки с интервалами вдоль вращающегося тела для регулирования перемещения материала через тело; средства подачи углеродного материала для его подачи к загрузочному концу; питающий трубопровод для поступления во вращающееся тело пара или углекислого газа, по существу, свободного от кислорода.

Данная пиролизная печь обладает недостаточной надёжностью и безопасностью из-за использования пламенных газовых горелок и возможности перегрева вращающегося тела при повышенной температуре факела газовых горелок, недостаточной интенсивностью теплообмена и определённой сложностью ремонта.

Задачей настоящего изобретения является создание пиролизной печи барабанного типа с наружным обогревом для переработки твёрдых углеродеодержащих материалов повышенной надёжности, безопасности, эффективности теплообмена и улучшенной р ем о нто п и годности .

Для решения поставленной задачи предлагается пиролизная печь с наружным обогревом для переработки твёрдых углеродеодержащих материалов, содержащая опору 1; размещённую на ней камеру 2 пиролиза, имеющую форму цилиндра с торцевыми крышками 3, связанными с загрузочным каналом 4 и разгрузочным каналом 5; камеру 6 нагрева, охватывающую камеру 2 пиролиза и включающую теплоизолированный корпус 7, размещённые в нём нагревательные элементы 8 и 9, перегородки 10, 11, 12 и патрубок 13 дл отвода дымовых газов, расположенный в верхней части камеры б нагрева; питающий трубопрово 14 для подачи в камеру 2 пиролиза атмосферы водяного пара или углекислого газа; трубопровод 15 для отвода газообразных продуктов из камеры 2 пиролиза. Камера 6 нагрева выполнена сборной из верхней и нижней частей, с возможностью соединения; причём каждая из частей камеры б нагрева снабжена двумя рядами нагревательных элементов 8, 9, расположенных вдоль длины корпуса 7 камеры 6 нагрева симметрично по отношени к вертикальной плоскости, проходящей через ось камеры 2 пиролиза. Нагревательные элементы 8, 9 выполнены в виде блоков, содержащих, по меньшей мере, одну беспламенную газовую горелку, причём нагревательные элементы 8 в верхней части камеры б нагрева расположены в шахматном порядке по отношению к нагревательным элементам 9 в нижней части камеры 6 нагрева. Перегородки 10, 11, 12 представляют собой: две торцевые кольцеобразные перегородки 10, расположенные по краям камеры б нагрева; перегородку 11, расположенную вдоль нижней части камеры 6 нагрева; кольцеобразные перегородки 12, попарно образующие отдельные каналы-газоходы 16 для каждого нагревательного элемента 8, 9 для потоков отходящих от них дымовых газов. Патрубок 13 для отвода дымовых газов снабжен теплообменником 17, к которому подсоединен питающий трубопровод 14 для подачи в камеру 2 пиролиза атмосферы водяного пара или уг екислого газа.

В отличие от первого варианта во втором варианте предлагаемого изобретения перегородки представляют собой: две торцевые кольцеобразные перегородки 10, расположенные по краям камеры 6 нагрева; перегородку 11, расположенную вдоль нижней части камеры 6 нагрева; экранирующие перегородки 18 в верхней части камеры 6 нагрева, обеспечивающие направление потока отходящих от нагревательных элементов 8 дымовых газов вверх камеры б нагрева и ограничивающие влияние на них нагревательных элементов 9 нижней части камеры 6 нагрева, а также экранирующие перегородки 19 в нижней части камеры 6 нагрева, ограничивающие боковое перемещение потока дымовых газов, отходящих от нагревательных элементов 9, и их взаимное влияние друг на друга.

Причём в предпочтительном исполнении второго варианта экранирующие перегородки 18 состоят из двух боковых частей, выполненных в форме сегмента кольца и расположенных по обеим сторонам каждого нагревательного элемента 8 которые соединены рассекателем, направленным в сторону нагревательных элементов 9. Экранирующие перегородки 19 также выполнены в форме сегмента кольца

Для обоих вариантов изобретения камера 2 пиролиза может быть выполнена барабанного типа либо шнекового типа.

В обоих вариантах изобретения предпочтительно теплообменник 17 выполнен в виде змеевика, а камера 2 пиролиза снабжена датчиками давления и температуры.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в следующем. 1. Использование в качестве нагревательных элементов беспламенных газовых горелок позволяет исключить возможность перегрева стенок камеры пиролиза, поскольку при сжигании в них газа отсутствует открытое пламя и стенки не подвергаются высокотемпературному воздействию, что повышает надёжность и безопасность.

