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，不僅會對生態(tài)環(huán)境造成危害，也會造成不可再生資源的極大浪費(fèi)，因此對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活性炭廢料進(jìn)行再生，操作簡單、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.利用再生爐對活性炭廢料進(jìn)行加熱再生時(shí)，通過位于爐體內(nèi)部的電加熱管對活性炭進(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)的立式爐體通過周向滾輪組與再生爐機(jī)架內(nèi)壁轉(zhuǎn)動聯(lián)結(jié)，立式爐體底部通過徑向滾輪組與再生爐機(jī)架底部轉(zhuǎn)動聯(lián)接，工作時(shí)電機(jī)通過齒輪傳動帶動立式爐體繞自身軸線轉(zhuǎn)動.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)動時(shí)，帶動爐體內(nèi)部葉片隨爐體回轉(zhuǎn)，從而攪動活性炭做近似螺旋運(yùn)動，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)有儲炭槽，下方設(shè)有出料槽.儲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，通過爐內(nèi)的加熱裝置使?fàn)t內(nèi)溫度升高，同時(shí)電動機(jī)通過齒輪傳動帶動爐體繞自身軸線轉(zhuǎn)動.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，從而攪動爐內(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