热脱附设备及其控制方法与流程

1.本发明涉及石油化工物料处理技术领域，尤其涉及一种热脱附设备及其控制方法。


背景技术：

2.近年来，在油气资源开发作业中，润滑性强、稳定性好的油基钻井液的使用规模逐年增加，从而导致产生大量油基钻屑固体废弃物。油基钻屑成分十分复杂，若不加处理或者处理不当，将对周围环境造成多重影响和危害。
3.目前，常用的油基钻屑处理技术主要有溶剂萃取、热脱附技术、tcc技术等。热脱附处理技术是在绝氧条件下，在热脱附炉中对物料进行间接加热，使其达到物料中挥发性物质的沸点，从而使油分从物料中蒸发脱除，并实现油的冷凝回收。热脱附技术可实现油基钻屑的无害化处理和资源化利用，是当前最有优势的油基钻屑处理技术。热脱附装置需要配套燃气、燃料油或生物质燃烧器，通过燃料燃烧提供热能，作业现场需要配套布置相关传输管线或定期运输燃料，对应用场地的要求较高，且在杜绝明火作业的场地无法使用，而电磁加热法可有效地解决上述问题。
4.对油基钻屑进行热脱附处理时，在炉体的底部外壁采用盘绕的方式设置感应线圈，以使感应线圈可对底部炉壁加热，并通过底部炉壁对内部的物料进行加热。但是，盘绕方式设置的电磁线圈对应的映射区域内，靠近外圈的部分的感应磁场较强、靠近内圈的部分的感应磁场较弱，进而导致整体电磁加热面存在的温度分布不均问题、影响加热效率。


技术实现要素：

5.本发明公开一种热脱附设备及其控制方法，以解决热脱附设备炉壁受热不均导致的加热效率低及炉体变形的问题。
6.为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
7.本发明一些实施例中所述的热脱附设备，包括炉体和感应线圈，感应线圈沿炉体的外周方向围绕炉体设置；
8.感应线圈包括第一感应部和第二感应部，第一感应部与炉体的顶部侧相对，且第一感应部与炉体之间的间距为第一间距；第二感应部与炉体的底部侧相对，且第二感应部与炉体之间的间距为第二间距，第一间距大于第二间距。
9.基于本发明所述的热脱附设备，本发明还提供了一种热脱附设备的控制方法。该控制方法适用于本发明所述的热脱附设备，炉体设置有炉腔、进料口和出料口，进料口设置于炉体的第一端，出料口设置于炉体的第二端，且进料口和出料口均与炉腔连通；控制方法包括：
10.控制物料输送机构沿第一时针方向转动，以推动炉腔内的物料由第一端向第二端平铺；
11.在物料平铺至第二端的情况下，控制感应线圈对炉体加热，以及控制物料输送机
构沿第一时针方向和第二时针方向交替转动，第一时针方向与第二时针方向相反；
12.在物料中的油分蒸发脱除后，控制物料输送机构沿第一时针方向转动，以推动炉腔内的物料从出料口排出。
13.本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：
14.本发明实施例公开的热脱附设备在作业过程中，炉体内的物料没有将炉体内的空间填满，并且物料在重力的作用下主要集中于炉体内的底部，因此，炉体底部所需的热量大于炉体顶部所需热量。本技术所述的热脱附设备中，第一感应部与炉体的顶部侧之间的间距大于第二感应部与炉体的底部侧之间的间距，进而使得感应线圈在炉体底部侧的电磁感应作用强于感应线圈在炉体顶部侧的电磁感应作用。因此，该方案有益于平衡炉体底部侧和炉体顶部侧的温度，提高炉体整体温度分布的均匀性，进而有益于防止炉体因受热不均而变形并保障炉体底部侧加热面与物料间的局部传热温差与加热效率。
附图说明
15.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
16.图1为本发明第一种实施例中所述的热脱附设备的示意图；
17.图2为本发明第一种实施例中所述的热脱附设备在第一视角的剖面图；
18.图3为本发明第二种实施例中所述的热脱附设备的示意图；
19.图4为本发明第二种实施例中所述的热脱附设备在第一视角的剖面图；
20.图5为本发明一些实施例中所述的感应线圈的示意图；
21.图6为本发明一些实施例中所述的热脱附设备在第二视角的剖面图。
