一种球循环筛分粉体密封出料一体化装置及方法

1.本发明涉及有机废弃物干燥热解技术出料领域，特别涉及一种球循环筛分粉体密封出料一体化装置。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.现有技术中的有机废弃物干燥热解过程是将待热解的物质放入热解炉内进行高温热解，热解后的物料通过出料机构排出热炉器，由于整个热解过程需要与外界隔绝，因此出料机构需要密封出料。在传统出料机密封输送高温物料过程中，由于热量不能均匀分散，极易引起热量集中现象，且无法实现动态密封功能，造成外界压力大于热解炉压力，产生正压回火现象，窜出的高温热解气可能引起外围火灾，因此，常规的出料机存在安全隐患，无法满足实际需求。此外，在运行过程中极易引起热量损耗，存在热效率低的缺陷。


技术实现要素：

4.为了克服上述问题，本发明设计了一种球循环筛分粉体密封出料一体化装置，巧妙的利用球筛分结构保证了热解产物高温炭粉和循环球的分离，实现了热量的均匀分散和传递，实现了粉体物料的动态密封性能，避免了由此引起的正压回火现象，保证了设备运行的安全性，提高了热效率，适于大规模推广应用。
5.基于上述研究成果，本公开提供以下技术方案：
6.本公开第一方面，提供一种球循环筛分粉体密封出料一体化装置，包括热解炉回转筒体，所述热解炉回转筒体与热解炉出料端盖、粉体密封箱、球循环螺旋提升机和干燥炉进料端盖依次连接；所述热解炉回转筒体内设有球筛分结构，所述球筛分结构包括球筛分固定板，所述球筛分固定板上设有球筛分网，沿热解炉回转筒内壁长度方向上设有球筛分螺旋结构，所述球筛分螺旋结构靠近热解炉出料端盖的一侧连接球推动螺旋结构，所述热解炉回转壳体内设有循环球。
7.本公开第二方面，提供一种球循环筛分粉体密封出料一体化方法，包括以下步骤：
8.(1)将有机物质原料破碎后，输送至干燥炉内，在干燥炉的旋转以及循环球的作用下，余热烟气直接加热物料进行干燥，温度下降后排出，完成干燥过程；
9.(2)干燥后的有机物料与循环球进入热解炉内进行热解炭化反应；
10.(3)热解炭化反应后的碳粉和循环球分离。
11.本公开第三方面，提供上述球循环筛分粉体密封出料一体化装置或方法在废弃物干燥热解过程中的应用。
12.本发明一个或多个具体实施方式至少取得了以下技术效果：
13.(1)本发明中的球筛分结构固定在热解炉回转壳体内，球筛分结构与热解炉回转
壳体同步回转运动。所述球筛分结构实现了热解产物高温炭粉与循环球的分离，实现循环球自动循环的第一步，经分离后的循环球进入粉体密封箱。循环球在干燥和热解过程中起到助推物料运动、协助干燥热解传热作用以及避免热解焦油焦炭粘结现象，同时循环球相互碰撞对炭粉起到破碎作用，实现了热量的均匀分散和传递，采用粉体密封箱与球循环螺旋提升机结合，实现了球循环输送过程中粉体物料的动态密封性能，避免了由上述因素引起的正压回火现象，保证了设备运行的安全性。
14.(2)本发明采用粉体密封避免了球循环过程中热量的损耗，提高了球循环过程中热效率(热效率综合能提高10％-30％)，保证设备连续长期稳定运行。
附图说明
15.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
16.图1为本发明一种球循环筛分粉体密封出料一体化装备的结构轴测视图；
17.图2为本发明一种球循环筛分粉体密封出料一体化装备的结构主剖视图；
18.图3为本发明一种球循环筛分粉体密封出料一体化装备的结构侧剖视图；
19.图4为本发明一种球循环筛分粉体密封出料一体化装备的筛分结构轴测剖视图；
