活性炭多段再生爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉天澤，張曉陽(yáng)，張萬堯

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活性炭多段再生爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉天澤，張曉陽(yáng)，張萬堯

（天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院，甘肅 蘭州 730060）

用顆?；钚蕴刻幚砉I(yè)廢水時(shí)，由于活性炭吸附水中有機(jī)物，并經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到了飽和，從而使炭失去了吸附能力，此時(shí)就需要對(duì)已飽和的活性炭進(jìn)行再生。本文針對(duì)就活性炭再生裝置立式多段再生爐結(jié)構(gòu)的主要部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，并對(duì)其主要性能參數(shù)做了詳細(xì)的介紹

活性炭；活化；再生爐；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；性能

隨著國(guó)家環(huán)保力度的加大，活性炭需求量不斷增多，出口量也逐年上升。因活性炭?jī)r(jià)格昂貴，所以其再生是選擇活性炭吸附工業(yè)必須解決的問題。目前，國(guó)外普遍采用的活性炭生產(chǎn)和再生的方法是熱再生活化法，其爐型有流化床爐、立式多段爐、臥式回轉(zhuǎn)爐，斯列普爐等。其中以立式多段爐用的較多。多段爐亦稱靶式爐、多膛爐。因具有能連續(xù)出料、活化效率高，工藝參數(shù)準(zhǔn)確可控等優(yōu)點(diǎn)在活性炭再生行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。多段再生爐為國(guó)外引進(jìn)技術(shù)設(shè)備，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提及甚少，大多停留在簡(jiǎn)單介紹應(yīng)用上，本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目具體討論了其工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特性。

1 活性炭再生爐工作原理

如圖1所示，飽和活性炭從爐頂進(jìn)料口進(jìn)入爐膛，在耙齒連續(xù)地推進(jìn)和翻動(dòng)下料層不停地被翻動(dòng)，并逐漸由爐床外側(cè)移向爐床的中部，最后由爐床中部的落料孔落入下一層爐床；在下一層爐床上，物料在被耙齒翻動(dòng)的同時(shí)，逐漸由爐床的中部移向爐床的外側(cè)，再由爐床外側(cè)的落料孔落入第三層爐床。如此重復(fù)，物料就是這樣由上至下慢慢地移動(dòng)，在移動(dòng)的過程中完成活化，并由最底層爐床上的出料口卸出爐外。各層的溫度可以通過啟動(dòng)火嘴的數(shù)量及其燃燒狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)。燃燒產(chǎn)物煙道氣和由爐壁水蒸汽入口通入的水蒸汽，一同按照與物料完全相反的方向，由下向上運(yùn)動(dòng)，與物料逆流接觸進(jìn)行活化作用，并最終由爐頂?shù)臒煹罋獬隹谂懦?。爐壁上還設(shè)有空氣入口，由此向爐膛內(nèi)送入一定數(shù)量的空氣，供水蒸汽與炭料在活化過程中所產(chǎn)生的可燃?xì)怏w充分燃燒使用，并保持活化溫度。物料在爐中的停留時(shí)間（活化時(shí)間）由變頻器調(diào)節(jié)主軸的轉(zhuǎn)速加以控制。底部由風(fēng)機(jī)提供冷卻風(fēng)通入中心軸，再由中心軸通入耙壁，使耙壁冷，防止耙壁溫度過高而損壞。

2 再生爐結(jié)構(gòu)

圖1 活性炭再生爐結(jié)構(gòu)圖

1 —底座，2—軸承，3—底軸，4—進(jìn)風(fēng)段，5—支腿，6—出料口，7—法蘭，8—火嘴，9—爐床，10—中心軸段，11—耐火磚，12—進(jìn)料口，13—錐段，14—煙氣出口，15—測(cè)溫口，16—中部擋環(huán)，17—檢修孔，18—蒸汽口，19—耙壁 20—耙齒，21—水密封，22—錐齒輪，23—減速機(jī)，24—電機(jī)

圖1為再生爐結(jié)構(gòu)，再生爐爐體外殼為鋼制圓筒體，內(nèi)襯為耐火材料或隔熱材料。沿爐體垂直方向相隔一定距離設(shè)置多個(gè)水平圓形爐床，每個(gè)爐床上都有下料孔，從上往下的開孔位置分別為單層中央開一個(gè)下料孔，雙數(shù)層周邊開若干個(gè)下料孔。爐體中央為一帶夾套的空心轉(zhuǎn)軸，其上裝有耙壁，耙壁對(duì)稱布置，各層間相互錯(cuò)開。每一層都有一個(gè)連接段和四個(gè)耙壁組成，多個(gè)連接段連接到一起構(gòu)成了中心軸。爐頂部和底部在中軸上配有水封，可防止?fàn)t內(nèi)煙氣外泄及外部空氣進(jìn)入爐內(nèi)。每段爐床右側(cè)上開有檢修口，便于維修和人工清灰。再生爐主要由爐膛、中心軸、耙臂、火嘴以及爐底的進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置（大小傘齒輪、電機(jī)、減速機(jī)）、等部件構(gòu)成。