22.附图标记说明：100-炉体；110-炉腔；120-进料口；130-出料口；140-排气口；200-感应线圈；210-第一感应部；220-第二感应部；300-线圈支架；400-物料输送机构；410-转轴；420-叶片；430-支撑架；500-保温件。
具体实施方式
23.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.以下结合图1至图6，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。
25.参照图1至图4，本发明一些实施例中所述的热脱附设备，包括炉体100和感应线圈200。其中，炉体100为基础性结构件，可以为其他部件提供安装基础。示例性地，炉体100为金属材料制成，以提高炉体100的导热性，有益于快速加热炉体100内的物料。
26.参照图1和图2，感应线圈200沿炉体100的外周方向围绕炉体100设置。
27.参照图2、图5和图6，在一些实施例中，感应线圈200包括第一感应部210和第二感应部220，第一感应部210与炉体100的顶部侧相对，且第一感应部210与炉体100之间的间距为第一间距d1。第二感应部220与炉体100的底部侧相对，且第二感应部220与炉体100之间的间距为第二间距d2，第一间距d1大于第二间距d2。
28.上述实施例所述的热脱附设备中，感应线圈200通电后可以通过感应线圈200在炉体100的金属外表面浅层产生涡流，进而使得炉体100温度升高，进而使得炉体100可以对位于炉体100内的物料进行加热。进一步地，炉体100内的物料在重力的作用下，聚集于炉体100的底部的一侧，进而使得炉体100底部侧所需的热量大于炉体100顶部侧所需的热量。
29.该实施例中，第一感应部210与炉体100之间的间距大于第二感应部220与炉体100之间的间距，使得炉体100底部产生的热量要大于炉体100顶部的热量，以为炉体100的顶部侧和炉体100的底部侧分别提供不同的热量，实现炉体100的顶部侧和炉体100的底部侧按需加热，进而有益于提高炉体100温度的均匀性，防止炉体100因受热不均而形变。
30.另外，上述实施例中，第一感应部210和第二感应部220可以同步对炉体100实施加热，进而有益于炉体100的顶部侧和炉体100的底部侧温度同步变化，提高炉体100各处温度分布的均匀性。该方案不仅可以减小炉体100的顶部侧和炉体100的底部侧之间的温差应力，还可以通过第一感应部210加热炉体100顶部侧汽化的蒸汽，以使物料内加热汽化的蒸汽可以保持过热状态，防止蒸汽与扬尘遇冷凝结在炉体100和/或管道内壁，进而有益于防止炉体100和/或管道阻塞。
31.示例性地，炉体100可以设置成柱状，感应线圈200沿炉体100的圆周方向缠绕于炉体100，以使感应线圈200可以用于对炉体100内的物料进行加热。可选地，炉体100可以为卧式罐体结构。具体的，炉体100的横截面为圆环形，以便于缠绕设置感应线圈200。
32.在一些可选的实施例中，本发明所述的热脱附设备可以用于对油基物料进行加热。具体的，感应线圈200产生涡流致使炉体100的温度升高，进而使得炉体100可以对炉体100内的油基物料进行加热。由于待处理的油基物料加入炉体100内后会在重力的作用下聚集于炉体100的底部侧，故炉体100内的油基物料主要通过炉体100的底部侧加热。在炉体100内的温度达到油基物料内的水分或油分的沸点的情况下，油基物料内的水分或油分从油基物料内蒸发形成蒸汽，进而实现对油基物料的热脱附处理。
33.上述实施例中，感应线圈200中的第一感应部210与炉体100之间的间距大于第二感应部220与炉体100之间的间距，进而使得感应线圈200可以为炉体100的底部侧提供更多的热量，进而有益于炉体100各处温度分布的均匀性。
34.在一些可选的实施例中，炉体100设置炉腔110，以通过炉腔110容纳待处理的物料，例如：油基钻屑。示例性地，待处理物料进入炉腔110内，并与炉腔110的内侧壁之间热交换，以实现炉体100对炉腔110内的物料加热。
