王占英 張燦果 張 河 李富強(qiáng)

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000；2.河北特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院張家口分院，河北 張家口 075000)

0 前 言

活性炭作為一種表面積大、空隙多、吸附能力強(qiáng)的一種特殊材料，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、冶金、食品等行業(yè).活性炭使用一段時(shí)間后，吸附能力下降，會(huì)產(chǎn)生大量的活性炭廢料.這些活性炭廢料如果不加以利用，不僅會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害，也會(huì)造成不可再生資源的極大浪費(fèi)，因此對(duì)活性炭再生利用是非常必要的.目前，活性炭再生技術(shù)的主要方法有加熱法、微生物分解再生法以及化學(xué)藥品再生法[1].

1 研究背景及現(xiàn)狀

使用立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐加熱對(duì)活性炭廢料進(jìn)行再生，操作簡(jiǎn)單、成本低廉，活性炭廢料再生后能夠達(dá)到一定的吸附能力，是活性炭再生使用最廣泛的一種方法[2].但是，目前存在的立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐主要存在以下問(wèn)題：1.基于立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐工作時(shí)一直處于回轉(zhuǎn)狀態(tài)這一特點(diǎn)，當(dāng)爐體內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，需要對(duì)立式爐體內(nèi)部進(jìn)行檢修維護(hù).目前立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐的爐體多為一體化結(jié)構(gòu)，不便檢修人員進(jìn)入，檢修難度大，成本費(fèi)用高；且立式爐體的局部損壞時(shí)，不得不進(jìn)行整體更換，提高了設(shè)備的維修和保養(yǎng)成本.2.利用再生爐對(duì)活性炭廢料進(jìn)行加熱再生時(shí)，通過(guò)位于爐體內(nèi)部的電加熱管對(duì)活性炭進(jìn)行加熱再生，位于爐體中部的活性炭溫度較高，靠近爐體外壁的活性炭溫度較低，活性炭加熱不均勻，再生效率低.基于此，本文提出一種新型立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐.該設(shè)備采用組合式結(jié)構(gòu)爐體，爐體內(nèi)溫度控制采用分段式直流脈沖控制，分段控制活性炭的加熱溫度.該設(shè)備具有安裝可靠，檢修方便，活性炭受熱均勻，再生效率高等特點(diǎn).

2 新型立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐

2.1 立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐結(jié)構(gòu)

新型立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐主要由再生爐機(jī)架、儲(chǔ)炭槽、出料槽、立式爐體等幾部分組成，如圖2(a)所示.位于再生爐機(jī)架內(nèi)的立式爐體通過(guò)周向滾輪組與再生爐機(jī)架內(nèi)壁轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)結(jié)，立式爐體底部通過(guò)徑向滾輪組與再生爐機(jī)架底部轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，工作時(shí)電機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)立式爐體繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng).立式爐體由圓筒形上部爐體、圓筒形中部爐體和圓筒形下部爐體組成，如圖2(b)所示.圓筒形上部爐體與圓筒形中部爐體通過(guò)筒壁上的法蘭盤用螺栓進(jìn)行聯(lián)結(jié)，圓筒形中部爐體與圓筒形下部爐體同樣通過(guò)筒壁上的法蘭盤用螺栓進(jìn)行聯(lián)結(jié).該立式爐體為便于裝拆的組合式結(jié)構(gòu)，采用組合式結(jié)構(gòu)的爐體，可以方便地對(duì)爐體進(jìn)行組裝和拆卸，方便了設(shè)備的運(yùn)輸、保養(yǎng)和維修.當(dāng)活性炭再生爐局部損壞時(shí)，可以進(jìn)行局部更換，從而降低了設(shè)備的維修、保養(yǎng)費(fèi)用.圓筒形上部爐體、圓筒形中部爐體和圓筒形下部爐體的高度比為1∶2∶1，符合設(shè)備的生產(chǎn)工藝特點(diǎn).圓筒形上部爐體、圓筒形中部爐體和圓筒形下部爐體之間為法蘭式連接，安裝可靠，運(yùn)輸方便.圓筒形上部爐體、圓筒形中部爐體和圓筒形下部爐體外壁為封閉式夾套結(jié)構(gòu)，在封閉式夾套內(nèi)填充輕質(zhì)耐火保溫材料，降低能耗，提高爐內(nèi)溫度，從而提高再生效率.立式回轉(zhuǎn)爐體內(nèi)壁均布葉片，葉片為矩形金屬板，葉片的葉面豎向設(shè)置，葉片方向和回轉(zhuǎn)爐軸線方向夾角為3～10°，和回轉(zhuǎn)爐徑向夾角為3～15°，葉片的一端焊接在立式爐體的內(nèi)壁上，其另一端為自由端.當(dāng)爐體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)爐體內(nèi)部葉片隨爐體回轉(zhuǎn)，從而攪動(dòng)活性炭做近似螺旋運(yùn)動(dòng)，使活性炭受熱均勻，提高活性炭再生效率.立式爐體上方設(shè)有儲(chǔ)炭槽，下方設(shè)有出料槽.儲(chǔ)炭槽的底部和電加熱管護(hù)套進(jìn)行焊接，在電加熱管護(hù)套管內(nèi)設(shè)置與電源連接的電加熱管.工作時(shí)，采用分段式直流脈沖控制,通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)，分段控制活性炭的加熱溫度，根據(jù)活性炭活化過(guò)程，使活性炭在不同位置吸收不同的熱量，滿足活性炭活化對(duì)溫度的需求(爐體上部加熱溫度500℃，爐體中部加熱溫度800℃，爐體下部加熱溫度500℃).