2. Расположение нагревательных элементов а шахматном порядке позволяет максимально равномерно распределить потоки излучения и потоки дымовых газов от нагревательных элементов по наружной поверхности камеры пиролиза, а предлагаемые варианты размещения перегородок в корпусе камеры нагрева позволяют организовать движение дымовы газов от работающих нагревательны элементов таким образом, чтобы они не оказывали взаимного влияния друг на друга и не снижалась их работоспособность, а имеющие высокую температуру продукты сгорания (дымовые газы) не выходили за пределы камеры нагрева через её торцевые поверхности и равномерно омывали поверхность камеры пиролиза с максимальной площадью соприкосновения. Такое оптимальное сочетание радиационного, за счёт излучения, и конвективного, за счёт контакта с дымовыми газами, нагрева камеры пиролиза в предлагаемой конструкции камеры нагрева позволяет значительно интенсифицировать теплообмен между камерой нагрева и камерой пиролиза по сравнению с нагревом только дымовыми газами в случае использования пламенных газовых горелок.

3. Выполнение камеры нагрева сборной из верхней и нижней частей с возможностью соединения позволяет повысить ремонтопригодность за счёт возможности организации ремонта и замены камеры пиролиза при снятой верхней части камеры нагрева.

Изобретение представлено на чертежах.

Фиг. 1 - общий вид пиро изной печи с наружным обогревом.

Фиг. 2 - поперечное сечение пи олизной печи с наружным обогревом (по А-А, вид справа).

Фиг. 3 - фрагмент развертки камеры нагрева, вариант 1. Фиг. 4 - фрагмент развертки камеры нагрева, вариант 2.

Пиролизиая печь с наружным обогревом для переработки твёрдых углеродсодержащих материалов (фиг. 1, 2) содержит опору 1, в частном случае опорную раму, на которой на двух опорных стойках размещена камера 2 пиролиза, имеющая форму цилиндра с торцевыми крышками 3, связанными с загрузочным каналом 4, и разгрузочным каналом 5; камеру 6 нагрева, охватывающую камеру 2 пиролиза и включающую теплоизолированный корпус 7, размещённые в нём нагревательные элементы 8, 9. Патрубок 13 для отвода дымовых газов, расположен в верхней части камеры 6 нагрева по всей ее длине и снабжен теплообменником 17, предпочтительно выполненный в виде змеевика, к которому подсоединён питающий трубопровод 14 для подачи в камеру 2 пиролиза атмосферы водяного пара или углекислого газа. Пиролизная печь имеет также трубопровод 15 для отвода газообразных продуктов из камеры 2 пиролиза. Камера б нагрева выполнена сборной из верхней и нижней частей, с возможностью соединения; причём верхняя часть камеры 6 нагрева снабжена двумя рядами нагревательных элементов 8, а нижняя часть камеры б нагрева снабжена двумя рядами нагревательных элементов 9. Нагревательные элементы 8, Э расположены вдоль длины корпуса 7 камеры 6 нагрева симметрично по отношению к вертикальной плоскости, проходящей через ось камеры 2 пиролиза. Нагревательные элементы 8, 9 выполнены в виде блоков, блок может состоять из одной или нескольких горелок, с целью набора определённой мощности блока, и/или получения излучающей поверхности с определённой формой и площадью. Нагревательные элементы 8 в верхней части камеры б нагрева расположены в шахматном порядке по отношению к нагревательным элементам 9 в нижней части камеры б нагрева.

Изобретение представлено в двух вариантах. По первому варианту перегородки представляют собой : две торцевые кольцеобразные перегородки 10 (фиг. 2), расположенные по краям камеры б нагрева, ограничивающие выход дымовых газов от нагревательных элементов 8, 9 за пределы камеры б нагрева через её торцевые поверхности; перегородку 11 (фиг. 2, 3, 4), расположенную вдоль нижней части камеры б нагрева и разделяющую внутренний объём камеры 6 нагрева на две части, формируя два симметричных восходящих потока дымовых газов от нагревательных элементов 8, 9, омывающих камеру 2 пиролиза с противоположных сторон; кольцеобразные перегородки 12 (фиг. 3), попарно образующие отдельные каналы-газоходы 16 для каждого нагревательного элемента 8, 9 для потоков отходящих от них дымовых газов.

Второй вариант по изобретению имеет также две торцевые кольцеобразные перегородки 10 (фиг ), расположенные по краям камеры 6 нагрева; перегородку 11 (фиг. 2, 3, 4), расположенную вдоль нижней части камеры б нагрева и разделяющую внутренний объём камеры 6 нагрева на две части, формируя два симметричных восходящих потока дымовых газов от нагревательных элементов 8, 9, омывающих камеру 2 пиролиза с противоположных сторон. В отличие о первого, во втором варианте предлагаемого изобретения установлены экранирующие перегородки 18, 19 {фиг. 4), Экранирующие перегородки 18 в верхней части камеры 6 нагрева, обеспечивающие направление потока отходящих от нагревательных элементов 8 дымовых газов вверх камеры 6 нагрева и ограничивающие влияние на них нагревательных элементов 9 нижней части камеры 6 нагрева, в представленном предпочтительном примере исполнения изобретения, выполнены из двух боковых частей в форме сегмента кольца, которые расположены по обеим сторонам каждого нагревательного элемента 8 и соединены рассекателем, направленным в сторону нагревательных элементов 9. Экранирующие перегородки 19 в нижней части камеры 6 нагрева, ограничивающие боковое перемещение потока дымовых газов, отходящих от нагревательных элементов 9, и их взаимное влияние друг на руга, в этом же примере выполнены также в форме сегмента кольца.