35.在一些可选的实施例中，热脱附设备在对物料进行处理的过程中，炉腔110内的物料的高度大于第一感应部210与第二感应部220的连接处的高度。示例性地，炉腔110内的物料的高度是指：炉腔110内的物料远离炉体100底部侧的表面相对炉体100的底部的高度；第一感应部210和第二感应部220连接处的高度是指：第一感应部210与第二感应部220的连接处相对炉体100的底部的高度。参照图6，炉腔110内的物料的高度为h1，第一感应部210和第二感应部220连接处的高度为h2，h1大于h2。
36.上述实施例中，炉腔110内的物料的高度大于第一感应部210于第二感应部220的连接处的高度，可以确保炉体100中与第二感应部220相对的部分均能够与炉体100内的物料接触，以避免炉体100中与第二感应部220相对的部分出现空烧，即避免炉体100中与第二感应部220相对的部分出现的局部与待处理物料之间无直接热交换的情况。
37.在一些实施例中，炉体100内设置有搅拌机构，以通过搅拌机构促使物料均匀受热。在搅拌机构搅拌炉体100内物料的过程中，物料远离炉体100底部侧的表面相对炉体100的底部的高度会随着搅拌装置的搅动而出现波动。为此，可以根据需要向炉体100内添加足够的物料，以避免搅拌机构搅动的过程中，物料远离炉体100底部侧的表面的高度低于第一感应部210与第二感应部220的连接处相对炉体100的底部的高度。
38.在一些可选的实施例中，第一间距d1与第二间距d2的差值的范围为：40mm至170mm。可选地，第一间距d1的范围为：100mm～200mm；第二间距d2的范围为：30mm～60mm。该实施例有益于平衡炉体100顶部侧的温度和炉体100底部侧的温度，以避免炉体100因为受热不均而变形。另外，该实施例中第二感应部220与炉体100之间的间距大小大于零，可以有效避免炉体100与感应线圈200之间直接进行热量传递，进而有益于防止炉体100对感应线圈200加热，达到保护感应线圈200的目的。
39.当然，在一些实施例中，炉体100的最高温度位于感应线圈200的正常工作温度的范围内的情况下，感应线圈200的第二感应部220可以与炉体100贴合，即第二间距d2的大小为零，以使第二感应部220可以最大程度地对炉体100的底部侧加热。
40.需要说明的是，无论第二感应部220与炉体100的底部侧贴合或间隔设置，即第二间距d2的大小等于零或大于零，均有益于提高炉体100各处温度分布的均匀性，防止炉体100和/或管道内的蒸汽和/或扬尘凝结。
41.参照图1、图3和图5，在一些可选的实施例中，感应线圈200螺旋缠绕设置于炉体100。该方案可提高感应线圈200的感应电磁场的均匀性，进而确保第一感应部210对应的加热面和第二感应部220对应的加热面的温度的均匀性。因此，该方案有益于维持炉体100与物料之间的最大传热温差，加速热量传递，提高热脱附设备的加热效率。
42.一些可选的实施例中，炉体100的材质可以为铁素体材料，以使炉体100具有较好的导磁性，进而有益于提高感应线圈200对炉体100的加热效率。当然，炉体100还可以为其他导磁性材料制成。为此，本实施例不限定炉体100的具体材质。
43.在一些可选的实施例中，相邻的两圈感应线圈200之间的间距相等。该方案可进一步提高感应线圈200产生的电磁场的均匀性，进而有益于提高炉体100各处温度分布的均匀性。
44.参照图2，在一些可选的实施例中，热脱附设备还包括线圈支架300，线圈支架300设置于炉体100，感应线圈200安装于线圈支架300。该实施例中，通过设置线圈支架300有益于维持感应线圈200与炉体100之间的相对位置，进而有益于保持感应线圈200中第一感应部210和第二感应部220与炉体100之间的间距。
45.在一些可选的实施例中，线圈支架300与炉体100可拆卸相连，以便于感应线圈200拆卸。示例性地，线圈支架300设置为筒状，且线圈支架300套设与炉体100上，以使感应线圈200可通过缠绕的方式安装于线圈支架300上。进一步可选地，线圈支架300与第一感应部210相对的部分的筒壁的厚度大于线圈支架300中与第二感应部220相对部分的筒壁厚度，以使感应线圈200贴合缠绕在线圈支架300的外表面便可以实现第一距离d1大于第二距离d2。
