一种高效多级脉冲回转式热解反应器及其使用方法

本发明涉及一种高效多级脉冲回转式热解反应器，具体属于有机固体材料资源化热解处理领域。

背景技术：

1、中国作为世界上重要经济体之一，每年会产生大量以生活垃圾、工业固废和农业垃圾为主的固体废物。目前最广泛使用的固废处理方法包括填埋、焚烧、生物处理、化学回收等。其中填埋法会对土地、水源和空气造成污染，且大量占用土地资源的同时不可产生额外经济价值，不符合环保和经济发展要求；焚烧法处理效果很好，但同样具有产生污染和经济价值低的缺陷；生物法污染小、可产生甲烷或肥料等高价值产品，但缺点在于处理周期较长。

2、化学回收中的热解处理，可以实现固废资源回收的同时，处理周期更短，是目前固废处理方法中较为有经济价值的一种。

3、回转窑热解反应器具备可靠性高、处理量大的优点，被广泛应用于固体废物热解领域。以加热方式的不同可分为间接加热式和直接加热式两种。

4、间接加热式回转窑通过加热筒体外壁，热量通过筒体外壁传导至固废，会导致较高的能量损失。

5、直接加热式回转窑通常利用高温烟气或高温热固载体实现传热。通常来说，以高温烟气为热解媒介会造成较多的排烟热损失，且气固换热难以保证很高的换热效率；而利用高温热固载体加热会导致窑炉输送量成倍提升，设备占地面积增大且运行成本提高。

6、目前广泛应用的回转窑热解反应器均存在部分缺陷，并未出现一种兼顾换热效率和运行成本的回转窑热解反应器。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提出一种传热效率更高、资源回收能力更强的回转式热解反应器，能够更高效地实现热解反应的同时，解决传统以高温烟气为热解媒介时导致的换热不均、结焦结渣问题。

2、本发明的技术方案：

3、一种高效多级脉冲回转式热解反应器，包括回转窑转体1、窑头燃烧系统2、给料系统3、回转窑定位及传动系统4、再燃系统5、窑尾分流系统6和点火燃烧器。给料系统3与回转窑转体1的窑头端相连，窑头燃烧系统2设置于回转窑转体1的窑头部位，再燃系统5设置于回转窑转体1的中后段，数量为一个以上；窑尾分流系统6与回转窑转体1的窑尾端相连。

4、窑头燃烧系统2包括燃烧加热腔15和多孔陶瓷孔腔，再燃系统5包括再燃混气加热腔511和多孔陶瓷孔腔。所述燃烧加热腔15和再燃混气加热腔511均位于回转窑转体1内，并取代原有回转窑转体1内表面的部分转体保温耐磨材料层13位置，设置在回转窑转体1轴向方向的截面上，与回转窑转体1同轴；多孔陶瓷筒同轴设置于燃烧加热腔15和再燃混气加热腔511内；所述多孔陶瓷孔腔是多孔陶瓷筒自身具备的孔腔；所述窑头燃烧系统2和再燃系统5的燃烧区域均在多孔陶瓷孔腔内。

5、进一步地，所述回转窑转体1上涉及窑头燃烧系统2和再燃系统5的部分，由外至内的结构依次为转体筒钢板12、转体保温耐磨材料层13、燃烧加热腔15或再燃混气加热腔511、多孔陶瓷筒、回转窑热解区16；所述回转窑转体1上其他部分由外至内的结构依次为转体筒钢板12、转体保温耐磨材料层13、回转窑热解区。

6、进一步地，所述多孔陶瓷筒材质为sic材质，导热系数、抗热冲击能力、辐射发射率等性能全面优于氧化锆、氧化铝等常用陶瓷材料，孔隙率限定50-90％，杜绝闪回、猝熄、脱火等恶劣燃烧现象。

7、进一步地，在径向上，所述的多孔陶瓷筒与转体保温耐磨材料层13通过机械结构固定，保证在热解反应进行时，两者保持相对静止并进行同轴转动。在轴向上，所述转体保温耐磨材料层13在靠近燃烧加热腔15附近设置一个凸台，其高度与多孔陶瓷筒14厚度一致，通过该凸台定位多孔陶瓷筒14。

8、进一步地，所述窑头燃烧系统2包括窑头罩21、窑头密封装置22、点火燃烧器24、窑头燃烧系统管路25、环状石墨密封层212、紧固螺钉213；保护窑头燃烧系统2的各个部件设置于窑头罩21中，窑头罩21和回转窑转体1通过窑头密封装置22实现旋转密封连接；窑头燃烧系统管路25处于绝对静止状态，包括燃烧燃气主管26、燃烧助燃气主管27、燃烧燃气环状集箱28、燃烧助燃气环状集箱29、燃气分管210、助燃气分管211。燃烧燃气主管26、燃烧助燃气主管27的一端与气源相连，另一端分别与燃烧燃气环状集箱28和燃烧助燃气环状集箱29连通，燃烧燃气环状集箱28和燃烧助燃气环状集箱29与回转窑转体1同心布置；燃气分管210、助燃气分管211的一端分别垂直连通于燃烧燃气环状集箱28和燃烧助燃气环状集箱29的环面，另一端穿过环状石墨密封层212延伸至燃烧加热腔15中；燃气分管210和助燃气分管211延伸至燃烧加热腔15中的长度分不同梯度，两条长度相同的燃气分管210和助燃气分管211构成一组分管；不同长度梯度的分管组沿回转窑转体1周向均匀交错布置，相同长度梯度的不同组的分管在空间上沿回转窑转体1周向呈中心对称布置。