20.其中：1、热解炉回转筒体；1-1、热解炉回转壳体；1-2、球筛分结构；1-2.1、球筛分固定板；1-2.2、球锥形筛分网；1-2.3、球筛分螺旋；1-2.4、球推动螺旋；1-3、热解后端支撑段；1-4、热解后端隔热层；1-5、热解后端动态密封结构；1-6、循环球；2、热解炉出料端盖；2-1、热解炉出料端盖壳体；2-2、炭焦粉出料口；2-3、螺旋出料接口；2-4、端盖固定架；2-5、热解气出口；2-6、温度检测口；2-7、热解端盖支架；3、粉体密封箱；3-1、粉体密封箱壳体；3-2、检修口；3-3、固定支撑结构；3-4、清扫口；3-5、夹角α；3-6、粉体；3-7、球接料结构；3-8、粉体加料口；4、球循环螺旋提升机；4-1、变频防爆减速电机；4-2、驱动连接结构；4-3、球循环螺旋提升主轴；4-4、球循环螺旋提升壳体；4-5、循环球出口；5、干燥炉进料端盖；5-1、干燥炉进料端盖壳体；5-2、物料进料口；5-3、干燥气出口；5-4、温度检测口；5-5、干燥端盖支架。
具体实施方式
21.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
22.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
23.正如背景技术所介绍的，在传统出料机密封输送高温物料过程中，由于热量不能均匀分散，极易引起热量集中现象，且无法实现动态密封功能，造成外界压力大于热解炉压力，产生正压回火现象，引起安全隐患，此外还存在热效率低的问题。因此，本公开提出了一种球循环筛分粉体密封出料一体化装置，实现了热量的均匀分散传递以及动态密封功能，避免了由此引起的正压回火现象，保证了设备运行的安全性，且提高了热效率。
24.本公开第一方面，提供一种球循环筛分粉体密封出料一体化装置，包括热解炉回转筒体，所述热解炉回转筒体与热解炉出料端盖、粉体密封箱、球循环螺旋提升机和干燥炉进料端盖依次连接；所述热解炉回转筒体内设有球筛分结构，所述球筛分结构包括球筛分固定板，所述球筛分固定板上设有球筛分网，沿热解炉回转筒内壁长度方向上设有球筛分螺旋结构，所述球筛分螺旋结构靠近热解炉出料端盖的一侧连接球推动螺旋结构，所述热解炉回转壳体内设有循环球。
25.在一种典型实施方式中，所述热解炉回转筒体包括热解炉回转壳体，球筛分结构设置于热解炉回转壳体内，为炭粉的热解以及炭粉与循环球的分离提供场所。
26.在一种典型实施方式中，所述球筛分网为球锥形筛分网，锥形设计方式能够有利于循环球自动运动进入球推动螺旋结构中，进而实现炭粉与循环球的分离，使得分离后的循环球进入粉体密封箱。
27.在一种典型实施方式中，所述循环球为传热传质球径范围为30～60mm的球形材料，其材质为陶瓷球或钢球，其质量比为有机物质的5～50倍；循环球在干燥筒体和热解筒体起到助推物料运动、协助干燥热解传热作用以及避免热解焦油焦炭粘结现象，传热传质球相互碰撞对炭粉起到破碎作用。
28.在一种典型实施方式中，所述热解炉回转壳体由出料直段和出料锥段组成，且所述出料锥段与球筛分结构相连接。
29.在一种典型实施方式中，所述热解炉回转壳体内设有螺旋片，优选的，连接方式为焊接；进一步，所述螺旋片包括多螺旋片、双螺旋片和单螺旋片，更进一步，所述多螺旋片设置在热解炉回转壳体的出料直段目的在于使得热解产物快速离开出料直段热解区，避免物料堆积；所述双螺旋片设置在热解炉回转壳体的出料锥段，作用在于使得物料快速的离开出料锥段热解区以及把循环球推进筛分结构中，避免物料的堆积；所述单螺旋片设置在热解炉回转壳体内，为热解反应的主要区域；进一步，所述多螺旋片、双螺旋片和单螺旋片的高度为200-400mm。
30.发明人发现，改变上述螺旋片的设置区域，对最终球循环热效率的影响不同，采用上述设置方式，能够最利于将循环球推进筛分结构中，进而避免物料堆积，提高最终球循环热效率。本技术现对于现有技术首次发现了螺旋片的设置方式对设置区域有一定要求，同一区域设置不同形式的螺旋片影响物料堆积程度，进而影响最终的球循环热效率。