46.上述实施例中，线圈支架300与炉体100可拆卸相连，有益于降低感应线圈200的拆卸难度，便于更换或检修感应线圈200。
47.在一些可选的实施例中，感应线圈200可以固定设置于线圈支架300上，不仅可通过线圈支架300为感应线圈200提供支撑，避免感应线圈200变形，还可以实现感应线圈200与线圈支架300模块化，进而可以通过拆卸线圈支架300实现感应线圈200的拆卸。
48.一些可选的实施例中，热脱附设备配备有多种不同尺寸的感应线圈200和线圈支架300。需要说明的是，本实施例所述的不同尺寸的感应线圈200是指：在感应线圈200安装于炉体100的情况下，不同的感应线圈200的第一感应部210和/或第二感应部220与炉体100之间的间距大小不同。因此，可以根据待处理物料的种类选择合适的感应线圈200。
49.需要说明的是，不同的物料对应的比热容及汽化热存在差异。因此，在对不同物料处理的过程中，炉体100底部侧所需的热量与炉体100顶部侧所需的热量差不同。上述实施例可以通过更换不同尺寸的感应线圈200，以使热脱附设备可用于不同种类的物料处理。
50.在一些可选的实施例中，线圈支架300上设置有多种不同尺寸的感应线圈200，且各感应线圈200之间相互并联，以实现各感应线圈200的工作状态可独立控制。在对不同种类的物料处理的过程中，可以根据需要选择对应的感应线圈200实施加热，进而实现对不同种类的物料进行热脱附处理。
51.参照图1至图4，在一些可选的实施例中，炉体100设置有炉腔110、进料口120、出料口130和排气口140，进料口120、出料口130和排气口140均与炉腔110连通，以使待处理物料可以从进料口120进入炉腔110，处理后的物料可以从出料口130排出炉腔110。处理过程中气化后的气体可以从排气口140排出。
52.参照图3和图4，在一些可选的实施例中，进料口120、出料口130和排气口140均设置于炉体100的端部，以避免进料口120、出料口130和排气口140占用感应线圈200设置空间，有益于感应线圈200均匀缠绕于炉体100上。
53.示例性地，炉体100具有筒体部和端盖部，端盖部设置于筒体部的两端，以通过端盖部和筒体部围合形成炉腔110。可选地，感应线圈200沿筒体部的外周方向螺旋缠绕于筒体部。
54.上述实施例中，进料口120、出料口130和排气口140均设置于炉体100的端部，即进料口120、出料口130和排气口140均设置于端盖部，进而使得感应线圈200可由筒体部的第一端向筒体部的第二端均匀分布，进而有益于提高炉体100各处温度分布的均匀性。
55.参照图1和图2，在另一些可选的实施例中，进料口120和排气口140设置于炉体100的顶部，出料口130设置于炉体100的底部。进一步可选地，热脱附设备设置有多段感应线圈200。示例性地，进料口120和出料口130可以设置于相邻的两段感应线圈200之间。
56.上述实施例中，进一步可选地，进料口120和排气口140中的至少一者与出料口130相对，有益于减少感应线圈200分段，有益于感应线圈200沿筒体部均匀分布。
57.参照图3和图4，在一些可选的实施例中，进料口120设置于炉体100的第一端，出料口130和排气口140设置于炉体100的第二端，其中，进料口120和排气口140均与炉腔110的顶部连通。出料口130与炉腔110底部连通。
58.上述实施例中，进料口120和出料口130分别设置于炉体100的两端，排气口140与炉腔110的顶部连通，有益于加快出料速度，减少出料时间，便于气体从排气口140排出炉腔110。
59.参照图2和图6，在一些可选的实施例中，热脱附设备还包括保温件500，保温件500
套设于炉体100。示例性地，保温件500可以为套设于炉体100的保温层。可选地，可以在炉体100表面包覆保温材料以形成保温件500。