(a)總體結(jié)構(gòu)圖 (b)爐體結(jié)構(gòu)圖

2.2 立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐工作原理

接通立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐電源，通過(guò)爐內(nèi)的加熱裝置使?fàn)t內(nèi)溫度升高，同時(shí)電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)爐體繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng).當(dāng)爐體內(nèi)溫度達(dá)到500攝氏度時(shí)，將活性炭廢料投入儲(chǔ)炭槽中，活性炭廢料在自身重力作用下進(jìn)入到爐體內(nèi)，在爐體內(nèi)壁矩形葉片的攪動(dòng)下，活性炭廢料均勻受熱.活性炭廢料主要由碳元素組成，還含有少量以官能團(tuán)形式存在的氫氧元素.當(dāng)活性炭廢料投入到爐體內(nèi)部自上而下運(yùn)動(dòng)時(shí)，再生爐體內(nèi)部有氧氣作為氣體活化劑，活性炭廢料表面的活性點(diǎn)，發(fā)生了氧化作用，產(chǎn)生了可以揮發(fā)的氣態(tài)產(chǎn)物，從而使活性炭廢料產(chǎn)生新的活性點(diǎn).這種氧化作用不斷進(jìn)行，導(dǎo)致活性炭廢料表面的活性點(diǎn)不斷生成，最終使活性炭廢料的空隙通暢，吸附力增強(qiáng).活性炭廢料不斷地被再生活化，最終，經(jīng)過(guò)再生活化的活性炭從出料槽流出.

3 結(jié) 論

提出了一種新型立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐，該新型立式回轉(zhuǎn)活性炭再生爐具有以下特點(diǎn)：

1)立式回轉(zhuǎn)爐體采用組合式結(jié)構(gòu)，安裝可靠、運(yùn)輸方便；當(dāng)再生爐爐體局部損壞時(shí)，可以進(jìn)行局部更換從而降低設(shè)備的維修、保養(yǎng)費(fèi)用.

2)圓筒形爐體內(nèi)部均布矩形葉片，葉片隨爐體一同轉(zhuǎn)動(dòng)，從而攪動(dòng)爐內(nèi)的活性炭，使活性炭受熱均勻，提高活性炭受熱效率.

3)圓筒形上部爐體、圓筒形中部爐體和圓筒形下部爐體外壁為封閉式夾套結(jié)構(gòu)，在封閉式夾套內(nèi)填充輕質(zhì)耐火保溫材料，從而降低了設(shè)備能耗，提高爐內(nèi)溫度，提高了活性炭的再生效率.

4)活性炭再生爐爐體內(nèi)部溫度采用分段式直流脈沖控制,通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)，分段控制活性炭的加熱溫度，使活性炭在不同位置吸收不同的熱量，滿足活性炭活化的不同階段對(duì)溫度的需求.

[1]杜軍，徐寧，蘇仕.活性炭的再生及應(yīng)用研究[J].沈陽(yáng)化工.2000.9(3):166～168

[2]張利波,程松,夏洪應(yīng)等.水蒸氣活化再生撲熱息痛用廢活性炭的研究[J].材料導(dǎo)報(bào).2015.6(29)：48～53

[3]鞏春龍.電熱立式活性炭再生爐在黃金礦山的應(yīng)用實(shí)踐[J].黃金.1999.10(20):45～47