廢舊輪胎熱裂解設(shè)備的撬裝化設(shè)計(jì)及部分設(shè)備優(yōu)化

李鵬，陳曉燕，劉耀強(qiáng)，王喃喃，郭艷華，張倩倩

(1.雙星集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 青島 266400；2.青島伊克斯達(dá)智能裝備有限公司，山東 青島 266409)

目前，大量堆積的廢舊輪胎已經(jīng)成為新的固體廢棄物污染源，是我國(guó)亟需控制和解決的環(huán)境污染問(wèn)題。根據(jù)工業(yè)和信息化部發(fā)布的資料顯示，多年來(lái)，我國(guó)每年產(chǎn)生的廢舊輪胎總量位居世界第一，并且每年以8%左右的速度遞增。廢舊輪胎堆積不僅占用了大量的土地資源，而且會(huì)滋生蚊蟲(chóng)傳播疾病。輪胎中含有一定量的鉛、鉻及其它重金屬，會(huì)危害人體健康，污染環(huán)境。廢舊輪胎的回收與再利用促進(jìn)了新興產(chǎn)業(yè)的誕生，成為目前綠色環(huán)保行業(yè)的熱點(diǎn)之一。

熱裂解工藝是一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的廢舊輪胎回收與再利用處理技術(shù)。對(duì)廢舊輪胎進(jìn)行熱裂解處理，不僅解決了大量廢舊輪胎占用土地資源的問(wèn)題，還可以實(shí)現(xiàn)熱裂解產(chǎn)物的再次利用，并且沒(méi)有二次污染。熱裂解炭黑可再次使用到輪胎的生產(chǎn)制造過(guò)程，或用于色母粒等制品；裂解油氣可作為燃料使用；破碎廢舊輪胎得到的鋼絲可回收，用于金屬制造業(yè)。因此，熱裂解工藝在廢舊輪胎回收再利用行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

本文主要介紹了一種廢舊輪胎熱裂解設(shè)備的撬裝化設(shè)計(jì)以及一些設(shè)備的優(yōu)化，包括：連續(xù)熱裂解回轉(zhuǎn)窯的撬裝化設(shè)計(jì)、油氣冷凝分離模塊的撬裝化設(shè)計(jì)、裂解爐加熱系統(tǒng)的優(yōu)化、出料設(shè)備及出料端密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及裂解氣凈化設(shè)備優(yōu)化。

1 熱裂解設(shè)備模塊撬裝設(shè)計(jì)

廢舊輪胎連續(xù)熱裂解設(shè)備是一種化工回轉(zhuǎn)窯設(shè)備。窯長(zhǎng)在15～20 m，直徑1.2～1.5 m，最高熱裂解溫度在650 ℃左右。在熱裂解設(shè)備沒(méi)有完成撬裝化設(shè)計(jì)前，回轉(zhuǎn)窯體現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)需要前后拖輪組校水平，出料倉(cāng)與窯體校核同心，傳動(dòng)電機(jī)與窯體齒輪調(diào)距，以上操作完成后再安裝保溫罩殼，安裝周期約為30天。

通過(guò)在整個(gè)熱裂解設(shè)備的底部焊接加裝工字鋼支撐結(jié)構(gòu)，如圖1所示，完成回轉(zhuǎn)窯、拖輪組、出料倉(cāng)、傳動(dòng)電機(jī)、保溫罩殼等撬裝化。如此，各設(shè)備的安裝與調(diào)整完全在制造工廠完成，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)只需吊裝整個(gè)窯體撬放置于平臺(tái)結(jié)構(gòu)上并用螺栓固定即可。安裝周期縮短至3～5天。此撬裝化設(shè)計(jì)可大大縮短安裝周期，減少施工量，減少安裝人力及成本，提高了設(shè)備安裝精度，保障設(shè)備的正常運(yùn)行使用。

圖1 熱裂解回轉(zhuǎn)窯的工字鋼支撐結(jié)構(gòu)

2 油氣冷凝分離模塊撬裝設(shè)計(jì)

油氣冷凝模塊的主要設(shè)備有空冷模塊、洗氣模塊、水冷模塊、重油油罐、輕油油罐、泵組、熱解不凝氣分離模塊等。傳統(tǒng)的方案是：制造完成后的設(shè)備單體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，再安裝到平臺(tái)結(jié)構(gòu)上，罐體安裝完成后再連接管道、儀表等。此方案平臺(tái)工程施工量大，現(xiàn)場(chǎng)需預(yù)制大量管道，總安裝周期約為2個(gè)月。

通過(guò)撬裝化設(shè)計(jì)，模塊各部分的設(shè)備形成完備的單體撬，管線、閥門(mén)、儀表、電纜橋架等出廠即完成安裝，如圖2所示。為便于運(yùn)輸，單體撬的設(shè)計(jì)尺寸為L(zhǎng)×W×H=3 m×2.5 m×2.5 m。運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后將各個(gè)撬塊拼裝起來(lái)，再連接各單體撬之間的電纜管線即可實(shí)現(xiàn)模塊功能，如圖3所示，安裝周期縮短至5天。此設(shè)計(jì)方案，不僅大大縮短了設(shè)備安裝施工周期，還降低了安裝成本，便于日后單體撬的移動(dòng)和運(yùn)行維修。

圖2 單體撬

圖3 冷凝模塊整體撬

3 熱裂解釜加熱設(shè)備優(yōu)化

廢舊輪胎的熱裂解釜一般采用熱風(fēng)爐加熱，為精準(zhǔn)控制裂解反應(yīng)的溫度，對(duì)加熱設(shè)備進(jìn)行了改造升級(jí)。在熱裂解釜一側(cè)排布10個(gè)燒嘴，直接由燒嘴處噴出火焰加熱爐體，每2個(gè)燒嘴為1個(gè)溫區(qū)，這樣設(shè)計(jì)可使釜體均勻受熱，而且可以精確控制各溫區(qū)的溫度，保證熱裂解過(guò)程中梯度加熱，使廢舊輪胎裂解得更充分。