60.上述实施例中，保温件500可以减缓炉体100热量散失，有益于降低热脱附设备的能耗。
61.当然，保温件500的材质有很多，例如：硅酸盐保温材料、发泡陶瓷保温材料、为此，本实施例不限定保温件500的具体材质。
62.参照图4，在一些可选的实施例中，热脱附设备还包括物料输送机构400。物料输送机构400设置于炉体100内，以通过物料输送机构400对炉体100内的物料实施搅拌，以确保炉体100内的物料能够均匀受热，进而有益于提高热脱附设备的处理物料的效率。示例性地，炉体100具有容纳待处理物料的炉腔110，物料输送机构400设置于炉腔110内。
63.参照图4，一些可选的实施例中，物料输送机构400包括转轴410、叶片420和支撑架430，转轴410与炉体100搭接相连，支撑架430固定设置于转轴410，叶片420设置于支撑架430，且叶片420围绕转轴410螺旋设置。进一步可选地，物料输送机构400还包括驱动件，驱动件与转轴410相连，以通过驱动件驱动转轴410转动并带动叶片420转动。示例性地，驱动件可以为电机。
64.上述实施例中，不仅可以通过物料输送机构400对炉腔110内的物料沿炉腔110输送。示例性地，进料口120和出料口130分别设置于炉体100的两端，进而可以利用物料输送机构400将炉腔110内的物料平铺于炉腔110内。另外，还可以利用物料输送机构400将物料推送至出料口130的一端，以便于将炉腔110内的物料排出。另外，还可以通过转轴410带动叶片420在第一时针方向和第二时针方向往复转动，以翻动炉腔110内的物料，达到搅拌炉腔110内物料的目的。
65.基于本发明所述的热脱附设备，本发明实施例还提供了一种热脱附设备的控制方法。该控制方法适用于本发明所述的热脱附设备。具体的，炉体设置有炉腔、进料口和出料口，进料口设置于炉体的第一端，出料口设置于炉体的第二端，且进料口和出料口均与炉腔连通。该控制方法包括：
66.步骤101，控制物料输送机构沿第一时针方向转动，以推动炉腔内的物料由第一端向第二端平铺；
67.步骤102，在物料平铺至第二端的情况下，控制感应线圈对炉体加热，以及控制物料输送机构沿第一时针方向和第二时针方向交替转动，第一时针方向与第二时针方向相反；
68.步骤103，在物料中的油分蒸发脱除后，控制物料输送机构沿第一时针方向转动，以推动炉腔内的物料从出料口排出。
69.在进行热脱附工艺的过程中，物料从进料口进入炉腔内。由于进料口位于炉体的第一端。进而通过控制物料输送机构沿第一时针方向转动，使得从进料口进入到炉腔的物料可以在物料传输机构的推动下向炉体的第二端移动，以实现物料由炉体的第一端向炉体的第二端平铺，避免物料堆积于炉体的某一端，有益于提高炉体各处温度分布的均匀性。
70.在炉腔内的物料达到预设值的情况下，预设值可以为炉腔正常工作的最大承载量。可以通过控制感应线圈通电，以通过感应线圈对炉体加热，进而实现对炉体内的物料加热。可选地，在通过感应线圈对炉体进行加热的过程中，可以通过控制物料输送机构转动，
进而实现炉体内物料翻动。由于叶片呈螺旋状。
71.上述实施例中，通过控制物料输送机构沿第一时针方向和第二时针方向交替转动可以避免物料向炉体的某一端聚集，进而有益于提高炉体各处温度分布的均匀性，防止炉体局部出现空烧。示例性地，物料输送机构沿第一时针方向转动20分钟，然后切换物料输送机构转动方向，以使物料输送机构沿第二时针方向转动。进一步地，在物料输送机构沿第二时针方向转动20分钟后，再次将物料输送机构的转动方向切换至第一时针方向。如此往复直至物料中的油分蒸发脱除。
72.本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。
73.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理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权利要求范围之内。