8 обоих вариантах изобретения может быть использована камера 2 пиролиза либо барабанного типа, либо шнекового типа.

В случае использования камеры 2 пиролиза барабанного типа торцевые крышки 3 снабжены торцевыми уплотнениями (на чертежах не показаны), обеспечивающими неподвижность крышек 3 при вращении камеры 2 пиролиза барабанного типа.

Камера 2 пиролиза может быть снабжена датчиками давления и температуры (на чертежах не показаны).

Пиролизная печь с наружным обогрево по изобретению позволяет использовать систему автоматики.

Пиролизная печь с наружным обогревом по варианту 1 по изобретению работает следующим образом.

По питающему трубопроводу 14 в камеру 2 пиролиза подают углекислый газ, и осуществляют продувку камеры 2 пиролиза для вытеснения остаточного воздуха. Далее в нагревательные элементы 9 подают сжигаемый газ и осуществляют их поджиг. На камеру 2 пиролиза воздействуют тепловое излучение от нагревательных элементов 9, а также за счет конвекции тепло дымовых газов, образующихся при их работе, которые отталкиваясь от перегородки 11, разделяющей внутренний объём камеры б нагрева на две симметричные части, по каналам-газоходам 16, образованным кольцеобразными перегородками 12, поступают вверх и через патрубок 13 выходят за пределы камеры б нагрева, при этом они обтекают наружную поверхность камеры 2 пиролиза с обеих сторон, относительно вертикальной плоскости, в которой находится перегородка 11. В нагревательные элементы 8 подают сжигаемый газ и осуществляют поджиг. Интенсивность нагрева камеры 2 пиролиза увеличивается за счёт дополнительного воздействия теплового излучения от нагревательных элементов 8, а также за счёт передачи тепла конвекцией от дымовых газов, образующихся при их работе, эти дымовые газы увлекаются потоком дымовых газов от нагревательных элементов 9, поступают вверх и выходят за пределы камеры 6 нагрева через патрубок 13, при этом повышается равномерность нагрева поверхности камеры 2 пиролиза за счёт расположения нагревательных элементов 8 и 9 в шахматном порядке. Дымовые газы, образующиеся в результате работы нагревательных элементов 8 и 9, через патрубок 13 покидают камеру 6 нагрева, обтекают при этом теплообменник 17 и нагревают его за счёт конвекции. По питающему трубопроводу 14 в камеру 2 пиролиза поступает нагретый в теплообменнике 17 водяной пар или углекислый газ для обеспечения в ней защитной атмосферы. Предварительно измельчённый твёрдый углеродсодержащий материал через загрузочный канал 4 подают в нагретую камеру 2 пиролиза, где он контактирует с внутренней поверхностью камеры 2 пиролиза, имеющей высокую температуру за счёт передачи тепла от нагревательных элементов 8 и 9 и отходящих от них дымовых газов, и происходит процесс пиролиза. Пиролизный газ, поступающий в трубопровод 15, отводят за пределы камеры 2 пиролиза, твёрдый остаток, образовавшийся в результате разложения твёрдого угле родео де жа его материала после выделения пиролизного газа, через разгрузочный канал 5 также выводят за пределы камеры 2 пиролиза.

Работа пиролизной печи с наружным обогревом по варианту 2 по изобретению отличается от работы по варианту 1 тем, что дымовые газы, образующиеся в результате работы нагревательны элементов 9, отталкиваясь от перегородки 11, поступают ввер камеры б нагрева, при этом экранирующие перегородки 19 ограничивают боковое перемещение потоков дымовых газов, отходящих от соседних нагревательных элементов 9, и взаимное влияние нагревательных элементов 9 друг на друга. Затем дымовые газы обтекают наружную поверхность камеры 2 пиролиза с обеих сторон, относительно вертикальной плоскости, в которой находится перегородка 11, далее обтекают внешние стороны экранирующих перегородок 18 и через патрубок 13 покидают камеру 6 нагрева, при этом обтекают теплообменник 17 и нагревают его за счёт конвекции.

Дымовые газы, образующиеся в результате работы нагревательных элементов 8, отталкиваясь от экранирующей перегородки 18, поступают вверх камеры б нагрева, смешиваются с потоком дымовых газов от нагревательных элементов 9 и через патрубок 13 покидают камеру б нагрева, при этом обтекают теплообменник 17 и тоже нагревают его за счёт конвекции. При этом перегородки 18 рассекают дымовые газы, образующиеся при работе нагревательных элементов 9 и поднимающиеся вверх к выходному патрубку 13 и не оказывают отрицательного влияния на поджиг и работоспособность нагревательных элементов 9.

Источники информации:

1. А.с. SU 167812, С10В, опубл. 05.11.1965

2. А.с. SU 397729, F27B 7/04, опубл. 1970.

3. Патент РФ 2478573, С01В31/08, C1QB47/30, С10В53/07, F27B 7/16, опубл. 10.04.2013