31.在一种典型实施方式中，所述热解炉回转筒体的外壁设有热解后端支撑段，进一步，两者连接方式为焊接，热解后端支撑段用于支撑热解炉回转筒体的回转运动。更进一步，所述热解后端支撑段与热解炉回转筒体外壁之间设有热解后端隔热层，用于隔热保护使热解后端支撑段表面温度在常温下。
32.在一种典型实施方式中，所述热解后端支撑段与热解炉出料端盖的接触位置设有热解后端动态密封结构，用于热解炉回转筒体与热解炉出料端盖回转运动的动态密封，其中所述的热解后端动态密封结构用于填料密封与气体密封，填料密封与气体密封的冗余设计，避免热解气的泄露，实现双重保护。
33.在一种典型实施方式中，所述热解炉出料端盖包括热解炉出料端盖壳体，所述热解炉出料端盖底部设有炭焦粉出料口，且所述炭焦粉出料口位于球筛分结构底部，所述炭焦粉出料口底部设有螺旋出料接口，用于安装水冷出料螺旋，热解产物高温炭粉经过筛分
结构与循环球分离后进入炭焦粉出料口，再经过水冷出料螺旋冷却，把高温炭粉冷却到一定温度，方便输送；进一步，所述端盖固定架与热解端盖支架相连接，发挥固定作用；所述热解端盖支架与热解炉出料端盖壳体相连接，优选的，两者连接方式为焊接；进一步，所述热解炉出料端盖上方设有热解气出口，所述热解炉出料端盖一侧还设有温度检测口，用于安装热电偶测量热解炉出料端口的温度，便于更好的控制有机废物的热解反应。
34.在一种典型实施方式中，所述粉体密封箱包括粉体密封箱壳体，所述粉体密封箱壳体一侧设有检修口，所述粉体密封箱壳体底部设有固定支撑结构，所述固定支撑结构底部设有清扫口，清扫口提供检修时将粉体料清理的通道。
35.在一种典型实施方式中，所述粉体密封箱内设有粉体，所述粉体为焦粉或炭粉，粉体的粒径为200目，粉体有非常好的流动性，实现循环球在粉体中的输送以及动态粉体的密封；进一步，所述粉料密封箱进料口的中心线与出料口的中心线的夹角α为30
°
～60
°
，在此夹角范围内能够实现循环球在粉体中的输送以及动态粉体的密封作用。
36.在一种典型实施方式中，所述粉体密封箱内还设有将循环球送入至球循环螺旋提升机内的球接料结构，所述球接料结构的外壳上设有小孔，使粉体能够通过小孔运动，实现循环球在粉体中的输送以及动态粉体的密封。进一步，所述循环球在粉体密封箱内出料口的中心线与球循环螺旋提升机相垂直，进而提高循环球进入球循环螺旋提升机内的效率。进一步，所述粉体密封箱上方还设有粉体加料口。
37.在一种典型实施方式中，所述球循环螺旋提升机包括球循环螺旋提升壳体，所述壳体内设有球循环螺旋提升主轴，所述主轴与驱动连接结构相连接，所述驱动连接结构与电机相连接，优选的，所述电机为变频防爆减速电机，为提升机提供动力，安全稳定性好。进一步，所述驱动连接结构包括主轴旋转的密封、联轴器和连接件；所述的主轴旋转的密封与球循环螺旋提升主轴的驱动端相连接，优选采用动态密封结构；所述的联轴器用于连接球循环螺旋提升主轴与变频防爆减速电机的驱动轴，使之共同旋转并传递扭矩，联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用；所述的连接件用于连接球循环螺旋提升壳体与变频防爆减速电机，起固定连接作用。
38.进一步，所述提升机上还设有循环球出口，与干燥炉进料端盖相连接，使其进入干燥炉内。
39.在一种典型实施方式中，所述球循环螺旋提升主轴上设有与之相焊接的螺旋片，所述螺旋片的螺距为150-250nm；进一步，所述螺旋提升主轴的两端为实心轴，中间段为空心轴，保证主轴有良好的强度和刚度；进一步，所述螺旋片圆周方向上设有焊接挡板，优选为焊接在螺旋片的最外边沿上，挡板的作用是在螺旋提升时球循环能够顺利的提升，粉体从小孔落下，挡住循环球不让循环球碰到壳体，影响循环球的提升以及粉体的密封效果；挡板的高度为50-100mm；进一步，所述挡板和螺旋片上均设有小孔，小孔的孔径为5-20mm，开设小孔能过实现循环球顺利的粉体内输送出来而粉体在粉体密封箱动态流动，由于粉体的流动性很好，实现了循环球在输送过程中的动态密封。