9、进一步地，所述环状石墨密封层212嵌入在转体保温耐磨材料层13和高温多孔陶瓷筒14之间，并通过紧固螺钉213固定在窑头罩21上，处于绝对静止状态。

10、进一步地，所述的给料系统3包括给料仓31、给料器、给料机减速器33、给料机电机34、给料仓料位计35；所述的给料仓料位计35设置于给料仓31的不同高度上，用于判断给料仓31内料位高度，给料过程中需保证最下层给料仓料位计35有料位信号；给料机减速器33和给料机电机34配合控制物料给进速度。

11、进一步地，再燃系统5包括再燃系统罩、再燃燃烧气路、再燃区、再燃系统密封。再燃系统罩设置于回转窑转体1的周围，与回转窑转体1形成的空间为再燃掺混腔57；再燃燃烧气路包括再燃助燃气气路51、再燃燃气气路52、再燃掺混腔57、再燃掺混气小孔510；再燃助燃气气路51和再燃燃气气路52作为气体入口均与再燃掺混腔57连通；气体出口为再燃掺混气小孔510，再燃掺混气小孔510沿回转窑转体1周向布置，贯穿转体筒钢板12和转体保温耐磨材料层13。位于再燃掺混腔57内的回转窑转体1外侧，周向布置金属纤维毡59。再燃区包括再燃混气加热腔511、再燃高温多孔陶瓷筒512；再燃高温多孔陶瓷筒512在轴向方向上由转体保温耐磨材料层13设置的凸台定位，转体保温耐磨材料层13与再燃高温多孔陶瓷筒512之间设置再燃混气加热腔511。再燃系统密封包括再燃系统柔性密封53和/或再燃腔石墨密封58。所述的再燃系统罩处于绝对静止状态。

12、进一步地，所述的窑尾分流系统6包括与回转窑转体1尾部依次连接的窑尾罩61、出料仓65。回转窑转体1尾部与窑尾罩61之间通过窑尾密封64相连；窑尾罩61上设置热解气出口62，热解气出口62连接后续气固分离、冷凝分离模块，分别产生热解细灰、可燃不凝气和具有经济价值的热解油。出料仓65用于储存热解残渣，出料仓65下部连接锁气器68，可用于排出热解残渣。所述出料仓65不同高度处配置出料仓料位计67，用于监控出料仓65内料位高度。

13、进一步地，设置窑头测温系统23、转体测温装置、窑尾测温装置63、出料仓测温装置。窑头测温系统23采用多支有线热电偶，和助燃气分管一样从环状石墨密封层212插入至燃烧加热腔15，且插入深度相同；转体测温装置采用多支转体无线测温热电偶11插入至回转窑热解区；窑尾测温装置63布置于窑尾罩61上，用于检测热解气温度；出料仓测温装置66布置于出料仓65上，用于检测热解残渣温度。

14、一种高效多级脉冲回转式热解反应器的使用方法，其特征在于，过程为：点火燃烧器将燃烧加热腔15和再燃混气加热腔511加热，加热到一定温度后，将气体燃料和助燃气通过管道通入窑头燃烧系统2，并在多孔陶瓷筒的多孔陶瓷孔腔中燃烧后，高温烟气进入回转窑转体1内，同时待热解材料经由给料系统3输送至回转窑转体1内，待热解材料被多孔陶瓷筒和高温烟气加热发生热解反应；物料持续向窑尾运动离开带有多孔陶瓷筒的热解区后，进入由转体保温耐磨材料层13形成的类绝热空间，此阶段热解吸收烟气余热和保温层蓄热，使得类绝热空间温度持续下降；之后经过再燃系统5，再燃系统5的热解过程与在窑头燃烧系统2的过程相同；热解后残渣在窑尾分流系统6被排出，产生的热解气引出进行后续利用。

15、进一步地，燃气为热解不凝气或其他工业可燃气，助燃气为纯氧气。

16、本发明相比于传统回转式热解反应器具有下列优势：1.固固换热与气固换热耦合，有效提高换热效率；2.最大程度利用被热解材料自身热量，节约生产成本；3.多级再燃系统可保证热解反应的完全进行；4.脉冲式多孔介质燃烧能够有效降低烟气生成量，提高热解产物品质；5.特殊的给料、出料结构保证气体不发生反窜，运行更加安全。