一种新型立式回转活性炭再生炉

2017-02-27王占英张灿果李富强

河北建筑工程学院学报 2017年4期

王占英张灿果张河李富强

(1.河北建筑工程学院，河北张家口 075000；2.河北特种设备监督检验研究院张家口分院，河北张家口 075000)

0 前言

活性炭作为一种表面积大、空隙多、吸附能力强的一种特殊材料，已经被广泛应用于化工、环保、冶金、食品等行业.活性炭使用一段时间后，吸附能力下降，会产生大量的活性炭废料.这些活性炭废料如果不加以利用，不仅会对生态环境造成危害，也会造成不可再生资源的极大浪费，因此对活性炭再生利用是非常必要的.目前，活性炭再生技术的主要方法有加热法、微生物分解再生法以及化学药品再生法[1].

1 研究背景及现状

使用立式回转活性炭再生炉加热对活性炭废料进行再生，操作简单、成本低廉，活性炭废料再生后能够达到一定的吸附能力，是活性炭再生使用最广泛的一种方法[2].但是，目前存在的立式回转活性炭再生炉主要存在以下问题：1.基于立式回转活性炭再生炉工作时一直处于回转状态这一特点，当炉体内发生故障时，需要对立式炉体内部进行检修维护.目前立式回转活性炭再生炉的炉体多为一体化结构，不便检修人员进入，检修难度大，成本费用高；且立式炉体的局部损坏时，不得不进行整体更换，提高了设备的维修和保养成本.2.利用再生炉对活性炭废料进行加热再生时，通过位于炉体内部的电加热管对活性炭进行加热再生，位于炉体中部的活性炭温度较高，靠近炉体外壁的活性炭温度较低，活性炭加热不均匀，再生效率低.基于此，本文提出一种新型立式回转活性炭再生炉.该设备采用组合式结构炉体，炉体内温度控制采用分段式直流脉冲控制，分段控制活性炭的加热温度.该设备具有安装可靠，检修方便，活性炭受热均匀，再生效率高等特点.

2 新型立式回转活性炭再生炉

2.1 立式回转活性炭再生炉结构

新型立式回转活性炭再生炉主要由再生炉机架、储炭槽、出料槽、立式炉体等几部分组成，如图2(a)所示.位于再生炉机架内的立式炉体通过周向滚轮组与再生炉机架内壁转动联结，立式炉体底部通过径向滚轮组与再生炉机架底部转动联接，工作时电机通过齿轮传动带动立式炉体绕自身轴线转动.立式炉体由圆筒形上部炉体、圆筒形中部炉体和圆筒形下部炉体组成，如图2(b)所示.圆筒形上部炉体与圆筒形中部炉体通过筒壁上的法兰盘用螺栓进行联结，圆筒形中部炉体与圆筒形下部炉体同样通过筒壁上的法兰盘用螺栓进行联结.该立式炉体为便于装拆的组合式结构，采用组合式结构的炉体，可以方便地对炉体进行组装和拆卸，方便了设备的运输、保养和维修.当活性炭再生炉局部损坏时，可以进行局部更换，从而降低了设备的维修、保养费用.圆筒形上部炉体、圆筒形中部炉体和圆筒形下部炉体的高度比为1∶2∶1，符合设备的生产工艺特点.圆筒形上部炉体、圆筒形中部炉体和圆筒形下部炉体之间为法兰式连接，安装可靠，运输方便.圆筒形上部炉体、圆筒形中部炉体和圆筒形下部炉体外壁为封闭式夹套结构，在封闭式夹套内填充轻质耐火保温材料，降低能耗，提高炉内温度，从而提高再生效率.立式回转炉体内壁均布叶片，叶片为矩形金属板，叶片的叶面竖向设置，叶片方向和回转炉轴线方向夹角为3～10°，和回转炉径向夹角为3～15°，叶片的一端焊接在立式炉体的内壁上，其另一端为自由端.当炉体转动时，带动炉体内部叶片随炉体回转，从而搅动活性炭做近似螺旋运动，使活性炭受热均匀，提高活性炭再生效率.立式炉体上方设有储炭槽，下方设有出料槽.储炭槽的底部和电加热管护套进行焊接，在电加热管护套管内设置与电源连接的电加热管.工作时，采用分段式直流脉冲控制,通过调节脉冲参数，分段控制活性炭的加热温度，根据活性炭活化过程，使活性炭在不同位置吸收不同的热量，满足活性炭活化对温度的需求(炉体上部加热温度500℃，炉体中部加热温度800℃，炉体下部加热温度500℃).

(a)总体结构图 (b)炉体结构图

2.2 立式回转活性炭再生炉工作原理

接通立式回转活性炭再生炉电源，通过炉内的加热装置使炉内温度升高，同时电动机通过齿轮传动带动炉体绕自身轴线转动.当炉体内温度达到500摄氏度时，将活性炭废料投入储炭槽中，活性炭废料在自身重力作用下进入到炉体内，在炉体内壁矩形叶片的搅动下，活性炭废料均匀受热.活性炭废料主要由碳元素组成，还含有少量以官能团形式存在的氢氧元素.当活性炭废料投入到炉体内部自上而下运动时，再生炉体内部有氧气作为气体活化剂，活性炭废料表面的活性点，发生了氧化作用，产生了可以挥发的气态产物，从而使活性炭废料产生新的活性点.这种氧化作用不断进行，导致活性炭废料表面的活性点不断生成，最终使活性炭废料的空隙通畅，吸附力增强.活性炭废料不断地被再生活化，最终，经过再生活化的活性炭从出料槽流出.