40.在一种典型实施方式中，所述干燥炉进料端盖包括干燥炉进料端盖壳体，所述壳体上设有循环球进料口，所述干燥端盖支架焊接在干燥炉进料端盖壳体上；所述干燥炉进料端盖上方设有温度检测口，用于安装热电偶测量干燥炉进料端口的温度，便于更好的控制有机废物的干燥反应。进一步，所述干燥炉进料端盖还设有物料进料口和干燥气出口。
1的出料直段，目的在于使得热解产物快速离开出料直段热解区，避免物料堆积；所述双螺旋片设置在热解炉回转壳体1-1的出料锥段，作用在于使得物料快速的离开出料锥段热解区以及把循环球1-6推进筛分结构中，避免物料的堆积；所述单螺旋片设置在热解炉回转壳体1-1内，为热解反应的主要区域。所述热解炉回转筒体1-1的外壁焊接设有热解后端支撑段1-3，热解后端支撑段1-3用于支撑热解炉回转筒体1的回转运动，所述热解后端支撑段1-3与热解炉回转筒体1外壁之间设有热解后端隔热层1-4，用于隔热保护使热解后端支撑段1-3表面温度在常温下。所述热解后端支撑段1-3与热解炉出料端盖2的接触位置设有热解后端动态密封结构1-5，用于热解炉回转筒体1与热解炉出料端盖2回转运动的动态密封，其中所述的热解后端动态密封结构用于填料密封与气体密封，填料密封与气体密封的冗余设计，避免热解气的泄露，实现双重保护。
54.所述热解炉出料端盖2包括热解炉出料端盖壳体2-1，所述热解炉出料端盖2底部设有炭焦粉出料口2-2，且所述炭焦粉出料口2-2位于球筛分结构1-2底部，所述炭焦粉出料口2-2底部设有螺旋出料接口2-3，用于安装水冷出料螺旋，热解产物高温炭粉经过筛分结构与循环球1-6分离后进入炭焦粉出料口2-2，再经过水冷出料螺旋冷却，把高温炭粉冷却到一定温度，方便输送；所述端盖固定架2-4与热解端盖支架2-7相连接，发挥固定作用；所述热解端盖支架2-7与热解炉出料端盖壳体2-1焊接；所述热解炉出料端盖2上方设有热解气出口2-5，所述热解炉出料端盖2一侧还设有温度检测口2-6，用于安装热电偶测量热解炉出料端口的温度，便于更好的控制有机废物的热解反应。
55.所述粉体密封箱3包括粉体密封箱壳体3-1，所述粉体密封箱壳体3-1一侧设有检修口3-2，所述粉体密封箱壳体3-1底部设有固定支撑结构3-3，所述固定支撑结构3-3底部设有清扫口3-4，清扫口提供检修时将粉体料清理的通道。所述粉体密封箱3内设有粒径为200目的焦粉3-6，粉体有非常好的流动性，实现循环球1-6在粉体中的输送以及动态粉体的密封；所述粉料密封箱进料口的中心线与出料口的中心线的夹角α为50
°
，在此夹角范围内能够实现循环球1-6在粉体中的输送以及动态粉体的密封作用。所述粉体密封箱3内还设有将循环球1-6送入至球循环螺旋提升机4内的球接料结构3-7，所述球接料结构3-7的外壳上设有小孔，使粉体能够通过小孔运动，实现循环球1-6在粉体中的输送以及动态粉体的密封。所述循环球1-6在粉体密封箱3内出料口的中心线与球循环螺旋提升机4相垂直，进而提高循环球1-6进入球循环螺旋提升机4内的效率。所述粉体密封箱3上方还设有粉体加料口3-8。
56.所述球循环螺旋提升机4包括球循环螺旋提升壳体4-4，所述壳体内设有球循环螺旋提升主轴4-3，所述主轴与驱动连接结构4-2相连接，所述驱动连接结构4-2与变频防爆减速电机相连接，为提升机提供动力，安全稳定性好。所述驱动连接结构4-2包括主轴旋转的密封、联轴器和连接件；所述的主轴旋转的密封与球循环螺旋提升主轴的驱动端相连接，优选采用动态密封结构；所述的联轴器用于连接球循环螺旋提升主轴与变频防爆减速电机的驱动轴，使之共同旋转并传递扭矩，联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用；所述的连接件用于连接球循环螺旋提升壳体与变频防爆减速电机，起固定连接作用。所述提升机4上还设有循环球出口4-5，与干燥炉进料端盖5相连接，使其进入干燥炉内。所述球循环螺旋提升主轴4-3上设有与之相焊接的螺距为150nm螺旋片，所述螺旋提升主轴4-3的两端为实心轴，中间段为空心轴，保证主轴有良好的强度和刚度；所述螺旋片圆周方向上设有