4 出料設(shè)備及出料端密封結(jié)構(gòu)優(yōu)化

廢舊輪胎連續(xù)熱裂解的出料模塊（圖4）設(shè)計(jì)兩級(jí)水冷出渣螺旋模塊，可實(shí)現(xiàn)更好的物料密封和物料降溫效果，避免了跑風(fēng)現(xiàn)象和設(shè)備熱變形造成的損壞。為實(shí)現(xiàn)較好的物料密封，在出料箱下部設(shè)計(jì)翻料機(jī)構(gòu)，在一級(jí)出渣螺旋與二級(jí)出渣螺旋間設(shè)計(jì)炭渣密封料倉(cāng)，通過(guò)兩級(jí)物料密封保證設(shè)備的密封性。

圖4 出料模塊

廢舊輪胎連續(xù)熱裂解設(shè)備的出料端密封結(jié)構(gòu)一般是盤(pán)根密封，密封效果不理想，且密封面大、維護(hù)難度及維護(hù)成本高、維保周期長(zhǎng)。將出料端密封結(jié)構(gòu)改為機(jī)械式面-面摩擦密封（類(lèi)似水泵的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)），在摩擦面上填充少量盤(pán)根即可實(shí)現(xiàn)更好的密封效果。此密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可使盤(pán)根的更換周期延長(zhǎng)一倍，金屬摩擦環(huán)可使用兩年，且維護(hù)成本減少95%。密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，不僅可以提高設(shè)備的密封效果，保證了熱裂解產(chǎn)物的質(zhì)量與產(chǎn)量，還降低了維護(hù)成本。

5 裂解氣凈化設(shè)備優(yōu)化

一般來(lái)講，可燃?xì)怏w的凈化設(shè)備大多采用葉片除霧器或是絲網(wǎng)除霧器，但是廢舊輪胎裂解產(chǎn)生的裂解氣中含有炭渣、粉塵、裂解油等，易堵塞葉片除霧器或絲網(wǎng)除霧器，因此特別設(shè)計(jì)了雙旋流分離器以凈化裂解氣，如圖5所示。待處理樣由傾斜切向管進(jìn)入分離器，在旋流板的作用下，產(chǎn)生旋流，加快裂解氣與裂解油、炭渣的分離速度。其中裂解油和炭渣由于重力沉降到容器底部，剩余部分的處理樣進(jìn)入氣體收集倉(cāng)，在引導(dǎo)旋流板的作用下實(shí)現(xiàn)第二次旋流，進(jìn)一步分離氣體中的雜質(zhì)。氣體再經(jīng)過(guò)整流板、葉片除霧器實(shí)現(xiàn)完全凈化。此工藝收集到的裂解氣純度高，便于后續(xù)的燃燒使用，且降低了二次污染。

圖5 裂解氣雙旋流分離器

6 水處理設(shè)備優(yōu)化

廢舊輪胎熱裂解反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生裂解油、裂解氣以及少量的水蒸氣，導(dǎo)致工廠廢水中含有一定量的油、炭渣，不符合國(guó)家規(guī)定的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)原有的水處理分離器進(jìn)行了優(yōu)化，采用了溶氣氣浮與雙束流旋流相結(jié)合的設(shè)計(jì)理念，如圖6所示。待處理水經(jīng)過(guò)傾斜切入的管道流入旋流筒，產(chǎn)生旋流，在離心力的作用下水、油、炭渣加速分離。大部分的油和炭渣在重力的作用下沉降到分離器底部，剩余的炭渣與氣泡粘附，隨著廢水進(jìn)入收集倉(cāng)，在引導(dǎo)旋流板的作用下實(shí)現(xiàn)第二次旋流，浮渣進(jìn)入浮渣收集筒、排出，最終廢水得到高程度的分離凈化。

圖6 水處理分離器

7 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車(chē)行業(yè)的高速發(fā)展，大量的廢舊輪胎應(yīng)勢(shì)產(chǎn)生，成為目前亟待解決的“黑色污染”。熱裂解工藝是目前找到的一種更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的處理方法，不僅可以緩解大量廢舊輪胎污染環(huán)境的現(xiàn)狀，還可以實(shí)現(xiàn)廢物循環(huán)再利用，達(dá)到了保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的雙重目的。在廢舊輪胎熱裂解行業(yè)中，設(shè)備撬裝化設(shè)計(jì)有效降低了安裝成本與安裝周期，減少了工廠的土地使用面積，便于設(shè)備運(yùn)行維修，降低了人工與維修成本，便于后期工廠的布局改造，是一個(gè)非常值得推廣和應(yīng)用的設(shè)計(jì)理念。用燃燒裂解氣產(chǎn)生的火焰對(duì)反應(yīng)釜體直接加熱的方法代替了熱風(fēng)爐熱氣加熱的方法，不僅可以更精準(zhǔn)的控制反應(yīng)溫度，保障裂解反應(yīng)的質(zhì)量，而且實(shí)現(xiàn)了裂解氣的再利用，節(jié)約了能源成本。對(duì)出料設(shè)備及密封端結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，保證裂解反應(yīng)的反應(yīng)條件從而保證反應(yīng)的質(zhì)量，還降低了維修成本。雙旋流分離器大大提高了裂解氣與廢水的純度，充分體現(xiàn)了該行業(yè)健康發(fā)展、綠色發(fā)展的理念。

8 致謝

感謝國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助，課題編號(hào)：2018 Y FC1902602。