3 主要部件配置

3.1 中心軸、耙壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2為中心軸耙壁連接示意圖。中心軸是一個(gè)帶有夾套的空心軸，耙壁插入中心軸內(nèi)筒和外筒之間，冷卻風(fēng)在中心軸中不斷循環(huán)并通過耙壁右端入口進(jìn)入耙壁內(nèi)筒，并從耙臂末端返回再由耙臂外筒排出，進(jìn)入中心軸內(nèi)外筒之間。中軸冷卻風(fēng)機(jī)用于冷卻中軸和耙臂的主要風(fēng)機(jī)，保護(hù)中軸不會(huì)因過熱而導(dǎo)致彎曲變形或損壞，中軸操作極限溫度為260℃。從中軸底部進(jìn)入的空氣溫度為環(huán)境溫度或室溫。當(dāng)空氣流經(jīng)中軸和耙臂，熱量被傳給潔凈空氣，并以約149 ℃的溫度離開中軸頂部。冷卻空氣必須始終在中軸中流動(dòng)。如果空氣不流動(dòng)，中軸和耙臂內(nèi)的空氣溫度將升高并最終導(dǎo)致中軸和耙臂損壞。

圖2 冷卻中軸、耙臂示意圖

1—冷卻風(fēng) 2—中心軸內(nèi)筒 3—中心軸外筒 4—耙壁內(nèi)筒 5—耙壁外筒 6—隔板 7—耙齒

3.1.1 耙壁結(jié)構(gòu)

如圖3所示，耙壁通過銷釘固定在中心軸上，其上裝有耙齒，耙臂和耙齒的連接結(jié)構(gòu)為燕尾槽滑動(dòng)式，也為銷釘固定，銷釘固定便于拆卸和安裝。耙齒之間間距約為150 mm，數(shù)量由爐膛的寬度決定。耙壁材料采用HK合金，以提高其抗磨損性。

圖3 耙壁結(jié)構(gòu)圖

圖4 耙壁和耙齒連接結(jié)構(gòu)

3.2 進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖5 進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)

1—法蘭 2—進(jìn)風(fēng)段 3—低軸 4—填料5—螺栓 6—填料壓蓋 7—連軸件 8—環(huán)板

如圖5所示，冷卻風(fēng)機(jī)通過法蘭與進(jìn)風(fēng)段連接，把冷卻風(fēng)不斷送入進(jìn)風(fēng)段，低軸是帶有長(zhǎng)孔的空心軸，和進(jìn)風(fēng)段嵌套在一起，空氣通過長(zhǎng)孔進(jìn)入低軸，最后進(jìn)入中心軸，從而達(dá)到冷卻耙壁的作用。進(jìn)風(fēng)段和低軸連接處用填料函進(jìn)行密封。進(jìn)風(fēng)段下設(shè)有底板，底板通過螺栓與支腿連接，支撐起進(jìn)風(fēng)段。低軸下部是連軸件，將低軸和低端軸承連接，隨大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。低軸是主要承力部件，其上設(shè)有加強(qiáng)筋，以保證其設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

3.3 火嘴結(jié)構(gòu)

火嘴按混合方式可分為預(yù)混式和外混式。再生爐爐膛直徑較小，為避免火舌直撲炭粒，要求短焰或無焰燃燒。外混式火嘴火焰較長(zhǎng)，因此采用火焰較短的預(yù)混式火嘴。如圖6所示，為預(yù)混式火嘴，天然氣直接進(jìn)入火嘴內(nèi)層并經(jīng)內(nèi)層的切線孔進(jìn)入混合室。空氣進(jìn)入第一層后從端部進(jìn)風(fēng)孔到第二層，再有第二層前端的切線孔進(jìn)入混合室并與天然氣充分混合，最后在出口處燃燒。

圖6 火嘴示意圖

3.4 轉(zhuǎn)動(dòng)裝置

傳動(dòng)系統(tǒng)采用錐齒輪組傳動(dòng)，大齒輪與低軸相連接，小齒輪與電機(jī)減速機(jī)連接，小齒輪驅(qū)動(dòng)大齒輪傳動(dòng)，低軸轉(zhuǎn)速控制在0.5~3 r/min。電機(jī)采用直流變頻電機(jī)，便于調(diào)速。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過上述結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)行可靠的活性炭再生爐。該設(shè)備活性炭處理量大，運(yùn)行穩(wěn)定，活化產(chǎn)品質(zhì)量高。此外燃燒用的天然氣，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，符合綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)?；钚蕴吭偕鸂t對(duì)于飽和活性炭的熱再生具有重要意義。一方面它能夠大量處理飽和活性炭，為飽和活性炭工業(yè)化生產(chǎn)提供了有利條件，另一方面合理利用了飽和活性炭，真正實(shí)現(xiàn)了資源回收再利用。

［1］王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［2］方劍藻.立式多段爐在活性炭再生上的應(yīng)用[J]．化工煉油機(jī)械通訊，1980（4）：55-59.

［3］傅翔.多膛爐在活性炭工業(yè)上的應(yīng)用[J]．潔凈煤技術(shù)，2012，18（4）：57-60.

［4］白樺，李陽(yáng).多膛爐設(shè)計(jì)與改進(jìn)[J]．有色冶金節(jié)能，2010（1）：31-33.

［5］林冠峰，牟大慶.活性炭再生技術(shù)研究進(jìn)展[J]，2008，44（2）：150-151.

Structural Design of Multi - stage Reactive Furnace for Activated Carbon

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（Tianhua Chemical Machinery and Automation Research and Design Institute, Gansu Lanzhou 730060, China）

When industrial wastewater is treated with granular activated carbon, it is necessary to regenerate the saturated activated carbon because the activated carbon adsorbs the organic matter from the water and reaches the saturation after a certain period of time. In this paper, main components of the vertical multi-stage regenerator were analyzed, and the main performance parameters were introduced in detail.

activated carbon; regeneration furnace; structure ; design ; performance

2017-09-19

劉天澤（1989-），男，碩士，蘭州人，研究方向：從事工業(yè)爐研究。

TQ 052

A

1004-0935（2017）11-1086-03