焊接挡板，挡板的高度为80mm；所述挡板和螺旋片上均设有小孔，小孔的孔径为10mm，开设小孔能过实现循环球顺利的粉体内输送出来而粉体在粉体密封箱动态流动，由于粉体的流动性很好，实现了循环球在输送过程中的动态密封。
57.所述干燥炉进料端盖5包括干燥炉进料端盖壳体5-1，所述壳体上设有循环球进料口，所述干燥端盖支架5-5焊接在干燥炉进料端盖壳体5-1上；所述干燥炉进料端盖5上方设有温度检测口5-4，用于安装热电偶测量干燥炉进料端口的温度，便于更好的控制有机废物的干燥反应。所述干燥炉进料端盖5还设有物料进料5-2口和干燥气出口5-3。
58.实施例2
59.利用实施例所述球循环筛分粉体密封出料一体化装置的工作原理为：
60.(1)将有机物质原料经破碎粒径为50mm以下，由螺旋输送机通过干燥炉进料端盖的物料进料口进入干燥炉内，温度为200℃的余热烟气直接加热物料进行干燥，热烟气温度下降至80℃，并通过干燥气出气口排出；在干燥炉的旋转下以及循环球的工作作用下完成干燥，循环球在干燥段起到助推物料运动、协助干燥传热作用。
61.(2)将干燥后有机物料与循环球一起经过干燥物料进料螺旋进入热解炉用进行间接热解炭化反应。高温热烟气加热热解炉温度为600℃，经过热解炉体内有机物质的热解炭化温度450℃。
62.(3)循环球在热解炉体内助推物料运动热解传热，避免了热解焦油焦炭粘结现象，循环球碰撞对炭粉起到破碎作用。
63.(4)将热解炭化产生的热解气进行下一步冷却或收集用于直接燃烧。热解气直接燃烧用于间接加热热解炉，为实现了能量的自给自足。然后加热后的烟气在进入干燥炉内直接去干燥物料，充分考虑了余热节能的利用，提高了热效率。
64.(5)将热解炭化反应后的炭粉和循环球进行分离，分离出的炭粉输出，分离出的循环球经过该球循环筛分粉体密封出料一体化装置，进入干燥炉进行下一循环有机物质干燥热解炭化制粉系统，保证装备连续高效稳定的运行。
65.采用下列方式对球循环热效率进行测试：1、测得经过球筛分结构的筛分分离后，循环球的温度为400-500℃；2、粉体密封箱内采用常规的液体密封，如水或导热油。循环球进入装有水或导热油的粉体密封箱后，经过球循环螺旋提升机后在循环球出口测得循环球的温度为100-200℃。3、粉体密封箱内采用粉体，优选焦粉或炭粉，粉体的粒径为200目。循环球进入装有焦粉或炭粉的粉体密封箱后，经过球循环螺旋提升机后在循环球出口测得循环球的温度为350-450℃。4、循环球经过循环球出口进入干燥炉内对物料直接进行干燥。5、循环球在整个物料干燥、热解过程中以及采用粉体密封，热效率综合能提高30％。
66.对比例1
67.与实施例1不同的是，所述多螺旋片设置在热解炉回转壳体1-1的出料锥段，所述双螺旋片设置在热解炉回转壳体1-1的出料直段。
68.采用实施例2测试方式得到热效率综合能提高3％，因此改变螺旋片的设置区域，会引起球循环热效率的差异，采用本发明所述设置方式，能够最利于将循环球推进筛分结构中，进而避免物料堆积，最大程度提高最终球循环热效率。
69.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施
例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。